лабы комп

41

4.ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

1. Вычислите по формуле ( q = v ) удельные заряды изотопов углерода, неона,

mBR

урана и запишите полученные значения в соответствующие графы таблиц. Проведите оценку погрешностей проведённых измерений.

2. Используя справочные материалы по физике и химии, определите табличные значения удельных зарядов исследованных изотопов и сравните их с полученными

запишите полученные значения в соответствующие графы таблицы 2.

4.На одном листе постройте графики зависимости времени пролёта изотопов углерода в камере масс-спектрометра от их скорости и сделайте выводы по результатам анализа этих графиков.

5.Контрольные вопросы.

1.Какая сила действует на заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле? От чего зависит траектория движения этой частицы? Ответ поясните формулами и рисунками.

2.Поясните, почему сила, действующая на движущуюся заряженную частицу

вмагнитном поле, не совершает работу?

3.Что изменится в случаях, если:

а) не изменяя заряд частицы и скорость, с которой она влетает в магнитное

поле, изменить магнитную индукцию поля?

41

42

б) не изменяя скорость и магнитную индукцию, изменить заряд частицы на

противоположный? Ответы пояснить рисунками.

4.Задача. Пройдя ускоряющую разность потенциалов 3,52 кВ, электрон влетает в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям индукции.

Индукция поля равна 0,01 Тл, радиус траектории движения электрона в магнитном поле R = 2 см. Определить удельный заряд электрона.

5.Задача. Магнитное поле, индукция которого В = 0,5 мТл, направлено перпендикулярно к электрическому полю, напряженность которого равна Е = 1 кВ/м. Пучок электронов влетает в электромагнитное поле, причем скорость электронов перпендикулярна к плоскости, в которой лежат

векторы Е и В . Найти скорость электрона, если при одновременном действии обоих полей пучок электронов не испытывает отклонения. Каким будет радиус траектории движения электронов при условии включения только одного магнитного поля? (Решение обосновать рисунком).

Библиографический список

1.Савельев И.В. Курс общей физики. Кн. 2. М.: Издательство Астрель, 2006.

2.Калашников С.Г. Электричество. М.: Наука, 1985.

3.Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высшая школа ,1999.

42

43

Лабораторная работа № 2 – 16к

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ

Компьютерная модель «Электромагнитная индукция» в сборнике компьютерных моделей «Открытая физика» раздел «Электричество и магнетизм»

1.Цель работы

•Знакомство с компьютерным моделированием явления электромагнитной индукции.

•Экспериментальное подтверждение закономерностей электромагнитной индукции.

2.Методика эксперимента

Откройте компьютерную модель «Электромагнитная индукция». Внимательно рассмотрите модель, найдите все регуляторы и другие основные элементы. Задаваемые для эксперимента значения величин устанавливают при нажатой кнопке «Выбор», а для эксперимента нажимают кнопку «Старт». (Если вы забыли, как работать с системой компьютерного моделирования, прочитайте ВВЕДЕНИЕ ещё раз). Зарисуйте поле модели в конспект.

В данной лабораторной работе используется компьютерная модель, в которой изменяющийся магнитный поток возникает в результате движения проводящей перемычки длиной Ŀ со скоростью V в однородном магнитном поле, вектор магнитной индукции которой В направлен перпендикулярно вектору скорости движения перемычки

(перпендикулярно плоскости рисунка модели) по параллельным проводникам, замкнутым с одной стороны.

43

44

Перед проведением эксперимента решите задачу.

ЗАДАЧА:

Проводящая перемычка движется со скоростью V по параллельным проводам,

замкнутым с одной стороны. Система проводников расположена в однородном магнитном поле, индукция которого равна В и направлена перпендикулярно плоскости, в которой расположены проводники. Найти ток в перемычке, если ее сопротивление R, а

сопротивлением проводников можно пренебречь.

Решив задачу в черновике, получите уравнение для тока в общем виде

44

45

3.ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ

Подготовьте таблицу 1 для значения В1, используя образец. Подготовьте также таблицы 3 и 4, аналогичные табл.1, для значений В2 и В3.

1.При произвольных параметрах запустите эксперимент, щелкнув мышью по кнопке

«Старт». Наблюдайте движение перемычки и изменение при этом магнитного потока

Ф(цифры внизу окна) .

2.Щелкните по кнопке «Выбор». Зацепив мышью, поочередно перемещайте движки регуляторов

•L –расстояния между проводами,

•R – сопротивления перемычки,

•В1 – величины индукции магнитного поля

изафиксируйте значения, указанные в таблице 2 и под ней для вашего варианта.

3.Установив указанное в табл.1 значение скорости движения перемычки, нажмите левую кнопку мыши, когда ее маркер размещен над кнопкой «Старт». Значения ЭДС и тока индукции занесите в табл.1. Повторите измерения для других значений скорости из табл.1.

4.Повторите измерения для двух других значений В2 и В3 индукции магнитного поля,

выбирая их из табл.2. Полученные результаты запишите в табл.3 и 4.

45

46

4.ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

1.Постройте на одном листе графики зависимости тока индукции от скорости движения перемычки при трех значениях индукции магнитного поля.

2.Для каждой прямой определите тангенс угла наклона по формуле

tg(ϕ) = I . v

3. Вычислите теоретическое значение тангенса для каждой прямой по формуле

5. Сделайте выводы по графикам и результатам измерений.

5.Контрольные вопросы.

1.Что называется магнитным потоком? Перечислите условия, при которых (при неизменной площади поверхности): а) магнитный поток равен нулю? б) магнитный поток принимает максимальное значение?

2.Поясните, что такое «явление электромагнитной индукции»? Сформулируйте закон электромагнитной индукции и правило Ленца.

3.Назовите все способы создания переменного магнитного потока. Поясните, как изменяется со временем магнитный поток в данной работе?

4.Запишите закон Ома для индукционного тока.

46

47

5. Задача. Две гладкие замкнутые металлические шины, расстояние между которыми равно 30 см, со скользящей перемычкой, которая может двигаться без трения (под действием силы тяжести), находятся в однородном магнитном поле с индукцией В=0,1 Тл,

перпендикулярном плоскости контура. Перемычка массой m = 5г скользит вниз с постоянной скоростью V = 0,5 м/с. Определите сопротивление перемычки, пренебрегая самоиндукцией контура и сопротивлением остальной части контура.

Библиографический список

1.С.Г. Савельев И.В. Курс общей физики. Кн. 2. М.: Издательство Астрель, 2006.

2.Калашников Электричество. М.: Наука, 1985.

3.Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высшая школа ,1999.

47

48

Лабораторная работа № 2 – 14к

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ СОЛЕНОИДА

Компьютерные модели «Магнитное поле кругового витка с током», «Магнитное поле соленоида»

в сборнике компьютерных моделей «Открытая физика» раздел «Электричество и магнетизм»

1.Цель работы

•Знакомство с компьютерным моделированием магнитного поля от различных источников.

•Экспериментальное подтверждение закономерностей для магнитного поля кругового витка (контура) с током и соленоида.

•Экспериментальное определение величины магнитной постоянной.

2.Теоретическое введение

Экспериментальные результаты свидетельствуют, что подобно тому, как в пространстве,

окружающем электрические заряды, возникает электрическое поле, так и в пространстве,

которое окружает токи и постоянные магниты, возникает силовое поле, названное магнитным.

Магнитное поле — это форма материи, окружающая движущиеся электрические заряды. Магнитное поле является составной частью электромагнитного поля.

Основные свойства магнитного поля:

— магнитное поле порождается движущимися электрическими зарядами или переменными электрическими полями;

48

49

—магнитное поле действует на движущиеся в нем электрические заряды с некоторой силой;

—переменное магнитное поле порождает в окружающем пространстве переменное электрическое поле, т. е. эти поля всегда взаимосвязаны и, изменяясь,

порождают друг друга;

— магнитное поле носит вихревой характер.

Название магнитное поле происходит от того, что поле, возбуждаемое током,

оказывает ориентирующее действие на магнитную стрелку. В опыте Эрстеда проволока,

по которой тек ток, была натянута над магнитной стрелкой, вращающейся на игле. При включении тока стрелка устанавливалась перпендикулярно к проволоке. Изменение на-

правления тока заставляло стрелку повернуться в противоположную сторону. Из опыта Эрстеда следует, что магнитное поле имеет направленный характер и должно характеризоваться векторной величиной. Эту величину принято обозначать буквой В .

Магнитное поле характеризуют силовой характеристикой - вектором

магнитной индукции В . Направление вектора магнитной индукции В совпадает с

направлением северного полюса магнитной стрелки, которая помещена в данную точку

поля. Следует отметить, что направление вектора В может быть также определено по

силовому действию магнитного поля на прямолинейный проводник с током и по вращающему действию магнитного поля на замкнутый контур с током.

Индукция магнитного поля – это величина, равная отношению максимальной силы Ампера, действующей на проводник с током в магнитном поле, к силе тока в этом

проводнике и его длине в магнитном поле:

49

50

Согласно формуле (1), определена единица магнитной индукции — тесла (Тл).

Тесла — магнитная индукция такого однородного магнитного поля, которое действует с силой 1 Н на каждый метр длины прямолинейного проводника, расположенного перпендикулярно направлению поля, если по проводнику течет ток 1 А:

1Тл = 1 H .

A м

Магнитное поле, как и электрическое, невидимо и оно не действует на наши органы чувств, но его можно изобразить графически посредством силовых магнитных линий. По силовым магнитным линиям в магнитном поле располагаются железные опилки или оси маленьких магнитных стрелок. Силовые линии магнитного поля всегда замкнуты

(не имеют начала и конца), поэтому магнитное поле является вихревым полем, в отличие от электростатического поля, силовые линии которого всегда разомкнуты и начинаются или оканчиваются на зарядах, или уходят в бесконечность.

Силовое магнитное поле изображают с помощью линий магнитной индукции — воображаемых линий, в любой точке которых вектор магнитной индукции направлен по касательной к ним. Направление линий магнитной индукции определяется правилом векторного произведения (правилом правого винта): если поступательное движение винта соответствует направлению тока в проводнике, то направление вращения винта задает направление линий магнитной индукции (рис. 1).

Рис.1. Силовые линии магнитного поля прямого тока.

50