В.М. Анисимов, Г.Э. Солохина - Методические указаная к лабораторным работам и темы докладов (1012829), страница 9

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 9)

Что называется дифракцией света?Примером использования интерференции и дифракции является голография– метод записи и воспроизведения объемных изображений.*†Монохроматическим называется свет одной длины волны.55ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 60Изучение электростатического поляЦель работы: изучение электростатического поля, созданногозаряженными электродами разной формы, и описание его с помощьюследов эквипотенциальных поверхностей и силовых линий.Краткая теорияВ пространстве, окружающем электрические заряды, существуетэлектростатическое поле.

Напряженность электрического поля Е врассматриваемой точке – векторная величина, определяемая силой,действующей на единичный положительный заряд, помещенный в этуточку  F( r )E( r ).(3.3)qЕдиницы измерения напряженности [E] = 1 H Kл = 1 B м .Направление вектора напряженности в каждой точке можнонаглядно изобразить, пользуясь понятием силовой линии или линиивектора Е , касательная к которой в каждой точке совпадает снаправлениемвекторанапряженности.Силовыелинииэлектростатического поля разомкнуты, они начинаются наположительных и заканчиваются на отрицательных зарядах.Густота силовых линий, т.е.

число силовых линий, пересекающихединичную площадку в направлении нормали к ней, численно равнанапряженности поля в этой точке.Энергетической характеристикой поля является потенциал–скалярная характеристика электростатического поля, равнаяотношению потенциальной энергии U взаимодействия заряда с полемк величине этого зарядаU(3.4).qПотенциальная энергия (ее изменение) равна работе перемещениязаряда из данной точки поля в бесконечность т.е. потенциал поля вданной точке определяется работой поля при перемещении единичногоположительного заряда из данной точки поля в бесконечностьAr.(3.5)qЕдиницыизмеренияэлектрическогопотенциала[ U] 1Дж[ ]1 B (Вольт).[q] 1Kл56Значения потенциалаи потенциальной энергии U зависят отвыбора начала отсчета, обычно принимается= 0.Эквипотенциальная поверхность – поверхность, все точки которойимеют одинаковый потенциал.

Эквипотенциальные поверхностиодного поля не пересекаются между собой.Потенциал и напряженность электрического поля связанысоотношением(3.6)Egrad ;где знак «–» означает, что вектор Е направлен всторону убывания потенциала, как это показаноgradна рис.3.2 ( 1 > 2 > 3).ЕГрадиентом потенциала называется вектор,направленныйвсторонувозрастанияпотенциала и равный изменению потенциала наединицу длины, отсчитываемой в направлении123нормали к эквипотенциальной поверхности:Рис. 3.2(3.7)gradijk .xyz  где i , j, k – единичные положительныеnвекторы (орты).силовая линияEAСиловые линии всегда нормальны(ортогональны) к эквипотенциальнымАповерхностям.

В частности, силовые=constлиниинормальныкповерхностипроводника,находящегосявэлектрическом поле, которая являетсяРис. 3.3эквипотенциальной (см.рис.3.3).Следует заметить, что соотношения (3.6), (3.7), записанные в проекциина направление силовой линии, принимают более простой видd (3.8)En.dnМетодика измеренийЭкспериментально измерить потенциал проще, чем напряженностьполя. Поэтому в работе изучается распределение потенциала вэлектростатическом поле путем построения следов эквипотенциальныхповерхностей на плоском поле, а силовые линии строятся потом, какортогональные кривые к семейству следов эквипотенциальныхповерхностей.Для нахождения положения точек с нужными потенциаламииспользуется метод зондирования.

Зонд устроен так, чтобы он57минимально нарушал своим присутствием исследуемое поле. Вкачестве проводящей среды используется вода, в ней заряды будутнатекать на зонд, и он примет значение потенциала той точки, вкоторую помещен. Зонд соединен проводником с вольтметром,измеряющим потенциалы поля.По результатам измерения потенциала стоится график зависимостипотенциала от расстояния между электродами= f(x) по которомуметодом численного дифференцирования находятся значениянапряженности электростатического поля в исследуемых точках хi.Экспериментальная установкаДля исследования электростатического поля предназначенаэкспериментальная установка, общий вид которой приведен на рис.3.4.Она включает в себя прозрачную ванну 3 из оргстекла, наполненнуюводопроводной водой, с координатной сеткой на дне и электродами 2.В качестве электродов используются: пластина, небольшой цилиндр иострие в разных сочетаниях.ИП45321Рис.

3.4На электроды от источника питания 4 подается постояннаяразность потенциалов. Зонд и один из электродов соединены сцифровым вольтметром 5.Порядок выполнения работы1. Подготовить установку к работе (рис.3.4). Соединитьпроводниками электроды ванны с клеммами источника питания 4 длянапряжения u = 12 В.2. Соединить зонд и один из электродов с цифровым вольтметром 5.583. Подать напряжение u = 220 В на цифровой вольтметр и источникпитания (кнопки «Сеть»).4. На листе с миллиметровой бумагой (журнал для лабораторныхработ) в масштабе 1:1 нарисовать внутренний периметр ванны иэлектроды, как показано на рис.3.5.Y12345э6э0x1x2x3x4x5x6XРис.

3.55. С помощью зонда определить потенциалы электродов ( э и э).Наметить значения потенциалов следов 6 – 7 эквипотенциальныхповерхностей в диапазоне ( э – э): 1, 2, 3...6. С помощью зонда найти на дне ванной по 8 – 10 точек длякаждой эквипотенциальной кривой. Определить положение этих точекв ванной, и, пользуясь координатной сеткой, перенести их намиллиметровую бумагу в журнал. Соединить экспериментальныеточки плавными кривыми. Схема одного из вариантовэквипотенциальных кривых показана на рис.3.5.7. Отключить установку от сети.8.

Провести 5–6 силовых линий так, чтобы они пересекалиэквипотенциальные кривые под углом 90 и подходили к поверхностиэлектродов под тем же углом. Стрелками указать направление силовыхлиний согласно формула (3.6), (3.8).9. Занести в табл.3.2 координаты хi точек пересеченияэквипотенциальных кривых с осью 0Х (см. рис.3.5) и соответствующиезначения потенциала i .

Построить график зависимости= f(x) ипровести сглаженную кривую, как это показано на рис.3.6.10. Выделить на оси ОХ около каждого значения хi малый интервал(например, х = 0,5 см) так, чтобы значение хi находилось в центре59этого интервала (см. рис.3.6).

Записатьв табл.3.2 приращение потенциаласоответствующееэтомуi,интервалу на сглаженной кривой.11. Согласно формуле (3.8) найтизначения напряженности поля дляточек на оси ОХ:E xixi .i12. Построить график зависимостиЕх = f(х) и провести сглаженнуюкривую.(В)хiiх(см)xРис. 3.6Таблица 3.2№хiiп/п123456смВxiмiВE xiВ/смixКонтрольные вопросы1.

Что называется напряжѐнностью электростатического поля?2. Какие линии называются силовыми? Почему они не могутпересекаться?3. Потенциал электростатического поля.4. Какие поверхности называются эквипотенциальными?5. Как связаны напряжѐнность и потенциал электростатического поля?6.

Что означает понятие «градиент потенциала»?7. Как в работе измеряются потенциалы точек электрического поля?8. На основании каких закономерностей электростатических полейпроводятся силовые линии?9. В чем заключается метод численного дифференцирования длярасчета напряженности поля Ех?60ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 64Изучение магнитного поля соленоида с помощьюдатчика ХоллаЦель работы: исследование магнитного поля на оси соленоида сиспользованием датчика Холла.Краткая теорияМагнитное поле создается движущимися зарядами или токами.Основной характеристикоймагнитного поля является вектормагнитной индукции B . Единицыизмерения индукции [В] = 1 Тл.Направление вектора B можно определить с помощью магнитнойстрелки.

Вектор магнитной индукции всегда направлен вдоль стрелкиот ее южного полюса к северному. Силовой линией магнитного поляназывается замкнутая линия, касательная к которой в каждой точкесовпадает с направлением вектора магнитной индукции В .В данной работе изучается магнитное поле, созданное током всоленоиде – длинной катушке с большим числом витков.В теории существует понятие бесконечно длинного соленоида, длякоторого длина соленоида L >> r, где r – радиус витка. Для этогослучая магнитное поле внутри соленоида вдали от его концов однороднои направлено вдоль оси соленоида. Индукция этого поля может бытьрассчитана по формулеB(3.9)0in ,где µ0 = 1,57 10–6 Гн/м – магнитная постоянная, i – сила тока в соленоиде,n – число витков, приходящееся на единицу длины соленоида:(3.10)n N L.В формуле (3.10) N – общее число витков в соленоиде.На самом деле, разумеется, любой соленоид имеет конечныеразмеры.

Магнитное поле внутриВсоленоида в областях, близким к еготорцам, становится неоднородным.Приблизительный вид измененияиндукции магнитного поля вдольх0оси соленоида показан на рис.3.7.Рис. 3.7Значение х = 0 соответствуетсредней точке на оси соленоида. Величина индукции магнитного поляв этой точке может быть определена по формуле0iNB0,(3.11)L2 D 2где D – диаметр соленоида, L – его длина.61Методика измеренийВ работе для изучения индукции магнитного поля на оси соленоидаиспользуется метод, основанный на явлении (эффекте) Холла. Онозаключается в том, что в твердомΔ хполупроводнике (или проводнике)с током плотностью j , помещенномаЕBв магнитное поле с индукцией В ,возникаетэлектрическоеполеhjнапряженностью Е .Какследствие,междуРис.

Характеристики

Список файлов книги