
- •Министерство образования российской федерации
- •Предисловие
- •Часть I. Электричество и магнетизм
- •Теоретические сведения
- •§1. Основные детали электрических цепей
- •§2. Классификация электроизмерительных приборов по принципу действия
- •§3.Классификация приборов по роду измеряемого тока
- •§4. Шунты и добавочные сопротивления
- •§5. Снятие показаний с электроизмерительных приборов. Цена деления. Чувствительность приборов
- •§6. Погрешности электроизмерительных приборов
- •§7. Обозначения на шкале приборов
- •§8. Общие требования к выполнению лабораторных работ
- •Контрольные вопросы
- •II. Постоянный электрический ток
- •Законы постоянного тока
- •Упражнение 2 Проверка закона Ома для неоднородного участка
- •Вопросы к допуску
- •Лабораторная работа №2 изучение цепи постоянного тока (виртуальная работа)
- •Вопросы допуска
- •Содержание работы и методика ее выполнения
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Методика и порядок измерений
- •Контрольные вопросы
- •III. Переменный электрический ток
- •Содержание работы и методика ее выполнения
- •Определение емкости конденсатора
- •Упражнение 2 Определение индуктивности катушки
- •Порядок выполнения работы
- •К онтрольные вопросы
- •IV. Электрический ток в полупроводниках
- •Лабораторная работа №4
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •V. Электростатическое полЕ
- •Порядок выполнения работы Упражнение 1 Экспериментальное нахождение эквипотенциальных линий и построение силовых линий
- •Упражнение 2 Определение численных значений напряженности в различных точках электростатического поля
- •Контрольные вопросы
- •VI. Электрический ток в электролитах
- •Первичные и вторичные процессы при электролизе.
- •Лабораторная работа №6 определение электрохимического эквивалента и числа фарадея
- •Вопросы к допуску
- •Содержание работы и методика ее выполнения Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •VII. Движение заряда в электрическом поле. Осциллограф
- •С хема электронно-лучевой трубки осциллографа
- •Упражнение 1 Определение чувствительности осциллографа
- •Упражнение 2 Определение амплитуды звукового сигнала.
- •Упражнение 3 Изучение фигур Лиссажу.
- •Контрольные вопросы
- •VIII. Магнитное поле земли Теория метода и описание установки
- •Лабораторная работа № 8 определение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля земли
- •Вопросы к допуску
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Iх. Движение заряда в магнитном поле лабораторная работа №9 изучение движения заряда в магнитном поле (виртуальная работа)
- •Вопросы к допуску
- •Содержание работы и методика ее выполнения Упражнение 1 Определение отношения заряда частицы к ее массе (q/m)
- •Упражнение 2 Определение шага спирали траектории движения заряженной частицы в магнитном поле
- •Упражнение 3 Изучение принципа работы масс-спектрометра
- •К онтрольные вопросы
- •Приложения
- •Диэлектрическая проницаемость
- •Длины волн и яркости спектральных линии ртути
- •Показатели преломления некоторых веществ
- •Литература
- •Содержание
- •Часть I. Электричество и магнетизм.
- •VIII. Магнитное поле Земли
- •Часть II. Оптика
- •Электричество и магнетизм. Оптика.
Упражнение 1 Определение чувствительности осциллографа
Подсоединить клеммы выходного напряжения звукового генератора (ЗГ) к вертикально отклоняющим пластинам осциллографа (ОС). Регулятор напряжения на ЗГ должен быть установлен на нуль. Генератор развертки отключен.
Параллельно к клеммам ЗГ подсоединить вольтметр переменного напряжения.
Включить в сеть осциллограф и звуковой генератор. Приборы должны прогреться в течение 2 - 3 минут.
Установить светящуюся точку в центре экрана осциллографа.
Вращая ручку регулятора напряжения ГЗ, подать на Y-пластины осциллографа небольшое напряжение. Измерить длину L получаемого на экране вертикального отрезка. Опыт повторить не менее пяти раз, изменяя эффективное напряжение от нуля до 15 В.
Вычислить амплитудные значения подаваемых напряжений по формуле:
, где Uэфф - напряжение на вольтметре.
Рассчитать чувствительность осциллографа для каждого значения напряжения: SY = L/2U.
Результаты измерений и вычислений занести в табл. 3. Сделать вывод, зависит ли чувствительность от величины напряжения на вертикально отклоняющих пластинах.
Табл.3
Номер опыта |
Uэфф,В |
U,В |
L |
SY |
SY |
% |
|
|
|
|
|
|
Упражнение 2 Определение амплитуды звукового сигнала.
Подсоединить к Y- пластинам осциллографа микрофон. Подать звуковой сигнал голосом или с помощью камертона.
Включить генератор развертки осциллографа. Изменяя частоту развертки регуляторами “диапазон частот” и “частота плавно”, добиться на экране устойчивого изображения звукового сигнала.
