Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Исследование движения заряженных частиц в магнитном поле

Лабораторная работа № 5эм

ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ
В НЕПОДВИЖНЫХ ПРОВОДНИКАХ

Цель работы:

1) изучить явление электромагнитной индукции;

2) измерить наводящееся при изменении магнитного потока в неподвижных катушках напряжение и получить график зависимости индуцированного напряжения от времени;

3) интерпретировать полученную экспериментальную кривую, приблизительно оценить величину магнитного потока и магнитной индукции.

Приборы и оборудование:

1) трубка с шестью индукционными катушками;

2) магниты;

3) компьютер с программным обеспечением «3B NETlab».

ЗАДАНИЕ

Подготовьте теоретическое обоснование к лабораторной работе по предложенным вопросам, используя литературу:

1. Трофимова, Т.И. Курс физики §122,123 (глава 15 “лектромагнитная индукция)

2. Методичка

1. Что такое магнитный поток, каковы способы его изменения?

________________________________________________________

2. В чем состоит явление электромагнитной индукции?

_________________________________________________________

3. Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея).

_________________________________________________________

4. Как определяется направление индукционного тока?

_________________________________________________________

5. Какова причина возникновения ЭДС электромагнитной индукции в неподвижном контуре при изменении магнитного потока?

_________________________________________________________

6. Какова природа индукционного тока?

_________________________________________________________

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Так как электронный измеритель «3BNetlog» настраивается и управляется программой «3BNETlab», установленной на компьютере, то эксперимент состоит в проведении определенных манипуляций с «3BNETlab». Программа позволяет настроить электронный измеритель (время между отдельными измерениями, число измерений, время измерения), определяет момент начала измерения – момент, когда необходимо отпустить магнит, считывает с прибора значения измеряемого напряжения и представляет их в виде графика зависимости напряжения от времени. В программе предусмотрена возможность изменять масштаб оси напряжения и оси времени для более удобного представления результата измерений.

Итак, для достижения целей, поставленных в данной лабораторной работе, необходимо последовательно выполнить нижеперечисленные шаги.

1. Подробно изучить разделы «Теоретическая часть» и «Описание и принцип действия установки».

2. Включить компьютер, найти на рабочем столе ярлык с названием «Лабораторная работа» и значком в виде «InternetExplorer».

3. Соединить все элементы установки между собой согласно разд. 2 данных методических указаний.

4. Подключить питание к прибору «3BNetlog» и включить его путем нажатия и удержания кнопки «on/off».

5. Запустить программу «3BNETlab» посредством ярлыка «Лабораторная работа».

6. В открывшемся окне переместить указатель мыши на сообщение браузера «В целях безопасности InternetExplorer не разрешает этому веб-узлу…» и щелкнуть мышью. В появившемся меню необходимо выбрать «Разрешить заблокированное содержимое». В появившемся окне «Предупреждение о безопасности» необходимо выбрать вариант «Да» (рис 1).

Рис. 1. Пример фрагмента окна к п. 6

В появившемся окне «3BNETlab» в поле «Username» вводится слово «Rudoy», а в«Pasword»слово «3bnetlab».

7. В следующем окне отмечается поле «MeasurementLab», необходимо активировать поле «Continue» (рис.2).

Рис. 2. Пример фрагмента окна к п. 7

8. Далее отмечается поле «Createanewdataset» и активируется поле «Continue» (рис. 3).

Рис. 3. Пример фрагмента окна к п. 8

9. В поле окна «3BNETlab» необходимо ввести имя файла «lab1», в который будут записаны результаты измерений.

10. В этом шаге повторяется последовательность действий из п. 6 порядка выполнения работы. Все последующие действия связаны с настройкой универсального измерителя, проведением опыта и получением конечного графика зависимости измеряемого индуцированного напряжения от времени.

11. В окне «Inputs» посредством «Select» необходимо оставить только «Input_A». Далее необходимо нажать «InputsOK»(рис. 4).

Рис. 4. Пример фрагмента окна к п. 11

12. Далее в поле «Samplingrate» необходимо выбрать «500µs 2kHzOsc», а в поле «Numbersofsamples» указать число измерений 4000. Тогда в поле «Samplingtime» автоматически появится параметр 2,0s (рис. 5).

