IV. Экспериментальная часть
III. Теория метода и описание установки
В данной работе измерение индукции магнитного поля внутри соленоида проводится с помощью магнитометра, представляющего собой небольшой постоянный магнит (магнитная стрелка), подвешенный на нити (рис.1). Магнитная стрелка, которая может вращаться лишь около вертикальной оси, располагается в центре соленоида, где поле можно считать однородным. Соленоид устанавливается вдоль горизонтальной составляющей вектора магнитной индукции магнитного поля Земли с помощью компаса. В этом положении соленоида магнитная стрелка, следовательно, и вектор магнитного момента , будут направлены вдоль его оси. Рис. 1 Рис. 2
При отклонении стрелки на небольшой угол от положения равновесия (рис. 2) возникает крутящий момент нити (им можно пренебречь) и вращающий момент силы со стороны магнитного поля, под действием которого стрелка будет совершать свободные незатухающие крутильные колебания (сопротивлением воздуха и трением в подвесе пренебрегаем). Модуль момента силы равен . Учитывая, что при малых углах закручивания , а вектор вращающего момента и вектор углового перемещения направлены в противоположные стороны, можно записать , (1) где – вращающий момент, – магнитный момент стрелки, – угол поворота стрелки. Согласно основному уравнению динамики вращательного движения . (2) Сравнивая (1) и (2), получаем: , (3) где – момент инерции магнита. Разделив уравнение (3) на получаем: . (4) Вводим обозначение: . Тогда уравнение (4) примет вид: . (5) Уравнение (5) представляет собой дифференциальное уравнение свободных незатухающих колебаний стрелки с частотой . Период колебаний , откуда или , (6) где – постоянная величина для данного магнитометра. Согласно принципу суперпозиции индукция результирующего поля равна векторнойсумме индукций магнитных полей Земли и соленоида : . Чтобы исключить влияние магнитного поля Земли на определение величины индукции магнитного поля соленоида, измеряют время колебаний магнитной стрелки в двух случаях: при одинаковом направлении векторов индукции поля Земли и соленоида и противоположном. Изменения направления вектора добиваются переключением направления тока в соленоиде на противоположное. В первом случае модуль индукции результирующего поля , где , а во втором , где . Получаем систему уравнений: .
Из системы находим индукцию магнитного поля соленоида: , (7) где – постоянная величина, указанная на установке, и - периоды колебаний магнитной стрелки при противоположных направлениях тока в соленоиде. IV. Экспериментальная часть
1. Собрать электрическую цепь из соленоида С, амперметра А, реостата R, ключа переключателя П, выпрямителя, согласно схеме, приведенной на рис.3. 2. Установить соленоид вдоль магнитного поля Земли с помощью компаса. 3. Включить выпрямитель в сеть. Изменяя положение движка реостата , установить силу тока в соленоиде от 1А до 5А через 1А, измерить период колебаний для каждого значения силы тока. Для этого необходимо: а) лёгким толчком вывести магнитную стрелку из положения равновесия; б) отсчитать по секундомеру время полных колебаний стрелки; в) вычислить по формуле период колебаний для каждого значения силы тока. Результаты занести в таблицу.
Рис. 3 4. Изменить направление силы тока в соленоиде с помощью ключа переключателя П. При этом магнитная стрелка в соленоиде поменяет свое направление на противоположное. 5. Повторить пункт 3 (а, б, в) для определения периода колебаний . Результаты занести в таблицу. 6. По формуле (7) вычислить индукцию магнитного поля соленоида для каждой пары и , т.е. при одном и том же значении прямого и обратного тока. 7. Построить график зависимости . Таблица
8. Рассчитать относительную и абсолютную погрешности для всех измерений по формулам: ; , где 0,01c - погрешность секундомера.
Контрольные вопросы 1. Дать определение индукции магнитного поля. Единица измерения. 2. Как определяется направление вектора ? 3. Принцип суперпозиции магнитных полей. 4. Сформулировать закон Ампера. 5. Как определяется направление силы, действующей на проводник с током? 6. Сформулировать закон Био-Савара-Лапласа. 7. Вывести рабочую формулу индукции магнитного поля на оси соленоида.
Техника безопасности 1. К работе с установкой допускаются лица, ознакомленные с её устройством и принципом действия. 2. Подключение установки к сети допускается только после проверки электрической цепи инженером или преподавателем.
Рекомендуемая литература 1. Савельев И.В. Курс общей физики. (т. 3) / И.В. Савельев. 2. Трофимова Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова. – М.: Высш. шк., 2004. 3. Кунаков В.В. Магнетизм: учеб. пособие / В.В. Кунаков, О.А. Лещёва, И.В. Мардасова, О.М. Холодова. – Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2011.
Редактор Т.В. Колесникова _________________________ В печать 31.01.2012 Объём 0,5 усл. п.л. Офсет. Формат 60x84/16. Бумага тип №3. Заказ № .Тираж 60 экз. Цена свободная ________________________ Издательский центр ДГТУ Адрес университета и полиграфического предприятия: 344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1
Популярное: Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... Как построить свою речь (словесное оформление):
При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (282)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |