fizika_metodichka

I

r

и в системе СИHзаписываетсясоздаваемого виде

nI

дианаКогдаЗемли,круговойто провоизонтальнаядникустHсосано= òâëавляющаяен. плоскостимагнитногомагнитногополяЗемлимери

2 r

~

тангенс

~

перпемагíäèèò-

нойкулярнымистрелкидругвыразитсядругу соотношением(рис.1). Тогда

углаокажутсяповорота

H0 поле кругового ви

тока его центре

H

tgβ =

H

, откуда H0

=

nI

.

H0

2r · tgβ

Найти направление магнитного поля ~

A

B

ентациика с токомсаìîжногоисключитьвиткишьпртокомблизительно.ПоэтомупоH уголоривит

~O

~

~

нительноемилы,жугламиелательнозаменивмагнитного.измерениеДлядругими,этогополянаправленияпримбîлеежноизиномточнорасч¼тнойпроделатьвекторерезультируюизмеряемыдополорму

H + H0

H0

βùåãî

β

èñ. 1.

~

H

~

-

пр текания тока

ïоложноеример, при(риссмене.2а)его(пут¼мнаправленияизмененияна направленияпротиH, î

òî÷åðаез рамк ) при постоян

ом его модуле, либо при другом значении векI-

~

дногоH,треугооставëьняя неизмекаíным его направление (рис. 2б). Тогда вместо

OAB (рис. 1) мы будем иметь два тр уг льника

OAB1

OAB2

(рис. 2)из.Получимтреугольникрасч¼тн

ю ормулу для первîãî ñëó-

(ðèñ

чаяПо теореме.2а).

синусов

откуда

OAB1 имеем H0/ sin α1 = H/ sin β1,

Аналогично из треугольникаsin α1

=

H0

sin β1.

(1)

H

OAB2 получим

ности,Посколькутреугольниксумма

внутренних

H0

любого треугольника,

è, â ÷àñò(2)-

sin α2

=óãëîâsin β2.

H

OB1B2,

равна

0,

à B1OB2

= β1 + β2, имеем

81180

L

оторыелимба,сторвос-

полноговîíåöподставклимбомторойпрсверхустрелкизрачнойнамождиаметрально.наклеенВвертикальнойнаправленцентрекрышкойсвободнол¼гкийатушки.впротивополоСвращатьсякругточкуосднойкрепитсяподвеше(лимб)

оробкистрелку

круготмеченнуюделенияминабуссольчисламагнитнаяrосивитк=(своеговнут0, 25приклеенаак,буквойстукрепл¼ннойчтокруглойелкдаСсеверныйукреплена..омпас),СтрелкНа

ы оробки

èçìà

отражения лупа, через к

æ

можно наблюдать оци ровку

лимба. На

-

ной стороне оробки

стойка

тонкой нитью (визир м),

рую видит наблюдатель через щель. Отсч¼т

по прибору эт

деление

лимба,

оторое

в окуляре (лупе) с нитью. Плоскîñòü витков

Стрелка буссолисовпадаети,

перпенди улярна поверхности Земли.

94

ëèìá äîëæ

K

I II

èñ. 3. A

ответственно,правильным

закрепле-

24

ны быть строго

горизон

R

48

альными, чего добивают

рисукниемизменениястановкиротивление.Электрическбуссоли3.Переменноеизображенанааяподстхемаавсон

L

-

пи,.противополокоммутатор,силысменыслужитжное(ключ)токнаправления.СиладляКцедлятокасменынапряженноизмеряетснаправленияñòèïîìощьюагнитноготокмиллиамперметв виткахполяи,витковсоот

рнаветственн R

абота выполняется в

220

.

ДоС беритевключенияснимитеэлектрическуюисточникпитонрольныйанияпроверьтеследующейхему,отсч¼твключивгоризонтпоследовательностиальностьцепькатушкурасположенияна 24

буссовиткстрелки)21наименьшего. .

L

β

Â.сдноготочностьюположенияотсч¼тлимба

(0,13. Включите деления питшканиялы).83сеть

буссоли относ тельно визирной нитиисх

0, 1◦

помощью пере енного

ó

ановите наименьший ток,

ениесопкоторогоцелочисленноев.отивлениезеркале.Запишитеможетглазшкалывращатьсрасполагçбытьначениеволяетсопротивленияаблицуэтимизмереайтеустнапряженияузначениеановитьстраняетсак,чтобыочностьюстрелкуяилы(пристрелкошибтонаблюдениинеêàмиллиамперметра,хужзакрываобупротекающегословленная.шкалыПересво¼-

чепаотзначениестрогомиллиамперметраенноеезжллаксом)витки

5%

5. Ïî

авьте ключ

среднее положение, чтобы цепь была разорвана.

âанию буссолиè

до тех пор, покслегк

затухнут. Т

Ëèìá áó

íà÷í¼ò

я в исх дное положение. Для странения

стукивания нужны при

олебанияп рех де

лимба не

вое рав овесноакие

лияния трен я в оси

постукивайте пальцами по осно-

ïîëîжение. Снимите отсч¼тстрелкиаждом

âàÿ

íîâ ãî

основанию бус-

с и,6. Включитедождитесьключзатуханв1-

β0

поотсч¼т

îëебанийза иеесителимба,и,постукваблснимитецу.

яотносительноп

таблицу7ж

1′

β′ .

Снова.ия лимбаразорвитебуссолцепь ключомцеписнимвизирнмитеотсч¼тй нити и занеситеβ åãî â

β0

8 ерекинь

êëþ÷

положение

â

II

è

îòñ÷¼ò.

ðàç)9.ïðè

β2′

Ïроднойелайтеи тойизмеренияжсиле токпо па.пв. 5

.8 несколькассчитайтеразсредние(не. менеезначениятр¼х

числитежпосновапо п12п10числе..пп...про.Полученные5Увеличь5-äвитков)9ключив9..айтеВновьсилуизмерениязначенияксредниеувеличьтецепиток48(дляпоилицепипервонаданного.94.5витка,2-чальную9.3значенияразасновасилупропротокделайтетокприйтеводном4измерения5 разтом

β0, β′

β2′ äëÿ óñòановленной

ñèëû òîêà è погрешности

βизмерения0, β1′

к ждом значениисреднеарисилы

β0

β1′Землиβ2′

авляющейH0

,

исполь у

òå äëÿ ðàñ÷¼ò

ïðè

метическтоки для всех значениé

îлязначен еигоризонтоцените альнойпогрешность(числавитков). Вы-

напряж¼нности магнитн го пследу

n

техникАПри.Передвыполнениибезопасностивключениемраб.îтывсеть

H0

источникает84выполнятьпитанияследующиеубедитесь,указаниячтопрово. по-

оборудованияВ. Категорическисамостоятельнозапрещается.

устранять внутренние неисправности

1

3. КОНТ ОЛЬНЫЕ ВОП ОСЫ

Почему

северный конец

напр влен на север?

2

магнитная стрелкстрелкиу анавливается в гориз нтальной плос-

îñòè?

3

Выведите ормулу для напряж¼нности магнитного поля в центре

ругового

òîêà.

4.

Зависят ли результаты эксперимента от ориентации витков с то-

êîì?

Библиогра ический список

1

Калашников С. .

. М.: Наука, 1977. 591 с.

2

Матвеев А.Н. Электричествомагнетизм. М.: Высшая школа,

1983.

468 ñ.

Лабораторная работа • 15

ПЕ ЕХОДНЫЕ П ОЦЕССЫ В СИСТЕМЕ С

КОНДЕНСАТО ОМ

Ц ль р оты: Исследова ие нестационарных процессов на примере за-

ÿäà

разряда

онденсатора.

перметр, секундомер, на-

О ору о ни : Источник питания, микроа

бор конденсаторов, вольтметр Ф4202, омическое сопротивление.

К АТКАЯ ТЕО ИЯ

íàçû-

àåòñ

в котор й параметры

м няются

ационарной. П д действием вíåø

ñèë íà

е¼ можно

âывестиСистема,из ационарного состояния.

перехсодасистемувременем,ационарное

с стояние

после снятия или приложения внешних сил

ÿ ïå

êîÿùóþÂä äàííнсаторе,èçàêîéконденсаторайсистемыработе будемхарактеризуявляютсяомическогорассматриветсяпараметрамитокомть электрическую.цепиБудемсопротивленияследитьсистему,яжениемза. Ññèçìåîñòîíà-

нениеå

этих параметров со временем.(активного)В честве источникнапрвнешних сил

служит

оторыек .

ïðî

Изучимсточниквна

ëå

онденсатора

K G

азаннуюк электрическиенарисунк.рассмот1,где-

R

римцессыхему,призарядепок

ε èомичесточник постоянного тока, K ключ,

èñ. 1.

R

ое сопротив ение (резистор)

ε

C

íà

Êàëüâкконденсатор,зягданометрмыканииденсаногов последоваòî.покр,цепи.ажетGтоЛогичноэòпоельнуюальванометртсутствиеразрывхемеожидать,цепьрисункацепитокавклю(микдлячто.Однакоторый1после замыкания ключа

Cгальвченроамперметр)риосто

K ã

нометр вначале покажет ток,

постепе но уменьшит-

ñÿ äî íóëÿ.

òîê

öåïè,

акж заряд и íапряжение

ИсследуемСледовательно, пр цессы, т.е. повед

ние параметров во вре-

обкладках кон

сатора зависят от врем ни.

ìåíè â

зарядаинамическиеонденсатîра в соо вет твии со схемой, пока

рисункслучае1.

äëÿ ý îé

истемы, которое свяçû àåò

ïàраметры системыЗапишемдействующие на не¼ ñèëû

ешение этого у

íå-

ния при заданных начальныхуравнениесловиях

äà¼ò

зависимость параметðаннойâ îò

времени.

