Описание экспериментальной установки
Схема установки показана на рисунках 3.1 и 3.2. Установка состоит из магнитометра и цепи питания.
Магнитометр – это виток (на самом деле, короткая катушка), закреплённый на основании. В центре витка расположен компас. Для пропускания электрического тока через виток на основании имеются две клеммы, к которым подключается цепь питания.
Цепь питания состоит из источника постоянного тока, реостата, позволяющего изменять силу тока в цепи, амперметра для измерения силы тока и переключателя, позволяющего включать и выключать ток, а так же менять направление силы тока.
П орядок выполнения работы
Заполните таблицу 4.1. Данные написаны на основании магнитометра или их можно узнать у лаборанта.
Таблица 4.1
Условия эксперимента
Радиус витка |
R |
см |
|
Число витков в катушке |
N |
шт |
|
Установите переключатель в среднее положение – в этом случае ток по витку не идёт и амперметр должен показывать 0.
Поворачивая магнитометр, добейтесь того, чтобы стрелка компаса располагалась в плоскости магнитометра – при этом стрелка показывает 90. Поворачивать магнитометр надо так, чтобы виток при этом оставался в вертикальном (!) положении. Заполните первую строчку таблицы 4.2 (I = 0, α = 90).
Таблица 4.2
Зависимость показаний компаса от силы ток в витке
Номер опыта |
I |
α |
ctgα |
А |
град. |
|
|
1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
… |
|
|
|
… |
|
|
|
11 |
|
|
|
Установите переключатель в правое положение. Перемещая бегунок реостата, постепенно увеличивайте ток в витке. При этом стрелка компаса будет всё больше поворачиваться в сторону нулевого значения – угол α уменьшается. Для пяти различных значений силы тока запишите в таблицу 4.2 значения силы тока и показание стрелки компаса (угол α).
Установите переключатель в левое положение. При этом стрелка компаса повернётся в другую сторону от отметки 90, то есть будет показывать больше 90. Перемещая бегунок реостата, постепенно уменьшайте ток в витке. Для пяти различных значений силы тока запишите в таблицу 4.2 значения силы тока и показание стрелки компаса. Обратите внимание: все значения силы тока при этом – отрицательные.
Выключите магнитометр, для чего установите переключатель в среднее положение.
Обработка эксперимента
Заполните последний столбец таблицы 4.2 – высчитайте котангенсы углов α.
Используя данные таблицы 4.2, постройте график зависимости ctgα от силы тока в витке I.
Выделите для графика не менее половины страницы.
Выберите подходящий масштаб, имея в виду, что по горизонтальной оси (оси абсцисс) надо откладывать значения силы тока в витке I, а по вертикальной оси (оси ординат) – значения ctgα.
Нанесите на график экспериментальные точки в виде не закрашенных кружочков диаметром примерно 2 мм.
Нанесите на график планки погрешностей. Это значит, что надо от каждой экспериментальной точки отложить влево и вправо отрезок длиной (I), а затем отложить вверх и вниз отрезок длиной (ctgα). Как оценить погрешности (I) и (ctgα), написано в пункте 6.
Проведите по линейке экспериментальную прямую – так, чтобы она пересекла планки погрешностей всех экспериментальных точек, причём прошла наиболее близко ко всем точкам и через начало координат. Образец показан на рисунке 5.1.
Измерьте угловой коэффициент k экспериментальной прямой линии.
Для
этого выберите на экспериментальной
прямой линии произвольную точку A
и определите её координаты
.
После этого k можно
определить по формуле
. (5.1)
Например, на рисунке 5.1 выбрана точка A с координатами (6 А; 0,49). При этом получается:
.
Обратите внимание, как выбрана точка A: справа от всех экспериментальных точек5.
Графики
можно строить, используя современные
компьютерные программы. Например, график
на рисунке 5.1 построен с помощью EXCEL.
Программа сама провела по точкам
экспериментальную линию (линию тренда)
и выдала её уравнение: y = 0,0820 x.
Из этого уравнения видно, что
.
В EXCEL есть и другие возможности измерения углового коэффициента прямой линии – например, удобно пользоваться функцией ЛИНЕЙН.
Используя формулу (2.6) , определите значение горизонтальной составляющей напряжённости магнитного поля Земли Hг.
Оцените погрешность измерения Δ(Hг). Как это сделать, написано в пункте 6.
Запишите результат измерения горизонтальной составляющей напряжённости магнитного поля Земли в виде:
.
Сформулируйте выводы.