Практикум по физике (стр. 17 )

10. Если лампочку довели до перегорания, вероятно, получилась более качественная вольт-амперная характеристика, чем в опыте из пункта 7. Если это так, распечатайте и этот график.

11. Выведите зависимость тока от напряжения на экран и при помощи курсора снимите данные (например,15-20 точек, в "интересных" местах точки надо брать чаще), нужные для построения хороших графиков. Заполните этими данными таблицу со столбцами:

Ток I - измеренное значение, мА,

Напряжение U - измеренное значение, В,

Сопротивление лампочки R = I/U (расчёт), Ом,

Потребляемая мощность P= IU, (расчёт), Вт

Температура нити накаливания Т, К (Зная сопротивление, легко определить значение температуры по графику из пункта 2.)

12. Постройте на миллиметровке график зависимости температуры нити накала от потребляемой мощности. Отметьте на графике температуру, при которой перегорела лампочка и температуру плавления вольфрама. Сделайте выводы.

13. Постройте при помощи компьютера график зависимости освещённости от потребляемой мощности. Для этого надо построить график мощности, умножив (при помощи мастера анализа) I на U, затем выбрать IU в качестве аргумента, а освещенность - в качестве функции. (Освещённость - что нам нужно от лампочки, а мощность - то, за что мы платим деньги. Сделайте вывод.

14. Постройте при помощи компьютера график зависимости освещённости от напряжения на лампочке. При каком напряжении надо использовать эту лампочку?

15. ЗАМЕЧАНИЕ.

Согласно теории (закон Стефана-Больцмана), мощность излучения нагретым телом пропорциональна разности четвёртых степеней температуры тела и температуры окружающей среды. При высокой температуре нити накала можно пренебречь обратным потоком излучения от окружающей среды к лампочке, т. е. освещённость должна быть пропорциональна четвёртой степени абсолютной температуры нити накала. Но наш датчик воспринимает не всё излучение, а только видимую его часть (при этом большая часть излучения лампочки находится в инфракрасном диапазоне), поэтому проверить этот закон не получится L

16. Запишите выводы по работе.

17. ДОПОЛНИТЕЛЬНО:

Можно аккуратно разбить стекло у лампочки и исследовать, при какой температуре она перегорит на воздухе.

В работе использованы идеи из книги:

[1] , ,

Экспериментальные задачи на уроках физики и физических олимпиадах. — М.: МЦНМО, 2008.

, шк. 179 МИОО, 10 апреля 2011

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 18

ИЗМЕРЕНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ СОЛЕНОИДА пробная

ОБОРУДОВАНИЕ:

Соленоид (его можно изготовить самостоятельно, намотав медную изолированную проволоку на кусок пластиковой трубы), батарейки, ключ, реостат 10-20 Ом, провода, датчик магнитного поля, штатив с алюминиевой лапкой, NOVA, изолента, скотч, две линейки 40-50 см, датчик тока 2,5 А.

Внимание! Работа с блоком питания не получается - "глючит" программа Multilab, даже на обычном компьютере. Пользуйтесь батарейками.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

Измерить величину магнитного поля соленоида в различных точках на его оси.

Посмотреть, как зависит магнитное поле от тока в цепи.

Оценить, однородно ли поле в центре соленоида (зависит ли от расстояния от оси)

УСТАНОВКА:

 

Соберите установку. Обеспечьте отсутствие железных предметов рядом с катушкой. Будьте осторожны при закреплении датчика, не раздавите его при затягивании лапки! Рекомендуется обмотать закрепляемый конец датчика изолентой, чтобы не поцарапать его. Чувствительный элемент датчика находится на его конце и помечен тонкой линией на корпусе. В начале опыта это место должно находиться строго в центре соленоида. Затем будем постепенно выдвигать датчик, измеряя значение индукции магнитного поля. Линейка не должна болтаться, штатив должен легко двигаться вдоль неё, недопустимы перекосы (проверьте), датчик должен быть расположен строго на оси соленоида во время всего опыта.

ТЕОРИЯ:

Солено́ид — разновидность электромагнитов. Характеризуется значительным соотношением длины намотки к диаметру, что позволяет создать внутри катушки относительно равномерное магнитное поле.

 

Магнитная индукция внутри соленоида:

,

n = N / s — число витков на единицу длины,

I — ток в обмотке.

Магнитная постоянная — константа

ПОЛЕ СОЛЕНОИДА

Н/А²

ХОД РАБОТЫ

Соберите цепь из батареи на 4,5 В, ключа, соленоида, реостата, амперметра. Включайте ток только на короткое время, необходимое для проведения измерения, затем выключайте. Токи большие, батарейка быстро "садится".

ОПЫТ 1 ЗАВИСИМОСТЬ ПОЛЯ В ЦЕНТРЕ СОЛЕНОИДА ОТ ТОКА В НЁМ

Расположите чувствительный элемент датчика строго в центре соленоида.

Включите регистрацию данных (частота - 10 замеров в секунду, время - непрерывно).

Регулируя реостатом ток в цепи, измеряйте ток и поле в центре катушки. Можно сначала увеличить ток до максимума, затем уменьшить до минимума. Не забудьте выключить ток после выполнения опыта.

Посмотрите на графики зависимости тока и поля от времени. Не "зашкаливает" ли датчик? А если сделать его чувствительность выше? (на корпусе датчика есть переключатель).

Подходит ли датчик тока 2,5А для вашего опыта? (Есть ещё датчик с чувствительностью 250 мА).

Сделайте опыт "начисто" и постройте график зависимости индукции магнитного поля от тока в катушке.

На этом же листе постройте график по результатам расчётов, можно - "вручную", (А если вы - любитель компьютера, рассчитайте коэффициент, на который надо умножить I и сделайте это в "Мастере анализа".

Запишите выводы.

ОПЫТ 2 ЗАВИСИМОСТЬ ПОЛЯ ОТ РАССТОЯНИЯ ОТ ОСИ В ЦЕНТРЕ СОЛЕНОИДА

Датчик находится в центре соленоида. Включим ток и не будем изменять его. Перемещая датчик от оси соленоида (перпендикулярно оси!) к краю, посмотрим на графике, как изменяется поле. Запишем вывод.

ОПЫТ 3 ИЗУЧЕНИЕ ПОЛЯ НА ОСИ СОЛЕНОИДА

Расположим чувствительный элемент датчика на оси в центре соленоида.

Будем постепенно выдвигать датчик из соленоида, измеряя значение магнитного поля. Линейка не должна болтаться, штатив должен легко двигаться вдоль неё, недопустимы перекосы (проверьте), датчик должен быть расположен строго на оси соленоида во время всего опыта.

- Установим достаточный ток, чтобы датчик в центре соленоида показывал значение, сравнимое с пределом его измерений (если это не так, при выходе датчика из соленоида он будет показывать "слишком мало")

- Не забывайте выключать ток, когда не проводятся измерения.

Вариант 1:

- Установим режим снятия данных "по нажатию кнопки".

- Будем заполнять таблицу со столбцами: "расстояние от центра, см", "поле, Тл". Рекомендуемый шаг снятия данных - 1см там, где поле меняется слабо, 0,5 см - где сильно.

- Построим на "миллиметровке" график зависимости магнитной индукции от расстояния, расстояние отсчитываем от центра соленоида.

Вариант 2 :

Для любителей автоматизации.

Если вы хотите рискнуть, а учитель готов дать вам датчик расстояния, можно прикрепить к штативу вертикальную "мишень", а сам датчик расстояния закрепить в другом штативе, причём от него до мишени должно быть не менее 20 см. и в этот промежуток не должны попадать посторонние предметы, а мишень должна быть достаточно большой (порядка 15 градусов, если смотреть от датчика), чтобы датчик её не терял. При работе с датчиком расстояния необходимо подключить компьютер к блоку питания.

Установите частоту 10 измерений в секунду, включите ток, затем запустите измерения. Медленно выдвигайте датчик из катушки, пока поле не снизится почти до нуля.

- Постройте нужный график (поле от расстояния) в программе Multilab. Не забудьте при этом точно отметить (во время опыта и затем - на графике), какому расстоянию (по датчику расстояния) соответствует центр обмотки, а какому - край (не трубы, а обмотки, разумеется).

Если вариант 2 не получается, придётся сделать работу по варианту 1.

Результаты опыта 3:

Покажите учителю график зависимости индукции магнитного поля на оси соленоида от расстояния от центра. На графике обязательно должно быть чётко указано, где находится центр соленоида и где край обмотки!

Запишите выводы.

, шк. 179 МИОО, 11 апреля 2011

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 19

ПРОВЕРКА ЗАКОНА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

ОБОРУДОВАНИЕ:

Сильный магнит, катушка - соленоид с железным сердечником, датчик напряжения, датчик магнитного поля, штатив с двумя алюминиевыми лапками, NOVA.