Механика. Электричество (стр. 22 )

где и - период и частота колебаний пилообразного тока.

Тогда

За время от 0 до сила тока изменяется от 0 до, индукция магнитного поля от 0 до. Интегрируя выражение (5.9), получим значение модуля магнитной индукции в рассматриваемой точке в момент времени когда ток в исследуемом контуре имеет наибольшее значение:

Таким образом, индукцию магнитного поля контура с током можно определить по величине ЭДС индукции, которую вызывает в датчике магнитное поле этого контура

при пропускании по нему изменяющегося со временем по линейному закону тока (пилообразного тока). Если пренебречь индуктивным и активным сопротивлениями датчика, то напряжение на концах катушки датчика равно. Тогда, выразив период колебаний пилообразного тока через частоту , для определения модуля индукции магнитного поля контура с током при силе тока в нем, равной , получим расчетную формулу

где (рис. 5.2,б).

Величины и указаны в справочных данных к установке. Величины и измеряются в работе.

5.2.2,а. Порядок выполнения упражнения 2

для связки прямых проводников с током

1) Подготовить установку к работе согласно описанию, прилагаемому к установке.

59

2) Собрать электрическую цепь в соответствии со схемой, изображенной на рис. 5.1., выбрав в качестве контура связку прямых проводников, укрепленную на лицевой стороне задней стенки установки.

3) Датчик ДЭ с подставкой установить на поперечные полозья и придвинуть его вплотную к связке прямых проводников. При этом расстояние от прямых проводников до центра катушки датчика равно 0,025 м.

4) Поворачивая датчик, добиться, чтобы катушка датчика и связка проводников лежали в одной плоскости.

5) Нажав кнопку «Вкл», включить генератор ГСФ-1.

6) Оттянув кнопку «Сеть», включить осциллограф С1-125.

7) С помощью ручки «Частота» и кнопок множителей «х3», «х10», «х100» на панели генератора выбрать частоту пилообразного сигнала в пределах 100…500 Гц (частоту высвечивает цифровой индикатор).

8) Переключателем «\дел» на канале А осциллографа выбрать цену большого деления 0,5 В\дел.

9) Ручкой «Уровень» на панели генератора выбрать выходной сигнал = 0,3…0,6 В (= 0,3…0,6 А). Для этого размах пилообразного напряжения на экране осциллографа должен составить 6…12 маленьких делений.

10) Переключателем «\дел» на канале Б осциллографа выбрать такую цену большого деления, чтобы число делений между горизонтальными отрезками на экране осциллографа, соответствующими ЭДС и -, было около 10.

11) Умножив число делений между горизонтальными отрезками на выбранную цену деления на канале Б, определить напряжение = 2.

12) Измерить при пяти расстояниях , увеличивая расстояние каждый раз на 0,02…0,03 м, полученные значения занести в табл. 5.2.2.

13) Отжав кнопку «Вкл», выключить генератор; нажав кнопку «Сеть», выключить осциллограф.

Таблица 5.2.1

150	0,02 м	100

Таблица 5.2.2

	, м	, В	, В	, Тл	, Тл
1
2
3
4
5

60

5.2.2, б. Порядок выполнения упражнения 2

для круглого проводника с током (одной из катушек Гельмгольца)

1) Подготовить установку к работе согласно описанию, прилагаемому к установке.

2) Собрать электрическую цепь в соответствии со схемой, изображенной на рис. 3.1, выбрав в качестве контура одну из катушек Гельмгольца.

3) Датчик ДЭ с подставкой установить на продольные полозья. Придвинуть и сориентировать датчик так, чтобы плоскости катушек датчика и Гельмгольца совпали.

4) Выполнить пп. 5…13 п. 5.2.2, а. Полученные результаты занести в табл. 5.2.3.

5) На одном и том же графике изобразить зависимости и от расстояния и сравнить их.

6) Отжав кнопку «Вкл», выключить генератор; нажав кнопку «Сеть», выключить осциллограф.

Таблица 5.2.3

	, м	, В	, В	, Тл	, Тл
1
2
3
4
5

5.2.3. Задания к упражнению 2.

(результаты вычислений внести в табл. 5.2.1, 5.2.2, 5.2.3)

1) Применяя закон Ома и учитывая, что сопротивление = 1 Ом, вычислить максимальную силу тока в контуре при напряжении ;

2) Вычислить э. д.с. при всех расстояниях и вписать в таблицу 5.2.3.

3) Учитывая пилообразную (линейную) зависимость силы тока от времени , получить выражение скорости изменения силы тока через период и частоту пилообразного тока:

и убедиться, что при выбранных и она постоянна.

4) Учитывая прямую пропорциональную зависимость индукции магнитного поля проводников с током от силы тока в контуре и используя выражение скорости изменения силы тока, полученное в задании 3, получить выражения скорости изменения индукции магнитного поля контура с током

и убедиться, что на выбранном расстоянии она постоянна.

61

5) Используя определение потока индукции магнитного поля , формулу э. д.с. электромагнитной индукции, выражение скорости изменения индукции магнитного поля, полученное в задании 4, получить выражение э. д.с. индукции в датчике при :

и убедиться, что э. д.с. постоянна.

6) Получить выражение из выражения , полученного в задании 5:

7) Учитывая, что за время от 0 до сила тока изменяется от 0 до , а индукция магнитного поля от 0 до , и интегрируя выражение , получить выражения

8) По формуле, полученной в задании 7, вычислить при всех расстояниях для связки прямых проводников (табл. 5.2.2) и для одной из катушек Гельмгольца (табл. 5.2.3).

9) Используя формулу индукции магнитного поля прямого проводника с током

и круглого проводника с током (короткой катушки)

вычислить теоретические значения индукции магнитного поля на тех же расстояниях .

10) На одном и том же графике построить зависимости и для связки прямых проводников с током и сравнить их.

11) На одном и том же графике построить зависимости и для круглого проводника с током и сравнить их.

Студент _________________________________________________

(институт, курс, группа, фамилия, и. о.)

лабораторную работу выполнил ____________________________

(подпись преподавателя)

задания к лабораторной работе выполнил ____________________

(подпись преподавателя)

62

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

, Курс физики. – М.: Academa, 2005.

, Курс общей физики. – Спб.: Лань, 2012.

Курс физики: Учебник для вузов./Под ред. . – Спб.: Лань, 2012.

и др. Основы физики. Часть 1. Механика - М.: Классикс Стиль, 2007.

Курс общей физики. – Спб.: Лань, 2011.

И. Курс физики. – М.: Academa, 2007.

Школьные учебники по физике.

СОДЕРЖАНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1. Лабораторная работа 1М. Изучение поступательного движения тел и определение силы сопротивления грунта на модели копра. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2. Лабораторная работа 2М. Изучение поступательного и вращательного движения тел и проверка основного закона динамики вращательного движения тел на модели маятника Обербека. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3. Лабораторная работа 3М. Изучение поступательного и вращательного движения тел на модели маховика и проверка теоремы Штейнера. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

4. Лабораторная работа 1Э. Изучение электрического тока в металлических проводниках и определение сопротивления проводников. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

5. Лабораторная работа 2Э. Изучение электромагнитной индукции и магнитного поля проводников с током. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62