Отримання знань
дистанційна підтримка освіти школярів
Лабораторна робота № 2
Тема: | Дослідження взаємодії магнітного поля і провідника зі струмом
|
Мета: | експериментально перевірити правило лівої руки, для визначення сили Ампера, визначити індукцію однорідного магнітного поля між різнойменними полюсами постійного магніту. |
Обладнання: | Джерело струму, вимикач, амперметр, 2 штабові або 1 дуговий магніти, лінійка, реостат, терези з важками, установка для демонстрації сили Ампера.
|
Теоретичні відомості
На провідник зі струмом, поміщений у магнітне поле, діє сила Ампера. Розглянемо прямий горизонтальний провідник довжиною l, поміщений у вертикальне однорідне магнітне поле (рис 1). У початковий момент провідник знаходиться у рівновазі. У цьому стані на нього діють сила тяжіння mg та дві сили пружності Т. При пропусканні через провідник електричного струму, на нього з боку поля почне діяти сила Ампера FA, під дією якої провідник відхилиться від вертикалі на деякий кут Через певний час провідник знов перебуватиме у рівновазі. Це означає, що дія вже трьох сил на провідник скомпенсована. Щоб записати умову рівноваги представимо вектор сили пружності Т у вигляді векторної суми двох взаємо перпендикулярних складових - вертикальної та горизонтальної. Із трикутника АОС (рис 2) слідує, що горизонтальна складова дорівнюватиме TX = T cos |
рис 1
|
Увага! Тут кут α вказано неправильно! Насправді, це доповнення до 90° до вказаного на малюнку в прямокутному трикутнику кута.
рис 2 | З рівняння (1) знайдемо значення Т і підставимо у (2):
робоча формула
|
|
Контрольні запитання
- 1) Сформулюйте означення магнітного поля. Вкажіть основні властивості магнітного поля.
- 2) Що називають лініями магнітної індукції? Які їх властивості?
- 3) Охарактеризуйте силу Ампера, згідно плану характеристики механічних сил.
- 4) За яких умов сила Ампера не діє на провідник зі струмом, поміщений у магнітне поле?
Розв'яжіть та запишіть задачі:
- 1) Яка сила діє збоку однорідного магнітного поля з індукцією 30 мТл на прямолінійний провідник довжиною 50 см, що знаходиться у магнітному полі?
- 2) Провідник, сила струму в якому дорівнює І=8 А, знаходиться в однорідному магнітному полі. Яка індукція магнітного поля, якщо на прямолінійну ділянку провідника довжиною l=10 см, що утворює кут
=300 із напрямом вектора магнітної індукції, діє з боку магнітного поля сила FA=10 мН?
- 3) По двох горизонтальних паралельних провідних рейках, відстань між якими l=40 см, може ковзати провідник зі струмом масою m=400 г. По провіднику пропускають постійний струм І=20 А. Провідник поміщують у однорідне вертикальне магнітне поле. Якою має бути мінімальне значення індукції магнітного поля, щоб провідник міг зрушити з місця. Коефіцієнт тертя провідника об рейку дорівнює
=0,02.
Хід роботи
1. Складіть та підготуйте в роботі таблицю даних, які будуть Вам необхідні при виконання роботи.
2. Складіть електричне коло, зображене на рисунку (3)
рис 3 |
3. З допомогою терезів визначте масу провідника m.
4. Виміряйте довжину частини провідника l, що знаходиться в магнітному полі. Ввімкніть в електричне коло амперметр для вимірювання сили струму І.
5. Замкніть ключ. Спостерігайте за відхиленням провідника. Для визначення кута необхідно виміряти з допомогою лінійок довжини відрізків АВ та AD (рис 2).
6. Скориставшись робочою формулою , знайдіть індукцію магнітного поля всередині магніту.
7. Повторіть дослід, пункти 5 - 6, змінюючи за допомогою реостат силу струму в колі. Силу струму слід підбирати такою, щоб внаслідок відхилення провідник не виходив за межі області між полюсами магніту.
8. Оцініть похибки вимірювань та обчислень та зробіть висновок.