Рис. 5. Пример фрагмента окна к п. 12

13. Завершается настройка нажатием «ParametrsOK».

14. Прежде чем нажать «Start», необходимо в «RightPanel» нажать иконку .

15. Для следующего шага нужно приготовить магнит для его свободного падения в трубке. Далее необходимо нажать «Start» и приготовиться отпустить магнит, как только появится окно «3B-NETLab» «Measuring». После прохождения магнитом всей трубки можно нажать «FinishMeasuring» (рис. 6).

Рис. 6. Пример фрагмента окна к п. 15

16. Дальше программа обрабатывает записанные прибором значения и выдает результат в виде графика зависимости напряжения от времени.

17. Необходимый временной отрезок измерения можно выделить с помощью (рис. 7) .

Рис. 7. Пример фрагмента окна к п. 17

18. Максимальное значение измеряемого напряжения может быть определено с помощью .

19. Полученный график необходимо показать преподавателю. При необходимости эксперимент можно повторить. Программа перейдет в исходное состояние после нажатия (рис. 8) .

Рис. 8. Пример фрагмента окна к п. 19

20. Для сохранения графика лучше воспользоваться функцией клавиатуры «PrintScreen». Скопированный рисунок можно сохранить либо в программе «Paint», либо в «MicrosoftWord» на рабочем столе. Готовый файл можно отправить на электронную почту или скопировать на «флэш-память».

21.Следуя указанию п. 19 повторите опыт с тем же магнитом два-три раза, сохраняя графики согласно п. 20.

22. После выполнения лабораторной работы, сохраненные файлы должны быть удалены с рабочего стола. Компьютер и универсальный электронный измеритель необходимо выключить.

23. Распечатанные графики необходимо приложить к рабочей тетради для дальнейшего анализа.

3. Контрольные вопросы

Анализируя графики зависимости измеренного в ходе лабораторной работы индуцированного напряжения в катушках от времени, письменно ответьте на следующие вопросы:

1. Какова причина возникновения измеряемого напряжения?

2. Чем обусловлена форма полученной кривой?

3. Почему растет амплитуда измеряемого сигнала?

4. Чем объясняется сокращение времени между сигналами?

5. Что происходит с площадью под кривой при переходе от импульса к импульсу? Поясните ответ.

6. Исследуя полученные экспериментальные графики, приблизительно оцените величину магнитного потока Ф, а также величину магнитной индукции В, если известно, что в катушке витков N=13, а ее диаметр 12 мм.

Расчет магнитного потока Ф для каждого графика в отдельности
Ф₁,	Ф₂,	Ф₃,	Ф₄,

Вычисление В по формуле Ф= В_внеш×SN

Значения В
В₁,	В₂,	В₃,	В₄,

В_ср =

7. Используя справочную литературу, оцените полученное значение магнитной индукции В, используемого в работе магнита, сделайте вывод:

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Список литературы

1. Трофимова, Т.И. Курс физики: учеб.пособие для вузов / Т.И. Трофимова. – 17-е изд., стер. – М.: Академия, 2008. – 560 с.

2. Савельев, И.В. Курс физики: учеб.пособие для вузов. В 3 т. Т.2. Электричество. Колебания и волны. Волновая оптика / И.В. Савельев. – 4-е изд., стер.– СПб.:Лань, 2008. – 480 с.

3. Зисман, Г.А. Курс общей физики: учеб.пособие для вузов. В 3 т. Т. 2. Электричество и магнетизм / Г.А. Зисман, О.М. Тодес. – 7-е изд., стер. – СПб.:Лань, 2007. – 352 с.

Лабораторная работа № 6эм

ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ

Цель работы

1. снять зависимость анодного тока от тока в соленоиде;

2. рассчитать силу Лоренца, действующую на электрон в лампе магнетрона;

3. вычислить период вращения электрона в лампе магнетрона.

Приборы и принадлежности:

Электронная лампа 6Е5С, вольтметр, амперметр, миллиамперметр, соленоид, выпрямитель.

ЗАДАНИЕ.

1. Трофимова, Т.И. Курс физики §114,115 (глава 14 Магнитное поле)

2. Фалеев Д.С., Фалеева Э.В. Исследование движения заряженных частиц в магнитном поле, 2010 г.

1. Какие физические величины характеризуют магнитное поле?

____________________________________________________________

_____________________________________________________________

2. Как определить модуль и направление силы Лоренца

__________________________________________________________

3. Опишите траектории движения заряженной частицы в магнитном поле если:

а) частица влетает вдоль силовых линий магнитного поля

__________________________________________________________

_____________________________________________________________

б) частица влетает перпендикулярно силовым линиям магнитного поля

_________________________________________________________

в) частица влетает произвольно

____________________________________________________________

Порядок выполнения работы

1. Снятие и построение графиков зависимости анодного тока от тока соленоида в магнетроне

1. Перед включением схемы (рис. 1) к источникам тока определить цену деления каждого измерительного прибора.

Примечание: в некоторых установках миллиамперметр и вольтметр в анодной цепи не вмонтированы в выпрямитель I, а в других установках на панели.

Рис. 1. Схема подключения магнетрона к источнику тока: I – выпрямитель в цепи электронной лампы; II – выпрямитель в цепи соленоида

К источнику тока собранные схемы включать в сеть в присутствии лаборанта или преподавателя!

2. Вилку выпрямителя I включить в сеть переменного тока напряжением 220 В.

3. Включить ключ 2 на выпрямителе I.

4. Ручкой потенциометра 1 на выпрямителе I установить постоянное напряжение между катодом и анодом лампы.

5. Записать максимальное значение анодного тока.

6. Включить в сеть переменного тока выпрямитель II, от которого ток подается на соленоид “С” магнетрона.

7. Ручкой 3 на выпрямителе II менять ток в соленоиде от 0 до 2 А через каждые 0,2 0,25 А.

8. Для каждого значения тока соленоида записывать значение тока лампы .

9. Пункты 5 – 8 повторить для анодного напряжения и .

10. Полученные данные занести в таблицу.

11. Построить три графика зависимости анодного тока от силы тока соленоида .

12. Выбрать из трех графиков один, который наиболее похож на теоретический (рис.2)

рис.2 График зависимости анодного тока от тока соленоида магнетрона

-критическое значение тока соленоида при данном значении

2. Вычисление силы Лоренца

1. По выбранному графику определить критическое значение тока соленоида

2. Рассчитать критическое значение индукции магнитного поля соленоида, используя формулу

где ; – число витков, приходящееся на единицу длины соленоида; - магнитная постоянная

3. По значению анодного напряжения выбранного графика , вычислить скорость электрона по формуле

где - заряд электрона, - анодное напряжение, - масса электрона.

4. Рассчитать силу Лоренца по формуле

3. Вычисление периода вращения электрона

1. Вычислить период вращения электрона в лампе магнетрона по критическому значению индукции для выбранного графика по формуле

4. Вычисление радиуса траектории вращения электрона в лампе магнетрона.

1. Вычислить радиус траектории вращения электрона в лампе магнетрона по формуле

3. Контрольные вопросы

1. Какое устройство называется магнетроном?

2. От чего зависит скорость электронов, вылетающих из катода лампы?

3. На основании какого явления происходит выход электронов из катода лампы?

4. Почему при некотором значении тока соленоида электроны в лампе не попадают на анод?

5. Совершает ли работу сила Лоренца?

6. Зависит ли период Т вращения электронов в магнетроне от их начальной скорости?

7. Оказывает ли существенное влияние на траекторию электрона в магнетроне магнитное поле Земли и почему?

8. Как определяется направление силы Лоренца, действующей на электрон в магнетроне?

9. Изобразите траектории электронов в магнетроне при различных значениях тока в соленоиде .

Список литературы

1. Трофимова, Т.И. Курс физики: учеб. пособие для вузов / Т.И. Трофимова. – 17-е изд., стер. – М.: Академия, 2008. – 560 с.

2. Савельев, И.В. Курс физики: учеб. пособие для вузов. В 3 т. Т. 2. Электричество. Колебания и волны. Волновая оптика / И.В. Савельев. –
4-е изд., стер.– СПб.: Лань, 2008. – 480 с.

3. Зисман, Г.А. Курс общей физики: учеб. пособие для вузов. В 3 т. Т. 2. Электричество и магнетизм / Г.А. Зисман, О.М. Тодес. – 7-е изд., стер. – СПб.: Лань, 2007. – 352 с.

12 3 4 Следующая ⇒

Воспользуйтесь поиском по сайту: