Лисицын С.Г, Оконников Е.Г. Сборник лабораторных работ по физике. Электричество и магнетизм - файл n1.doc

Лисицын С.Г, Оконников Е.Г. Сборник лабораторных работ по физике. Электричество и магнетизм
скачать (903.3 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc5248kb.27.02.1996 20:11скачать
Победи орков

Доступно в Google Play

n1.doc

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10


ОЗЕРСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(филиал)

МОСКОВСКОГО ИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА

(ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА)

Лисицын С.Г.

Оконников Е.Г.

СБОРНИК ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ФИЗИКЕ
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ

Озерск

2005 г.
УДК 535
Лисицын С.Г, Оконников Е.Г,
Сборник лабораторных работ по физике. Электричество и магнетизм.

Озерский технологический институт МИФИ (ОТИ МИФИ), 2005 г.

СОДЕРЖАНИЕ


СОДЕРЖАНИЕ 3

ПРЕДИСЛОВИЕ 5

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ 6

РАБОТА № 1 ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ 7

ВВЕДЕНИЕ 7

МЕТОД ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЙ ВАННЫ 8

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ 9

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 9

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Свойства силовых линий и эквипотенциальных поверхностей 10

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 14

РАБОТА № 2 КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ ТОЧЕЧНЫХ ЗАРЯДОВ 16

ВВЕДЕНИЕ 16

ПОРЯДОК РАБОТЫ 17

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 20

РАБОТА № 3 ИЗМЕРЕНИЕ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРОВ 21

МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ И ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ 21

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 22

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 22

РАБОТА № 4 ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ КЮРИ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКА 23

ВВЕДЕНИЕ 23

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА 24

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ 25

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 26

РАБОТА № 5 ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ, ВНУТРЕННЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ И КПД ИСТОЧНИКА ПОСТОЯННОГО ТОКА 27

ВВЕДЕНИЕ 27

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 28

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 30

РАБОТА № 6 ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕННОСТИ ПОСТОЯННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ 31

МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ И ОПИСАНИЕ ПРИБОРА 31

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 33

Измерение напряженности магнитного поля Земли 33

Измерение намагниченности постоянного магнита 34

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 34

РАБОТА № 7 ИЗМЕРЕНИЕ МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ ДИА- И ПАРАМАГНЕТИКОВ 36

ВВЕДЕНИЕ 36

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 38

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 39

РАБОТА № 8 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ КЮРИ ФЕРРОМАГНЕТИКА 40

ВВЕДЕНИЕ 40

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ КЮРИ 41

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 43

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 43

РАБОТА № 9 ИЗУЧЕНИЕ ГИСТЕРЕЗИСА ФЕРРОМАГНЕТИКА 44

ВВЕДЕНИЕ 44

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ 47

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 49

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ. 50

ПРИЛОЖЕНИЕ Работа по перемагничиванию ферромагнетика 52

РАБОТА № 10 ИЗМЕРЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА 53

ВВЕДЕНИЕ 53

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ 56

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 57

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 58

ЛИТЕРАТУРА 59

ПРЕДИСЛОВИЕ


Настоящее руководство предназначено для использования студентами ОТИ МИФИ на лабораторных занятиях по физике по разделу «Электричество и магнетизм».

При подготовке руководства использованы материалы «Физического практикума» МГУ под редакцией В. И. Ивероновой, М., Физматгиз, 1968»; «Руководства к лабораторным занятиям» под редакцией Л. Л. Гольдина, М., Наука, 1973. Основой для составления руководства послужил ныне используемый в ОТИ МИФИ сборник лабораторных работ по электричеству и магнетизму Лисицына С.Г., Оконникова Е.Г. и Синяпкиной Г.И.

Сборник содержит работы по основным разделам электромагнетизма. Изложение теории носит, в основном, конспективный характер, чтобы не дублировать содержание стандартных учебников. Список литературы, общий для всех работ, приведен в конце данного сборника. Этот список не является сколько-нибудь исчерпывающим, в него включены лишь те учебники, которые в заметном количестве имеются в библиотеке ОТИ МИФИ.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ


Приступая к выполнению лабораторных работ, необходимо внимательно ознакомиться с устройством установки, на которой предстоит проводить измерения и отчетливо представлять себе порядок выполнения работы. Необходимо при этом все действия с установками производить аккуратно и осторожно, все соединения и переключения в схемах производить только на обесточенных установках.

В ходе измерений необходимо систематически вести запись результатов в лабораторную тетрадь. Для этого перед началом измерений в тетрадь рекомендуется начертить таблицы, форма которых указана в описаниях к лабораторным работам. Графики рекомендуется выполнять на миллиметровой бумаге.

При подсчете погрешностей измерений необходимо пользоваться методикой, изложенной в руководстве по разделу «Механика».

Теоретические сведения, приведенные в руководстве, как правило, весьма краткие и не заменяют учебника. При подготовке к занятиям необходимо пользоваться учебниками, список которых приведен в конце настоящего руководства.

РАБОТА № 1 ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ


Цель работы:

экспериментально найти эквипотенциальные поверхности и силовые линии электростатического поля.

Приборы и принадлежности:

нуль-гальванометр, щупы (подвижный и неподвижный), ванна со слабым раствором медного купороса, источник постоянного тока, набор электродов различной формы, цветные карандаши (для первой части работы).

ВВЕДЕНИЕ


Взаимодействие электрических зарядов друг с другом описывается с помощью электрического поля, основными характеристиками которого являются его напряженность E и потенциал . Вектор напряженности поля определяет силу, действующую на заряд, находя­щийся в электрическом поле, а именно: сила F, действующая на точечный заряд q, помещен­ный в некоторую точку поля, есть:

F=qE (1),

где E- вектор напряженности поля в этой точке.

Работа, которую совершает электрическое поле над единичным положительным зарядом при переносе его из точки 1 в точку 2, равна разности потенциалов между этими точками:

А12 =1–2 (2).

Тем самым, потенциал  определяет потенциальную энергию Wn заряда q, находящегося в данной точке поля:

Wп=q. (3).

Сами величины E и  связаны друг с другом следующим образом:

E= – grad  (4).



В формуле (4) нетрудно разглядеть известное из механики соотношение между силой и потенциальной энергией: F= – grad Wп, которое получается из (4) если умножить обе части равенства на заряд q и учесть (1) и (3).

Можно графически изображать поле с помощью силовых линий или эквипотенциальных поверхностей. Силовой линией или линией электрического поля называется такая линия, касательная к каждой точке которой, совпадает с направлением вектора напряженности E в данной точке. Силовые линии начинаются на положительных и оканчиваются на отрицательных зарядах, и либо одним, либо обоими своими концами уходят в бесконечность.

Эквипотенциальные поверхности, это поверхности равного потенциала. Силовые линии всегда направлены перпендикулярно эквипотенциальным поверхностям (см. рис. 1). Из сказанного следует, что задание вектора напряженности E или потенциала  эквивалентно, вопрос лишь в том, какая из величин E или  удобнее. Более подробно о свойствах силовых линий и эквипотенциальных поверхностей см. Приложение 1 к работе.

Изучение электрического поля в данной работе проводится методом электролитической ванны.

МЕТОД ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЙ ВАННЫ




В методе электролитической ванны изучение электростатического поля заменено изучением электрического поля, существующего в проводящей среде при протекании в ней постоянного тока. Такая замена оказывается правомочной, если потенциалы проводников, создающих поле, поддерживаются постоянными, а проводимость среды значительно меньше проводимости проводников. В этом случае поверхности проводников можно считать поверхностями равного потенциала. Доказательство этого утверждения приведено в Приложении 2.

Для проведения работы используется ванна со слабым водным раствором CuSO4 (медный купорос), в который погружаются различного вида электроды (Э1 и Э2). Пара электродов присоединяется к источнику постоянного тока (рис. 2). Эквипотенциальные поверхности находятся с помощью двух щупов. Один из них (неподвижный) укрепляется на ванне и соединяется с нуль–гальванометром, который через другую клемму соединяется с подвижным щупом. Таким образом, получается замкнутая цепь: раствор - подвижный щуп – нуль-гальванометр – неподвижный щуп.

Подвижный щуп служит для отыскания точек, для которых нуль-гальванометр не дает отклонения. Отсутствие тока через нуль-гальванометр означает, что концы щупов имеют равные потенциалы, т. е. щупы находятся на эквипотенциальной поверхности.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ


Определение эквипотенциальной поверхности производится следующим образом. Укрепите неподвижный щуп НЩ на краю ванны (эквипотенциальная поверхность «a»), затем, держа в руке неподвиж­ный щуп, передвигайте его в ванне до тех пор, пока стрелка гальванометра не остановится на нуле. Отметьте эту точку на миллиметровке; пусть это будет точка 1. Затем, передвигая подвижный щуп, найдите новую точку 2, где гальванометр дает нулевое показание, так найдите 5-6 точек. Соединив, плавной кривой, вы получите эквипотенциальную кривую (см. рис. 2). После этого переставьте неподвижный щуп НЩ в новое положение «б», и найдите 5-6 точек другой эквипотенциальной кривой.

Для каждой конфигурации электродов Э1 и Э2 данного вида необходимо вычертить 8-10 эквипотенциальных кривых. Вычерчивание эквипотенциальных кривых на чертеже для каждой конфигурации электродов ведется карандашами различного цвета на одном и том же листе миллиметровки. Необходимо помнить, что каждая точка получена с некоторой ошибкой. В каждом случае положение электродов в ванне должно быть схематически изображено на миллиметровке (между ними и располагаются эквипотенциальные кривые). Затем по известным эквипотенциальным кривым вычерчиваются силовые линии. Чтобы задать направление силовых линий, необходимо на чертеже отмечать положительные и отрицательные потенциалы проводников Э1 и Э2.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ


  1. Что называется силовой линией? Как найти силовые линии в методе электролитической ванны?

  2. Что называется эквипотенциальной поверхностью? Докажите, что силовые линии идут всегда перпендикулярно эквипотенциальным поверхностям.

  3. Как выглядят эквипотенциальные поверхности:

  1. Как по картине силовых линий определить области высокой и низкой напряженности поля?

  2. Как по картине эквипотенциальных поверхностей определить области высокой и низкой напряженности поля?

  3. Могут ли силовые линии пересекаться? Могут ли эквипотенциальные поверхности пересекаться?
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации