Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з фізики для студентів-заочників інженерно-технічних спеціальностей НУВГП. Частина ІІ

Міністерство освіти і науки України

Національний університет водного господарства і природокористування

Кафедра фізики

 

073–104

 

Методичні вказівки

до виконання лабораторних робіт з фізики для студентів-заочників інженерно-технічних спеціальностей НУВГП

 

Частина ІІ

 

Рівне – 2007

 

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з фізики для студентів-заочників інженерно-технічних спеціальностей НУВГП. Частина ІІ. 

/Кочергіна О.Д., Шляховий В.Л.

Рівне 2007 р. – 20 с.

Відповідальний за випуск – завідуючий кафедрою фізики НУВГП Орленко В.Ф., кандидат фізико-математичних наук, доцент.

Верстка: Рудик Б.П.

Дані методичні вказівки є другою частиною методичних вказівок призначених для студентів-заочників інженерно-технічних спеціальностей НУВГП. Вони містять перелік з 7 лабораторних робіт з різних розділів другої частини курсу фізики. Загальні вимоги по охороні праці, короткі відомості по теорії похибок, способи їх оцінки і запису кінцевого результату подано в першій частині.

 

 

Лабораторна робота № 9. Перевірка закону Ампера 3

Лабораторна робота № 10. Визначення горизонтальної складової напруженості магнітного поля Землі 6

Лабораторна робота № 11. Вимірювання довжини хвилі і частоти електромагнітних коливань. 9

Лабораторна робота № 12. Перевірка методу зон Френеля при дифракції світла на щілині 12

Лабораторна робота № 13. Перевірка закону Малюса 14

Лабораторна робота № 14. Дослідження зовнішнього фотоефекту 16

Лабораторна робота № 15. Дослідження закону поглинання γ–променів 18

 

 

Мета роботи: перевірити закон Ампера.

 

Теоретичні відомості і опис установки

Установка для перевірки закону Ампера зображена на рис. 1. Вона складається з фізичного маятника А і електромагніта М, між полюсами якого перебуває провідник аb довжиною  . Маятник підвішений на двох тригранних призмах Д в точках с та d, чим забезпечується контакт з колом живлення, яке складається з випрямляча О, реостата R, амперметра А та вимикача К2. Провідник ab розташований горизонтально і перпендикулярний до ліній індукції магнітного поля B електромагніта М, що живиться від іншого випрямляча ε.

На лінійний провідник довжиною   з струмом І в однорідному магнітному полі з індукцією В діє сила Ампера

 , (1)

модуль якої рівний

 , (2)

де α – кут між векторами елемента струму І  та індукції магнітного поля   (в даній роботі  , тому α = 90 і sinα = 1).

З формули (2) отримаємо вираз для визначення модуля вектора магнітної індукції

  (3)

Вираз для обчислення сили Ампера за допомогою цієї установки можна отримати, розв’язавши диференціальне рівняння коливального руху фізичного маятника A

 , (4)

де j – момент інерції маятника,   – кутове прискорення маятника, М – момент сили, що діє на маятник.

При відсутності дії сили Ампера момент сили М створюється тангенціальною складовою сили тяжіння   маятника. Коли ж по провіднику протікає струм і струм також протікає по обмотках електромагніта, то слід ще враховувати силу Ампера  , яка в залежності від взаємної орієнтації елемента струму І  та вектора магнітної індукції   може співпадати з напрямком сили тяжіння або бути протилежною до неї.

Розв’язок рівняння (4) дасть вираз для визначення сили Ампера

 , (5)

де с – стала установки, t0 – час заданої кількості N коливань маятника при відсутності струму в провіднику, t – час заданої кількості N коливань маятника при тому чи іншому значенні сили струму в провіднику.

 

Хід роботи

1. Занести дані установки с та   в табл. 1 та 2.

2. При розімкненому вимикачі К2 та замкненому вимикачі К1 визначити t0 – час N (N = 50) повних коливань маятника.

3. При замкнених вимикачах К1 та К2 визначити t – час N  (N = 50) повних коливань маятника. 

4. Вимірювання провести для різних значень сили струму І, які вказані в табл. 1.

5. Користуючись формулою (5), обчислити значення сили Ампера і занести їх в табл. 1.

6. На міліметровому папері побудувати графік залежності сили Ампера F від сили струму І  .

7. Вибрати на графіку   три точки, які найкраще підтверджують спів падання експериментальної і теоретичної залежності сили Ампера від сили струму, і занести відповідні значення F та І в табл. 2.

8. Обчислити за формулою (3) значення вектора магнітної індукції В для кожного з цих трьох значень.

9. Визначити середнє значення В, абсолютну похибку кожного з трьох значень, середню абсолютну та відносну похибку.

10. Записати кінцевий результат.

 

Таблиця 1

с = , l =

№ 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

F, H

 

Таблиця 2

 

№ п/п l, м I, А F, H B, Tл ΔB, Tл

1

2

3

Cp.