График зависимости ЭДС от скорости движения магнита.
Вывод: При перемещении постоянного магнита, его силовые линии пересекают витки катушки, при этом возникает индукционный ток , поэтому стрелка гальванометра отклоняется. Показания прибора зависят от скорости перемещения магнита и от числа витков катушки
Опыт №2. Исследование зависимости Э.Д.С. электромагнитной индукции от величины магнитной индукции при постоянной скорости движения магнита , данные занести в таблицу №2.
Значение магнитной индукции принять условно ,для этого магнит разделить н а равные отрезки. В данном опыте постоянный магнит перемещать с постоянной скоростью и фиксировать показания прибора (вольтметра).График зависимости ЭДС от величины магнитной индукции построить с помощью программы МS Excel.
Таб.№2 значение скорости из таб.№1
Магнитная индукция В(Тл) | 0,2 | 0,4 | 0,6 | 0,8 | |
Скорость движения магнита (м/с) | 1,25 | 1,25 | 1,25 | 1,25 | |
Э.Д.С. индукции (В) | 0.05 | 0.1 | 0.15 | 0.2 |
График зависимости ЭДС от величины магнитной индукции.
Вывод: При увеличении размера постоянного магнита, который вводят
в катушку величина ЭДС линейно возрастает в начальный момент до номинального значения, а затем возрастает нелинейно. При дальнейшем увеличении магнитной индукции может наступить момент магнитного насыщения и тогда ЭДС не возрастает .
Опыт №3 Исследование зависимости ЭДС электромагнитной индукции от величины магнитной индукции. Перемещать катушку с постоянной скоростью, а постоянный магнит остается неподвижным. Записать показания прибора в таблицу№3 и сравнить с данными таблицы №1.Сделать выводы после проведения опытов.
Таб.№3 Во=0.2 Тл.
Магнитная индукция В(Тл) | . 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | |
Скорость движения магнита (м/С) | 1,25 | 2,5 | 3,75 | 5 | 6,25 | |
ЭД.С. индукции (В) | 0.05 | 0.1 | 0.15 | 0.2 | 0.25 |
Вывод: При перемещении катушки стрелка прибора откланяется также как и при перемещении постоянного магнита
Для проведения опыта №4,5 применять схему№2 проводить без измерений, только проверить эксперимент
Схема №2
Опыта №4 проводим эксперимент перемещаем катушки относительно друг друга замкнув при этом рубильник, наблюдая за показаниями прибора .
Вывод.
В этом опыте мы пропускаем через первую катушку ток, который создает магнитный поток и при движении второй катушки внутри первой, происходит пересечение магнитных линий ,поэтому возникает индукционный ток.
Опыта №5 наблюдать за показаниями прибора в момент включения и выключения рубильника.
Вывод.
В момент включения или выключения рубильника стрелка прибора отклоняется влево или вправо. Причиной отклонения стрелки является возникновение силы ,которая мешает изменению величины и направлению тока. Эта сила называется ЭДС самоиндукции.
Заключение
Общие исследования опытов Фарадея имеет ряд достоинств и недостатков.
Достоинства.
Этот вариант помогает студентам понять:
- причины возникновения ЭДС.
- зависимость величины ЭДС от скорости перемещения магнита
-зависимость направления ЭДС от направления движения магнита
.Недостатки.
Этот вариант не позволяет точно провести измерения и расчет
скорости движения магнита
Пример№2.Раздел: «Квантовая оптика ».
Тема: «Исследование явления фотоэффекта».
Используя, компьютерную программу можно экспериментально проверить законы внешнего фотоэффекта. Для этого открываем содержание программы «Открытая физика часть 2»,тема «Исследование явления фотоэффекта».
На экране монитора демонстрируется экспериментальная установка изучения фотоэффекта.
Схема экспериментальной установки для изучения фотоэффекта.
С помощью этой установки можно определить зависимость:
-фототока от напряжения задержки;
-фототока от мощности источника питания;
-фототока от длины волны светового потока.
2.2.2.Инновационные творческие исследования
На основе компьютерной проектной среды типа «Физика в картинках», «Открытая физика» можно провести творческие исследования при проведении лабораторных работ в компьютерном классе.
Преподаватель по степени подготовки студента выдает задание провести общие исследования или инновационные творческие исследования.
Общие исследования позволяют студенту освоить базовый курс физики.
При инновационном творческом исследовании студенту дается возможность показать свою поисковую и аналитическую компетенцию.
Инновационные творческие исследование опытов Фарадея.
В данном исследовании студент получает задание:
1.Измерить высоту катушки и время движения постоянного магнита
2.Построить информационную модель процесса в виде таблицы
3.Построить график при помощи программы МS Excel ,в которую занести значение изменения магнитного потока и вектора магнитной индукции.
4.Измерить величину Э.Д.С. ,занести в таблицу и построить ее с помощью программы MS Excel
5Построить графики при помощи программы MS Excel
6. Зарисовать электрическую схему каждого опыта
В процессе выполнения лабораторной работы студент применяет знания, полученные на занятиях по физике и информатики, что дает ему возможность творчески подходить к исследованию.
Схема №1
Опыты Фарадея. Модель генератора переменного тока.
Для точного проведения опыта по схемы №1 проводим измерения параметров катушки: высоту и ширину катушки, толщину витка.
Вычисляем параметры катушки: площадь ,внутренний диаметр.
Данные измерения:
Высота катушки h=2.5см.
Количество витков 7шт.
Ширина катушки (внешний диаметр)- D=2,5см.
Данные вычисления:
Высота витка h1=2.5/7=0,3 см.
Площадь катушки S=(*d?)/4=2,504см..
Внутренний диаметр d=D-2*(h1)=1,785см
Магнитный поток Ф=В*S*h
Исследование зависимости магнитного потока от магнитной индукции.
Таблица №1
В(Тл) | 0,0004 | 0,0008 | 0,0015 | 0,0031 | 0,0063 | 0,0125 | 0,025 | 0,1 | |
Ф=ВSh(Вб) | 0,014 | 0,027 | 0.054 | 0,11 | 0,22 | 0,44 | 0,88 | 1,75 |
График зависимости магнитного потока от магнитной индукции.
Опыт№1. Исследование зависимости ЭДС электромагнитной индукции от магнитного потока. Во время эксперимента перемещаем постоянный магнит с постоянной скоростью. Данные опыта занести в таблицу №2.
Таблица№2 V-const.
Ф=ВSh(Вб) | 0,014 | 0,027 | 0.054 | 0,11 | 0,22 | 0,44 | 0,88 | 1,75 | |
D Ф/dt | 0,0068 | 0,014 | 0,027 | 0,055 | 0,11 | 0,22 | 0,44 | 0.88 | |
ЭДС(В) | 0,0023 | 0,0046 | 0,009 | 0,018 | 0,036 | 0,073 | 0,15 | 0,29 |
График зависимости ЭДС индукции от магнитного потока.
Вывод: Этот метод исследования дает полную картину зависимости ЭДС электромагнитной индукции от магнитного потока. С помощью программы МS Excel и точных расчетов и измерений построены графики :
-зависимости магнитного потока от магнитной индукции постоянного магнита;
-зависимости ЭДС электромагнитной индукции от магнитного потока.
Способствует:
- углублению и расширению знаний студента;
-формированию интереса к познавательной деятельности;
-овладению приема процесса познания;
-развитию познавательных способностей.
Заключение.
В процессе исследования закона электромагнитной индукции на основе опытов Фарадея в виртуальном режиме были сделаны следующие выводы:
-.виртуальный режим помог понять:
-причины возникновения индукционного тока;
-от чего зависит направление и величина индукционного тока;
-независимо, что перемещаем магнит или катушку возникает индукционный ток;
-перемещение катушки, подключенной к источнику питания, внутри другой катушки, то же возникает индукционный ток;
Проведя два метода исследования опытов Фарадея можно подвести итоги этой работы:
-общие исследования дают возможность всем студентам, не зависимо от степени подготовки ,понять причину возникновения индукционного тока и провести необходимые расчеты;
- инновационное- творческое исследования дает возможность более точно провести замеры и расчеты
- используя знания по дисциплине «Информатика» построены графики зависимости ЭДС :
-от скорости движения магнита;
-от величины магнитной индукции;
2.3.Методические указания по проведению лабораторных работ
2.3.1Лабораторная работа «Исследование явления фотоэффекта»
Главной целью лабораторной работы является эксперимент Столетова исследование явления фотоэффекта.
При подготовке к работе студент обязан ознакомиться с соответствующим разделом лекций и с литературой, указанной в описании.
Перед началом выполнения работы студент проходит собеседование с преподавателем, для которого необходимо:
1.иметь тетрадь, подготовленную для выполнения работы;
2.знать принцип работы схемы;
3 конкретно представлять все операции выполнения рабочего задания;
4. представлять вид исследуемых характеристик.
Алгоритм для проведения лабораторной работы.
Раздел: «Квантовая оптика».
Тема: «Исследование явления фотоэффекта»
Цель занятия: формирование умения проводить научные исследования явления фотоэффекта.
Модель. Фотоэффект
Схема состоит: 1.стеклянный баллон, 2.осещаемая пластинка(катод) 3.анод 4.батарея 5.гальванометр 6.потенциометр 7.окошко, прозрачное для видимого света и ультрафиолетовых лучей
Подготовка к работе:
1.Изучить по конспекту лекций и нижеприведенной литературе следующие вопросы:
а) Действие света на вещество;
б) Фотоэлектрический эффект
в) Законы фотоэлектрического эффекта
б) Вольт- амперная характеристика.
Указания к выполнению работы.
1.Включить компьютер, вставить диск, войти в программу «Квантовая физика», тема «Фотоэффект».
2.Провести исследования зависимости фототока от напряжения источника питания. С помощью мыши установить длину волны света и мощность источника питания света. Во время опыта длина воны света и мощность источника питания света остаются постоянными (их величины задаются преподавателем).
Изменяя напряжение источника питания с помощью потенциометра записать показания прибора в таблицу №1.
Плавно изменяя напряжение от -2В до +2В определите момент исчезновения фототока.
Таблица№1.
U, В | -2 | -1 | 0 | +1 | +2 | |
I,мА |
Постройте график по данным таблицы с помощью программы MS Excel.
3.Провести исследования зависимости фототока от мощности источника питания, при постоянной длине волны света и постоянном напряжении источника питания .Меняя мощность источника питания от 0 до 1мВт с помощью потенциометра ,записываем показания прибора в таблицу №2.
Таблица №2.
Р, мВт | 0 | 0.2 | 0.4 | 0.6 | 0.8 | 1 | |
I,мА |
Построить график по данным таблицы с помощью программы M S Excel.
4.Провести исследования зависимости фототока от длины волны света, при постоянном напряжении и мощности источника питания.
Меняя частоту или длину волны света от 400нм до 700нм,зафиксировать начало фотоэффекта .Определить красную границу света. Данные опытазанести в таблицу №3.
Таблица №3.
Л,нм | 400 | 500 | 600 | 700 | |
I,мА |
Перед началом выполнения работы преподаватель поясняет, как должна выполнятся лабораторная работа. Для записи студент должен иметь:
1.тетрадь, подготовленную для выполнения работы;
2.знать принцип работы схемы;
3.конкретно представлять все операции выполнения рабочего задания;
4.представлять вид исследуемых характеристик.
Алгоритм для проведения лабораторной работы.
Раздел: «Основы электродинамики».
Тем а «Электромагнитная индукция».
Название: «Исследование явления электромагнитной индукции».
Цель работы: формирование умения:
1.проводить исследование физических процессов в опытах Фарадея , используя компьютерные технологии.
2 изображать график зависимости Э.Д.С. от магнитной индукции и скости движения постоянного магнита .
3 строить информационную модель для описания физических процессов.
4 алгоритмически мыслить, т. е. планировать структуру
5.компетентных и коммуникативных способностей (сотрудничество с преподавателем и другими студентами).
Оборудование: Компьютер IBM PC 486, лазерный компакт-диск «Физика в картинках».
Порядок выполнения работы:
1Включить компьютер ,вставить диск, войти в программу « Электродинамика » тема « Опыты Фарадея»
2.Зарисовать:
а) картинку опытов Фарадея
Опыты Фарадея. Модель генератора переменного тока.
б) Провести на опыте №1 исследования зависимости Э.Д.С электромагнитной индукции от скорости движения постоянного магнита. при постоянной магнитной индукции. С помощью мыши перемещать постоянный магнит в катушке и фиксировать показания вольтметра. Данные опыта занести в таблицу№1.
Таб.№1. Во=0.2 Тл.Магнитная индукция В(Тл) | . 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | |
Скорость движения магнита (м/С) |
| |||||
ЭД.С. индукции (В) |
Скорость движения магнита вычислить по формуле V= E/(B*l*Sinб),где I=0.2м . б=90?.данные расчета занести в таблицу №1 и №2.
