- •Оглавление
- •Предисловие
- •Рекомендации преподавателям
- •Указания студентам
- •I. Электрическое поле и постоянный электрический ток. Лабораторная работа № 2.1 исследование электростатического поля методом зонда
- •1. Электростатическое поле и его характеристики
- •2. Изучение электростатических полей, созданных системой проводящих электродов
- •3. Изучение свойств электрического тока в изотропной среде
- •4 . Экспериментальные установки
- •5. Опытное определение эквипотенциальных точек и построение эквипотенциальных линий
- •6. Изучение электрических полей, созданных точечными и равномерно распределенными зарядами, с помощью электронного учебника «Открытая физика» и математического пакета Maple
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2.2 закон ома и правила кирхгофа для разветвленных цепей
- •1. Закон Ома
- •2. Правила Кирхгофа
- •3. Экспериментальная установка
- •4. Проверка закона Ома для участка цепи и измерение внутренних сопротивлений источников тока
- •5.Нахождение токов в разветвленной цепи
- •6.Изучение темы «Правила Кирхгофа для разветвленных цепей» с помощью программы «Открытая физика»
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2.3 Температурная зависимость сопротивления проводников и полупроводников
- •1. Электропроводность металлов
- •2.Электропроводность полупроводников
- •3. Экспериментальная установка
- •4. Определение зависимости сопротивлений проводника и термистора от температуры
- •5. Вычисление энергии активации полупроводника
- •6. Изучение электропроводности твердых тел с помощью пакета программ “Открытая физика”
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2.4 релаксационный генератор на основе тиратрона
- •1. Тлеющий разряд в газах
- •2. Газоразрядные приборы
- •3. Релаксационный генератор на основе тиратрона
- •4. Экспериментальная установка
- •5. Измерение потенциала зажигания и гашения тиратрона
- •6. Измерение периода релаксационных колебаний секундомером
- •6. Измерение периода релаксационных колебаний с помощью осциллографа
- •7. Измерение емкости батареи конденсаторов
- •8. Изучение квазистационарных процессов в rc-цепях с помощью пакета программ «Открытая физика»
- •Контрольные вопросы
- •II. Магнитное поле. Лабораторная работа № 2.5 магнитное поле кругового тока
- •1. Закон Био-Савара-Лапласса и его применение для определения индукции магнитного поля кругового тока
- •2. Магнитное поле Земли
- •3. Экспериментальная установка
- •4. Измерение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли
- •5. Проверка закона Био-Савара-Лапласса
- •6. Изучение силовых линий магнитного поля с помощью пакета программ «Открытая физика»
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2.6 определение удельного заряда электрона
- •1. Сила Лоренца
- •2. Краткое описание тетрода 6э5п
- •3. Экспериментальная установка
- •4. Методика определения удельного заряда электрона
- •5. Измерение удельного заряда электрона
- •6. Работа с компьютерной моделью движения заряда в магнитном поле
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2.7 эффект холла
- •1. Эффект Холла и его теоретическое обоснование
- •2 Датчики Холла
- •3. Экспериментальная установка
- •4. Градуировка датчика
- •5. Измерение индукции магнитного поля вдоль оси соленоида
- •6. Определение параметров датчика
- •Контрольные вопросы
- •III. Колебания и волны. Лабораторная работа № 2.8 Свободные механические колебания
- •1. Изучение гармонических колебаний математического и физического маятников
- •2. Ангармонические колебания физического маятника
- •3. Затухающие колебания физического маятника
- •4. Измерение периода малых колебаний математического маятника и определение ускорения свободного падения
- •5. Определение зависимости периода колебания физического маятника от амплитуды
- •6. Исследование затухающих колебаний.
- •7. Изучение темы «Свободные колебания математического маятника» с помощью программы «Открытая физика»
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2.9 изучение электронного осциллографа
- •1. Электронный осциллограф
- •2. Сложение двух колебаний одного направления и одинаковых или близких частот
- •3. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний
- •4. Использование осциллографа
- •5. Схема экспериментальной установки
- •6. Подготовка электронного осциллографа к работе
- •7. Измерение амплитуды, периода и частоты синусоидальных колебаний
- •8. Измерение периода биений
- •9. Определение сдвига фаз двух гармонических взаимно-перпендикулярных колебаний одинаковой частоты
- •10. Определения частоты колебаний по заданной частоте
- •11. Изучение квазистационарных процессов в rlc-цепях с помощью пакета программ “Открытая физика”
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2.10 Закон Ома для цепей переменного тока
- •1. Цепи переменного тока (краткая теория)
- •2. Выполнение работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2. 11 стояЧие волны и определение скорости звука в воздухе
- •1. Звуковые волны
- •2. Звуковые волны в газах
- •3. Стоячие волны
- •3. Описание экспериментальной установки и выполнение работы
- •Контрольные вопросы
- •ПриложениЕ I. Таблицы физических величин
- •Диэлектрическая проницаемость
- •ПриложениЕ II. Некоторые сведения о единицах физических величин
- •Основные и производные единицы электрических и магнитных величин в си
- •Коэффициенты перевода внесистемных единиц в единицы си
- •Приставки для образования кратных и дольных единиц
- •Греческий алфавит
- •Литература Основная
- •Дополнительная
- •Электромагнетизм, колебания и волны Учебное пособие для выполнения лабораторных работ
- •428000, Г. Чебоксары, ул. П. Лумумба, 8
6. Изучение силовых линий магнитного поля с помощью пакета программ «Открытая физика»
Запустите компьютерную программу Открытая физика (версия 2.6) часть 2 и откройте в Содержании разделов “Магнитное поле 1.16. Магнитное взаимодействие токов, 1.17. Закон Био–Савара”. Ознакомьтесь с теоретическим материалом, в конце раздела “1.17. Закон Био–Савара” щелкните по изображению модели магнитного поля прямого тока (рис. 5.5). Проверьте, что направление силовых линий действительно можно определять по правилу правого винта.
Рис. 5.5. Компьютерная модель силовых линий магнитного поля прямого тока |
Рис. 5.6. Компьютерная модель силовых линий магнитного поля кругового тока
|
Захватите картину с экрана одновременным нажатием клавиш Alt и PrtScr (например, так: клавиша Alt нажата и удерживается, клавиша PrtScr нажимается один раз). Откройте новый документ текстового редактора Open Office.org Writer (или Word), вставьте изображение из буфера, сделайте пояснительную надпись, сохраните документ в папку с фамилиями студентов, входящих в бригаду.
Вернитесь назад в раздел “Закон Био–Савара”, в конце раздела щелкните по изображению модели магнитного поля кругового тока (рис. 5.6).
Проверьте, что направление силовых линий вблизи оси кольца действительно можно определять по правилу правого винта: если направление вращения совпадает с направлением кругового тока, то поступательное перемещение винта указывает направление вектора магнитной индукции .
Контрольные вопросы
Дайте определение и укажите способы измерения магнитной индукции. В каких единицах измеряется магнитная индукция в СИ?
Объясните принцип определения Вг с помощью тангенс-буссоли.
Дайте определение магнитного момента рамки с током и вращающего момента сил. Каковы их связь и единицы измерения в СИ.
Изложите Закон Био-Савара-Лапласа. Как он применяется в настоящей работе? Изложите вывод формулы (5.3).
Лабораторная работа № 2.6 определение удельного заряда электрона
Цель работы: изучение движения заряженных частиц в электрическом и магнитном полях, экспериментальное определение удельного заряда электрона.
Приборы и принадлежности: источник питания, электронная лампа 6Э5П, соленоид, вольтметры, миллиамперметр, амперметр, реостат, соединительные провода, ключ.
Литература: [1-4]
План работы:
Изучение силы Лоренца.
Изучение краткого описания тетрода 6Э5П.
Изучение экспериментальной установки.
Изучение методики определения удельного заряда электрона.
Измерение удельного заряда электрона.
Работа с компьютерной моделью движения заряда в магнитном поле.
1. Сила Лоренца
На заряженную частицу, движущуюся со скоростью в магнитном поле с индукцией , действует сила Лоренца
, (6.1)
где q – заряд частицы. Сила Лоренца1 направлена перпендикулярно векторам скорости заряженной частицы и магнитной индукции (рис. 6.1.). Направление силы Лоренца определяется правилом правого винта. Применительно к данному случаю, его можно сформулировать следующим образом: если головку винта с правой нарезкой поворачивать от вектора к то поступательное движение винта совпадет с направлением вектора силы, действующей на положительный заряд. Для отрицательного заряда направление вектора силы будет противоположно.
Рис. 6.1. Пример взаимного расположения векторов , и
|
|
Модуль силы Лоренца
, (6.2)
где – угол между векторами и .
Поскольку сила Лоренца всегда направлена перпендикулярно направлению скорости, она лишь изменяет направление движения частицы. Это используется для управления движением заряженных частиц в электронно-вакуумных приборах (радиолампах, электронно-лучевых трубках, кинескопах телевизоров) и циклических ускорителях элементарных частиц и ионов (циклотронах, синхрофазотронах, бетатронах и т.п.).