Для цепи, показанной на рисунке 1, после замыкания ключа K, со-

ласно правилу Кирхго а, можно записать следующее уравнение для

любого момента времени t:

ãäå

UR(t) + UC (t) = ε,

(1)

ветственно,сопротивлениенапряжисточникя на сопротивлении и конден ато

, ñîîò

UR(t)

Uc(t)

åáðå-

льных. Внутреннеетокапроводовсопросчиòаетсивлениеяпрегальва

жимонометра,малымε . ИспользуяЭДСсоединитопределениеа тока

UR(t) = R · i(t)

i(t) = dq(t)/dt, закон Ома

ормулу, связывающую86 заряд конденсатора q ñ åãî

C

q = CUC

dUC

+ UC = ε.

ключе

(2)RC dt

прикаетсяДополнимразов оменткнутомуравнениевремени отсутt =на0 ñòâóичальнымпураспространяетсет,овиезаряд. .условиемна обкладках. Пусть ключонденсатораK замы(2)-

можетлюча перем-прåжнемущатьсявыполняетсбесконечноя

скоростью,. Посктоолькупризамыкзаряданиине

áîóëüøîéq|t<0 = 0

конденсаторе, это начальное

q|t=0 = 0. Òàê

q = CUC

C 6= 0

условие

ÿ è íà íàпряжение на

Сделав замену переменнойUC (t)|t=0 = 0.

(3)

U = UC − ε, уравнение (3) примет вид

начальнымуравнениесловием

dU

+

1

U = 0

(4)

RC

dt

ременных,шая

и, перех(4)дя начальнымбратнок переменнойусловием (5) методом разделения пе(5)-

UC (t)|t=0

= −ε.

получим ормулу для изменения тока(1),в цепи заряда к

UR(t) = R(t i(t),

на конденсаторе любîй момент времени Uc(t), получим напряжение

t ≥ 0

(7)

ãäå

i(t) = i0e−t/τ ,

ãäå

UC (t) = ε

− e−t/τ ),

(6)

0 87

−t/τ

)

,

(8)

q(t) = q (1 − e

íèÿóåòâполярностьэтих режимах,включенияíî

ìèê

ðядаоампепротметравоположны(точки зарядапо оммутинапðàâç

K,

МикроамперметрП, батарея онден

лению).

G,

-

оторомусоп тивлениеподключаетси со

единительныесточникпитаниягнезда размещ

ны на макете,саторовперемычкC,

R

àзомкните5свыполняетснаправилами10ряжонденснутсточникперемычкуения. яПовольсрабатываниюнаîследующейинструкции,питаниятмонденсатореперемывольтметромключите. Вольтметрвольтметрпоследовательностиойимеющейся.П. . сетьдобавленлаборатории,прогрейте.хемуознаихдлÿâ-

комьтесьтечениезмерения21..аботаЗВключите

ε

V

V

3

хему в режим зар

устано

вив ключ K в положение II. Удобно иксировать

промежутки времени

между измерениями по

периодического запускяда,вольтмет

ра Ф4202. Вместе

çàïó

тметра раздаются щелчки реле. Одно-

временно ними

ñледует снявольпоказания

рерывно изменяющегося

áûëî

а конденса

îðå â

момент измеренияпереписатьзапомнено вольтметром. Из

тока с приб ра G, затемск абло Ф4202

напряжение, которое

мер ния проводятся до тех пор, пока показания прибора G перестанут

çàìåтно изменяться (менее 1 д ления за период времени между измере-

4

режима заряда перевести схему в режим разряда и повтори

ниями).

5

Измерения по . . 3, 4 провести не менее тр¼х раз. Данные записать

измерения по методик

. 3.

в аблицу 1.

я резуль аты

змерений, на миллиметровой бумаге по

6.

τ из данных эксперимент89 .

Действительно, логари мируя

времени,. Опре

дстройтелитеИспользувеличинудномусопротивлениягаику зависимостей iz (t), Uz (t) ip(t) Up(t)

7. Величины

R из полученных данных.

ней ыеиметь.характераЕсливидх остроитьизмеренийых, чтоэкспозависимостиполулогариоченьенциальныеудобномическомдляункциипроверкимасштабе,экспоненцитонели-

альногобудут

U (t) i(t)

релаксации

U (t) i(t) расч¼т времени

спериментнапряженияальных(токгрàì) проведитенайдитеикот временидних осяхлинейдля

т.аяе. .зависимостьПостройте поlnлогариUòðèc = ýêlnìàU0 − t/τ ln ic = ln i0

− t/τ,

нии. Надлякаждойв линзав

симостивозьмитеот

двеt.Поточки

определитеямые

-

ln U

ln i

(t′

•t′′ï/ï) (ln U

t′

t′′

τ

=

−

−

ln U ′′). По вычисленным R è τ

Таблицаc = τ /R1.

−

t

i

ln i

U

ln U

1

2. . .

×òî àêîå времяпереходныйормулыКОНТрелаксации(9),процессОЛЬНЫЕ(10),?(11)? .ВОП

ÎÑÛ

Выведите

321 N