Физический практикум для инженерного класса, практическая работа № 1 "Определение индукции магнитного поля постоянного магнита"

Практическая работа № 1

Тема: Определение индукции магнитного поля постоянного магнита

Цель: прочитайте теоретические сведения и ход работы, самостоятельно сформулируйте цель.

Оборудование: 1) магнит подковообразный; 2) катушка из на­бора по электромагнетизму; 3) гальванометр; 4) ли­нейка измерительная.

Теоретические сведения

Индукцию однородного магнитного поля В можно определить путем измерения магнитного потока Ф, пронизывающего контур с площадью поперечного сечения S, в плоскости, перпендикулярной вектору индукции B:

Ф = BS.

Для измерения магнитного потока Ф, пронизывающего контур, можно воспользоваться явлением электромагнитной индукции: при быстром удалении контура из магнитного поля магнитный по­ток, пронизывающий его, изменяется от величины Ф до нуля; ве­личина э. д. с. индукции, возникающей при этом в контуре, определяется выражением

При удалении из магнитного поля катушки, содержащей N вит­ков, величина э. д. с. индукции в ней в N раз больше, чем в кон­туре:

Если концы катушки замкнуты на гальванометр, то при удале­нии катушки из магнитного поля постоянного магнита в ее цепи протекает индукционный ток I.

Разделив обе части уравнения на величину полного сопротивле­ния цепи R, получим:

Последнее выражение показывает, что индукция магнитного поля В прямо пропорциональна количеству электричества Δq, протекающего через катушку при удалении ее из магнитного поля, прямо пропорциональна полному сопротивлению R цепи и обратно пропорциональна площади поперечного сечения S катушки и числу витков N в ней. Следовательно, для определения индукции однород­ного магнитного поля В необходимо измерить количество электри­чества Δq, протекающее в катушке при быстром удалении ее (выдер­гивании) из исследуемой области магнитного поля. Это можно сделать с помощью гальванометра, шкала которого заранее проградуирована в кулонах. (цена деления c= 5• 10^-8 Кл)

Выполнение работы

1. Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов изме­рений и вычислений.

1. Измерьте диаметр D катушки, вычислите площадь S ее по­перечного сечения и сосчитайте число N витков в ней (N = 10000 витков).

2. Присоедините выводы катушки к зажимам гальванометра. Введите катушку в магнитное поле постоянного магнита, располо­жив ее плоскость перпендикулярно линиям индукции (рис. 1),

1. Быстро удалите магнит и заметьте число делений n, на которое отклоняется стрелка гальванометра по шкале. Повто­рите опыт 10 раз, определите среднее значение отброса n_ср и найдите величину заряда Δq, протекающего в цепи катушки.

2. За полное сопротивление цепи R возьмите сопротивление включенного в цепь гальванометра (R = 0,41 кОм).

3. Используя найденные зна­чения величины заряда Δq и сопротивления R, вычислите индукцию В магнитного поля постоянного магнита.

7. Результаты всех измерений и вычислений занесите в таблицу.

8. Вычислите абсолютную и относительную погрешность определения В, самостоятельно прописав формулу, исходя из расчетной.

9. Сделайте вывод

Контрольные вопросы

1. Зависит ли отброс стрелки гальванометра от скорости движе­ния магнита?

2. Какими способами можно увеличить чувствительность лабо­раторной установки, использованной в данной работе?