гот_МАГполе

Слов'янський державний педагогічний університет
кафедра фізики
лабораторія методики навчання фізики





Лабораторна робота

МАГНІТНЕ ПОЛЕ











Слов'янськ 2012
Мета: Засвоїти основні демонстрації по магнітному полю.

Література:
1. Шахмаев В.А. Физика 10 кл. М: Просвещение, 1992.
2. Буров В.А. и др. Демонстрационный эксперимент по физике в старших классах средней школы, т.2. Изд. 2-е, М., "Просвещение", 1972г.
3. Демонстрационные опыты по физике. Под редакцией Покровского А.А. М:. Просвещение, 1972.
4. Демонстрационные опыты по физике. Под редакцией Покровского А.А. М:. Просвещение, 1986
5. Фронтальные лабораторне занятия по физике в средней школе. Под редакцией Покровского А.А. М:. Просвещение, 1974
6. Марголис А.А. и др. Практикум по методике физики. Учпедгиз, 1960.
7. Демонстрационные опыты по физике. Под редакцией Покровского А.А. М:. Просвещение, 1968
8. Марголис А.А. Практикум по школьному физическому эксперименту. Изд.3-е, М., "Просвещение", 1977г.
9. Шахмаев А.М. Физический эксперимент в средней школе. М. "Просвещение", 1989 г.
10. Анциферов Л.И. Практикум по методике и технике школьного физического эксперимента М., "Просвещение", 1984г.
11. Підручник по фізиці для 9 кл.
12. Програми по фізиці для ЗОШ 7-11 кл.


ЗАВДАННЯ 1
1. Ознайомитися з програмами з фізики 9 класу.
2. Уяснити основні поняття та закони, що характеризують данну тему.

ЗАВДАННЯ 2

Ознайомитись з приладами для дослідів з теми "Магнітне поле", та їх принципом дії.
Амперметр демонстраційний.
Вольтметр демонстраційний.
Проекційна апаратура.


ЗАВДАННЯ 3
Продемонструвати досліди які показують існування магнітного поля
1. Дослід Ерстеда (Л.З с.247,Л. 1 с. 141)
Спостереження взаємодії магніту та струму (Л.3 с. 157)
Взаємодія двох паралельних струмів (Л.6 с.238,Л:4 с.75,Л.1 с.144)
Демонстрація спектрів магнітного поля (Л.1 с.152,Л.4 с.69)
Дія магнітного поля на струм (Л.4 с.733Л.7 с.71)
Визначення полюсів у соленоїда магнітною стрілкою та по направленню струму (Л.З с.249)
Взаємодія двох кругових струмів (Л.З с.250,Л.8 с.210)
Підсилення магнітного поля соленоїда залізним осердям (Л.З с.250).

ЗАВДАННЯ 4
Ознайомитись з додатковими дослідами з теми "Магнітне поле"
Розмагнічування сталевого стержня ударами молотка (Л.4,с.88,94,Л.8,с.214)
Рух електрона в магнітному полі (Л. 1 с. 157,Л.8 с.212,Л.9 с. 173)
Доменна структура феромагнетику (Л. 1 с. 160,Л.4 с.90,Л.8 с.213,Л. 10 с. 161)
Петля Гістерезіса на екрані осцилографа (Л.4 с.97,Л.8 с. 144).

ЗАВДАННЯ 5
Продемонструвати застосування постійного магніту та електромагніта
1. Збирання та застосування електромагніту (Л.З с.252,Л.9 с.171)
2 Обладнання і дія електромагнітного реле (Л.4 с.109)
3. Обладнання і дія телеграфа (Л.З с.259)
4. Обладнання і дія електричного дзвінка (Л.З с.254)



ЗАВДАННЯ 3

Дослід Ерстеда.
Обладнання: 1) стрілка магнітна демонстраційна на підставці, 2) реостат з ковзаючим контактом, 3) В-24 з напругою 4 В або батарея акумуляторів, 4) вимикач демонстраційний, 5) дроти з’єднувальні, 6) ящик–підставка, 7) коробки сірникові 2 шт., 8) магніти прямі.
На рис. 1 зображена установка для цього досліду. Дріт, що сполучає реостат з акумулятором, не повинен бути дуже довгим, щоб його можна було, злегка згинаючи і виправляючи в тих або інших місцях, розташувати горизонтально над стрілкою.

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Якнайкраще розташування стрілки – уздовж демонстраційного столу, коли за нею легко спостерігати зі всіх місць класу. Тому ніяких особливих пристосувань не потрібні, якщо магнітне поле Землі встановлює стрілку приблизно в цьому напрямі. Проте може опинитися, що стрілка буде встановлюватися уздовж магнітного поля Землі в самому непридатному положенні – упоперек столу. В цьому випадку треба скористатися двома прямими магнітами, які, будучи укладені певним чином на столі, дадуть можливість утримувати магнітну стрілку в належному положенні. Звертати увагу учнів на цю деталь установки немає необхідності, оскільки вона не є істотною, а слугує лише технічним прийомом для отримання належної видимості під час досліду. Потрібний ефект досягається при струмі силою 3 А, тому реостат повинен мати опір близько 1,2 Ом, якщо ЕРС батареї акумуляторів рівна 3,6 В.
Дослід має на меті досліджувати напрям магнітного поля струму в прямому дроті за допомогою магнітної стрілки. Тому, перш ніж почати демонстрацію, попереджають учнів, щоб вони стежили за поведінкою північного полюса стрілки у момент включення струму. Потім замикають ланцюг і показують, що в установці, представленій на рис. 1, північний полюс стрілки йде від глядача.
Вимкнувши струм, підставляють під стійку магнітної стрілки дві сірникові коробки, одна на одну, щоб стрілка опинилась над дротом. Знову замикають ланцюг і по поведінці північного полюса стрілки, який тепер рухатиметься до глядача, визначають напрям магнітного поля над провідником.

