Рекомендации по проведению эксперимента

Убедиться в отсутствии нарушений в коммутациях установки, в случае каких - либо нарушений сообщите преподавателю или лаборанту. Не превышать ток в цепи электромагнита более 1 А (см. показания миллиамперметра 13), в цепи проводника не более 5 А (см. показания амперметра 12).

1. Проведите исследование зависимости силы Ампера от длины проводника. При этом индукция магнитного поля и сила тока в проводнике остаются неизменными.

В вашем распоряжении имеется набор из 4-х проводников длиной: 12,5 мм, 25 мм, 50 мм, 100 мм.

1.1. Для проведения данного и последующих экспериментов советуем следующую последовательность действий. На левый рычаг весов укрепите проводник длиной 12,5 мм в специальной оправе и поместите его горизонтальную часть точно в середине магнитного зазора. Уравновесьте весы, как описано выше и запишите показания весов. Ключ 14 поставьте в положение 0, а ручку регулировки тока 16 в цепи проводника поверните в крайнее левое положение.

1.2. Включите источник питания. Рукояткой 16 установите силу тока в проводнике I = 3 А, которую контролируйте с помощью амперметра 12. Ступенчатый регулятор 15 поставьте в положение 4 В. Ключ 14 поверните в положение 1. По шкале миллиамперметра 13 зафиксируйте значение тока электромагнита I _магни занесите его в таблицу 1. После включения магнитного поля состояние равновесия весов нарушится из-за действия силы Ампера. Для измерения силы Ампера следует снова уравновесить весы. Для этого часто бывает возможным ограничиться только вращением рукоятки точной настройки весов вправо или влево в зависимости от направления силы Ампера, вращая ее до совпадения рисок 5 и 6, рис. 5. Снимите показания весов. Сила Ампера определяется разностью показаний весов, умноженной на g = 9,81 м/с². См. также п. 5 Алгоритма проведения эксперимента.

Пункты 1.1, 1.2 повторите с остальными проводниками. Данные измерений занесите в заранее подготовленную таблицу 1.

2.Проведите исследование зависимости силы Ампера от силы тока при постоянной длине проводника и неизменной индукции магнитного поля. Укрепите на левый рычаг весов любой из имеющихся в наборе проводник. Ступенчатый регулятор 15 поставьте в любое из положений от 4 до 12 В и не изменяйте. Изменяя ток в проводнике рукояткой 16 в пределах 0,5–5 А через 0,5 А по показаниям амперметра 12, проведите измерения силы Ампера. Результаты измерений занесите в таблицу 2, которую вам следует составить самостоятельно по образцу таблицы 1.

3. Проведите исследование силы Ампера от величины индукции магнитного поля. При этом длину проводника и ток в проводнике не изменяйте. Укрепите на левый рычаг весов любой из имеющихся в наборе проводник. Рукояткой 16 установите определенную силу тока в пределах 0,5–5 А и не изменяйте ее. Индукцию магнитного поля электромагнита изменяйте путем переключения тока в электромагните. Для этого переключатель 14 поставьте в положение 0, переключатель 15 поочередно ставьте в позиции 4, 6, 8, 10, 12 В. Для каждой из этих позиций при включенном электромагните (позиция 1 выключателя 14), измерьте силу Ампера. Индукцию магнитного поля определяйте по формуле:

где — коэффициент пропорциональности между током электромагнита и индукцией поля электромагнита, определенный экспериментально. регистрировать по миллиамперметру 13._. Ток при этом должен быть выражен в Амперах. Результаты этих измерений следует записать в таблицу 3, составленную в период подготовки к лабораторной работе по образцу таблицы 1.

Таблица 1

Результаты исcледования зависимости силы Ампера от длины проводника

№ опыта	Ток в провод-нике	Ток электромагнита	Длина проводника	Показания весов без тока	Показания весов с током	Сила тяжести
	I, A	I_магн., А	L ∙10^-3 (м)	М ₁, г	М ₂, г	M ∙10^-3∙9,81, Н
	3,0		12,5
	3,0
	3,0
	3,0

4. По результатам экспериментов, п. 1, 2, 3, постройте графики исследуемых зависимостей, сделайте вывод о справедливости закона Ампера. По одному из экспериментов п. 1, 2, 3 рассчитайте силу Ампера теоретически, формула (8), и сравните ее с экспериментальным значением, формула (9), сделайте выводы. Оценку погрешности теоретического расчета силы Ампера можно сделать по формуле:

где — сила тока в проводнике, — сила тока в обмотке электромагнита.

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте закон Ампера для взаимодействия элементарных токов и закона Ампера для проводника с током в магнитном поле.

2. Как можно изменять индукцию магнитного поля в условиях данного эксперимента?

3. Поясните понятие элементарного тока(элемента тока).

4. Почему закон взаимодействия проводников с током формулируется для элементарных токов?

5. Сформулируйте закон Био–Савара–Лапласа (рекомендуем этот вопрос повторить по учебному пособию [1, § 110]).

6. Поясните правила определения направления силы Ампера.

7. Как следует располагать проводник с током в зазоре электромагнита в условиях данного эксперимента?

8. Укажите единицы измерения силы тока, индукции магнитного поля в СИ.

9. Дайте определения единиц силы тока I и индукции магнитного поля В. (Рекомендуем по этому вопросу самостоятельно изучить материал, например, по учебному пособию [1, §111]).

10. Дайте возможное определение индукции магнитного поля на основе закона Ампера для проводника с током в магнитном поле.

11. Как зависит сила Ампера от длины проводника и силы тока, протекающей по проводнику, при постоянной индукции магнитного поля?

12. Поясните, каким образом с помощью рычажных весов в данной работе определяется сила Ампера?

13. При какой ориентации проводника в магнитном зазоре электромагнита сила Ампера была бы минимальной?

14. Проводник с током параллелен вектору индукции магнитного поля. Чему равно значение силы Ампера?

15. Поясните, как по графику при условии постоянства тока в проводнике определить модуль магнитной индукции?

Литература

1. Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов. — 1-е изд., стер. — М.: 2006. — 560 с. §§109–111.

2. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики: Учеб. пособие для втузов. — 4-е изд., испр. — М.: Высш. шк., 2002. — 718 с. (§§ 21.1–21.3; §22.1).

Учебное издание

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ЗАКОНА АМПЕРА Учебно-методическое пособие к лабораторной работе № 3.5р по дисциплине «Физика» В авторской редакции Компьютерная верстка Дымченко Н.П.

Подписано в печать 26.12.2013. Формат 60^84 /16. Усл. печ. л. 0,93. Уч.-изд. л. 0,78. Тираж 100 экз Заказ

Дальневосточный федеральный университет 690091. г Владивосток, ул Суханова, 8 Отпечатано на кафедре обшей физики ШЕН ДВФУ 690091, г. Владивосток, ул. Суханова, 8

[1] Обратная пропорциональность квадрату расстояния будет очевидной, если найти модуль силы взаимодействия и сократить на , тогда в знаменателе остается