Порядок выполнения лабораторной работы:

1. Подготовить осциллограф к работе.

2. Переключатель диапазонов частоты перевести в положение “0” т. е. отключить развертку.

3. Аттенюатор вертикального входа поставить в положение “1:1”.

4. потенциометр входа усилителя вертикального отклонения луча поставить на максимальную чувствительность, для чего повернуть ручку “Усиление Y” по часовой стрелке до упора.

5. Собрать схему (см. рис.2.3) ЛАТР в сеть не включать. Ручку регулирования выходного напряжения ЛАТРа повернуть против часовой стрелки до упора.

6. После проверки схемы преподавателем включить ЛАТР в сеть и установить выходное напряжение порядка 36 В.

7. Изменяя R₂ (порядка нескольких десятков Ом), установить длину вертикального штриха на экране осциллографа 5-8 см.

8. Записать показания вольтметра, значения R₁ и R₂ и длину штриха в табл. 3.

9. Обработка результатов.

9.1.По формуле (2.4.) рассчитать значения S_y, S_x для различных значений сопротивления R₂.

9.2.Определить средние значения S_yср, S_xср.

9.3.Рассчитать средне-квадратичную погрешность ΔS_y, ΔS_x.

9.4.Результаты записать в виде S_y =S_yср+ΔS_y, S_х =S_хср+ΔS_х, сделать вывод.

Таблица 3

U*, B	R1, Ом	R2, Ом	Смещение луча, мм		Sy , м/В	Sx, м/В

Контрольные вопросы:

1. Для чего предназначен электронный осциллограф?

2. Опишите устройство электроннолучевой трубки.

3. Объясните, как получается изображение на экране осциллографа.

4. Что называется чувствительностью осциллографа?

5. Каким образом осуществляется отклонение луча в электрон но – лучевой трубке?

6. Для чего служит генератор пилообразного напряжения в осциллографе?

7. Для чего нужна синхронизация напряжений в электронном осциллографе?

8. Основные характеристики электрического поля.

9. Работа электрического поля при перемещении заряда.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

Определение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля земли

Цель работы: определить горизонтальную составляющую напряженности магнитного поля Земли.

Оборудование: 1. Источник питания.

2. Реостат.

3. Тангенс-гальванометр.

4. Миллиамперметр.

Теоретическая подготовка: необходимо изучить тему “Магнитное поле в вакууме” по конспекту лекций и учебникам [2, 4, 5].

Особое внимание обратить на выяснение смысла понятий: “магнитное поле ”, “вектор магнитной индукции”, “напряженность магнитного поля”, “магнитная проницаемость”, а так же усвоить закон Био–Савара–Лапласа, принцип суперпозиции магнитных полей и способ расчета поля на основе указанных законов и принципов.

Сущность лабораторной работы и методика эксперимента.

Магнитное поле – это одна из форм проявления электромагнитного поля. Материальность магнитного поля подтверждается тем, что оно действует на движущиеся электрически заряженные частицы и тела, на проводники с током, на частицы и тела, обладающие магнитными моментами.

Магнитное поле порождается проводниками с током, движущимися электрически заряженными частицами и телами, обладающими магнитными моментами, а также изменяющимся во времени электрическим полем.

Основной силовой характеристикой магнитного поля служит вектор магнитной индукции В. Наряду с основной характеристикой магнитного поля вектора В, существует и напряженность магнитного поля Н. В изотропной среде магнитная индукция и напряженность магнитного поля связаны отношением

B=₀H,

где  – относительная проницаемость среды, для вакуума =1; ₀ – магнитная постоянная, равная 4 10^-7 Гн/м.

Важно иметь в виду, что Земля обладает магнитным полем. Магнитное поле Земли, образующее земную магнитосферу, простирается на расстояние 70-80 тыс. км. в направлении Солнца и на многие миллионы километров в противоположном направлении. У поверхности Земли магнитное поле в среднем равно 39,8 А/м. Происхождение магнитного поля земли, вероятно, связано с конвективными движениями проводящего жидкого вещества в земном ядре. Из планет Солнечной системы только Юпитер и Сатурн обладают достаточно мощными полями (до 800 А/м). Магнитные полюсы Земли не совпадают с географическими полюсами. Земное магнитное поле и его силовые линии имеют такой вид, как будто земной шар представляет собой магнит с осью, направленной приблизительно с Севера на Юг, так как удаление магнитного полюса от географического составляет примерно 2100 км. Магнитное поле Земли на экваторе направлено горизонтально, у магнитных полюсов – вертикально, в других местах – под некоторым углом к горизонтальной плоскости. Стрелка компаса, как известно, устанавливается вдоль магнитного меридиана. При этом на ее вращение оказывает влияние только горизонтальная составляющая напряженности магнитного поля Земли Н_г. Если поместить ось вращения магнитной стрелки в центре кругового проводника, по которому течет ток, то магнитное поле тока будет действовать на стрелку. При условии, что стрелка мала по сравнению с радиусом кругового проводника, с известным приближением можно считать, что полюсы стрелки находятся в центре круга, напряженность поля в котором

H=IN/2R, (3.1)

где I – сила тока, А; R – радиус круга, м; N – число витков кругового проводника. а ) б)

Рисунок 3.1.

Если круговой ток находится в плоскости

магнитного меридиана, то Н перпендикулярна Нг. Силы магнитного поля повернут стрелку таким образом, что она установится под углом  вдоль равнодействующих двух векторов напряженности. По рисунку (3.2) можно

определить:

Рисунок 3.2.

H= Н_гtg  (3.2)

Приравнивая равенства (3.1) и (3.2) можно определить силу тока

I = 2RН_гtg /N, (3.3)

Так как величина 2RН_г/N является постоянной для данного прибора, то сила тока пропорциональна tg . Поэтому прибор, состоящий из нескольких витков проводника, в центре которых укреплена на вертикальной оси маленькая магнитная стрелка, называется тангенс - гальванометром. Из уравнения (3.3) найдем величину

H_г= IN/(2Rtg ). (3.4)

По уравнению (3.4) можно определить горизонтальную составляющую напряженности магнитного поля Земли. Для измерения Н_г необходимо собрать схему (см. рис.3.3). Тангенс – гальванометр TG подключить через коммутирующий ключ к источнику тока . Реостат R предназначен для регулирования силы тока через катушку тангенс – гальванометра, амперметр А – для измерения силы тока. Использование коммутирующего ключа в схеме позволяет изменить направление тока через тангенс – гальванометр, не меняя его направления через амперметр, что способствует удобству измерения силы тока.

R

Рисунок 3.3.

Порядок выполнения лабораторной работы:

1. Собрать схему, изображенную на рис. 3.3. Источник питания до проверки схемы преподавателем в цепь не подключать.

2. Установить плоскость катушки тангенс – гальванометра в плоскости магнитного меридиана.

3. Установить реостатом силу тока в цепи 0,1 А, и определить угол  поворота стрелки. Результат записать в таблицу 4.

4. Изменить с помощью переключателя направление тока в тангенс – гальванометре и проделать отсчет  при той же силе тока.

5. Выполнить измерения, указанные в пп.3-4, при силе тока 0,2 и 0,3А.

6. Найти среднее значение угла отклонения стрелки для каждой величины силы тока, а затем определить tg_ср.

7. По формуле (3.4) рассчитать значения Н_г для каждой величины силы тока и найти среднее значение Н_гср.

8. Определить абсолютную и относительную погрешность.

9. Записать окончательный результат в виде Н_г = Н_гср  Н_г и сделать вывод.

Таблица 4

Сила тока, А	Угол отклонения стрелки		Среднее значение угла , 	Нг, А/м
	При прямом токе	При обратном токе

Контрольные вопросы:

1. Что такое магнитное поле?

2. Что представляет собой напряженность магнитного поля?

3. Что называется магнитной индукцией? Связь между характеристиками магнитного поля.

4. Опишите в общих чертах строение магнитного поля Земли. Наблюдая отклонение стрелки компаса в магнитном поле кругового проводника с током, определите направление тока.

5. Почему прибор называется тангенс – гальванометром?

6. Почему размеры магнитной стрелки должны быть малыми по сравнению с диаметром витков?

7. Магнитное поле контура (кругового) с током (вывод формулы).

8. Принцип действия тангенс – гальванометра.

9. Получите расчетную формулу.

10. Сформулируйте закон Био - Савара - Лапласа.

11. Сформулируйте закон полного тока (о циркуляции В).

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4