Описания лабораторных работ |
Электростатика и постоянный ток |
3.Используя формулу (5), рассчитать внутреннее сопротивление r источника.
4.Найти средние значения измеренных величин. Абсолютную погрешность рассчитать как для прямых измерений.
5.Найти относительную погрешность измерений.
6.Результаты представить в стандартном виде:
Iк.з. = Iкср.з ± Iк.з.
ε = εср ± |
ε |
r = rср ± |
r |
2. Защита работы
(ответы представить в письменном виде)
1.Сформулируйте закон Ома для замкнутой цепи, содержащей источник тока. Запишите формулу.
2.Сформулируйте закон Ома для однородного участка цепи. Запишите формулу.
3.Какой ток называется током короткого замыкания? Как его можно рассчитать?
4.Почему нежелательно короткое замыкание?
5.Почему в реальных условиях нельзя непосредственно измерить эдс?
134
|
Электростатика и постоянный ток |
|
Описания лабораторных работ |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ПРОТОКОЛ |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
измерений к лабораторной работе №50 |
|
|
|
|
||||||||
|
Выполнил(а)_____________________ |
|
Группа__________________ |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
Определение цены деления приборов |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
№ |
|
|
|
|
|
Предел подключения |
|
Число |
Цена деления |
|||||||
|
п/п |
|
Прибор |
|
|
с указанием единицы |
делений на |
с указанием |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
измерения |
|
шкале |
|
единицы |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
измерения |
||
|
1 |
|
Милливольтметр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
Миллиамперметр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Опыт 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mВ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mA |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Опыт 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mВ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mA |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Опыт 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mВ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mA |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дата________ |
Подпись преподавателя___________________ |
135
Описания лабораторных работ |
Электромагнетизм |
Лабораторная работа № 54
ИЗМЕРЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ И МАГНИТНОГО МОМЕНТА МАГНИТА МЕТОДОМ ГАУССА
Цель работы − измерить горизонтальную составляющую индукции магнитного поля Земли и магнитный момент магнита.
Приборы и принадлежности: полосовой магнит, буссоль с компасом, секундомер, штангенциркуль.
Общие положения
Вокруг Земного шара существует магнитное поле, линии индукции которого изображены на рис. 1. Вектор индукции (а также и вектор напряженности) магнитного поля Земли в средних широтах направлен под некоторым углом к поверхности Земли и может быть разложен на две составляющие: горизонталь-
ную Br0 и вертикальную Br .
S |
|
B1 |
B |
|
0 |
|
B |
N |
|
Рисунок 1 |
|
Для определения горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли используются различные методы. Суть метода Гаусса заключается в последовательном проведении двух экспериментов: 1) нахождение магнитного момента вспомогательного магнита из его колебаний под действием магнитного поля Земли; 2) сравнение магнитного поля вспомогательного магнита в какой-либо точке с горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли в этой же точке по действию на стрелку компаса.
Магнитный момент prm магнита − это вектор, направленный от южного
полюса магнита (S) к северному (N). Величина магнитного момента зависит только от индивидуальных свойств магнита (от размеров и степени намагни-
136
Электромагнетизм |
|
Описания лабораторных работ |
||
ченности). Для определения магнитного момента вспомогательного магнита |
||||
Гаусс предложил определить период колебаний этого магнита. |
|
|||
N |
Pm |
Если в однородное магнитное поле индук- |
||
цией B поместить магнит (рис. 2), то на него, как |
||||
|
||||
|
|
на контур с током, будет действовать вращающий |
||
|
|
момент: |
|
|
α |
B |
M = pm B sin α, |
(1) |
|
S |
|
где pm– магнитный момент магнита; |
|
|
|
В – индукция магнитного поля; |
|
||
|
|
α – угол между направлением pm и B . |
|
|
Рисунок 2 |
Для измерения вращающего момента М исполь- |
|
зуют колебания, которые совершает магнит в |
магнитном поле Земли. Магнит подвешивают на нитке так, чтобы он мог свободно вращаться вокруг вертикальной оси, проходящей через его центр масс. При малых углах отклонения sinα≈α, следовательно M = pm Bα . Согласно ос-
новному закону динамики вращательного движения M = Jε. Тогда
− pm Bα = Jε, |
(2) |
где J – момент инерции магнита; ε = d 2α − его угловое ускорение. dt 2
Подставив в формулу (2) угловое ускорение ε и проведя преобразования, получим:
d 2α |
+ |
p |
m |
B |
α = 0 . |
dt 2 |
|
J |
|
||
|
|
|
|
Из теории колебаний известно, что уравнение вида
d 2α |
+ ω02α = 0 |
|
dt 2 |
||
|
описывает гармонические колебания. Сравнив формулы (3) и (4), получим:
ω0 = |
pm B |
, |
|
J |
|||
|
|
где ω0 − циклическая частота колебаний. Тогда период колебания магнита
T = 2π |
J |
, |
|
pm B |
|
(3)
(4)
(5)
(6)
где В − горизонтальная составляющая индукции магнитного поля Земли. Если магнит имеет форму прямоугольного параллелепипеда и вращается
вокруг вертикальной оси, проходящей через центр масс (рис. 3), то его момент инерции равен
137