1. Расчеты

1. Рассчитать период колебаний магнита по формуле Т=t/N для каждого опы-та. Найти среднее значение периода.

2. Рассчитать момент инерции магнита по формуле (7).

3. Рассчитать средний угол отклонения ϕ_ср.=(ϕ₁₊ϕ₂)/2.

4. Рассчитать горизонтальную составляющую индукции магнитного поля Земли по формуле (11) для каждого расстояния, используя среднее значе-ние периода.

5. Рассчитать магнитный момент магнита по формуле (12) для каждого рас-стояния, используя среднее значение периода.

6. Найти средние значения В и p_m. Абсолютную погрешность рассчитать как для прямых измерений.

7. Найти относительную погрешность измерений. Результаты представить в стандартном виде:

B = B ± B

p_m = p_m ± p_m

2. Защита работы

(ответы представить в письменном виде)

1. Что называется магнитной индукцией? В каких единицах она измеряется?

2. Запишите формулу, связывающую индукцию и напряженность магнитного поля. Используя рассчитанное среднее значение горизонтальной состав-ляющей индукции магнитного поля Земли, вычислите соответствующее значение напряженности для нашей широты.

3. Что называется линиями магнитной индукции? Как определяется их на-правление?

4. На какой географической широте горизонтальная составляющая вектора индукции магнитного поля Земли равна нулю?

140

Электромагнетизм Описания лабораторных работ

ПРОТОКОЛ измерений к лабораторной работе №54

Выполнил(а)_____________________ Группа__________________

Масса магнита m = _____________

Длина магнита l = ______________

Ширина магнита d = ____________

Задание 1

№п/п

N

t, с

T, с

1

2

3

среднее

Задание 2

№ п/п

R, см

ϕ

1

°

ϕ

°

ϕ

°

В, Тл

⋅

2

,

2 ,

ср ,

рm , А м

1

2

3

4

5

среднее

Дата________ Подпись преподавателя___________________

141

Описания лабораторных работ Электромагнетизм

Лабораторная работа № 55

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

Цель работы – определить горизонтальную составляющую магнитного поля Земли с помощью тангенс-гальванометра.

Приборы и принадлежности: тангенс-гальванометр, амперметр, реостат, источник постоянного тока, выключатель.

Общие положения

Вокруг Земного шара существует магнитное поле , линии индукции кото-рого изображены на рис. 1. Вектор индукции (а также и вектор напряженности) магнитного поля Земли в средних широтах направлен под некоторым углом к поверхности_r Земли и может быть разложен на две составляющие: горизонталь-

ную B₀ и вертикальную B^r_⊥.

S
B1	B
	0
	B
N
Рисунок 1

В данной работе горизонтальная составляющая индукции магнитного по-ля Земли определяется с помощью тангенс-гальванометра. Он представляет со-бой плоскую вертикальную катушку, у которой радиус витков R больше длины этой катушки. Число витков, намотанное на катушке, N. В центре катушки в го-ризонтальной плоскости располагается короткая магнитная стрелка, которая вращается вокруг вертикальной оси.

Для определения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли необходимо рассмотреть суперпозицию какого-нибудь пробного магнитного поля, индукция которого в данной точке направлена горизонтально, и горизон-тальной составляющей магнитного поля Земли. В качестве такого поля исполь-зуется магнитное поле, создаваемое током, протекающим по виткам тангенс-гальванометра.

142

Электромагнетизм							Описания лабораторных работ
	Тангенс-гальванометр расположим так, чтобы плоскость катушки по маг-
нитной стрелке была установлена в плоскости магнитного меридиана. При про-
пускании тока по виткам катушки тангенс-гальванометра возникает магнитное
поле индукцией B . Вектор B в центре лежит в горизонтальной плоскости пер-
пендикулярно горизонтальной составляющей магнитного поля земли.
	Вектор индукции результирующего поля по принципу суперпозиции ра-
вен векторной сумме полей. Стрелка компаса установится по диагонали парал-
лелограмма, сторонами которого будут вектор магнитной индукции магнитного
поля кругового тока B и горизонтальная составляющая вектора магнитного по-
ля Земли – Br0 .							На рис. 2 изображено сечение ка-
				тушки прибора горизонтальной плоско-
	C	B0		стью и указано направление векторов
				индукции B и B0 .
							Из рисунка видно, что
	B	B1					B = B0 tgα ,			(1)
	Рисунок 2			где α – угол между векторами Br0						и B1.
ваемая в точке С витками катушки:							Индукция магнитного поля,			созда-
							μ I N ,
		B		= μ		0				(2)
							2 R
где	μ0 – магнитная постоянная ( μ0 =4π⋅10−7 Гн/м);
	μ – относительная магнитная проницаемость, для воздуха μ≈1;
	N – число витков катушки; I – сила тока; R – радиус витков.
	Приравняем выражения (1) и (2) и получим формулу для расчета горизон-
тальной составляющей индукции магнитного поля Земли:
			B =		μ0 I N			.	(3)
			0		2 R tgα

Подготовка к работе

(ответы представить в письменном виде)

1. В чем состоит цель работы?

2. Какие физические величины измеряются непосредственно?

3. По какой формуле Вы будете рассчитывать горизонтальную составляющую индукции магнитного поля Земли? Поясните смысл обозначений.

4. Что называется магнитной индукцией? В каких единицах она измеряется?

5. Что называется линиями магнитной индукции? Как определить их направление?

143

Описания лабораторных работ Электромагнетизм

Выполнение работы

1. Измерить радиус R витков и сосчитать их количество N.

2. Собрать электрическую цепь по схеме, указанной на рис. 3.

3. Определить цену деления амперметра.

4. Установить плоскость катушки тангенс-гальванометра в плоскости магнит-ного меридиана.

5. Замкнуть цепь переключателем. С помощью реостата установить в цепи та-кой ток, чтобы магнитная стрелка отклонилась на угол не более 30°. Изме-рить угол α₁ отклонения стрелки.

6. Изменить переключателем направление то-ка. Измерить угол α₂ отклонения магнитной стрелки при той же силе тока.

7. Повторить измерения согласно п.п. 5 и 6 еще два раза, изменяя значение силы тока.

mA

		Оформление отчета
		1. Расчеты
	1.	Найти среднее значение угла отклонения
	S1	стрелки для каждого значения силы тока.
	2.	Рассчитать значение В0 по результатам
		каждого опыта по формуле (3).
P1	3.	Рассчитать среднее значение В0.
	4.	Рассчитать абсолютную погрешность B0

как для прямых измерений.

5. Найти относительную погрешность изме-^{R G1} рений. Результат записать в стандартном

виде:

Рисунок 3 B = B₀ ± B₀