Лабораторные работы¹⁾

1. Действие магнитного поля на проводник с током

Цель работы: изучить на опыте действие магнитного поля на проводник с током.

Оборудование: источник постоянного тока, два магнита²⁾, штатив с лапкой, катушка-моток, реостат, ключ, соединительные провода.

Подготовка к работе

Изучите описание работы и повторите соответствующий материал в § 2.

Описание работы

В данной работе изучается (качественно) зависимость силы Ампера от силы тока в проводнике и модуля магнитной индукции.

Ход работы

• • Изучите на качественном уровне взаимодействие между катушкой с током и одним из постоянных магнитов (полосовым или дугообразным (рис. 1). С помощью реостата изменяйте силу тока в катушке³⁾. Запишите кратко свои наблюдения и сделанные вами выводы о зависимости силы Ампера от силы тока в проводнике.
• • Повторите опыт, поместив внутрь катушки одноимённые полюсы двух магнитов. Сделайте качественный вывод о зависимости силы Ампера от модуля магнитной индукции. Запишите свой вывод.

Рис. 1

¹⁾ Записывать результаты прямых и косвенных измерений, а также строить графики надо с указанием погрешностей измерений. О расчёте погрешностей см. раздел «Погрешности измерений».

²⁾ Два полосовых магнита или полосовой и подковообразный магниты.

³⁾ Во избежание перегрева катушки желательно реостат соединить последовательно с резистором сопротивлением 4 Ом.

2. Исследование явления электромагнитной индукции. Конструирование трансформатора

Цели работы: определить на опыте, от чего зависят сила и направление индукционного тока в катушке; познакомиться с принципом действия трансформатора.

Оборудование: миллиамперметр, катушка-моток, два магнита¹⁾, источник тока, две катушки²⁾ на общем сердечнике, реостат, ключ, соединительные провода.

Подготовка к работе

Изучите описание работы и повторите соответствующий материал в §4—6.

Описание работы

Индукционный ток в замкнутом проводящем контуре возникает при изменении магнитного потока через контур. В данной работе изучается (на качественном уровне) возникновение индукционного тока в проводящем контуре при изменении пронизывающего контур магнитного потока в двух случаях: вследствие изменения магнитного поля, пронизывающего неподвижный контур, а также при движении контура в постоянном магнитном поле.

Ход работы

• • Надевая катушку на неподвижный полюс магнита и затем снимая с него катушку, наблюдайте за максимальным значением индукционного тока в катушке и направлением тока (рис. 2). Отметьте на качественном уровне, как зависит максимальное значение тока от скорости движения катушки, а также от того, с каким полюсом магнита производится опыт — северным или южным. Запишите свои наблюдения и сделанные вами выводы.

Рис. 2

¹⁾ Два полосовых или полосовой и подковообразный.

²⁾ Если в качестве катушек используются катушки-мотки, предупредите учащихся о возможном их нагревании.

• • Повторите опыт, сложив два магнита (полосовой и дугообразный) одноимёнными полюсами. Запишите, какое вы заметили отличие, и следующий из него вывод.
• • Соберите установку, схематически изображённую на рисунке 3. Замыкая и размыкая цепь, а также изменяя положение ползунка реостата, наблюдайте за показаниями миллиамперметра. Запишите свои наблюдения и следующие из них выводы.
• • Опишите кратко связь наблюдаемых в этом опыте явлений с принципом работы трансформатора.

Рис. 3

3. Исследование преломления света на границах раздела «воздух — стекло» и «стекло — воздух»

Цель работы: исследовать зависимость синуса угла преломления от синуса угла падения, измерить показатель преломления стекла.

Оборудование: источник тока, лампочка на подставке¹⁾, ключ, соединительные провода, экран со щелью, плоскопараллельная пластинка, линейка, циркуль, транспортир.

Подготовка к работе

1. Изучите описание работы.

2. Запишите в тетради все формулы, используемые в работе (§ 12).

Описание работы

В работе исследуется прохождение луча света сквозь лежащую на листе бумаги плоскопараллельную стеклянную пластину. На пути света, прошедшего через щель в экране, помещают плоскопараллельную пластинку и обводят её контур на листе бумаги. Прошедший через щель свет должен оставлять узкую светлую полоску на листе бумаги.

На узкой светлой полосе, вдоль которой идёт луч света, ставят три точки 1, 2, 3 (рис. 4).

¹⁾ Вместо лампочки можно использовать фонарик мобильного телефона.

Рис. 4

Убрав с листа бумаги плоскопараллельную пластинку, чертят на листе окружность с центром в точке 2. На окружности отмечают точки А и В, лежащие на падающем и преломлённом лучах, и проводят отрезки АС и BD, параллельные параллельным граням пластины.

Тогда

где α и γ — углы падения и преломления соответственно.

Показатель преломления стекла

Из двух написанных формул следует, что

Таким образом, измеряя отрезки АС и BD при различных углах падения, можно изучить зависимость синуса угла преломления от синуса угла падения, а также найти показатель преломления стекла.

Ход работы

• • Руководствуясь описанием работы и используя предложенное оборудование, проведите измерения, позволяющие найти отношение синусов углов падения и преломления для углов падения 30° и 60°. Запишите результаты измерений и расчётов в таблицу, заголовок которой приведён ниже. Сделайте выводы и запишите их.

4. Наблюдение интерференции и дифракции света¹⁾

Цель работы: экспериментально изучить явления интерференции и дифракции.

Оборудование: электрическая лампа (одна на класс), проволочная рамка, стеклянная трубка, мыльная вода, компакт-диск, топкая капроновая ткань, пинцет.

Подготовка к работе

1. Изучите описание работы и повторите соответствующий материал из § 15, 16.

Описание работы

В работе изучается явление интерференции света при освещении мыльной пленки белым светом: вследствие интерференции возникает радужная окраска плёнки.

Поверхность компакт-диска является моделью отражающей дифракционной решётки, поэтому при отражении от неё белого света также возникает радужная окраска.

Моделью дифракционной решётки является и тонкая капроновая ткань. Поэтому при прохождении белого света сквозь такую ткань можно наблюдать дифракционную картину.

Ход работы

• • Используя предложенное оборудование, изучите явление интерференции света на примере отражения белого света от мыльной плёнки, образовавшейся на проволочной рамке после того, как её окунули в мыльный раствор, а также от мыльного пузыря. Опишите кратко наблюдаемые явления.
• • Опишите кратко причину возникновения окраски мыльной плёнки.
• • Рассмотрите поверхность компакт-диска, на которую производится запись. Опишите свои наблюдения и дайте их краткое объяснение.
• • Посмотрите сквозь капроновую ткань на нить накала светящейся лампы. Поворачивая ткань вокруг оси, перпендикулярной плоскости ткани, добейтесь того, чтобы вы видели чёткую дифракционную картину. Опишите кратко наблюдаемое явление и дайте его объяснение.

¹⁾ Эту работу можно выполнить дома.

5. Изучение спектра водорода по фотографии¹⁾

Цель работы: изучить спектр излучения водорода; определить энергию и импульс фотона, соответствующего каждой линии спектра.

Оборудование: фотография спектра излучения водорода.

Подготовка к работе

1. Изучите описание работы.

2. Запишите в тетради формулы, используемые в работе (§ 19).

Описание работы

На рисунке 5 приведена фотография спектра излучения водорода. Используя эту фотографию, можно определить длины волн, соответствующих каждой линии спектра.

Рис. 5

Зная длины волн, можно определить их частоты, а также энергию и импульс фотона, соответствующего каждой линии спектра.

Ход работы

• • Руководствуясь описанием работы и используя рисунок 5, произведите необходимые измерения и определите длины волн и частоты, соответствующие каждой линии спектра водорода. Вычислите энергию и импульс фотона, соответствующего каждой линии спектра. Результаты измерений и вычислений запишите в тетрадь.

6. Изучение треков²⁾ заряженных частиц по фотографии³⁾

Цель работы: определить тип заряженной частицы по результатам сравнения её трека с треком протона в камере Вильсона, помещенной в магнитное поле.

Оборудование: фотографии треков заряженных частиц, угольник, линейка, карандаш.

¹⁾ Данную работу можно выполнить дома. Идея работы предложена Г. Г. Никифоровым.

²⁾ Напомним, что треком называют след, оставленный движущейся заряженной частицей в камере Вильсона или пузырьковой камере.

³⁾ Данную работу можно выполнить дома.

Подготовка к работе

1. Изучите описание работы.

2. Запишите в тетради вывод всех формул, используемых в работе (§ 3), и повторите § 22.

Описание работы

На рисунке 6 изображены в натуральную величину копии треков двух заряженных частиц, движущихся в однородном магнитном поле в плоскости, параллельной плоскости рисунка. Трек 1 принадлежит протону с энергией 1,6 МэВ, а трек 2 — частице, тип которой надо определить. Начальные скорости частиц равны.

Рис. 6

Здесь ν — модуль скорости частицы, R — радиус окружности, по которой она движется.

Найти радиус окружности можно, проведя две произвольные хорды и построив серединные перпендикуляры к ним: точка их пересечения является центром окружности.

Ход работы

• • Положите на рисунок 6 лист белой, достаточно прозрачной бумаги и переведите рисунок на него¹⁾.
• • Руководствуясь описанием работы, измерьте радиус окружности, по которой движется протон. Запишите результат измерения.
• • Используя данные в описании работы, результаты ваших измерений и справочные данные, определите и запишите значение магнитной индукции поля.
• • Найдите отношение заряда к массе для частицы, движущейся по треку 2. Результаты измерений и вычислений запишите в тетрадь.
• • Определите вид частицы, движущейся по треку 2. Обоснуйте свой вывод.

¹⁾ Геометрические построения можно непосредственно производить в печатной тетради для лабораторных работ, входящей в данный УМК.