изготовление прибора для измерения

53.072.13
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПРИБОРА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ СИЛЫ,
ДЕЙСТВУЮЩЕЙ НА ЭЛЕМЕНТ ТОКА МАЛОЙ ДЛИНЫ
Машталер Р. А.
Научный руководитель: учитель физики Кононова Е. Н.
с. Агинское, МБОУ «Агинская средняя общеобразовательная школа №1», 10 класс
Цель научной работы: Изготовление прибора для изучения силы, действующей на
элемент тока малой длины.
Методы проведенных исследований: наблюдение, моделирование, эксперимент.
Основные результаты научного исследования (научные, практические: создан прибор
для изучения и демонстрации силы Ампера. Его можно использовать в качестве
демонстрационной модели на уроках физики. Расчетами доказана прямо
пропорциональная зависимость силы Ампера от силы тока. Прибор можно
использовать для оценки индукции магнитного поля любых других магнитов.
1.Введение:
Актуальность: На одном из уроков физики, в 8 классе, я услышал термин «сила
Ампера». О ней говорили вскользь, но меня она заинтересовала. Что это за сила? Как ее
измерить? Это я и попытался выяснить.
Позже я узнал, что существует установка, которая может наглядно показать действие
силы Ампера. Я поинтересовался, о наличии этой установки в школе, у учителя
физики. Оказалось, что его нет, и у школьников нет возможности посмотреть на
результат действия этой силы.
Я нашел чертеж прибора, и поняв, что его можно сделать, решил собрать его вместе с
учителем физики.
2.Основное содержание:
Цель: Изготовление прибора для изучения силы, действующей на элемент тока малой
длины.
Задачи:
1. Изучить литературу связанную с силой Ампера;
2. Найти чертеж прибора;
3. Найти материал и создать детали для сборки;
4. Изготовить прибор и провести испытания;
5. Измерить силу Ампера;
6. Показать зависимость силы Ампера от силы тока;
7. Оценить индукцию магнитного поля магнитов;
8. Рассчитать погрешности измерений;
9. Сделать выводы.
Методы и методики:
 Изготовление конструкции прибора по рисунку:
 Используя реостат, миллиамперметр, теневой динамометр измерение силы
ампера в зависимости от силы тока;
 Оценивание погрешности измерения по формуле
=∆I/I+∆F/F+ ∆l/l
Результаты:
1. Я изучил литературу, связанную с понятием сила Ампера. Выяснил, что сила
Ампера – это сила, действующая на проводник с током в магнитном поле. Направление
вектора силы Ампера определяется правилом левой руки, «Если левую руку
расположить так, чтобы силовые линии магнитного поля входили перпендикулярно в
ладонь, а вытянутые четыре пальца совпадали с направлением тока в проводнике, то
отогнутый в плоскости ладони большой палец указывает направление силы Ампера,
действующей со стороны магнитного поля на проводник с током».
2. В книге [4] о физических экспериментах нашел чертеж прибора и инструкции
по изготовлению. Собрал весь необходимый материал, собрал прибор.
3. Взяв дощечку ДВП, присоединил к ней 6 подковообразных магнитов, по обе
стороны от которых параллельно им установил два желоба (сделанных из латунной
трубки). Желоба служат направляющими для проводника. В качестве последнего
использовался кусок металлической проволоки (её длинна равна длине между
желобами) с припаянными к ней двумя шайбами. К концам направляющих желобов
припаивал медные проводки. Собрал цепь, подключая к источнику тока собранный
прибор, к нему амперметр, затем ключ, реостат, и замыкая цепочку опять вернулся к
источнику тока.
4. Замыкая ключ, и с легка подтолкнув проводник внутрь магнита (для
преодоления сил трения), наблюдал быстрое передвижение последнего в сторону
магнита с высечением искры из-под шайб. Амперметр показывал силу тока,
протекающего по проводнику. Прибор работает. Поменяв полярность источника тока,
обратил внимание на то, что направление движения проводника изменилось на
противоположное, т.е. проводник стал выталкиваться из магнита и мне пришлось
преодолевать силу трения и силу магнитного отталкивания для того, чтобы наблюдать
движение проводника в обратную сторону.Но хочу заметить, что в идеальном варианте,
проводник не должен подталкиваться. В моем случае направляющие трубки имеют
большие шероховатости и сам проводник не идеально ровен, и сила трения мешает
самостоятельно двигаться проводнику по трубкам.
5. С помощью динамометра я смог замерить силу сопротивления,
противоположно действующую силе Ампера, по модулю они равны между собой.
6. Изменяя реостатом силу тока, я заметил изменение силы Ампера, причем
изменение прямо пропорционально изменению силы тока (чем больше сила тока, тем
больше сила Ампера).
№ Опыта
Сила тока, I
Сила Ампера, Fa
1
0,3
2мН
2
0,9
6мН
3
1,5
10мН
7. Зная силу Ампера, силу тока и длину проводника, измерил модуль вектора
магнитной индукции по формуле Вср= Fср/IсрL.
L=0,18 м
Fср=0,006Н
Iср=0,9 А
Bср=0,037 Тл
8. Рассчитал погрешности измерений:
1.Относительная погрешность
=∆I/I+∆F/F+ ∆l/l
2.Абсолютная погрешность ∆B=Bcp*ε
∆B=0,037*0,14=0,0052.
3. Результат измерения модуля вектора магнитной индукции
0,037 - 0,0052 < B < 0,037 + 0,0052


3.Заключение:
Создан прибор для изучения и демонстрации силы Ампера. Его можно
использовать в качестве демонстрационной модели на уроках физики.
Расчетами доказана прямо пропорциональная зависимость силы Ампера от силы
тока. Прибор можно использовать для оценки индукции магнитного поля любых
других магнитов.
Список литературы:
1) С. Я. Шамаш. Методика преподавания физики в средней школе. Молекулярная
физика. Электродинамика, учебное пособие/С. Я. Шамаш, Э.Е. Эвенчик, В.А. Орлов и
др.; Москва, Издательство «Просвещение», 1987;
2) Н.М. Шахмаев. Физика 10, учебник /Н.М. Шахмаев, С.Н. Шахмаев, Д.С. Шодиев. М.,
Москва, Издательство «Просвещение», 1991;
3) Г.Я. Мякишев. Физика 10, учебник/ Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев. М., Москва,
Издательство «Просвещение», 1990;
4) Г.П. Мансветова, Физический эксперимент в школе, учеб. пособие / Г.П.
Мансветова, В.Ф. Гудкова; Москва, Издательство «Просвещение», 1981