Fizika_Labnik_Tsirkumtsizirovanny

Выполнение работы

Упражнение 1. Определение H и B в ферромагнетике при максимальном напряжении питания.

Включите генератор и осциллограф. Установите частоту

значение μ . Чувствительность осциллографа по оси X не

зависит от положения переключателя "Вольт/деление" и указана на стенде.

Упражнение 2. Измерение зависимости B(H ) .

Уменьшая напряжение на выходе генератора U , снимите зависимость Bmax от Hmax , результаты представьте в виде

графика B(H ) . С помощью (2) рассчитайте зависимость μ

от H и постройте график. Для обеспечения необходимой

точности нужно проводить измерения при максимально возможной чувствительности осциллографа по оси Y ("Вольт/деление") и максимально возможном токовом сопротивлении RT . Последнее изменяется переключателем

П.

Упражнение 3. Определение мощности, потребляемой на перемагничивание ферромагнетика.

При максимальном U оцените площадь петли гистерезиса в единицах "HB" и рассчитайте выделяемую в сердечнике

мощность

N = νSLòHdB .

Сопротивления резисторов, емкость конденсатора и геометрические размеры сердечника указаны на стенде. На графиках B(H ) и μ(H ) рекомендуется указать лишь

следует поступить и с погрешностью мощности N.

Подготовка к работе

1.Физические понятия, величины, явления, законы,

знание которых необходимо для успешного выполнения работы:

∙вектор индукции магнитного поля; теорема о циркуляции вектора B ;

r

∙ вектор намагниченности; вектор H ; теорема о

r

циркуляции вектора H ;

∙закон электромагнитной индукции;

∙магнитное поле в веществе; диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики.

2.Приведите в рабочей тетради определения основных физических величин, подробный вывод формул (3), электрическую схему установки.

Литература

1.Савельев И.В. Курс общей физики. Электричество и магнетизм. - М.: Астрель, 2001. - §§ 7.1 - 7.6; 8.1; 8.2.

2.Иродов И.Е. Электромагнетизм. Основные законы. -

М.-СПб.: Физматлит, 2001. - §§ 6.1; 6.3; 7.1 - 7.6; 9.1; 9.2.

Приложение 1

Рекомендации по подготовке к лабораторным работам и по их выполнению

1. С чего начинать.

1.1.Прочитайте описание лабораторной работы и составьте общее представление о ней.

1.2.В конце описания каждой лабораторной работы приведен перечень основных физических понятий, явлений, законов, знание которых необходимо для выполнения работы. Прочитайте соответствующие разделы в учебнике. Обязательно просмотрите разделы учебника, указанные в списке рекомендованной литературы.

2. Что писать (рисовать) в рабочей тетради.

2.1.В начале чистой страницы напишите название лабораторной работы, выделите его цветом или подчеркните.

2.2.Полезно привести в рабочей тетради определения основных физических величин, формулировки законов, краткие описания явлений, с которыми вы будете иметь дело в данной лабораторной работе (изучите и выпишите из учебника).

2.3.Напишите в рабочей тетради теоретическую часть описания лабораторной работы обязательно с подробными математическими выкладками и преобразованиями. Трудные и непонятные места отметьте. С их обсуждения

постарайтесь начать беседу с преподавателем во время допуска к работе (но принципиальные вопросы необходимо разрешить до выполнения лабораторной работы).

2.4.Зарисуйте электрическую схему установки.

2.5. Выполните расчетное задание. Приведите в рабочей

тетради подробное описание ваших действий при его выполнении (формулы, таблицы, графики).

3. Что нужно знать и уметь.

3.1.Вы должны уметь быстро и правильно формулировать изучаемые в лабораторной работе физические законы, давать определения основным физическим величинам, понимать их физический смысл.

3.2.Нужно уметь самостоятельно выводить все формулы, приведенные в описании лабораторной работы.

3.3.Необходимо понимать цель лабораторной работы, методику проведения эксперимента. Следует знать какие величины и каким образом вы будете измерять, что будете делать с полученными экспериментальными значениями: какие величины будете рассчитывать, сопоставлять, какие графики строить и как они должны выглядеть.

3.4.Необходимо уметь рассчитывать погрешности, выполнять графическую обработку результатов измерений. 4. Последовательность выполнения лабораторной работы.

4.1.Внимательно изучите измерительный стенд, убедитесь в наличии всех необходимых приборов и компонентов, проверьте электрическую схему соединений. Назначение

всех компонентов и соединительных проводов на стенде должно быть понятно - при необходимости обратитесь с вопросами к инженеру или преподавателю.

4.2.Ознакомьтесь с используемыми в работе приборами,

изучите органы управления и их функциональное назначение (подробные инструкции по эксплуатации приборов можно получить у инженера лаборатории). Без необходимости не меняйте настройки приборов, не включайте их, пока не поймете, как с приборами работать.

4.3.После получения допуска к работе включите приборы и проверьте экспериментальную установку: убедитесь, что стенд работает должным образом (например, с ростом

частоты или напряжения на выходе источника питания измеряемые величины меняются в нужную сторону).

4.4.Далее действуйте в соответствии с указаниями, приведенными в описании лабораторной работы. К "циклическим" измерениям следует приступать только после того, как вы убедитесь, что все ваши действия верны. Первая экспериментальная точка должна быть измерена, проверена и "обсчитана" особенно тщательно.

4.5.Полностью выполните первое упражнение (проведите измерения, выполните необходимые расчеты, постройте графики, рассчитайте погрешности), обсудите полученные

результаты с преподавателем и только после этого приступайте к следующему упражнению.

Успех при выполнении лабораторной работы в значительной степени зависит от того, насколько подробно и аккуратно ведутся записи в рабочей тетради. В Приложении 2 приведен пример, иллюстрирующий некоторые правила, следуя которым, вы сможете избежать

ошибок и значительно сэкономить время и силы при выполнении лабораторной работы.

Приложение 2

Пример записи экспериментальных результатов и их обработки

Далее рассматривается упрощенный вариант лабораторной работы "Конденсатор в цепи переменного тока".

Теоретическая часть. Известно, что при протекании через

где n - частота переменного тока; C - емкость конденсатора.

Емкость плоского конденсатора с круглыми обкладками радиуса r, расположенными на расстоянии d друг от друга,

определяется формулой

экспериментально проверить формулы (П2.1) и (П2.2).

Электрическая схема измерений показана на рис.П2.1. Переменное напряжение частотой ν = ω/ 2π = (2…20) кГц

подается с выхода генератора Г на конденсатор и включенный последовательно с ним резистор известного сопротивления R . Этот резистор служит для определения тока через конденсатор:

Эффективные значения напряжения на резисторе U R и на

выходе генератора измеряются вольтметрами VR и VС. Сопротивление R выбрано достаточно малым, так что измеряемое вольтметром VС напряжение можно считать равным напряжению на конденсаторе UC .

Упражнение 1. Измерения при фиксированной частоте. Установите частоту генератора ν , равной 20 кГц, а напряжение на выходе генератора (измеряется вольтметром VС) UC ≈ 50 В. Измерьте вольтметром VR напряжения на

резисторе R и с помощью формул (П2.1), (П2.3) найдите емкость конденсатора C . Найденное значение C сравните с рассчитанным по формуле (П2.2).

Упражнение 2. Убедитесь, что емкостная проводимость Y = Iэфф /UC линейно увеличивается с ростом частоты ν .

Для этого, изменяя частоту переменного тока в пределах (2…20) кГц, снимите зависимость отношения

Y = Iэфф /UC = U R /(RUC ) от частоты ν . Постройте график этой зависимости - точки должны лечь на прямую. Проведите прямую "теоретической" зависимости Y от ν

Y = Iэфф /UC = 2πνC ,

используя для емкости значение, рассчитанное по формуле

(П2.2).

Выполнение работы. Записи, которые следует делать в рабочей тетради, далее обведены рамками. Остальной текст - наши пояснения.

1.Не пользуйтесь черновиками. Первичная запись

экспериментальных результатов является самой подробной и достоверной. При переписывании с "черновика" на "чистовик" могут появиться дополнительные ошибки и потеряться важная информация.

2.Внимательно изучите установку и запишите в рабочую тетрадь значения обозначенных на установке параметров.

3.Запишите марки приборов, которые находятся на стенде. Может оказаться, что некоторые особенности

экспериментальных результатов связаны с характеристиками использованных приборов. Нужно иметь

возможность обнаружить такую связь даже по прошествии значительного времени после проведения эксперимента.

4. Измерения и расчеты для первой точки следует

проводить особенно тщательно. Ошибки чаще всего возникают именно на этом этапе.

Упражнение 1. Измерения при фиксированной частоте ν = 20 кГц

Пока нет достаточного опыта в проведении электрических измерений, полезно записывать в рабочую тетрадь не только показания приборов, но и значения установленных пределов измерений. Заметим, что чем больше установленный предел измерений, тем больше абсолютная погрешность. Так, измерения напряжения UR на пределе

"20 В" дадут вместо 0,303 В значение 0,30 В, и погрешность увеличится в этом случае примерно в 10 раз. На

используемом вольтметре есть также возможность установить предел измерений "0,2 В". Однако измерять на этом пределе напряжения, превышающие 0,2 В, нельзя - прибор покажет перегрузку. Погрешности напряжений UR

и UC можно рассчитать несколько позже, когда выяснится,

что при измерениях не допущены грубые ошибки. Сначала

рассчитаем емкость конденсатора при помощи формул

(П2.1), (П2.3).

5. Небрежные расчеты на листочке-черновике являются пустой тратой времени. При небрежной записи ошибку найти невозможно, приходится заново выполнять расчеты, и скорее всего сделанная ошибка повторится. Дело в том, что чаще всего ошибки возникают не при расчете на калькуляторе, а при записи формул, при