НАБЛЮДЕНИЕ ДЕЙСТВИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ПРОВОДНИК С ТОКОМ

Цель работы: исследовать поведение проводника с током в магнитном поле.

Оборудование:источник постоянного тока, дугообразный маг­нит, штатив с лапкой, катушка-моток, полосо­вой магнит, реостат, ключ, соединительные про­вода.

Описание работы

Исследуя взаимодействие между катушками с током и постоянными магнитами, Ампер уста­новил соответствие между торцами катушки с током и полюсами магнита (см. рисунок).

На верхнем рисунке левому торцу катушки со­ответствует северный полюс магнита, а на ниж­нем — южный. Опыты показывают, что модуль силы, действую­щей на проводник с током, пропорционален мо­дулю вектора магнитной индукции, длине про­водника (для катушки с током — числу витков) и силе тока.

ХОД РАБОТЫ:

1.Подвесьте проволочную катушку к лапке штатива так, чтобы она не касалась вставленного в нее полюса дугообразного магнита, распо­ложенного на столе. Концы катушки подключите через реостат и ключ к источнику постоянного тока (см. рисунок). Реостат устано­вите на максимальное сопротивление.

2. Замкните цепь на несколько секунд и заметьте, на сколько откло­нится катушка от первоначального положения.

3. Повторите опыт 2-3 раза при различной силе тока в цепи. Выясни­те, зависит ли модуль вектора силы, действующей со стороны маг­нитного поля магнита на катушку с током, от силы тока в катушке.

4. Не меняя силы тока, сравните углы отклонения катушки от перво­начального положения при одном, а затем при двух магнитах (дуго­образном и полосовом), сложенных вместе одинаковыми полюсами, как показано на рисунке.

 

рис. 2

Выясните, зависит ли модуль вектора силы, действующей на катуш­ку с током, от модуля вектора магнитной индукции поля, созданного магнитом?

5.Поднесите дугообразный магнит к катушке с током, а затем к гиб­кому проводу, например идущему от катушки к ключу, и сравните их отклонения от первоначальных положений. Выясните, зависит ли модуль вектора силы, действующей со стороны магнитного поля маг­нита на проводник с током, от длины проводника, находящегося в магнитном поле.

 

Сделате вывод о проделанной работе.

                                                                                                                            .

                                                                                                                               .

                                                                                                                            .

                                                                                                                             .

                                                                                                                            .

                                                                                                                              .

                                                                                                                             .                                                                                                                          

Оценка и комментарий преподавателя:

                                                                                                                            .

                                                                                                                             

Лабораторная работа №4 .

«Изучение явления электромагнитной индукции».

Цель работы: изучить явление электромагнитной индукции.

Оборудование: : миллиамперметр или гальванометр, дугообразный и полосовой   магниты , источник питания, катушка с железным сердечником от разборного электромагнита или катушка- моток, реостат, ключ, провода соединительные, модель генератора электрического тока.

                                              Введение.

В 1831 г. Английский физик Майкл Фарадей установил, что электрический ток в контуре может возникать не только при движении проводника в магнитном поле, но и при любом изменении магнитного потока.

Электромагнитная индукция – физическое явление, заключающееся в возникновении электрического тока в замкнутом контуре при изменении потока магнитной индукции через поверхность, ограниченную этим контуром.

Электрический ток, возникающий при электромагнитной индукции, называется индукционным.

Направление индукционного тока (так же как и величина ЭДС индукции) считается положительным, если оно совпадает с выбранным направлением обхода контура, и отрицательным, если оно противоположно этому направлению.

Согласно закону Фарадея - Максвелла:

ЭДС электромагнитной индукции в замкнутом контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром.

Магнитным потоком Φ через площадь S контура называют величину

где B – модуль вектора магнитной индукции, α – угол между вектором и нормалью к плоскости контура (рис. 1.).

Рисунок 1. Магнитный поток через замкнутый контур.

Магнитный поток в 1 вебер создается однородным магнитным полем с индукцией в 1 тесла поверхностью, площадью 1 метр квадратный, расположенную перпендикулярно вектору магнитной индукции.

Индукционный ток может иметь различные направления, которые зависят от того, убывает или возрастает магнитный поток, пронизывающий контур. Правило, позволяющее определить направление индукционного тока, было сформулировано в 1833г. Эмилием Христиановичем Ленцем.

Правило Ленца: Индукционный ток имеет всегда такое направление, что его магнитное поле препятствует любым изменениям магнитного потока, вызывающим появление индукционного тока.

Фарадей обнаружил, что в замкнутом контуре можно создать Э.Д.С. тремя способами:

1.Двигая провод относительно магнита;

2.Двигая магнит относительно провода;

3.Меняя ток в соседнем проводе.

Явление электромагнитной индукции широко используется в современной технике. В детекторе металла магнитное поле, создаваемое силой тока передающей катушки, индуцирует токи в металлических предметах. Магнитное поле этих токов индуцирует в катушке – приемнике ток, запускающий сигнал тревоги.

 В поезде на магнитной подушке сверхпроводящие катушки с током, размещенные на дне вагона, индуцируют ток в алюминиевых катушках на полотне дороги. Отталкивание этих катушек приподнимает вагон над землей. Движение поезда вызывается взаимодействием сверхпроводящих катушек, расположенных вдоль стенок вагонов и катушек внутри ограничительных бортиков полотна дороги.

                         Описание экспериментальной установки:

В работе наблюдается явление электромагнитной индукции. Через полость катушки перемещают магнит и определяют при этом направление индукционного тока по отклонению стрелки гальванометра.

Направление индукционного тока можно определить и по правилу Ленца. В работе его можно определить так:

1)определить расположение магнитных полюсов катушки при движении магнита (к магниту обращён полюс, который препятствует его движению);

2)определить направление вектора  магнитного поля, созданного током в катушке;

3) определить (по правилу буравчика) направление тока в катушке.

Измерение и обработка результатов:

1. Подключить катушку  к зажимам миллиамперметра(гальванометру).

2. Наблюдая за показаниями магнитного миллиамперметра, подводите один из полюсов магнита к катушке, потом на несколько секунд остановите магнит, а затем вновь приближайте его к катушке, вдвигая в нее. а) Запишите, возникал ли в катушке индукционный ток во время движения магнита относительно катушки? Во время его остановки?

3. Запишите, менялся ли магнитный поток Ф, пронизывающий катушку, во время движения магнита? Во время его остановки?

4. Сделайте и запишите вывод о том, при каком условии в катушке возникал индукционный ток.

5. Почему при приближении магнита к катушке магнитный поток, пронизывающий эту катушку , менялся?

6. Проверьте, одинаковым или различным будет направление индукционного тока в катушке при приближении к ней и удалении от нее одного и того же полюса магнита.

7. Приближайте полюс магнита к катушке то с меньшей, то с большей скоростью. При большей или меньшей скорости движения магнита относительно катушки магнитный поток Ф, пронизывающий эту катушку, менялся быстрее? При увеличении или уменьшении изменения магнитного потока сквозь катушку в ней возникал больший по модулю ток? Запишите вывод о том, как зависит модуль силы индукционного тока, возникающего в катушке, от скорости изменения магнитного потока Ф, пронизывающего эту катушку.

                                                  Контрольные вопросы:

Цель работы:Используя простые измерительные приборы (часы и линейку), найти ускорение свободного падения с помощью математического маятника.

Приборы и материалы:1) штатив с муфтой и лапкой, 2) шарик с прикрепленной к нему нитью, протянутой сквозь кусочек резины, 3) часы с секундной стрелкой, 4) линейка.

Введение.

Математическим маятником называется идеализированная система, представляющая собой материальную точку массой m, подвешенную на тонкой невесомой и нерастяжимой нити длиной l.

Моделью такого маятника может служить шарик, подвешенный на длинной нити.

Период колебаний математического маятника определяется по формуле:

Где T – период колебаний

  π =3,14

   l – длина нити(длина математического маятника) [1 м]

  g – ускорение свободного падения [1 м/с²]

Период колебаний математического маятника не зависит от массы материальной точки и амплитуды колебаний, а зависит от длины маятника (l) и ускорения свободного падения (g). При малых размерах шарика по сравнению с длиной нити и небольших отклонениях от положения равновесия период колебания равен:

, (1)

Период измеряют с помощью секундомера.

Для увеличения точности измерения будем измерять время (t) для достаточно большого числа полных колебаний (N) .Тогда период колебаний равен:

 ,(2)

Необходимо заметить, что максимальный угол отклонения маятника от положения равновесия не должен превышать 5 градусов(иначе формула (1) не применима).

Решая совместно (1) и (2), получаем формулу для расчета ускорения свободного падения: