
- •Методичні вказівки
- •Магнетизм
- •Передмова
- •Лабораторна робота № 31
- •Хід виконання роботи
- •Обробка результатів вимірювань
- •Індивідуальні завдання
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота№ 32 Визначення питомого заряду електрона методом магнетрона
- •Індивідуальні завдання
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 34 Вивчення магнітного поля короткого соленоїда Теоретичні відомості
- •Хід виконання роботи
- •Обробка результатів вимірювань
- •Індивідуальні завдання
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 35 Визначення індуктивності короткого соленоїда Теоретичні відомості
- •Хід виконання лабораторної роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота 36 Вивчення балістичного гальванометра Теоретичні відомості
- •Хід виконання роботи
- •Обробка результатів вимірювань
- •Таблиця 1
- •Індивідуальні завдання
- •Контрольні запитання
- •Індивідуальні завдання
- •Лабораторна робота № 45
- •Теоретичні відомості
- •Підставляючи ці значення у (2), одержимо:
- •Хід виконання роботи
- •Індивідуальні завдання
- •Контрольні запитання
- •Рекомендована література:
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ
КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ТЕХНОЛОГІЙ ТА ДИЗАЙНУ
Методичні вказівки
до виконання лабораторних робіт з фізики
Магнетизм
5
Київ – 2004
Магнетизм: Методичні вказівки до лабораторних робіт з фізики. /Укладачі А.П.Клименко, Л.І.Фролова, Б.М.Стаднік, М.Т.Степашко, – К.: КНУТД, 2004. – 54.
Укладачі: А.П. Клименко
Л.І. Фролова
Б.М. Стаднік
М.Т. Степашко
Відповідальний за випуск зав. кафедрою фізики А.П.Клименко
Передмова
Метою фізичного практикуму є поглиблення засвоєння курсу фізики, формування у студентів навичок дослідницької роботи, уміння правильно застосовувати методику експерименту та вимірювальні прилади.
Свідоме виконання експерименту, уважність і зосередженість на процесі виконання вимірювань, дбайливе відношення до приладів – необхідні умови успішного виконання фізичних дослідів. Для цього слід заздалегідь опрацювати відповідний теоретичний матеріал за підручниками, конспектами лекцій, методичними вказівками, ознайомитися з установкою, на якій буде виконуватись лабораторна робота,
До виконання лабораторної роботи потрібно підготувати протокол – короткий конспект інструкції, куди обов’язково повинні входити: короткі теоретичні відомості, формули для розрахунку вимірюваних фізичних величин і їх похибок, принципова схема установки, таблиця, куди будуть заноситись результати вимірювань потрібних фізичних величин.
Перед виконанням дослідів студент повинен одержати у викладача допуск до роботи. Для цього потрібно відповісти на кілька запитань з теорії та ходу виконання відповідної лабораторної роботи.
Виконавши всі необхідні вимірювання і записавши їх до протоколу, показують ці дані викладачу. До наступного заняття результати вимірювань відповідної лабораторної роботи слід обробити згідно з методичними вказівками: побудувати графіки, виконати обчислення шуканих величин і їх похибок, грамотно округлити і записати остаточні результати в надійних границях, детально опрацювати теоретичний матеріал і захистити лабораторну роботу.
Для самоконтролю при підготовці до захисту роботи в кінці кожної лабораторної роботи в методичних указівках подані контрольні запитання.
Під час виконання лабораторної роботи студент повинен бути уважним і строго виконувати правила техніки безпеки:
1) не вмикати рубильники, а також вилки в розетку без дозволу викладача або лаборанта;
2) не вмикати схему, що знаходиться під напругою без попередньої перевірки її викладачем або лаборантом;
3) не проводити перемикання схем, що знаходяться під напругою;
4) не торкатись до неізольованих частин схеми;
5) не залишати без нагляду схему, що знаходиться під напругою;
6) електричне коло замикати тільки на час вимірювань.
Лабораторна робота № 31
Визначення постійної тангенс-бусолі та горизонтальної
складової напруженості магнітного поля Землі
Теоретичні відомості
Земля являє собою величезний магніт, полюси якого лежать поблизу географічних полюсів: неподалік північного географічного полюса розміщений південний магнітний S, а біля південного географічного – північний магнітний N. За сучасними уявленнями поле Землі обумовлене струмами, що циркулюють по поверхні ядра Землі, а також частково намагніченістю гірських порід і струмами в радіаційних поясах.
Вектор напруженості магнітного поля Землі на екваторі спрямований горизонтально, а поблизу магнітних полюсів – вертикально. В інших точках земної поверхні вектор напруженості магнітного поля Землі спрямований під певним кутом. Величину проекції вектора напруженості земного магнітного поля Н на горизонтальну площину називають горизонтальною складовою магнітного поля Землі Н3. Напрям цієї складової вважають напрямком магнітного меридіану. Кут між напрямком магнітного поля Землі й горизонтальною площиною називається кутом відхилення, а кут між географічним і магнітним меридіаном – кутом схилення .
Магнітна стрілка, яка може обертатись лише довкола вертикальної осі, буде відхилятись в горизонтальній площині тільки під дією горизонтальної складової вектора напруженості магнітного поля Землі (Н3).
Ця властивість магнітної стрілки використовується в тангенс-бусолі для визначення Н3. Тангенс-бусоль являє собою плоску вертикальну котушку великого радіуса R, на яку намотано кілька десятків витків дроту n. Величина радіуса котушки і число витків вказані настенді установки.
У центрі котушки в горизонтальній площині поміщено компас. Магнітна стрілка компаса за відсутності струму в котушці буде спрямована вздовж магнітного меридіана Землі NS. Повертаючи котушку довкола вертикальної осі можна її виставити так, що площина котушки буде збігатися з площиною магнітного меридіана – магнітна стрілка в цьому випадку буде знаходитись в площині котушки. Якщо після такого виставлення через витки котушки пропустити струм, то магнітна стрілка повернеться на деякий кут . Пояснюється це тим, що в цьому випадку на магнітну стрілку будуть діяти два магнітних поля: І – горизонтальна складова напруженості поля Землі Н3 і ІІ – створене струмом бусолі – НБ (рис. 1).
Під дією цих полів магнітна стрілка займе таке положення рівноваги, що пряма, яка з’єднує полюси стрілки, збігатиметься за напрямком з вектором напруженості результуючого магнітного поля. На Рис. 1 точки А і В – перетин витка котушки горизонтальною площиною, SN – магнітна стрілка компаса, поміщеного в центр котушки, Н3 – вектор горизонтальної складової напруженості магнітного поля Землі, НБ – вектор напруженості магнітного поля, створеного струмом котушки (визначається за правилом свердлика).
Зверніть
увагу на
розташування магнітних силових ліній
навколо провідника зі струмом; у точці
А струм йде на нас (показаний крапкою),
у точці В струм йде від нас (показаний
хрестиком). Магнітне поле в центрі
колового струму (векторНБ)
спрямоване перпендикулярно до площини
витків.
З малюнка видно, що:
tg =НБ/Н3 і, отже,
Н
Рис.
1
Величина напруженості поля НБ обчислюється за законом Біо-Савара-Лапласа і в центрі котушки великого радіуса, що містить n витків, крізь які тече струм, визначається за формулою:
НБ
=
,
(2)
де І – струм, що тече через виток, r – радіус витка котушки.
Підставляючи значення НБ у формулу (1) одержимо:
Н3
=.
(3)
На підставі рівняння (3) одержимо вираз для сили струму:
,
(4)
де
– величина постійна, тому щоН3
(у даному місці Землі), n
і r
(для бусолі) – постійні. Величина С
називається постійною тангенс-бусолі.
Визначивши постійну тангенс-бусолі,
знаходимо горизонтальну складову
напруженості магнітного поля Землі:
.
(5)