Методички / Т.В. Лавряшина Методические указания по выполнению лабораторного практикума по физике. Часть 1. лабораторные работы для учащихся 10 класса

21

Лабораторная работа № 5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

Цель работы: определить с помощью тангенс - буссоли горизонтальную составляющую индукции магнитного поля Земли.

Приборы и принадлежности: источник постоянного тока, тангенс - буссоль, реостат, амперметр, переключатель.

Теоретическая часть

В любой точке пространства, окружающего Землю, и на ее поверхности проявляется действие магнитного поля нашей планеты. Количественнойr характеристикой магнитного поля служит вектор индук-

ции B, направленный по касательнойr к линии индукции магнитного поля. Направление вектора B магнитного поля Земли можно опреде-

лить с помощью стрелки магнитного компаса. Если стрелка может вращаться только около вертикальной оси, rто она установится по на-

правлению горизонтальной составляющей Bгор индукции магнитного

этого прибора основано на принципе суперпозиции магнитных полей: магнитного поля Земли и магнитного поля катушки с током. Стрелка компаса устанавливается по направлению вектора индукции результирующего магнитного поля:

r

где BТ - индукция магнитного поля в центре кругового тока. r

Индукция BТ магнитного поля катушки с током в ее центре:

где µ - относительная магнитная проницаемость среды (в данном слу-

чае для воздуха µ 1), µ0 = 4π.10-7 Гн/м - магнитная постоянная, N -число витков катушки, I - сила тока, протекающего по виткам, R - радиус витка.

22

Если составляющие магнитного поля взаимно перпендикулярны (витки катушки расположены в плоскости магнитного меридиана Земли), то горизонтальная составляющая Bгор индукции магнитного поля Земли и индукция Bт магнитного поля кругового тока связаны соотношением (см. рис.1):

Рис.1

где ϕ - угол отклонения магнитной стрелки при пропускании тока по катушке.

Решая совместно (1) и (2), получим

Оценка относительной ошибки εВ определения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли:

позволяет выбрать оптимальные условия эксперимента, при которых εВ минимальна. Третье слагаемое в формуле (4) имеет минимальное значение при ϕ =450. Следовательно, сила тока I, протекающего по катуш-

23

ке, должна быть такой, чтобы угол поворота стрелки компаса был близок к 450.

Экспериментальная часть

1.Установить тангенс - буссоль так, чтобы плоскость витков катушки совпадала с плоскостью магнитного меридиана.

2.Собрать электрическую схему (рис.2).

Рис.2

3. Изменяя силу тока I и его направление так, чтобы угол ϕ отклонения стрелки компаса от начального положения ϕ0 варьировался в пределах (40÷50)0, произвести от трёх до пяти опытов. Результаты занести в таблицу.

24

4.Вычислить средние значения угла ϕ отклонения стрелки для заданных токов:

<ϕ >= ϕ1 +2ϕ2 .

5.Рассчитать горизонтальную составляющую Вгор магнитного по-

ля Земли:

и её среднее значение

n

< Bгор >= ∑Bгорi . i=1

6. Оценить относительную и абсолютную погрешности измерения горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли. Ре-

зультат записать в виде:

B =< Bгор > ±∆Bгор

Примечание: при расчёте εВ по формуле (4): 1. относительную ошибку

εI = ∆II

силы тока взять максимальной по классу точности прибора;

2.относительную ошибку

εR = ∆RRпр

измерения радиуса витка оценить по приборной погрешности измерительного инструмента.

поле длинного прямолинейного проводника с током, кругового тока, соленоида.

4. Одинаковы ли значения Вгор в городах Кемерове и Новокузнец-

ке?

25

Список рекомендуемой литературы

1.Физика: Учеб. для 10 кл. шк. и классов с углубленным изучением физики / О.Ф. Кабардин, В.А. Орлов и др.; Под ред. А.А. Пинского. – М.: Просвещение, 1997. – 415 с.

2.Физика: Учеб. для 11 кл. шк. и классов с углубленным изучением физики / А.Т. Глазунов, О.Ф. Кабардин и др.; Под ред. А.А. Пинского. – 3-е изд. – М.: Просвещение, 1998. – 432 с.

3.Лабораторный практикум по физике /Под ред. А.С. Ахмато-

ва. – М.: Высш. шк., 1980. – 359 с.

4.Трофимова Т.И. Курс физики: Уч. пос. для инж.- техн.спец. вузов – 6-е изд., стереотип. -М.: Высш. шк., 2000. –542 с.

26

СОДЕРЖАНИЕ

27

Составители

Таисия Васильевна Лавряшина Эльвира Николаевна Лебединская Светлана Афанасьевна Забусева

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА ПО ФИЗИКЕ

Часть 1: лабораторные работы для учащихся 10 класса

Редактор Е.Л. Наркевич

ЛР № 020313 от 23.12.96.

Подписано в печать 19.03.01. Формат 60х84/16.

Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Уч.-изд.л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ Кузбасский государственный технический университет.

650026, Кемерово, ул. Весенняя, 28.

Типография Кузбасского государственного технического университета. 650099, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4А.