Проверка закона Био-Савара-Лапласса

В настоящем упражнении для проверки формулы (5.7), выражающей закон Био-Савара-Лапласа, используется экспериментальная формула (5.12), согласно которой

,                                      (5.14)

где  (горизонтальная составляющая индукции магнитного поля Земли) считается известной (ее значение берется из предыдущего упражнения)

Проверку (5.7) осуществите в следующем порядке:

1. Установите катушку с компасом, расположенным в центре на горизонтальной площадке таким образом, чтобы стрелка компаса находилась в плоскости катушки.

2. Замкните ключом цепь и установите движком реостата значение тока, при котором стрелка компаса отклонится на 60°.

3. Перемещая компас вдоль оси катушки, записывайте в табл. 5.2 расстояния х от центра компаса до центра катушки через каждое уменьшение угла  отклонения стрелки от плоскости катушки на 10^o.

Таблица 5.2

№				,Тл	, Тл
1	0	60°
2		50o
3		40o
4		30o
5		20o
6		10o

4. Рассчитайте тангенсы полученных углов.

5. Используя найденное в предыдущем упражнении значение  и тангенсы углов , вычислите по (5.14) экспериментальные значения индукции магнитного поля кругового тока .

2. По формуле (5.7) рассчитайте теоретические значения  для значений х, взятых из таблицы 5.2.

3. Постройте графики зависимости  и  от . По степени расхождения построенных графиков оцените точность проведенного эксперимента.

Изучение силовых линий магнитного поля с помощью пакета программ «Открытая физика»

Запустите компьютерную программу Открытая физика (версия 2.6) часть 2 и откройте в Содержании разделов “Магнитное поле 1.16. Магнитное взаимодействие токов, 1.17. Закон Био–Савара”. Ознакомьтесь с теоретическим материалом, в конце раздела “1.17. Закон Био–Савара” щелкните по изображению модели магнитного поля прямого тока (рис. 5.5). Проверьте, что направление силовых линий действительно можно определять по правилу правого винта.

Рис. 5.5. Компьютерная модель силовых линий магнитного поля прямого тока

Рис. 5.6. Компьютерная модель силовых линий магнитного поля кругового тока

Захватите картину с экрана одновременным нажатием клавиш Alt и PrtScr (например, так: клавиша Alt нажата и удерживается, клавиша PrtScr нажимается один раз). Откройте новый документ текстового редактора Open Office.org Writer (или Word), вставьте изображение из буфера, сделайте пояснительную надпись, сохраните документ в папку с фамилиями студентов, входящих в бригаду.

Вернитесь назад в раздел “Закон Био–Савара”, в конце раздела щелкните по изображению модели магнитного поля кругового тока (рис. 5.6).

Проверьте, что направление силовых линий вблизи оси кольца действительно можно определять по правилу правого винта: если направление вращения совпадает с направлением кругового тока, то поступательное перемещение винта указывает направление вектора магнитной индукции .

Контрольные вопросы

1. Дайте определение и укажите способы измерения магнитной индукции. В каких единицах измеряется магнитная индукция в СИ?

2. Объясните принцип определения В_г с помощью тангенс-буссоли.

3. Дайте определение магнитного момента рамки с током  и вращающего момента сил. Каковы их связь и единицы измерения в СИ.

4. Изложите Закон Био-Савара-Лапласа. Как он применяется в настоящей работе? Изложите вывод формулы (5.3).

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.6
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА

Цель работы: изучение движения заряженных частиц в электрическом и магнитном полях, экспериментальное определение удельного заряда электрона.

Приборы и принадлежности: источник питания, электронная лампа 6Э5П, соленоид, вольтметры, миллиамперметр, амперметр, реостат, соединительные провода, ключ.

Литература: [1-4]

План работы:

1. Изучение силы Лоренца.

2. Изучение краткого описания тетрода 6Э5П.

3. Изучение экспериментальной установки.

4. Изучение методики определения удельного заряда электрона.

5. Измерение удельного заряда электрона.

6. Работа с компьютерной моделью движения заряда в магнитном поле.

Сила Лоренца

На заряженную частицу, движущуюся со скоростью  в магнитном поле с индукцией , действует сила Лоренца

 ,                                       (6.1)

где q – заряд частицы. Сила Лоренца[5]  направлена перпендикулярно векторам скорости заряженной частицы  и магнитной индукции  (рис. 6.1.). Направление силы Лоренца определяется правилом правого винта. Применительно к данному случаю, его можно сформулировать следующим образом: если головку винта с правой нарезкой поворачивать от вектора  к  то поступательное движение винта совпадет с направлением вектора силы, действующей на положительный заряд. Для отрицательного заряда направление вектора силы будет противоположно.

Рис. 6.1. Пример взаимного расположения векторов ,  и

Модуль силы Лоренца

,                                      (6.2)

где  – угол между векторами  и .

Поскольку сила Лоренца всегда направлена перпендикулярно направлению скорости, она лишь изменяет направление движения частицы. Это используется для управления движением заряженных частиц в электронно-вакуумных приборах (радиолампах, электронно-лучевых трубках, кинескопах телевизоров) и циклических ускорителях элементарных частиц и ионов (циклотронах, синхрофазотронах, бетатронах и т.п.).