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 учебнике (§ 2).
Содержание работы
На проводник с током, помещённый в магнитное поле, действует сила Ампера.
В данной работе изучается (качественно) зависимость силы Ампера от силы тока в проводнике и модуля магнитной индукции.
Ход работы
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 ток в ней должен быть кратковременным, а сопротивление реостата надо изменять от половины его максимального значения до максимального. Предупредите учащихся, что катушка во время опыта может нагреться, поэтому к ней не следует прикасаться в течение 5 мин после отключения тока.
2. Исследование явления электромагнитной индукции. Конструирование трансформатора
Цели работы: определить на опыте, от чего зависят сила индукционного тока и его направление; познакомиться на опыте 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 учебнике (§ 5—6), ознакомьтесь также с принципом работы трансформатора (§ 12).
Содержание 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
Рис. 2
1) Два полосовых или полосовой и подковообразный.
2) Если в качестве катушек используются катушки-мотки, предупредите учащихся о возможном их нагревании.
Рис. 3
3. Исследование вихревого электрического поля
Цель работы: оцепить значение модуля напряжённости вихревого электрического поля при возникновении индукционного тока в катушке.
Оборудование: катушка-моток, миллиамперметр, линейка, магнит.
Подготовка к работе
Изучите описание работы и повторите соответствующий материал в учебнике (§ 6).
Содержание работы
При изменении магнитного потока через катушку-моток в ней возникает индукционный ток. В данном опыте этот ток обусловлен вихревым электрическим полем, возникающим вследствие изменения во времени магнитного поля. Силу тока в катушке можно оцепить с помощью миллиамперметра по максимальному отклонению стрелки прибора.
Максимальное значение ЭДС индукции можно рассчитать по закону Ома для полной цепи: Еi = IR, где I — максимальная сила тока в катушке-мотке, R — сопротивление катушки-мотка. Сопротивлением соединительных проводов и амперметра в данном опыте можно пренебречь.
1) Это задание можно дать на дополнительную оценку.
Максимальная ЭДС индукции связана с максимальным модулем напряжённости вихревого поля Е в проводе и длиной провода соотношением Ei = EL. Сравнивая это выражение для ЭДС индукции с написанным выше и учитывая выражение для сопротивления катушки, получаем:
Ход работы
4. Изучение колебаний пружинного маятника
Цель работы: изучить зависимость периода колебаний пружинного маятника от удлинения пружины, когда подвешенный к ней груз находится в равновесии.
Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, пружина2), грузы из набора по механике, секундомер или часы с секундной стрелкой, линейка.
Подготовка к работе
1. Изучите описание работы и повторите соответствующий материал в учебнике (§ 9, п. 1).
1) Если ученикам эти данные недоступны, то учитель сообщает их ученикам в начале урока.
2) Данную работу не рекомендуется проводить, используя динамометр, из-за трения между указателем и шкалой.
*2. Запишите в тетради вывод формулы, связывающей период колебания подвешенного к пружине груза с удлинением пружины, когда подвешенный к ней груз находится в равновесии (§ 9).
Содержание работы
Обозначим x1 удлинение пружины1) жёсткостью k под весом покоящегося груза массой m.
Используя условие равновесия груза, закон Гука и формулу для периода колебаний подвешенного на пружине груза, докажите, что период колебаний пружинного маятника связан с удлинением пружины под весом покоящегося груза соотношением
Отсюда следует, что квадрат периода колебаний пропорционален удлинению пружины под весом покоящегося груза.
Ход работы
1) Обратите внимание учащихся на то, что x1 не является амплитудой колебаний.