Изучение зависимости силы Ампера от силы тока

3.7. Изучение зависимости силы Ампера от силы тока (Базовая ЦЛ)
1.
Соберите электрическую цепь, которая состоит из источника постоянного тока,
ключа, резистора с сопротивлением 10 Ом (шунта для измерения силы тока в цепи) и
реостата 0–100 Ом для регулирования силы тока в цепи. Подключите источник тока к
USB-порту компьютера. Ключ оставьте в разомкнутом состоянии. Подсоедините после
этого осциллографический датчик ко второму USB-порту компьютера, а щупы Канала №1
(красная оплетка) к резистору 10 Ом (рис.1). Остальную часть установки (рис.2) удобнее
собрать после проверки регулировку силы тока в цепи реостатом.
2.
Для проверки работоспособности электрической части установки запустите
программу «Цифровая лаборатория» и после загрузки окна программы и идентификации
осциллографического датчика вызовите на экран из выпавшего списка работ сценарий
работы 3.7. «Изучение зависимости силы Ампера от силы тока». Запустите измерения и
замкните ключ в схеме (рис.1).
Рис.1
Рис.2
3.
Изменяя положение ручки реостата, следите за значением силы тока в цепи
(I=Uш/Rш) по уровню сигнала с Канала №1. Если происходит изменение силы тока, то
установите ручку реостата так, чтобы ток через катушку был минимальным, остановите
регистрацию и разомкните ключ. Остановите регистрацию, откройте вкладку «Исходные
данные» (кнопка
) и внесите в таблицу значение сопротивления шунта Rш = 10 Ом
(рис.3).
ВНИМАНИЕ! Не забывайте фиксировать значения вводимых данных в таблице
«Исходные данные» нажатием кнопки «Enter».
Рис.3
4.
Соберите оставшуюся часть установки (рис.2). Установите электронные весы
горизонтально на столе (вне основания штатива!). Откройте крышку весов и положите на
платформу весов катушку так, чтобы ее корпус вплотную прилегал к платформе (провода
не касаются платформы весов). Закрепите магнит в лапке штатива на такой высоте, чтобы
его нижний край оказался на уровне верхнего среза катушки, а ось магнита проходила
через центр катушки (рис.2). Включите электронные весы и нажмите клавишу «Тара»
так, чтобы на клавиатуре весов показания были равны нулю. После этого НЕ сдвигайте
катушку относительно платформы катушки. Если функция «Тара» отсутствует на ваших
весах, то запишите на вкладку «Исходные данные» значение показаний весов в отсутствии
тока через катушку (рис.3).
5.
Замкните ключ в цепи. При этом показания весов должны измениться (если этого
не произошло, увеличьте силу тока в цепи, вращая ручку реостата). Выберите полярность
при подключении источника тока так, чтобы при увеличении силы тока показания
увеличивались. Запустите осциллограф для измерения силы тока через катушку и
остановите регистрацию.
Увеличение или уменьшение показаний весов связано с воздействием магнитного поля
магнита, висящего над катушкой, с проводами катушки при пропускании по ним тока.
Весы показывают суммарное изменение силы воздействия поля магнита на все витки. При
смене направления тока сила Ампера меняет направление и сила отталкивания катушки
(показания весов со знаком «+») сменяется силой притяжения (показания весов со знаком
«–»).
Меняя полярность подключения щупов осциллографа, добейтесь того, чтобы датчик
показывал положительное напряжение. После остановки регистрации установите желтый
маркер на экран левой кнопкой мыши, выберите кликом левой кнопки мыши ячейку «Uш,
В» на вкладке Таблица (рис.4) и, нажимая кнопку красного цвета, перенесите значение
напряжения с Канала №1 (красная оплетка) осциллографа в соответствующую ячейку
Таблицы. В ту же Таблицу занесите «Показания весов» в соответствующий столбец,
используя клавиатуру. Значения заносятся с точностью до 0,1 г.
Рис.4
6.
Используя сопротивление шунта (см. «Исходные данные»), рассчитайте силу тока
в миллиамперах, округлите до целых и занесите полученное значение в соответствующую
контрольную ячейку под Таблицей (рис.4). Если введено верное значение, то ячейка
окрасится в зелёный цвет. После этого вычисление силы тока в соответствующем столбце
таблицы будет происходить автоматически.
7.
Используя показания весов в Таблице, рассчитайте силу взаимодействия катушки
и магнита. Занесите значение силы с точностью до десятых ньютона в контрольную
ячейку «F,Н» внизу таблицы (рис.4). Если в отсутствии тока через катушку показания
весов были не равны нулю (на весах нет функции «Тара» или Вы ей не воспользовались),
это следует учесть при расчетах вычитая начальные показания весов (см. «Исходные
данные»). Изменение показаний весов на 1 г эквивалентно силе тяжести гирьки в 1 г, т.е.
силе притяжения (или отталкивания) катушки примерно в 0,01 Н.
8.
Меняя положение ручки реостата, зафиксируйте в Таблице еще не менее 5
значений силы тока и соответствующих им показаний весов.
ВНИМАНИЕ! Напоминаем, что увеличение числа строк в Таблице осуществляется
кнопкой  на клавиатуре при заполнении хотя бы одной ячейки в предыдущей строке.
9.
Перенесите заполненную таблицу в Отчет (кнопка
отталкивается или притягивается катушка в опыте.
) и запишите с клавиатуры
ВНИМАНИЕ! Копирование в Отчет содержимого любой вкладки окна «Обработка» и кадр
видео с установкой, регистрируемый ВЕБ – камерой, осуществляется в место, указываемое
не курсором клавиатуры, а КУРСОРОМ МЫШИ. Содержимое вкладки НЕ
ВСТАВЛЯЕТСЯ В ОТЧЕТ, ЕСЛИ ВЫ НЕ ОТКРЫВАЛИ эту вкладку.
10. Откройте вкладку «График F(I)» (рис.5) и проверьте, верно ли перенесена
зависимость силы F взаимодействия катушки с магнитным полем магнита от силы тока в
катушке I.
Рис.5
Покажите, что сила взаимодействия катушки с магнитом прямо пропорциональна силе тока
в катушке (во сколько раз увеличивается I, во столько раз возрастает и F). Если это так, то
экспериментальные точки на графике, должны ложится на прямую, проходящую через
начало координат. Проверьте, так ли это, используя выпадающий список в верхнем левом
углу окна вкладки «График F(I)» (выберите функцию Y=AX и нажмите кнопку
,
компьютер подберет наилучшую прямую проходящую через начало координат) .
Перенесите в Отчет полученный график и запишите после него Вывод о характере
зависимости F от I.
11. Сфотографируйте вашу установку с помощью веб-камеры и внесите в
соответствующее место Отчета. Отчет в виде файла .rtf сохраните в указанной учителем
директории, включив в название файла свою фамилию (фамилии).