Материал: Гурбич Лабораторныы практикум по курсу Обшчая физика раздел Електричество 2014
МИНИСТЕРСТВООБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙФЕДЕРАЦИИ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИФИ»
ОБНИНСКИЙ ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
А. Ф. Гурбич
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ по курсу
«Общая физика», раздел
«Электричество и магнетизм»
Рекомендовано кизданиюУМО "Ядерныефизикаи технологии"
Москва 2014
УДК 537 (076.5) ББК 22.3я7 Г95
Гурбич А.Ф. Лабораторный практикум по курсу «Общая физика», раздел «Электричество и магнетизм». – М.: НИЯУ МИФИ, 2014. – 88 с.
Пособие предназначено для студентов, изучающих раздел «Электричество и магнетизм» в курсе «Общей физики» и выполняющих лабораторные работы в рамках физического практикума.
Пособие содержит описание 11 лабораторных работ по различным темам раздела «Электричество и магнетизм». В большинстве работ используются установки фирмы LD Didactic. Все работы снабжены теоретическим введением, достаточным для осознанного выполнения опытов, контрольными вопросами для проверки и самопроверки соответствующих знаний и пошаговыми инструкциями по выполнению работы.
Подготовлено в рамках Программы создания и развития НИЯУ МИФИ.
Рецензенты: д-р физ.-мат. наук В.А. Рыков, д-р физ.-мат. наук Н.П. Калашников
ISBN 978-5-7262-1929-5 © Национальный исследовательский ядерныйуниверситет «МИФИ», 2014
Редактор Е.Н. Кочубей
Подписано в печать 20.11.2014. Формат 60×84 1/16 Печ. л. 5,5. Уч.-изд. л. 5,5. Тираж 460 экз.
Изд. № 1/37. Заказ № 25.
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ». 115409, Москва, Каширское шоссе, 31.
ООО «Клаб Принт».
127018, Москва, Марьиной Рощи 3-й проезд, д. 40, корп. 1.
Содержание |
|
Работа № 1. Подтверждение закона Кулона............................................. |
4 |
Работа № 2. Изучение взаимодействия точечного заряда |
|
с проводящей плоскостью..................................................................... |
12 |
Работа № 3. Изучение процессов зарядки и разрядки |
|
конденсатора........................................................................................... |
19 |
Работа № 4. Изучение плоского конденсатора ........................................ |
28 |
Работа № 5. Измерение индукции магнитного поля ............................... |
34 |
Работа № 6. Подтверждение закона Ампера ............................................ |
41 |
Работа № 7. Изучение явления электромагнитной индукции ................ |
45 |
Работа № 8. Определение характеристик магнитного поля |
|
Земли ....................................................................................................... |
50 |
Работа № 9. Измерение удельного заряда электрона .............................. |
57 |
Работа № 10. Исследование характеристик ферромагнетика |
|
в переменном магнитном поле .............................................................. |
62 |
Работа №11. Изучение вынужденных колебаний и явления |
|
резонанса в колебательном контуре ..................................................... |
73 |
Приложение. Устройство и принцип работы осциллографа .................. |
83 |
Список рекомендуемой литературы ......................................................... |
88 |
3
Работа № 1
ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ЗАКОНА КУЛОНА
Согласно закону Кулона сила взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов пропорциональна величине каждого из зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Направление силы совпадает с соединяющей заряды прямой
(см. рис. 1.1). Математически это выражается, как |
|
|
rG1 − rG2 |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
FG |
= −k |
q1q2 |
|
|
r12 |
= kq q |
|
|
|
; |
(1.1) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
12 |
|
|
|
|
|
r122 |
|
r12 |
1 2 |
rG |
− rG |
3 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
FG |
|
= k |
q1q2 |
|
rG12 |
= kq q |
rG2 −rG1 |
|
. |
|
(1.2) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
21 |
|
|
|
|
r122 |
r12 |
1 2 |
rG |
− rG |
3 |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
Здесь k – множитель, зависящий от вы- |
|||||||||||||||||||||
|
бранной системы единиц. В системе СИ |
|||||||||||||||||||||
Рис. 1.1 |
его принято записывать как |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
k = |
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(1.3) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
4πε0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
где ε0 = 0,885 10-11 Ф/м.
Как показывает опыт, сила взаимодействия двух зарядов не изменяется при наличии третьего заряда. Поэтому независимо от числа зарядов выражения (1.1)–(1.2) можно использовать для вычисления силы взаимодействия каждой пары.
Закон Кулона установлен экспериментально, но его справедливость подтверждается и тем, что с опытом согласуются все выводы теории, в основе которой лежит этот закон.
В лабораторной работе измеряется зависимость силы взаимодействия двух заряженных сфер небольшого диаметра от заряда каждой из сфер и от расстояния между ними. При расстоянии между центрами сфер значительно большем их диаметра сферы могут приближенно рассматриваться, как точечные заряды. Тогда зависимость силы от расстояния между центрами сфер и от их зарядов должна подчиняться закону Кулона.
4
Приборы и оборудование
Для зарядки сфер в работе используется высоковольтный источник (рис. 1.2). Одна из выходных клемм источника (+ или –) соединяется с общей точкой (центральной клеммой), и тогда на высоковольтный электрод, которым заканчивается присоединенный к другой клемме кабель, подается высокое напряжение противоположной полярности. Если прикоснуться к высоковольтному электроду проводником, то проводник приобретет заряд, пропорциональный потенциалу электрода. Выходное напряжение источника может быть установлено от 0 до 25 кВ. Несмотря на то, что источник является высоковольтным, опасности для жизни и здоровья он не представляет. Дело в том, что емкость выходных цепей источника чрезвычайно мала, т.е. он не может обеспечить ток, вызывающий серьезное физиологическое воздействие на организм человека. Однако прикосновение к высоковольтному электроду вызывает неприятные ощущения и потому его следует избегать.
Рис. 1.2
При работе с высоковольтным источником необходимо соблюдать следующие правила. Устанавливать высокое напряжение на выходе источника только на время зарядки сфер, после чего немедленно уменьшать его до нуля. Переключение полярности производить при нулевом напряжении на выходе источника. При поданном на электрод высоком напряжении не приближать к нему части тела ближе, чем на 10 см.
Также следует отметить, что наличие неподалеку от взаимодействующих тел и измерительных приборов электрода с высоким по-
5