Организация демонстрационного эксперимента - исследования магнитного поля катушки с током
Столбов Ю.Ф.
ГБОУ СОШ №149 Калининского района (Россия, Санкт – Петербург)
Аннотация. Предлагается вариант лабораторной работы №9 «Сборка электромагнита и испытание его действия» (А. В. Перышкин, «Физика», 8 класс). Изменены указания к работе, добавлены величины для измерения, вопросы. Работу можно использовать как практическую работу по теме «Магнитное поле» в других параллелях и как демонстрацию.
Ключевые слова: лабораторная работа, магнитное поле, катушка с током, стрелка компаса.
Organization of a demonstration experiment - research of the magnetic field of a coil with a current
Abstract. A variant of laboratory work No. 9 «Assembling an electromagnet and testing its action is proposed» (A. V. Peryshkin, grade 8). Instructions for work have been changed, values for measurement, questions have been added. The work can be used as a practical work on the topic «Magnetic field» in other parallels and as a demonstration.
Key words: laboratory work, magnetic field, current coil, compass needle
|
Выпуск |
Год |
Ссылка на статью |
|
№1(24) |
2023 |
Столбов Ю.Ф. Организация демонстрационного эксперимента - исследования магнитного поля катушки с током // Видеонаука: сетевой журн. 2023. №1(24). URL: https://videonauka.ru/stati/31-metodika-prepodavaniya-estestvenno-nauchnykh-distsiplin/302-organizatsiya-demonstratsionnogo-eksperimenta-issledovaniya-magnitnogo-polya-katushki-s-tokom (дата обращения 01.09.2023). |
Организация демонстрационного эксперимента - исследования магнитного поля катушки с током
Для проведения работы предлагается собрать установку, состоящую из следующих элементов: источник тока ВС 4-12, ключ, амперметр демонстрационный (шунт и шкала на 3А), реостат (15 Ом, 5А), катушки от прибора «Электромагнит разборный», соединены последовательно, линейка с направляющей рейкой из комплекта приборов для ГИА (9 класс), на которой располагаем компас.
Линия компаса (С-Ю) должна быть перпендикулярна линейке с рейкой. Саму линейку надо повернуть так, чтобы линия (С-Ю) совпала с магнитной стрелкой компаса. Теперь магнитное поле Земли перпендикулярно магнитному полю катушки, ось которой направлена вдоль линейки. Угол отклонения стрелки компаса показываем на экране с помощью веб-камеры.
Опыты.
Опыт 1. Задаем силу тока 1А и перемещаем рейку с компасом, задавая координату «Х» линии (С-Ю). «0» линейки совпадает с первым витком катушки, поэтому координата «Х» равна расстоянию от компаса до катушки. Расстояние уменьшаем от 40 до 10см. Измеряем угол отклонения стрелки компаса от линии (С-Ю).
Опыт 2. Увеличиваем силу тока (2А) и повторяем измерения угла отклонения при тех же значениях координаты «Х».
Опыт 3. Соединяем три катушки последовательно, обращая внимание на направление намотки витков. Задаем значение силы тока (1А, 2А). Измеряем угол отклонения стрелки компаса при заданных значениях координаты «Х».
Опыт 4. Подключаем одну катушку. Устанавливаем силу тока 1А. Находим координату линии (С-Ю) компаса, при которой угол отклонения стрелки 45 градусов. Вставляем железный сердечник. Лучше использовать гвозди. Количество гвоздей влияет на отклонение стрелки.
Пример заполнения таблицы результатов опытов 1 и 2 приведены в таблице 1.
Таблица 1.
|
№ опыта |
Координата Х, см |
Одна катушка |
|||
|
Сила тока 1А |
Сила тока 2А |
||||
|
Угол |
В/В |
Угол |
В/В |
||
|
1 |
40 |
00 |
0 |
00 |
0 |
|
2 |
30 |
180 |
0.32 |
210 |
0.38 |
|
3 |
20 |
300 |
0.58 |
450 |
1.0 |
|
4 |
10 |
750 |
3.7 |
810 |
6.3 |
|
5 |
5 |
900 |
900 |
||
Можно предложить учащимся построить графики зависимости магнитной индукции от расстояния до катушки В=f(X) для разных значений силы тока и разного количества катушек.
Выводы: 1) Величина магнитной индукции магнитного поля катушки зависит от расстояния до катушки; 2) Величина магнитной индукции магнитного поля катушки зависит от силы тока в катушке; 3)Величина индукции магнитного поля катушки зависит от числа витков катушки; 4) наличие железного сердечника усиливает магнитное поле.
Замечание.
Объём предложенной работы большой. Но - это конструктор, позволяет выбрать отдельные части предложенной работы. Например: можно полностью провести опыт 1, а опыты 2 и 3 выполнить только на одном расстоянии до катушки.
Дополнение
Формула для вычисления величины магнитной индукции на оси катушки (вне катушки):
B– магнитная индукция;
I – сила тока;
L – длина катушки;
R – радиус катушки;
z – расстояние от катушки до точки поля;
n – число витков в слое (считаем, что 1 слой);
µ - магнитная проницаемость;
µ0 =12.56 10-7 Гн/м
Литература
- Е. Н. Горячкин, В. П. Орехов «Методика и техника физического эксперимента», М., «Просвещение», 1964.
- Демонстрационный эксперимент по физике (2 т.) (ред. А. А. Покровского), М., «Просвещение», 1972.
- А. В. Перышкин, «Физика 8», М., «Экзамен», 2021.
Сведения об авторе:
Столбов Юрий Федорович - учитель физики ГБОУ СОШ №149 Калининского района Санкт-Петербурга, учитель высшей категории.
Author:
Stolbov Yuriy Fedorovich - teacher of physics in school №149 in Saint-Petersburg, teacher of the highest category.