Используя данные, полученные в предыдущем задании, оценить амплитуду полученного звукового сигнала в вольтах.
Упражнение 3 Изучение фигур Лиссажу.
Отключить генератор развертки.
Подсоединить к пластинам X и Y звуковые генераторы.
Вращая лимбы звуковых генераторов, подать на Х иY- пластины осциллографа сигналы с соотношением частот 1:0,5; 1:2; 1:3; 1:4 и т.д. Полученные фигуры зарисовать.
Контрольные вопросы
Опишите устройство электронно-лучевой трубки осциллографа.
Объясните принцип работы генератора пилообразного напряжения.
Что такое синхронизация сигналов? Как она достигается в данной работе?
Как осуществляется развертка сигнала по времени на экране осциллографа?
Какую информацию можно получить с помощью фигур Лиссажу?
Как используется осциллограф в биологических исследованиях?
Решите задачу. Электрон влетает в плоский воздушный конденсатор параллельно его пластинам со скоростью 6·107 м/с. Расстояние между пластинами 1 см, разность потенциалов 600 В. Найти отклонение электрона, вызванное полем конденсатора, если длина его пластин 5 см.
VIII. Магнитное поле земли Теория метода и описание установки
Земля представляет собой огромный магнит, полюса которого лежат вблизи географических полюсов: вблизи северного географического полюса расположен южный магнитный полюс S, а вблизи южного географического северный магнитный полюс N. Магнитное поле Земли в первом приближении совпадает с магнитным полем диполя «ab», помещенного в центре Земли (см.рис.8.1). По последним гипотезам поле Земли связано с токами, циркулирующими по поверхности ядра Земли, а отчасти с намагниченностью горных пород и токами в радиационных поясах.
М
агнитное
поле Земли на экваторе
направлено горизонтально
(точка В),
а у магнитных полюсов
— вертикально (точка
А).
В
остальных точках земной
п
Рис.8.1
некоторым углом к горизонту (см.например точку К).
Величину
проекции напряженности
земного магнитного поля
Н
на горизонтальную плоскость
называют горизонтальной составляющей
магнитного поля
Земли Нз.
Направление этой составляющей принимается
за направление
магнитного меридиана, а
вертикальная
плоскость, проходящая через него,
называется плоскостью
магнитного меридиана. Угол
между направлением
магнитного поля Земли и горизонтальной
плоскостью
называют углом
наклонения, а
угол
между географическим
и магнитным меридианом — углом
склонения.
М
агнитная
стрелка, которая может вращаться лишь
около
вертикальной оси, будет отклоняться в
горизонтальной
плоскости только под действием
горизонтальной составляющей
магнитного поля Земли (Нз).
Это свойство магнитной стрелки используется в приборе тангенс-гальванометре для определения Нз. Тангенс-гальванометр представляет собой плоскую вертикальную катушку радиуса R с некоторым числом витков п. Величина радиуса катушки и число витков указаны на тангенс-гальванометре.
В
Рис.8.2
Поворотом
катушки около вертикальной оси можно
добиться
совмещения плоскости катушки
с плоскостью магнитного
меридиана. Если после такой
установки катушки по ней
пропустить ток, то магнитная
стрелка повернется на некоторый угол
.
Объясняется
это тем, что на магнитную стрелку
будут действовать два
магнитных поля: первое поле —
горизонтальная
составляющая напряженности
поля Земли Нз
и второе
поле, напряженность, которого
создана
током катушки —
.
Направление напряженности
магнитного поля тока определяется
по правилу буравчика.
Под
действием этих полей магнитная
стрелка займет такое
положение равновесия, при
котором равнодействующая
двух полей будет совпадать с линией,
соединяющей полюса
стрелки. NS
— направление
магнитного
меридиана Земли, А
и
В
— сечения
витка катушки горизонтальной
плоскостью,
— магнитная
стрелка компаса,
помещенная в центре катушки, Н3
— вектор горизонтальной составляющей
напряженности магнитного поля Земли,
—
вектор напряженности магнитного поля,
созданного током в катушке
Обратите
внимание на расположение магнитных
силовых линий
вокруг проводника с током; в точке А
ток
идет на нас
(показан точкой), в точке В
ток
идет от нас (показан
крестиком). Магнитное поле тока (вектор
)
направлено перпендикулярно к плоскости
витков.
И
з
рисунка видно, что
и, следовательно,
(1).
В
Рис.8.3
,
созданного током в центре витка, для
системы СИ
вычисляется по закону Био
— Савара— Лапласа для случая кругового
тока:
(2)
где — ток, текущий в витке, — радиус витка катушки в м.
Напряженность магнитного поля в катушке с числом витков п вычисляется по выражению (2) с учетом числа витков. Подставляя значение в формулу (1), получим:
(3).
Этой формулой и пользуются для опытного определения напряженности магнитного поля Земли Нз. В системе СИ напряженность магнитного поля измеряется А/м.