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Вийнявши одну сірникову коробку з під стійки магнітної стрілки, встановлюють стрілку поряд з дротом спочатку з одного боку, потім з іншою. Спостерігають, що у момент включення струму північний полюс стрілки отримує помітний поштовх вниз або вгору.
Виводи з проведеного дослідження можуть бути представлені на дошці у вигляді креслення, зображеного на рис. 2.


Спостереження взаємодії магніту і струму.
Обладнання: 1) штатив з муфтами і лапкою, 2) В-24 з напругою 6 В або батарея акумуляторів, 3) вимикач кнопковий, 4) магніт дугоподібний, 5) дротяний моток, 6) дроти з’єднувальні.
Ця робота є рядом практичних вправ на застосування правил для визначення напряму руху провідника із струмом в магнітному полі за різних умов.

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Перед проведенням досліду дротяний моток підвішують до лапки штатива, як показано на рис.3, і через вимикач приєднують до батареї акумуляторів. До мотка підносять дугоподібний магніт, розташовуючи його спочатку довільно. Включають струм і спостерігають той або інший рух мотка. Потім з багатьох можливих варіантів відносного розташування мотка і магніту вибирають чотири положення, зображених на дошці (рис 4). Для кожного з вказаних випадків вирішують питання, куди рухатиметься моток при тому або іншому напрямі струму.
Напрям силових ліній магнітного поля магніту учні легко знаходять по позначеннях полюсів. Напрям струму в дротяному мотку встановлюють по позначеннях «+» чи «–» на клемах батареї.
Знаючи напрям магнітного поля магніту в тому місці, де розташований моток, і напрям струму в мотку, заздалегідь визначають по відомих правилах напрям і характер руху мотка. Потім включають струм і кожного разу перевіряють правильність свого визначення на досліді.
На малюнках, які учні роблять під час виконання роботи в своїх зошитах, повинні бути показані напрями магнітного поля, напрями струму і руху мотка.
Вельми важливо, щоб учні відмітили наступні стадії в русі мотка: його, поворот, тяжіння до одного з полюсів, нанизування на магніт і, нарешті, просування до нейтралі (середина магніту), де ніякого руху мотка вже не виявляється.
Загальний висновок з проведених спостережень можна сформулювати в завершальній бесіді так: дротяний моток із струмом при своєму русі в магнітному полі завжди розташовується так, щоб охопити найбільше число силових ліній.

Взаємодія двох паралельних струмів
Обладнання: 1) стрічки з фольги з наконечниками – 2 шт., 2) моток дротяний на підставці, 3) рамка від приладу «Виток в магнітному полі», 4) штатив універсальний, 5) провідники з’єднувальні, 6) штепсельна розетка з вилкою або двополюсний перемикач демонстраційний.
Взаємодію струмів доцільно показати на двох дослідах. Спочатку це явище треба представити в найбільш «чистому» вигляді, тобто показати тяжіння і відштовхування двох прямих провідників із струмами однакового і протилежного напрямів.

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
У досліді для отримання належного ефекту необхідні гнучкі і легкі провідники, які разом з тим повинні витримувати достатньо сильний струм. У суперечності цих вимог і укладає я деяка важкість проведення досліду.

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Добрі результати можна отримати, якщо скористатися стрічками з алюмінієвої фольги із паперових конденсаторів. Фольга від рулону, вийнято з коробочки конденсатора, зазвичай розгортається разом з папером, що пристав до неї. Треба, не відшарувавши паперу, відрізувати від фольги дві вузькі стрічки шириною 10 мм і завдовжки 50 см. Шар паперу додасть стрічці велику міцність.
Кінці кожної стрічки закладають в наконечники (рис. 5), за допомогою яких обидві стрічки клемами закріплюють в ізолюючих стрижнях на універсальному штативі, як показано на рис. 6. Така стрічка витримує короткочасний струм до 8 А.
Стрічки не слід натягувати. Злегка згинаючи, їх зближують на відстань 0,5–1 см і кінці приєднують до шкільного електророзподільного щита через штепсельну розетку і вилку, як показано на рис.. Замість штепселя можна скористатися двополюсним перемикачем. При включенні струму в межах 5-8 А стрічки відштовхуються, а при виключенні навпаки – зближуються. Щоб змінити напрям струму в одному з провідників, досить повернути вилку на 180о і знов вставити в розетку. Тепер струми в провідниках матимуть однакові напрями і провідники притягнуться один до одного.
При проведенні досліду не слід включати струм на тривалий час. Для поліпшення видимості корисно скористатися тіньовою проекцією.
Іноді в цьому досліді стрічки сполучають спочатку послідовно, а потім паралельно. Цей спосіб має той недолік, що при перемиканні З паралельного з’єднання на послідовне сила струму в кожному провіднику збільшується удвічі і стрічки можуть перегоріти. У способі, представленому на рис. 6, з’єднання провідників у будь-якому випадку залишається послідовним і величина струму при перемиканні не змінюється.


Демонстрація спектрів магнітного поля струму.
Обладнання: 1) набір приладів для проектування спектрів магнітного поля струму, 2) коробочка із залізною тирсою, 3) проекційний апарат, 4) В-24 з напругою 4 В або батарея акумуляторів 3–НКН–10, 5) провідники з’єднувальні, 6) лист паперу.
Приступаючи в старших класах до поглибленого вивчення магнітного поля струму, учні вже мають уявлення про магнітні спектри, оскільки раніше вони практично отримували їх на лабораторних заняттях. Таким чином, мета даної демонстрації полягає лише в тому, щоб нагадати учням, що їм було відомо про магнітні спектри струму, про розташування і напрям силових ліній магнітного нуля струму залежно від форми провідника.
Для цього найбільш відповідним є метод проектування, що забезпечує швидкість підготовки досліду і якнайкращу видимість. Тут корисно скористатися приладами, що є квадратними панелями з органічного скла з дротяними контурами для отримання магнітного поля навколо прямого дроту, в дротяному витку і соленоїді (рис. 7).
Один з таких приладів встановлюють на оправу конденсора проекційного апарату, настроєного для горизонтального проектування, і рівномірно посипають невеликою кількістю дрібної залізної тирси. Потім дзеркалом або призмою направляють зображення приладу на екран і пересуванням об’єктиву отримують необхідну різкість зображення тирса.

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415


Приєднавши до клем приладу дріт від джерела, включають струм. Під дією магнітного поля частина тирси, передолавши тертя, розташовується уздовж силових ліній і утворює спектр. Якщо після цього злегка постукати по панелі кінцем олівця, то тирса струшується і спектр стає виразнішим. Не слід стукати дуже сильно і довго: це приведе до сповзання тирси і спотворення спектру. Спектр, отриманий на екрані, зображений на рис. 8.
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Дротяні контури розраховані на струм до 2 А. Для отримання такого струму потрібне джерело з ЕРС приблизно 4 В.
Після закінчення демонстрації прилад знімають і тирса зсипають спочатку на лист паперу, а потім назад в коробочку.

Дія магнітного поля на струм.
Покажіть, що прямолінійний провідник із струмом випробовує притягання або відштовхування поблизу смугового магніту.

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Укріпіть вертикально гнучкий провідник і пропустить по ньому струм близько 5 А. (рис. 9). Піднесіть до провідника один з полюсів магніту і покажіть взаємодію.
Повторіть дослід, підносячи до провідника із струмом інший полюс магніту.
Повторіть досліди, заздалегідь змінивши в дроті напрям струму на протилежний.
На основі дослідів двох попередніх завдань можна ввести поняття про магнітне поле, що існує навколо електричних зарядів і діюче на рухомі електричні заряди.


Дія магнітного поля на струм. /ознайомитися/
Обладнання: 1) ваги аеродинамічні, 2) амперметр демонстраційний, 3) метр демонстраційний, 4) магніти дугоподібні – 4 шт., 5) скоба дротяна, 6) вимикач демонстраційний, 7) штатив універсальний, 8) дроти з’єднувальні, 9) циркуль–вимірник демонстраційний.
Механічна дія магнітного поля на струм, так само як і способи визначення напряму руху провідника із струмом в магнітному полі, учням добре відомо. Ґрунтуючись на цих знаннях, можна визначити чинники, від яких залежить величина сили, що діє на провідник із струмом, і потім ввести поняття про магнітну індукцію і одиницю її вимірювання. Числові результати проведеного досліду дозволять потім приблизно визначити середню магнітну індукцію між полюсами постійних магнітів. Це сприятиме більшій конкретизації нового поняття.

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
1. Демонстраційна установка для проведення досліду зображена на рис. 10. У ній основною деталлю служить скоба з голого мідного дроту, поміщена між полюсами двох магнітів. Форма скоби, її розміри і спосіб підвісу показані на рис. 11. Кільця з гачками, що додаються до універсального штатива, ізольовані від стрижня листом звичайного паперу. Цього цілком достатньо, зважаючи на те, що напруга, що підводиться, мала. Між папером і колечками затиснуті кінці сполучних проводів. Надійність контактів в точках підвісу скоби цілком забезпечується її достатньою вагою.
Для вимірювання сили, що діє на провідник із струмом, служать аеродинамічні важелі. При підготовці їх до вимірювання в отвір втулки важелів вставляють стрижень 1 з малим диском із аеродинамічного набору і виготовляють рейтер на 500 мг у вигляді зігнутої металічної смужки. Товкачем 2, що з’єднує важелі слугує м’який тоненький дріт, один кінець якого огинає навколо стрижня над самим диском, а інший кінець, зігнутий у вигляді крючка, вільно накладають на середину скоби між магнітами.
При визначенні ціни поділки треба застосувати правило моментів. Якщо довжина стержня 10 см, а рейтер вагою 0,5 г знаходиться, наприклад, на відстані 20 см від осі, то

F
· 10 см = 0,5 Г
· 20 см

Звідси сила F дорівнює 1 г, коли рейтер знаходиться на відстані 20 см від осі; кожен сантиметр – дрібна поділка на шкалі важелів відповідає 1/20 г=0,05 г.

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Для вимірювання сили струму служить демонстраційний амперметр з шунтом на 10 А і відповідною шкалою для постійного струму.
2. Приступаючи до проведення досліду, від важелів відчіплюють штовхач і знімають з важеля рейтер. За допомогою зрівняльного гвинта добиваються збігу покажчиків.
Постійний струм беруть від випрямляча на розподільному щиті. Спочатку встановлюють рукоятку регулятора на нуль, потім включають струм, доводять його до 8 А і спостерігають за рухом скоби. Змінюючи напрям струму або перевертаючи магніти, показують зміну напряму руху провідника. Ці досліди дають привід пригадати правило лівої руки, що зв’язує напрями струму, силових ліній поля і руху провідника.
Вимкнувши струм, при якому спостерігалося виштовхування скоби вліво, сполучають скобу з вертикальним стрижнем важелів за допомогою дротяного штовхача, як було вказано вище, і пересувають ваги по столу так, щоб покажчики рівноваги знов співпали. На цьому закінчується підготовка установки.
Включають струм і спостерігають, як важіль важелів підводиться. Насадивши на важіль рейтер і пересуваючи його уздовж важеля, знаходять для нього таке положення, при якому ваги знов врівноважуються. Знаючи ціну ділення шкали, знаходять силу, з якою магнітне поле діє на провідник із струмом.
Дослід повторюють при інших значеннях сили струму. Потім видаляють один з магнітів і тим зменшують майже удвічі довжину тієї частини провідника, яка знаходиться в магнітному полі. Знову вимірюють величину виштовхуваючої сили. Довжину провідника визначають циркулем–вимірником і демонстраційним метром. На дошці записують результати дослідів:
Довжина дроту
l (см)
Сила струму I (А)
Виштовхуюча сила
F (Г)

