Портал освітньо-інформаційних послуг «Студентська консультація»

  
Телефон +3 8(066) 185-39-18
Телефон +3 8(093) 202-63-01
 (093) 202-63-01
 studscon@gmail.com
 facebook.com/studcons

<script>

  (function(i,s,o,g,r,a,m){i['GoogleAnalyticsObject']=r;i[r]=i[r]||function(){

  (i[r].q=i[r].q||[]).push(arguments)},i[r].l=1*new Date();a=s.createElement(o),

  m=s.getElementsByTagName(o)[0];a.async=1;a.src=g;m.parentNode.insertBefore(a,m)

  })(window,document,'script','//www.google-analytics.com/analytics.js','ga');

 

  ga('create', 'UA-53007750-1', 'auto');

  ga('send', 'pageview');

 

</script>

Електромагнетизм

Предмет: 
Фізика
Тип роботи: 
Методичні вказівки
К-сть сторінок: 
36
Мова: 
Українська
Оцінка: 

момент створює сила тяжіння (прикладена до центра мас маятника).

 , (6)
 
де   відстань від осі обертання до центра мас,   – кут відхилення маятника від положення рівноваги,   – маса маятника. Знак “–” показує, що момент сили тяжіння обертає маятник в бік, протилежний відхиленню від рівноваги.
 
Якщо через провідник ab, що заходиться в магнітному полі електромагніта М, проходить електричний струм, то на маятник, крім сили тяжіння, діє сила Ампера. Напрямок сили Ампера, в залежності від напрямку струму, або співпадає з напрямком сили тяжіння, або протилежний до нього. Сила Ампера прикладена до провідника ab і створює момент сили
 
 , (7)
 
де   – відстань від провідника ab до осі обертання. Знак “–” в (7) відноситься до випадку, коли сила Ампера напрямлена вниз (рис.3), а знак “+” – коли вгору (рис.4).
Після підстановки (7) і (6) в (5) одержимо
 
 .
Для малих кутів  , тому, якщо кут відхилення малий, останнє рівняння можна записати у вигляді
 
 , або  .
 
Введемо позначення 
 
 , (8)
 
тоді останнє рівняння набуде вигляду
 
 . (9)
 
Вираз (9) являє собою диференціальне рівняння вільних гармонічних коливань, розв’язок якого має вигляд
 
 , (10)
 
де   – амплітудне значення кута відхилення,   – власна циклічна частота, квадрат якої визначається рівнянням (8). Якщо струм в провіднику ab відсутній, то  , і маятник коливається з циклічною частотою  . З (8) знайдемо
 
 . (11)
 
З (8) і (11) знайдемо  , або 
 
 . (12)
 
 
Циклічна чистота пов’язана з періодом коливань співвідношення  . Врахувавши це, а також виразивши І з (11), запишемо рівняння (12) у вигляді
 
 ,
 
де   і   – періоди коливань маятника у відсутності та при наявності струму, відповідно. Відношення   можна замінити відношенням проміжків часу  , за які маятник здійснив однакову кількість коливань. Тоді останнє рівняння набуде вигляду
 
 , (13)
 
де   – постійна лабораторної установки, яка вказана в її паспорті. Таким чином, вимірявши   і  , за формулою (13) можна розрахувати силу Ампера для кількох значень сили струму і побудувати графік залежності  . Оскільки напрямок струму в провіднику ab перпендикулярний до ліній магнітної індукції (див. рис.1), то формула (4) для сили Ампера набуде вигляду
 
 , (14)
 
де   – довжина провідника ab.
В даній лабораторній роботі індукція магнітного поля В залишається незмінною, тому залежність   має бути прямою. В цьому суть перевірки закона Ампера. Визначивши   для даного значення сили струму, з (14) можна визначити індукцію магнітного поля
 
 . (15)
 
Хід роботи
 
1. Скласти електричне коло за схемою рис.1.
2. Виміряти час заданої викладачем кількості коливань маятника як без струму ( ; ключ К2 розімкнений), так і при вказаних значеннях сили струму ( ; ключ К2 замкнений). Результати вимірювань записати в таблицю 1. Увага! Ключ К1, має бути замкненим як при вимірюванні часу t, так і t0 – щоб виключити вплив струмів Фуко.
3. Обчислити за формулою (13) силу Ампера для кожного значення сили струму; результати записати в таблицю 1.
4. Побудувати графік залежності FA(I); вибрати з графіка три експериментальні точки, які лежать на графіку або щонайменше віддалені від нього. Для цих точок порахувати за формулою (15) індукцію магнітного поля. Результати записати в таблицю 2.
5. Визначити середнє значення В.
 
Таблиці результатів вимірювань і обчислень
 
с= Таблиця 1.
№ п/п 1 2 3 4 5 6 7
І(А) 0 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5
t(c)
FA(H)
 
  Таблиця 2.
№ п/п І(А) FA(H) В(Тл)
1
2
3
ср Вср=
 
Контрольні запитання
 
1. Сформулювати і записати закон Ампера. Як визначається напрямок сили Ампера?
2. При якій орієнтації провідника зі струмом в магнітному полі сила Ампера максимальна?
3. Дати визначення вектора магнітної індукції, вказати одиниці вимірювання в системі СІ.
4. Які коливання називаються вільними, гармонічними? Записати диференціальне рівняння вільних гармонічних коливань та його розв’язок.
5. Дати визначення основних характеристик гармонічних коливань (амплітуди, частоти, періоду, циклічної частоти, фази). Встановити зв’язок між циклічною частотою і періодом.
6. Що таке фізичний маятник? Вивести диференціальне рівняння вільних гармонічних коливань фізичного маятника. Чи будуть коливання маятника гармонічними при великих амплітудах?
7. Як впливає сила Ампера на період коливань фізичного маятника в даній лабораторній роботі? Як зміниться період коливань маятника при зміні напрямку струму на протилежний?
8. Вивести робочу формулу для обчислення сили Ампера. Чому при її виведенні не
Фото Капча