Пример выполненной лабораторной работы по физике
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ
ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ
Цель работы – определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли при помощи тангенс-гальванометра.
1. Описание экспериментальной установки
Для экспериментального определения горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли B0 используется прибор, называемый тангенс-гальванометром (ТГ). Он состоит из N витков радиусом r, в центре которых расположена магнитная стрелка. Магнитная стрелка закреплена в корпусе со
шкалой с ценой деления 1°. При отсутствии тока в витках на магнитную стрелку
действует только магнитное поле Земли. Горизонтальной составляющей магнитного поля Земли B0, которую необходимо определить на данной установке, называется проекция вектора магнитной индукции Земли на горизонтальную плоскость в точке её определения. При пропускании тока по виткам на магнитную стрелку действует два магнитных поля: поле, созданное
током в витках BB, и поле Земли B0. При их одновременном действии ось магнитной стрелки устанавливается по направлению результирующей этих
векторов В, как это показано на рис.1.1.
Элементы установки, изображенной на рис. 1.2: источник тока (ЭДС Е=6 В), ключ К, реостат R, амперметр А (Imax = 1 A), тангенс- гальванометр ТГ.
Перед включением тока плоскость витков совмещают с плоскостью магнитного меридиана Земли. Для этого тангенс-гальванометр устанавливают так, чтобы ось магнитной стрелки находилась в плоскости витков. При таком расположении витков вектор индукции магнитного поля тока В перпендикулярен горизонтальной составляющей магнитного поля Земли B0.
Выполнение работы
Исходные данные:
N = 6, r = 0,15 м
Таблица 1 - Результаты измерений и расчётов.
|
№ п/п |
φ |
I, A |
|
|
| |
( |
|
1 |
25 |
0,23 |
0,575 |
1,225 |
0,026 |
0,000676 |
|
2 |
30 |
0,29 |
0,725 |
1,248 |
0,004 |
0,000016 |
|
3 |
35 |
0,35 |
0,875 |
1,241 |
0,011 |
0,000121 |
|
4 |
40 |
0,41 |
1,025 |
1,213 |
0,039 |
0,001521 |
|
5 |
45 |
0,50 |
1,250 |
1,240 |
0,012 |
0,000144 |
|
6 |
50 |
0,60 |
1,500 |
1,247 |
0,005 |
0,000025 |
|
7 |
55 |
0,73 |
1,825 |
1,264 |
0,012 |
0,000144 |
|
8 |
60 |
0,94 |
2,350 |
1,340 |
0,088 |
0,007744 |
|
< |
|
0,010391 |
||||
= 
; 
= 
* сtg φ
Пример расчёта:
= 
= 0,575 * 
Тл
= 0,575 * * 2,1445 = 1,225 * Тл
Расчёт погрешностей:
Среднее значение магнитной индукции:
= 
= 
* = 1,252 * Тл
Коэффициент Стьюдента при количестве измерений
n = 8, α = 0,9, 
= 1,89
Δ
= * 
= 1,89 * 
= 0,0253 * Тл
Δ
= 
Δα = 1º = 0,0175 рад
Δ = 1,252 * * 
= 1,252 * * 
= 1,252 * * 0,035 = 0,043 * Тл
ΔВ = 
= 
= 0,05 * Тл
δB = 
* 100 %
δB = 
* 100 % = 4 %.
= ± ΔВ
= (1,25 ± 0,05)* Тл.
Вывод: в работе проделаны измерения 8 значений угла при помощи тангенс-гальванометра, проведены расчёты горизонтальной составляющей магнитного поля Земли для каждого измеренного значения, рассчитано среднее значение, абсолютная и относительная погрешность.
4. Контрольные вопросы
5.
1. Сформулировать закон Био-Савара-Лапласа, принцип суперпозиции.
Данный закон предоставляет нам возможность вычислить вектор магнитной индукции (
) в любой точке магнитного поля, которое создается в вакууме элементарным проводником с током:
где I – сила тока; 
– вектор элементарный проводник по модулю он равен длине проводника, при этом его направление совпадает с направлением течения тока; 
– радиус-вектор, который проводят от элементарного проводника к точке, в которой находят поле; 
– магнитная постоянная. Вектор является перпендикулярным к плоскости, в которой расположены и , конкретное направление вектора магнитной индукции определяют при помощи правила буравчика (правого винта).
Для однородного и изотропного магнетика, заполняющего пространство, вектор магнитной индукции в вакууме(
) и в веществе (
), при одинаковых условиях, связывает формула:
где 
– относительная магнитная проницаемость вещества.
2. Объяснить принцип действия тангенс-гальванометра.
Тангенс–гальванометр состоит из нескольких кольцеобразных витков медной проволоки, расположенных в вертикальной плоскости. В центре витков расположена магнитная стрелка, установленная на шкале с градусными делениями, шкала служит для отсчета положений магнитной стрелки или ее отклонений. Расположив витки, тангенс–гальванометра в плоскости магнитного меридиана пропустим ток по виткам. В этом случае на магнитную стрелку будут действовать две пары сил.
Одна пара сил создана действием магнитного поля земли – она будет стремиться вернуть стрелку в плоскость магнитного меридиана, т.к. силы этой пары направлены параллельно плоскости меридиана. Другая пара сил будет создана действием магнитного поля кругового тока – она стремится расположить стрелку перпендикулярно к плоскости магнитного меридиана. Следовательно, на магнитную стрелку действуют два поля – поле Земли (
) и поле тока (
). Под действием этих полей магнитная стрелка отклонится на угол α от магнитного меридиана и будет в равновесии при условии, что равнодействующая этих сил будет совпадать с направлением отклоненной стрелки.
3. Записать единицы измерения индукции и напряженности магнитного поля.
[B] = 1 Тл
[H] = 1 