10
10
10
5
8
4
2
8
0,9
0,45
0,12
0,45


Аналіз отриманих результатів приводить до висновку, що сила, з якою дане магнітне поле діє на провідник, пропорційна силі струму і довжині частини провідника, що знаходиться в магнітному полі: F~Il .
Після цього замінюють магніти двома іншими магнітами тих же розмірів і форми, але слабкішими, і виявляють, що при тих же I і l сила, що діє на провідник, виявляється менше. На цій підставі вважають, що сила F залежить також від величини, що характеризує інтенсивність поля і званою магнітною індукцією В. Таким чином, F=kBIl, де k коефіцієнт пропорційності.
Вважаючи в отриманій формулі коефіцієнт пропорційності рівним одиниці, встановлюють з виразу одиницю магнітної індукції в системі СІ:
13EMBED Equation.31415
– і визначають середню величину магнітної індукції між полюсами вибраних для досліду магнітів. Для цього можна скористатися, наприклад, даними першого досліду:
l = 10 см = 0,1 м, І= 8А, F = 0,9 Г = 0,009 Н. Підставивши ці дані у формулу, знаходять:
В = 0,009 Н / (8А 0,1 м) = 0,01 Тл

Визначення полюсів у соленоїда магнітною стрілкою та по напряму струму.
Обладнання: 1) соленоїд демонстраційний, 2) стрілка магнітна демонстраційна на підставці, 3) В-24 або батарея акумуляторів, 4) вимикач демонстраційний, 5) дроти з’єднувальні, 6) ящик–підставка.

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415Для демонстрації прилади розташовують, як показано на рис. 12. До батареї акумуляторів через рубильник приєднують клеми соленоїда і наближають до одного з його кінців магнітну стрілку. Напрям стрілки не повинен співпадати з віссю приладу. Потім включають струм і по розташуванню стрілки визначають полюса соленоїда.
Знаючи напрям струму в ланцюзі, перевіряють результати досліду за правилом гвинта.


Взаємодія двох колових струмів.
Обладнання: 1) моток дротяний на підставці, 2) рамка від приладу «Виток в магнітному полі», 3) штатив універсальний, 4) дроти з’єднувальні.
Рамку від приладу «Виток в магнітному полі» підвішують на ізолюючому стрижні за допомогою спеціального гнучкого шнура і поряд з нею встановлюють дротяний моток на підставці.

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Рамку і моток спочатку поміщають поряд в одній площині, як показано на рис. 13.
Визначивши і відзначивши яким-небудь чином напрям струму в мотку і в рамці (можна, наприклад, застосувати кольорові провідники), включають на короткий час струм і показують тяжіння або відштовхування рамки залежно від напряму струму. Щоб змінити напрям струму, повертають моток на 180°.
Потім встановлюють моток проти рамки так, щоб їх площини були паралельні, включають струм і показують, що витки із струмами, однаково направленими, притягуються, а якщо струми в них направлені протилежно – відштовхуються. При достатньо сильному струмі рамка, відштовхнувшись, перевертається і притягується впритул до мотка.
Прилади приєднують до джерела струму паралельно або послідовно; струм в кожному з них при короткочасному включенні не повинен перевищувати 4 А.



Підсилення магнітного поля соленоїда залізним сердечником.
Обладнання: 1) котушка від розбірного електромагніту, 2) стрілка магнітна демонстраційна на підставці, 2) стрижень укорочений від універсального штатива, 4) В-24 або батарея акумуляторів, 5) вимикач демонстраційний, 6) дроти з’єднувальні, 7) ящик-підставка, 8) коробка сірникова.
Щоб поступово підвести учнів від соленоїда до електромагніту, повторюють спочатку попередній дослід, але заміняючи демонстраційний соленоїд котушкою від розбірного електромагніта. Котушку кладуть горизонтально на ящик–підставку (для цього на круглому каркасі котушки зроблені дві невеликі площини «лиски») на висоті магнітної стрілки і приєднують через вимикач до джерела струму. Звертають увагу, що після включення струму в ланцюг магнітна стрілка, розташована поряд з одним з кінців котушки, поводить себе, як і при соленоїді: різко повертається і довго коливається, прагнучи встановитися по напряму сил лінії магнітного поля котушки.

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Поки стрілка ще не встановилася після замикання ланцюга, вводять з протилежного кінця котушки всередину її залізний стрижень (укорочену стійку від універсального штатива) і підкладають під нього для стійкості сірникову коробку. Помічають, що частота коливань стрілки різко збільшується і вона швидко заспокоюється.
З цього роблять висновок: магнітне поле котушки струмом підсилюється при введенні в неї залізного сердечника.

Точка Кюрі
Обладнання: 1) магніт постійний, 2) шуруп або цвях залізний на ніхромовому дроті, 3) штатив універсальний, 4) пальник газовий, 5) освітлювач для тіньової проекції.
На універсальному штативі закріплюють сильний магніт і на тонкому ніхромовому дроті підвішують невеликий залізний шуруп або цвях, як показано на рис. 15. Шуруп повинен притягуватися полюсом магніту і утримуватися на відстані 2-3 см від нього, а дріт з підвішеним шурупом утворювати кут 30° з вертикаллю.
Потім підставляють газовий пальник так, щоб шуруп потрапив в найбільш гарячу частину полум’я і міг нагрітися до яскраво–червоного каління. Коли температура шурупа досягне точки Кюрі (753°С), він втратить свої феромагнітні властивості, перестане притягуватися і відпадає від магніту: дріт, на якому він підвішений, займе вертикальне положення.

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Якщо магніт достатньо сильний, а дротяний підвіс не дуже важкий і відхилений на невеликий кут, то шуруп, відпадаючи, встигає злегка остигнути і, як маятник, знов повертається і притягується до магніту. Таким чином, дослід сам собою періодично повторюється. Надалі буде корисно нагадати учням як один з прикладів релаксаційних коливань.
Зазвичай шуруп або цвях погано видно учням. Тому доводиться удаватися до тіньової проекції. Проте прилади треба розміщувати так, щоб вся установка в цілому була видна учням безпосередньо і лише погано видимі деталі в збільшеному масштабі проекціювались на екран.
Довжина шурупа або цвяха, підібраного для досліду, не повинна перевищувати 10-12 мм, інакше важко буде добитися одночасного сильного розжарювання його по всій довжині.
Проволоку для підвішування треба брати не більше 0,5 м завдовжки і краще ніхромову (від нагрівальної спіралі), оскільки сталева або мідна проволоки швидко перегорають в полум’ї газового пальника (за відсутності газу можна скористатися паяльною лампою).
Для успішного проведення досліду потрібний сильний постійний магніт із спеціального сплаву. Звичайні сталеві прямі і дугоподібні магніти для цього досліду малопридатні. Якщо такого магніту немає, його можна замінити електромагнітом.


ЗАВДАННЯ 4

Намагнічування і розмагнічування сталевого стрижня ударами.
Обладнання: 1) гальванометр демонстраційний від вольтметра, 2) електромагніт розбірний, 3) стрижень від універсального штатива, 4) киянка, 5) дроти з’єднувальні.
Сталеві постійні магніти рекомендується оберігати від різких ударів, інакше магніти частково розмагнічуються. Навпаки, при намагнічуванні сталі, особливо в слабкому магнітному полі, удари сприяють сильнішому намагнічуванню.
Для демонстрації цього явища на довгий стрижень від універсального штатива надягають котушку від розбірного електромагніту і приєднують її до клем демонстраційного гальванометра. Закріплюють в штативі класну указку в такому положенні, щоб вона показувала напрям вектора напруженості магнітного поля Землі.

Рис. 16. Намагнічування стрижня у магнітному полі Землі.

Захопивши в ліву руку стрижень разом з котушкою, розташовують його уздовж силових ліній магнітного поля Землі і ударяють по кінцю стрижня дерев’яним молотком–киянкою (рис. 16). Учні спостерігають за гальванометром, помічають при цьому покидьок стрілки. При другому ударі стрілка відхиляється слабкіше, а при подальших ударах відхилення зовсім не спостерігається
Відхилення стрілки в цьому досліді свідчить про появу індукційного струму, що виникає в ланцюзі при посиленні магнітного потоку в котушці. Очевидно, причиною такого Підсилення є намагнічування стрижня.
Це легко довести дослідом: треба швидко вийняти з котушки стрижень. При цьому гальванометр покаже виникнення індукційного струму. Вставляючи стрижень назад в котушку, спостерігають виникнення індукційного струму протилежного напряму. Розташувавши стрижень перпендикулярно силовим лініям магнітного поля Землі, знов ударяють по ньому киянкою. Стрілка гальванометра відкидається, але в протилежну сторону. Тепер відбувається розмагнічування заліза і зменшення магнітного потоку в котушці.
Повторюють намагнічування стрижня ударами, як було описано вищим, перевертають його на 180° і знов ударяють. Тепер спостерігається значно більше відхилення стрілки гальванометра. В цьому випадку удар по стрижню викликає перемагнічування, яке супроводжується подвоєною зміною магнітного потоку в котушці. Якнайкращі результати в цьому досліді виходять, коли опори котушки та гальванометра близькі по величині. Демонстраційний гальванометр з опором 2,5 Ом з котушкою від розбірного електромагніту опором 1,8 Ом дає в цих дослідах максимальне відхилення стрілки на одну поділку шкали. Треба мати на увазі, що сталь, з якої виготовлений штатив, не завжди одинаків. Тому корисно перед демонстрацією підібрати із декількох стержнів такий, з яким отримується найкращий ефект. Корисно стержень передчасно відпалити.

Дія магнітного поля на електричні заряди.
Мета досліду. Показати, що магнітне поле не діє на нерухомі і діє на рухомі електричні заряди. Для цього збирають установку, зображену на рис. 17, а. Провідник повинен бути гнучким і достатньо довгим 1,5-2 м). Краще всього його виготовити з тонкої алюмінієвої фольги або з обплетення гнучкого екранованого дроту. Зібравши ланцюг, звертають увагу учнів на те, що провідник, приєднаний до негативного полюса батареї акумуляторів, заряджений негативно. Підносячи до провідника демонстраційний дугоподібний магніт, помічають, що магнітне поле не діє на нерухомі електричні заряди, що є на провіднику.

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Замикають ланцюг і помічають втягування (або виштовхування) провідника (рис. 17, б, в). Оскільки при замиканні ланцюга змінився тільки стан – електричних зарядів (нерухомі заряди прийшли в рух), то роблять вивід, що магнітне поле не діє на нерухомі заряди і діє на рухомі, це є його відмітною ознакою.
Для закріплення отриманого виводу, а також для конкретизації явища необхідно – виконати аналогічний дослід з електронним пучком.
До високовольтного випрямляча приєднують електронно-променеву трубку Замкнувши ланцюг, підносять магніт до трубки і спостерігають відхилення пучка. Змінивши положення магніта, помічають відхилення пучка в протилежну сторону. Якщо в кабінеті немає спеціальної трубки для демонстрації дії магнітного поля на електронний пучок, можна використовувати осцилограф, осцилографічну трубку на підставці або телевізор. При піднесенні магнітів до будь-якого з цих приладів є помітним зсув пучка, що світиться, або зображення.

Доменна структура феромагнетиків.
Обладнання: 1) модель будови феромагнетику, 2) магніт постійний прямий, 3) проекційний апарат.

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Для пояснення доменної структури феромагнетику користуються невеликим саморобним приладом (рис. 18). Він складається з рамки з дном з органічного скла і встановленими на нім двадцятьма вістрями. Вістря розташовані в чотири ряди на відстані приблизно 15 мм один від одного. На кожне вістря насаджений сталевий намагнічений циліндрик з одним закругленим торцем. Зверху рамка закрита склом, що оберігає циліндрики від зіскоку з вістря.
За допомогою пристосування для горизонтальної діапроекції прилад проектують на екран і звертають увагу учнів на випадкову мимовільну орієнтацію в приладі. Спостережувана картина аналогічна уявній картині розташування частинок у феромагнетику.

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
На рис. 19, а показаний один з випадків можливого розташування циліндриків. На ньому можна відмітити групи магнітиків з однаковою орієнтацією. Це цілком відповідає наявності областей мимовільного намагнічування (доменів) в не намагніченому феромагнетику.
Підвівши з двох протилежних сторін моделі різнойменні полюси прямих магнітів, примушують циліндрики обернутися закругленими кінцями в один бік. В цьому випадку на екрані вийде картина, що зображає магнітне насичення (рис. 85, б).
Якщо рухати над приладом полюс магніту і цим способом привести магнітики в швидке обертання, то вони знов утворюють по–різному орієнтовані групи. Подібно до цього відбувається розмагнічування зразка в змінному магнітному полі, при ударах, при нагріванні.

Петля гістерезису на екрані осцилографа.
Обладнання: 1). електронно-променева трубка демонстраційна, 2) випрямляч кенотронний, 3) сталеві зразки – 2 пари. 4) реостат 40-50 ом, 5) дроти з’єднувальні.
Петля гістерезису може бути отримана автоматично на екрані електронного осцилографа. Відомо два способи: один полягає в застосуванні магнітних, а інший – електричних зміщуючих полів. Для демонстрації петлі гістерезису найбільш простим і зрозумілим для учнів є перший спосіб. Тому доцільно замість звичайного технічного або шкільного осцилографа скористатися демонстраційною електронно-променевою трубкою зі встановленими на ній чотирма котушками (рис. 20).
Котушки можна узяти готові з набору для фронтальних лабораторних робіт. Вони не вимагають перемотування, але до підстави кожної котушки треба приклепати (використовуючи ті, що вже є на підставі каркаса два отвори) скобу з вилкою, виготовлену з латуні або алюмінію (рис. 21). Щоб при установці на трубці клеми котушок опинилися зовні, треба їх вивернути і поставити, як показано на рис. 21.
Котушки, розташовані один проти одного, сполучають попарно і приєднують до джерела струму по схемі, зображеній на рис. 94. Зазвичай початок і кінець обмотки відмічені на підставі каркаса буквами І і К–В кожній парі сполучають провідником які–небудь однойменні клеми. Два клеми, що залишилися, служитимуть для приєднання котушок до джерела струму. Котушки для відхилення електронною пучка по вертикалі приєднуються до джерела струму через реостат на 40-50 Ом.

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415


13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Як зразки для випробування треба приготувати чотири сталеві стрижні діаметром 5 мм і завдовжки близько 100 мм. Одну пару треба відпалювати, а іншу – загартувати.
Перед демонстрацією досліду електронно-променеву трубку з котушками, що відхиляють, включають, як описано в досліді 48. Коли на екрані трубки з’явиться пляма, що світиться, його переміщають на середину екрану за допомогою магнітної скоби на горловині. Потім пляму фокусують і регулюють його яскравість. Після цього зменшують опір реостата до нуля і, відключивши одну пару котушок, подають на іншу пару змінну напругу 5-10 В, Напругу підбирають так, щоб отримати на екрані достатньо велике відхилення пучка.
Включаючи по черзі спочатку одну пару котушок, потім другу, учням показують відхилення пучка по горизонталі і по вертикалі. Нарешті, включають обидві пари котушок і демонструють результат одночасної їх дії – відхилення пучка під кутом 45° до координатних осей.
Далі відключають котушки, що горизонтально відхиляють, а в котушки, що відхиляють пучок по вертикалі, вставляють пару загартованих сталевих стрижнів. Природно, що поле, що відхиляє, від цього посилюється і вертикальна смужка, що світиться, сильно подовжується. Збільшуючи опір реостата, смужку, що світиться, скорочують до колишньої довжини і включають котушки, що горизонтально відхиляють. Тепер замість прямої смужки, розташованої під кутом в 45°, учні спостерігають досить широку петлю гістерезису, подібну отриманою в попередньому досліді.
Замінивши загартовані стрижні такими ж по величині стрижнями із сталі, що добре відпалені, отримують вужчу петлю.
Петля гістерезису, що отримується на екрані трубки описаним способом, відрізняється лише тим, що перехід до насичення на ній не так помітний, як на петлі, що побудована на графіці.







ЗАВДАННЯ 5

Будова і дія електромагніту
Обладнання: 1) електромагніт розбірний, 2) батарея акумуляторів, 3) дроти з’єднувальні, 4) штатив універсальний, 5) гиря
У цьому досліді застосовується розбірний електромагніт, деталі якого служитимуть для проведення цілого ряду наступних дослідів.
На рис. 288 зображена наступна установка: на короткий залізний стрижень від штатива насаджено дві котушки електромагніту, сполучені послідовно, через які пропускається струм від батареї акумуляторів. На досліді з цією установкою показують, що протягнутий через одну або обидві котушки не намагнічений залізний сердечник набуває сильних магнітних властивостей. Прилад є електромагнітом і утримує на своїх кінцях досить важкі залізні предмети.

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Проте залізний якір з гачком відривається від стрижня, якщо до гачка підвісити важку гирю. Для того, щоб збільшити силу тяжіння, змусивши якір утримуватися не одним полюсом електромагніту, а обома разом, слід застосувати інший сердечник у вигляді букви П.

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Такий сердечник за допомогою муфти закріплюють на щаблині між двома штативами і, знявши котушки з прямого стрижня, надягають їх на сердечник. Приєднують через вимикач джерело струму і демонструють сильну дію електромагніту. Останній утримує на якорі гирю 10 кг.
У момент виключення струму гиря падає, тому між штативами треба підкласти що-небудь м’яке, наприклад рушник або скористатися невеликим деком з піском.
Практичне застосування електромагніту для підняття тяжкості демонструють за допомогою кільцевого фільму «Електромагнітний підйомний кран». У кінці показано, як електромагніт опускається на купу залізної ломи, піднімає його, переносить і скидає на залізничну платформу, потім повертається назад, після чого весь процес повторюється.
Замість вказаного кільцевого фільму можна продемонструвати перший фрагмент «Пристрій і дія електромагніту» з учбового звукового фільму «Електромагніти і їх застосування в техніці».
Фільм починається з демонстрації електромагнітного підйомного крана, на якому потім за допомогою мультиплікації виявляються головні його частини: сердечник і обмотка. При включенні струму з’являється магнітне поле, зображене у вигляді силових ліній, яке потім зникає, і деталь, відриваючись від сердечника, падає.
Показуються окремі секції обмотки з мідної стрічки, між витками якої прокладена ізолююча стрічка. Поступова збірка дає уявлення про пристрій електромагніту і окремих його деталей.
На ряду лабораторних дослідів у фільмі з’ясовується залежність сили тяжіння електромагніту від числа витків котушки і величини струму, що живить її.

Будова і дія електромагнітного реле
Устаткування: 1) електромагніт розбірний, 2) сталева лінійка завдовжки 300 мм із затиском, 3) штатив ізолює з двома контактами, 4) штатив універсальний, 5) В-24 або батарея акумуляторів, 6) вимикач, 7) лампи електричні на підставках із затисками 2 шт., 8) шнур з штепсельною вилкою і двома наконечниками, 9) дроти сполучні.

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Діючу модель електромагнітного реле демонструють за допомогою установки (мал. 24), зібраної з великих, добре видимих здалека деталей. Якорем в цій моделі служить слюсарна сталева лінійка завдовжки близько 300 мм, яка зазвичай має на одному кінці отвір. У цей отвір вставляють і закріплюють гайкою шпильку для клеми.
Лінійку-якір потрібно встановити на відстані близько 1,6 см від полюсів електромагніту, затиснутого в муфті штатива. Неподалік встановлюють ізолюючий штатив з двома дротяними контактами так, щоб верхній (прямий) контакт торкався лінійки-якоря, а нижній (зігнутий) був від неї на відстані 5-10 мм.
Управляючий ланцюг складається з акумулятора, електромагніта і вимикача струму, а виконавчий з двох ламп, які через контактну групу реле приєднуються до освітлюваної мережі.
При замиканні струму в управляючому ланцюзі реле «спрацьовує», тобто якір притягується до сердечника електромагніту. Внаслідок цього одна лампа гасне, а інша запалюється.
Після зборки установки потрібно відрегулювати відстань лінійки-якоря від полюсів електромагніту і розташування проволочених контактів.
Демонстрацію можна розчленувати на окремі етапи:
1) реле з однією парою нормально розімкнених контактів (при включенні управляючого струму лампа в виконавчому ланцюзі запалюється);
2) реле з однією парою нормально замкнутих контактів (при включенні управляючого струму лампа в виконавчому ланцюзі гасне);
3) реле з перемиканням струму в виконавчому ланцюзі (при включенні управляючого струму одна лампа запалюється, а інша гасне).



Будова і дія телеграфу.
Обладнання: 1) модель телеграфного апарату, 2) батарея акумуляторів, 3) ключ телеграфний або кнопковий вимикач, 4) дроти з’єднувальні, 5) дріт мідний ізольований.
Простим прикладом застосування електромагніту є телеграфний апарат. При поясненні його пристрою користуються наочною учбовою моделлю, включеною в електричний ланцюг, як зображено на рис. 25. При замиканні ланцюга телеграфним ключем якір електромагніту трохи повертається навколо горизонтальної осі, притискує олівець до паперової стрічки, що огинає ролик, і при рівномірному витягуванні стрічки пише на ній межу.

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415


13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Дослід, проведений у такому вигляді, дає достатнє уявлення про пристрій телеграфного апарату та взаємодії станцій. Проте не слід обмежуватися тільки цим дослідом. Після його проведення буває корисно винести ключ в сусідню кімнату і, з’єднав його двома довгими ізольованими проводами з телеграфним апаратом і батареєю, надати можливість двом учням провести передачу якої-небудь короткої телеграми із застосуванням азбуки Морзе. Слід відмітити, що модель буде задовільно записувати тільки в тому випадку, якщо олівець, вставлений в отвір на кінці якоря електромагніту, матиме простий амортизуючий пристрій, зображений на рис. 26. Як видно з малюнка, коротенький шматочок м’якого олівця не тримається жорстко в гнізді якоря, а з’єднується відрізком гумової трубки з дерев’яним стрижнем, затиснутим в гнізді, Натиск олівця треба відрегулювати так, щоб межа на стрічці виходила помітною для індивідуального спостереження.

Будова і дія електричного дзвінка.
Обладнання: 1) електромагніт розбірний без якоря, 2) електричний дзвінок учбовий на вертикальній рамі, 3) лінійка сталева завдовжки 300 мм із клемами, 4) штатив ізольований з вістрям, 5) штатив універсальний, 6) батарея акумуляторів, 7) вимикач демонстраційний, 8) дроти з’єднувальні, 9) ящик–підставка, 10) білий екран.
Модель електричного дзвінка демонструють за допомогою установки, зібраної з великих, добре видимих здалека деталей і зображеною на рис. 27. Якорем в цій установці служить сталева лінійка завдовжки близько 30 см, яка зазвичай має на одному кінці отвір. У цей отвір вставляють і закріплюють гайкою клема. Потім лінійку сполучають з однією з котушок електромагніту, затиснувши її заздалегідь вертикально в лапці штатива.

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415


13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Лінійка–якір встановлюється на відстані близько 1,5 см від полюсів електромагніту, затиснутого в штативі. Поряд з нею справа розташовують ізолюючий штатив із загостреним стрижнем (від колеса Франкліна). Стрижень вставляють в бічний отвір втулки і присувають ізолюючий штатив так, щоб тупий кінець стрижня торкався поверхні лінійки. Після включення струму модель зазвичай відразу починає діяти. Якщо лінійка–якір коливається слабо, з невеликим розмахом, то підбирають дослідним шляхом найбільш вдале положення контактного стрижня. Для цього злегка присувають або відсувають ізолюючий штатив. З’ясував на такій моделі будову та принцип дії електричного дзвоника, демонструють шкільний навчальний учбовий дзвінок. Позаду установки повинен бути розташований білий екран, щоб деталі установки були чітко помітні учням зі всіх міст класу.

Демонстрація фільму: «Електромагніти і їх застосування»
Обладнання: 1) учбовий кінофільм «Електромагніти і їх застосування», 2) кінопроектор, 3) екран проекційний.
Вивчення електромагніту корисно завершити демонстрацією фрагментів вказаного учбового фільму. Фрагмент знайомить учнів пристроєм та дією магнітного столу, вживаного для закріплення сталевих деталей при їх обробці і значно підвищуючи продуктивність праці, із застосуванням електромагнітів на теплових електростанціях для очищення палива від залізних предметів. Для відділення насіння конюшини від насіння бур’янів суміші насіння додається дрібний залізний порошок. Останній зчіплюється з шорстким насінням бур’яну і уловлюється електромагнітом, звільняючи гладке насіння конюшини від насіння бур’яну. Фрагмент закінчується показом спеціального електромагніту для витягання сталевої стружки, що потрапила в око. Операція проходить швидко і без пошкодження тканини ока.
Фрагмент знайомить учнів з пристроєм електромагнітного реле і його застосуванням в автоматах для продажу зошитів і олівців, з електромагнітним обмежувачем струму. Детально роз’яснюється автоблокування, вживане на залізницях, і управління насосними станціями каналів і гідроелектростанцій за допомогою складної системи електромагнітних реле.








13PAGE 15


13PAGE 14215



Рис.6 Демонстрація взаємодії двох паралельних струмів

Рис.23 Демонстрація дугоподібного електромагніту.

Рис.22


Рис.15 Установка для демонстрації точки Кюрі та її тіньова проекція

Рис.1 Дослід Ерстеда.

Рис.2 Напрям струму і магнітної силової лінії.

Рис.3 Обладнання до роботи.

Рис.4

Рис.5

Рис.8 Спектр магнітного поля в соленоїді

Рис.7 Прилади для демонстрації магнітних спектрів струмів

Рис.9 Дія магнітного поля на струм.


Рис.10 Установка для вивчення дії магнітного поля на струм.

Рис.11 Деталі установки.

Рис.12 Демонстрація магнітного поля соленоїда.

Рис.13 Взаємодія двох колових струмів.

Рис.14 Підсилення магнітного поля котушки залізним сердечником.


Рис.17 Установка для демонстрації дії магнітного поля на електричні заряди

Рис.18 Установка для демонстрації доменної структури феромагнетиків

Рис.19 Проекція моделі на екран: а області мимовільного намагнічування; 6 стан насичення.


Рис.20 Електроннопроменева трубка з магнітним зсувом електронного пучка.



Рис.21 Скоба та схема з’єднання котушок



Рис.24 Демонстрація електромагнітного реле.

Рис.526 Демонстрація електричного дзвінка.

Рис.27 Демонстрація електричного дзвінка.

Рис.25 Модель телеграфного апарату.

Рис.26 Амортизатор з резинової трубки.




·
· 
·
· 
·
· 
·
· 
·
·Root Entry

Приложенные файлы

  • doc 87221
    Размер файла: 638 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий