Магнитное поле постоянного тока

Министерство  образования и науки Республики Казахстан

Капшагайский  профессиональный колледж 
 
 
 
 
 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по  дисциплине «Физика»

на  тему «Магнитное поле постоянного тока» 
 
 
 

Преподаватель 
 

     Учащийся

Мирошниченко  Т.С. 

Специальность, курс

«Учет и аудит», I курс 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Капшагай, 2010 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Введение           3

Цели и требования, предъявляемые к демонстрациям    4

Описание демонстрационных опытов:

      Действие  магнитного поля на ток      5

      Взаимодействие  двух параллельных токов    7

      Отклонение электронного пучка магнитным полем   9

     Модель  доменной структуры ферромагнетика    10

     Размагничивание стального образца при нагревании   12

Заключение           14

Список использованных источников      15 
 
 
 
 
 

 

ВВЕДЕНИЕ 

      Тема  «Магнитное поле постоянного тока » изучается в курсе физики 10-го класса. Для общеобразовательного и повышенного (пункты программы для повышенного уровня изучения взяты в квадратные скобки) уровней программа включает в себя следующие разделы:

      Взаимодействие  токов. Магнитные силовые линии. Индукция магнитного поля.

      Проводник с током в магнитном поле. Сила Ампера. Действие магнитного поля на движущиеся заряды. Сила Лоренца. Движение заряженной частицы в магнитном поле.

      Магнитное поле Земли.  

      Демонстрации

1. Взаимодействие  параллельных токов. 2. Действие магнитного поля на ток. 3. Отклонение электронного пучка магнитным полем.

            ОСНОВНЫЕ ЗНАНИЯ И УМЕНИЯ УЧАЩИХСЯ

      Учащиеся  должны знать:

Понятия: магнитное поле, магнитная индукция.

Законы: Ампера.

Формулы:  F_A=IBl sina, F_Л =quB sina.

   Учащиеся должны уметь: решать задачи на расчет магнитной индукции, силы Ампера, силы Лоренца; [рассчитывать период обращения, радиус окружности, описываемой заряженной частицей, влетающей в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям магнитной индукции].

      В предшествующей программе по физике для средней общеобразовательной  школы в курсе 10-го класса изучался раздел «Магнитные свойства вещества».

      В своей курсовой работе я также  рассматриваю некоторые демонстрации из темы «Физика конденсированного  состояния», которая  изучается в курсе физики 11-го класса. Для общеобразовательного и повышенного (пункты программы для повышенного уровня изучения взяты в квадратные скобки) уровней программа включает в себя следующий раздел:

      Магнитная проницаемость вещества. Три класса магнитных веществ. Объяснение пара- и диамагнетизма. Основные свойства ферромагнетиков. Природа ферромагнетизма. Магнитная запись и хранение информации.

      Демонстрации

1. Модель  доменной структуры ферромагнетика. 2. Размагничивание стального образца при нагревании. 3.Магнитная запись звука.

      ОСНОВНЫЕ  ЗНАНИЯ И УМЕНИЯ УЧАЩИХСЯ

Учащиеся  должны знать:

Понятия: магнитная проницаемость. 

 

      ЦЕЛИ И ТРЕБОВАНИЯ,

        ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ДЕМОНСТРАЦИЯМ 

      Демонстрация  – это показ учителем физических явлений и связи между ними.

      Цель:

Создание  физических представлений, физических понятий, проиллюстрировать явления  и приучить учащихся искать источник знания в явлениях физического мира и опытах.

      Требования:

• темп изложения должен совпадать с  темпом демонстрации;
• должны быть на каждом уроке;
• должны логически соединять предшествующие опыты с последующими. для этого можно использовать одну и туже установку, но проводить измерения в ней;
• не должны загромождать урок;
• должна присутствовать новизна и заинтересованность.

   Перед демонстрацией можно уяснить проведение ее с помощью схемы на доске. В некоторых случаях полезно собирать схему перед учащимися. Можно использовать проблемный подход, т.е. поставить проблему и решить с помощью эксперимента. Установка должна быть простой, на столе не должно быть лишних предметов, лучше использовать в вертикальной плоскости, использовать экраны (для темных предметов светлый, для светлых - темный), использовать подсветки, использовать индикаторы. Эксперимент готовить заранее, он должен быть убедительным.

 

ДЕЙСТВИЕ  МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ТОК 

     Оборудование: 1) весы аэродинамические, 2) амперметр  демонстрационный, 3) метр демонстрационный, 4) магниты дугообразные - 4 шт., 5) скоба  проволочная, 6) выключатель демонстрационный, 7) штатив универсальный, 8) провода соединительные, 9) циркуль-измеритель демонстрационный.

     Действие  магнитного поля на ток, так же как  и способы определения направления  движения проводника с током в  магнитном поле, учащимся хорошо известно. Основываясь на этих знаниях, можно  определить факторы, от которых зависит величина силы, действующей на проводник с током, и затем ввести понятие о магнитной индукции и единице ее измерения. Числовые результаты проведенного опыта позволят затем приблизительно определить среднюю магнитную индукцию между полюсами постоянных магнитов. Это будет способствовать большей конкретизации нового понятия.

     1. Демонстрационная установка для  проведения опыта изображена  на рисунке 1. В ней основной  деталью служит скоба из голой  медной проволоки, помещенная  между полюсами двух магнитов. Форма скобы, ее размеры и способ подвеса показаны на рис. 2. Колечки с крючками, прилагаемые к универсальному штативу, изолированы от стержня листом обыкновенной бумаги. Этого вполне достаточно ввиду того, что подводимое напряжение мало. Между бумагой и колечками зажаты концы соединительных проводов. Надежность контактов в точках подвеса скобы вполне обеспечивается ее достаточным весом.

      

      

Рис. 1. Установка для изучения действия магнитного поля на ток;

      Для измерения силы, действующей на проводник с током, служат универсальные чувствительные весы. При подготовке их к измерению в отверстие втулки весов вставляют стержень l (рис. 1) с малым диском из аэродинамического набора и изготовляют рейтер массой в 500 мг в виде согнутой металлической полоски. Толкателем 2, соединяющим весы со скобой, служит мягкая тонкая проволочка, один конец которой огибают вокруг стержня над самым диском, а другой конец, согнутый в виде крючка, свободно накладывают на середину скобы между магнитами.

      При определении цены деления весов надо применить правило моментов. Если длина стержня 10 см, а рейтер весом 0,005 Н находится, например, на расстоянии 20 см от оси, то

F·0,1 м=0,005 Н·0,2 м.

      Отсюда  сила F равна 0,01 Н, когда рейтер находится на расстоянии 20 см от оси; значит, перемещение рейтера на 1 см соответствует изменению силы F на 1/20 Н=0,0005 Н.

Для измерения  силы тока служит демонстрационный амперметр  с шунтом на 10 А и соответствующей  шкалой для постоянного тока.

2. Приступая  к проведению опыта, от весов отцепляют толкатель и снимают с рычага рейтер. При помощи уравнительного винта добиваются совпадения указателей.

Постоянный ток  можно получить от выпрямителя.

Сначала устанавливают рукоятку регулятора напряжения на нуль, затем включают ток, доводят его до 8 А и наблюдают за движением скобы. Изменяя направление тока или переворачивая магниты, показывают изменение направления движения проводника. Эти опыты дают повод вспомнить правило левой руки, связывающее направления тока, силовых линий поля и движения проводника.

     Выключив  ток, при котором наблюдалось  выталкивание скобы влево, соединяют  скобу с вертикальным стержнем весов  при помощи проволочного толкателя, как было указано выше, и передвигают  весы по столу так, чтобы указатели  равновесия вновь совпали. На этом заканчивается подготовка установки.

     Включают  ток и замечают, что рычаг весов  приподнимается. Насадив на рычаг  рейтер и, передвигая его, вдоль рычага, находят для него такое положение, при котором весы вновь уравновешиваются. Зная цену деления шкалы, находят силу, с которой магнитное поле действует на проводник с током.

      Опыт  повторяют при иных значениях  силы тока. Затем удаляют один из магнитов и тем уменьшают почти  вдвое длину той части проводника, которая находится в магнитном  поле. Снова измеряют величину выталкивающей силы. Длину проводника определяют циркулем-измерителем и демонстрационным метром. 
 
 
 
 

      На  доске записывают результаты опытов:

      Анализ  полученных результатов приводит к  заключению, что сила, с которой  данное магнитное поле действует  на проводник, пропорциональна силе тока и длине части проводника, находящейся в магнитном поле: F~I· l.

      После этого, заменяют магниты двумя другими магнитами тех же размеров и формы, но более слабыми и обнаруживают, что при тех же I и l сила, действующая на проводник, оказывается меньше. На этом основании полагают, что сила зависит также от величины, характеризующей интенсивность поля и называемой магнитной индукцией В. Таким образом, F=kBIl, где k - коэффициент пропорциональности.

      Полагая в полученной формуле коэффициент  пропорциональности равным единице, устанавливают  из выражения B=F/(I·l), единицу магнитной индукции в системе СИ:

Н/(А·м) = Тл,

и определяют среднюю величину магнитной индукции между полюсами выбранных для  опыта магнитов. Для этого можно  воспользоваться, например, данными  первого опыта:

l=10 см =0,1 м, I = 8 А, F= 0,009 Н.

Подставив эти данные в формулу, находят:

B = 0,01 Тл.