Практикум по физике (стр. 15 )

"Мастер анализа" – "Операция"- "Деление"- первый аргумент- график, полученный в б), второй аргумент - график из а) или ток.

г) Нахождение r = (ع - U)/I от тока в цепи.

К сожалению, старая NOVA упорно давала ошибку при попытке сделать это действие, поэтому в качестве аргумента придётся выбрать r, а в качестве функции I. Хотелось бы сделать наоборот, но это получается не в каждой версии программного обеспечения. (Попробуйте, конечно, сделать правильный график.)

"Свойства графика"- в качестве оси x выберем (ع - U)/I из в)

д) Выведем I из а), получим требующийся график, правда, с "перепутанными" осями.

Сохраним результаты обработки данных.

7. Подпишем график, позаботимся, чтобы на осях были понятные обозначения и легко читаемые числа. Не забудем записать тип исследуемого источника тока. Отметим на графике начало и конец опыта.

8. Сравним графики для уменьшающегося сопротивления нагрузки и для увеличивающегося Есть ли существенная разница между ними? Что происходит? Может быть, нагревание батарейки влияет на внутреннее сопротивление?

9. Запишем выводы. Какова зависимость внутреннего сопротивления источника тока от тока в цепи?

10 ДОПОЛНИТЕЛЬНО:

а) Хорошо бы дать батарейке остыть несколько минут, затем повторить опыт и посмотреть, стабильны ли полученные зависимости, влияет ли разрядка батарейки на результаты.

, шк. 179 МИОО, 10 апреля 2011

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 15

ИЗМЕРЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

ОБОРУДОВАНИЕ компас, чистый лист бумаги, скотч, датчик индукции магнитного поля, NOVA-5000, секундомер или часы, транспортир, угольник, отвес.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ: знание основ тригонометрии, векторы, проекции вектора на ось, понятие о магнитном поле.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Определить направление и модуль вектора индукции магнитного поля Земли.

Понять, что мы находимся в поле и приобрести навык измерения его.

ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ОПЫТ

Чувствительный элемент датчика находится в его конце и помечен тонкой линией на корпусе.

На измеряемое магнитное поле могут значительно повлиять железные детали стола, узлы крепления, шурупы. Снимем с себя и уберём далеко часы, компас и другие железные вещи, которые могут влиять на магнитное поле, если находятся близко к датчику.

Что такое "близко?" Неплохо бы проверить. Закрепим датчик неподвижно (можно приклеить скотчем к столу). Установим высокую чувствительность переключателем на корпусе датчика. Частота измерений -10 в секунду, продолжительность- бесконечно. Будем приближать издалека к датчику часы или другой маленький железный предмет. Оценим расстояние, начиная с которого присутствие предмета изменяет показания датчика. Проверим то же самое для компаса, для массивного предмета, например, для пятикилограммовой железной гири. Проверим влияние включенного блока питания для NOVA на показания датчика. Запишем полученные расстояния.

ИДЕИ РАБОТЫ

Датчик показывает значение проекции вектора магнитной индукции (в той точке, где находится чувствительный элемент датчика) на ось датчика. Вращая датчик в горизонтальной плоскости, получим график зависимости проекции вектора Вгор на каждое направление.

Найдем направление, где проекция Вгор наибольшая. (Оно должно бы совпасть с направлениями на север и на юг.)

Затем установим в вертикальной плоскости лист из немагнитного материала, (например, большой картонный ящик) так, чтобы направление север-юг лежало в этой плоскости. Вращая датчик параллельно установленной плоскости, проведем аналогичные действия, в результате получим максимальное значение В и определим угол наклона вектора индукции по отношению к горизонтали.

Зная максимальные значения Вгор и В, найдем угол наклона вектора магнитной индукции к горизонту. (Это легко, нарисуйте соответствующий треугольник – вектор В и его проекции. То же самое можно, но менее удобно, получить прямым измерением угла наклона оси датчика к горизонту в тот момент, когда показания датчика, вращаемого в вертикальной плоскости, достигнут максимального значения.)

УСТАНОВКА

Найдём горизонтальную поверхность, располагающуюся вдалеке от железа, магнитов, компасов, блоков питания, проводов, стен, пола, штативов. Неплохо делать опыт на лежащей между двух столов широкой доске или фанере. При этом стальные элементы конструкций столов будут находиться далеко от датчика.

НЕ забудьте, что датчик после вращения в горизонтальной плоскости придется вращать в вертикальной, при этом чувствительный элемент (конец датчика с чёрточкой) должен находиться в одном и том же месте.

МАЛЕНЬКАЯ ХИТРОСТЬ

Зависимость Вгор получится от времени, а нам хочется – от азимута. (Азимут-угол между направлением на север и выбранным направлением, отсчитывается от направления на север по часовой стрелке, например, востоку соответствует 90о, а западу - 210о).

Поэтому на приклеенном скотчем к столу листе отметим центр вращения и направления на север и юг (по компасу) и аккуратно разметим лист углами по 12о, в ходе опыта будем стараться равномерно поворачивать датчик так, чтобы угол 12о проходился за 2 секунды, тогда на 360 градусов повернем ровно за минуту. Продолжительность опыта тоже установим одну минуту - тогда вид графика зависимости от времени и от угла будет почти одинаков. Можно сделать один аккуратно размеченный лист и оставить его тем, кто будет делать эту работу после вас.

Если в комплекте лаборатории есть датчик угла поворота (скорее всего, в единственном экземпляре), можно подсоединить его (немагнитными материалами) к центру вращения. Датчик поворота должен быть достаточно удалён от датчика магнитного поля.

ХОД РАБОТЫ

1) Подготовим место для опыта, приклеим размеченный лист скотчем к столу.

2) Установим высокую чувствительность. Запустим опыт и начнём вращать датчик в горизонтальной плоскости, контролируя поворот на каждые 6 градусов за секунду. Один человек вращает, другой - диктует время каждые две секунды. Потренируйтесь, прежде чем запустить измерения.

Не забудем точно определить положение точки, вокруг которой вращали датчик - оно необходимо для следующего опыта.

Внимание: Типичная ошибка - вращать датчик вокруг неверной точки, например, середины или места, где выходят провода.

Почему важно вращать датчик вокруг точки, где находится чувствительный элемент?

3)Получим график зависимости Вгор(t)и распечатаем его. (Внимание! Позаботьтесь о том, чтобы на оси ординат выведенного графика были читаемые цифры. По - видимому, чтобы не терять точность, надо указать перед опытом число выводимых знаков.)

Подпишем ручкой на оси времени соответствующие значения азимута. Отметим на графике точки, где модуль значения Вгор наибольший (таких точек должно быть две, одна - когда датчик "смотрит" на север, другая - когда на юг).

Почему именно в этих положениях датчика получились наибольшие по модулю значения?

4) Найдём горизонтальную составляющую магнитной индукции поля: Сумму модулей Вгор в двух точках, где значение максимально (соответствующих направлению на север и юг), поделите на 2.

Заодно сравним, одинаковы ли по модулю эти значения.

Запишем Вгор макс=

5) Теперь, при помощи большого угольника установим вертикальную поверхность так, чтобы направление север-юг (точнее то, где Вгор максимально), лежало в этой плоскости.

Убедимся, что чувствительный элемент датчика находится в той же точке, что и в первом опыте.

Проведем эксперимент аналогичным образом, с поворотом датчика на 180о (под стол датчик опускать неудобно) за 30 секунд, приклеив лист с разделением на 12-градусные углы к вертикальной плоскости.

Распечатаем этот график.

Определим и запишем модуль вектора В (максимальное значение на полученном графике).

6) Найдём угол, который образует вектор В с горизонтом. Во - первых, его можно увидеть на графике. а более точно угол можно рассчитать как арксинус отношения модуля индукции магнитного поля к горизонтальной составляющей. (Нарисуйте картинку, объясните почему!)

7) ПРОСТОЙ ВАРИАНТ ОПЫТА

К тому месту датчика, где выходит провод, прикрепим отвес. Расположим датчик горизонтально на весу, при этом конец датчика надо прислонить к какому-нибудь выступающему немагнитному предмету, например, к торцу вертикально стоящей прочно закреплённой доски. Зафиксируем конец датчика в определенной точке и не будем позволять ему сдвигаться (датчик может только вращаться).

Конечно, хорошо бы сделать устройство, позволяющее при этом не держать датчик в руках. Можно попробовать приспособить для этого пластмассовые детали конструктора.

Алгоритм действий:

Медленно поворачиваем датчик в горизонтальной плоскости (вокруг вертикальной оси). Если при выбранном направлении вращения показания увеличиваются - продолжаем, уменьшаются - вращаем в другую сторону. Продолжаем вращать датчик, пока не будет достигнут максимум показаний. Как только "проскочим" максимум и показания начнут уменьшаться, возвратим датчик обратно в положение "максимума". Теперь сделаем то же самое, вращая датчик в вертикальной плоскости. Затем, уже с меньшими углами поворота - снова вокруг вертикальной оси, затем вокруг горизонтальной. В конце концов, остановимся в том положении, где проекция поля на ось датчика наибольшая. Тут-то и измерим угол между датчиком и вертикалью по отвесу, а также узнаем значение В.

Запишите результат, полученный таким способом. Какой способ, на ваш взгляд, лучше?

Какой способ быстрее, какой нагляднее?

8) Нарисуем Землю и линии индукции магнитного поля Земли, объясните, почему угол их наклона на широте вашей школы таков.

9) Если бы опыт проводился в южном полушарии, что изменилось бы?

10) Дополнительное задание. Известно, что, поскольку магнитное поле направлено явно не горизонтально, железные предметы, постоянно находящиеся в одном вертикальном положении (ножки столов, отопительные батареи, и др.) намагничиваются. Проверьте правильность этого утверждения, измерив индукцию поля вверху и внизу такого предмета каждый раз направляя датчик строго горизонтально на север. Проверьте для нескольких предметов. Кратко напишите, что получилось. (То же самое получается и с компасом)