Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2

Нажмите для полного просмотра!

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №2

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №3

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №4

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №5

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №6

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №7

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №8

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №9

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №10

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №11

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №12

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №13

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №14

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №15

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №16

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №17

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №18

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №19

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №20

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №21

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №22

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №23

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №24

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №25

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №26

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №27

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №28

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №29

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №30

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №31

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №32

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №33

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №34

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №35

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №36

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №37

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №38

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №39

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №40

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №41

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №42

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №43

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №44

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №45

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №46

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №47

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №48

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №49

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №50

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №51

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2, слайд №52

Содержание ▲

Вы можете ознакомиться и скачать презентацию на тему Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум. Часть 2. Доклад-сообщение содержит 52 слайдов. Презентации для любого класса можно скачать бесплатно. Если материал и наш сайт презентаций Mypresentation Вам понравились – поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте в закладки в своем браузере.

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1

Описание слайда:

Олимпиадный эксперимент – в школьный практикум

Слайд 2

Описание слайда:

Все задачи в предлагаемой презентации - авторские

Слайд 3

Описание слайда:

Полезные сайты Олимпиадная школа МФТИ, курс «Экспериментальная физика»: Международная олимпиада по экспериментальной физике (IEPhO): Информационный сайт Всероссийской олимпиады по физике:

Слайд 4

Описание слайда:

Обработка результатов, графики Все графики оформлены с помощью программы SciDavis

Слайд 5

Описание слайда:

Наши планы Магнитные явления. Постоянные магниты в школьном лабораторном практикуме Красивые демонстрации: униполярный двигатель; диамагнитная левитация Лабораторная работа «Магнитное торможение» Магнитные шары. Немного теории: магнитный диполь, основные формулы. Лабораторная работа «Сила сцепления магнитных шаров» Лабораторная работа «Определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли» Лабораторная работа «Определение вертикальной составляющей магнитного поля Земли. Магнитное наклонение»

Слайд 6

Описание слайда:

Униполярный двигатель

Слайд 7

Описание слайда:

Диамагнитная левитация

Слайд 8

Описание слайда:

Лабораторная работа № 1. Магнитное торможение Механизм магнитного торможения, численные оценки. Индукционный ток: I = BℓV/R Сила Ампера: FA = IBℓ = B2ℓ2V/R Fc = - βV, β = B2ℓ2/R Установившаяся скорость: Fc = mg (В2ℓ2/R)V = mg R = ρqℓ/S; m =ρmℓS  V = ρqρmg/B2~ 2 см/с ! ρq ~ 2*10-8 Ом м {R(5 км; 1 см2) = 1 Ом}; ρm ~ 8 г/см3; B ~ 0,3 Тл

Слайд 9

Описание слайда:

Цель работы. В работе экспериментально определяются: коэффициенты трения покоя μ0; коэффициент трения скольжения; коэффициент магнитного торможения β.

Слайд 10

Описание слайда:

Оборудование Алюминиевый желоб; штатив с лапкой; восемь одинаковых неодимовых магнитов в виде параллелепипедов (магниты намагничены параллельно своей самой короткой стороне); секундомер; линейка (рулетка); весы.

Слайд 11

Описание слайда:

теория Закон Ньтона: ma = mgsinα – μmg cosα – βV. Установившаяся скорость (а = 0): V = (mg/β) (sinα – μcosα) Линеаризованная зависимость: V/cosα = mg/β(tgα – μ) у = V/cosα, x = tgα. y = mg/β (x – μ) График этой зависимости – прямая линия. Отсечка на оси X x0 = μ, угловой коэффициент: tgφ = dy/dx = mg/β Физический смысл углового коэффициента – установившаяся скорость магнита при скольжении по вертикальной плоскости Vверт = mg/β.

Слайд 12

Описание слайда:

Эксперимент. Таблица № 1, t(S)

Слайд 13

Описание слайда:

График t(S). Выводы t ~ S Движение магнита равномерно Путь разгона мал

Слайд 14

Описание слайда:

Эксперимент. Таблица № 2. Зависимость v(α)

Слайд 15

Описание слайда:

Линеаризованный график v(α): v/cosα = mg/β (tgα – μ)

Слайд 16

Описание слайда:

Лабораторная работа Закон взаимодействия магнитных шаров

Слайд 17

Описание слайда:

Необходимые сведения Индукция поля B точечного магнитного диполя Pm на расстоянии r от диполя (система СИ): B = μ0/4π {3(Pmr)r/r5 – p/r3}, где μ0 – магнитная константа; На магнитный диполь Pm в поле B действует механический момент: M = [Pm B] Энергия диполя Pm в поле B: W = - (Pm B)

Слайд 18

Описание слайда:

Поле на оси диполя Поле на оси диполя: B = (μ0/4π) 2p/r3 μ0/4π = 10-7 Гн/м

Слайд 19

Описание слайда:

Задание №1 Определить расположение северного и южного полюсов магнитного шара

Слайд 20

Описание слайда:

Магнитное поле Земли. Магнитное поле Земли соответствует полю однородно намагниченного шара = полю диполя, расположенного в центре Земли. Величина: B ~ 50 мкТл = 0,5 Гс

Слайд 21

Описание слайда:

Где север? Где юг? Как найти полюса шарообразного магнита?

Слайд 22

Описание слайда:

Решение

Слайд 23

Описание слайда:

Задания № 2, 3 Снимите зависимость максимальной силы сцепления одинаковых шаров от их диаметров F(d) Результаты измерений сравните с теорией

Слайд 24

Описание слайда:

Сила сцепления магнитных шаров: F ~ d2 Шары взаимодействуют как жёсткие точечные диполи! F = - ∂W/∂r = PmB/r = -Pm(2Pm/r3)/r =-(μ0/4π)6Pm2/r4 F =(μ0/4π)6Pm2/r4 Шары расположены вплотную: F ~ Pm2/d4 = (pV)2/d4 ~ p2d6/d4 ~ d2

Слайд 25

Описание слайда:

Экспериментальная установка

Слайд 26

Описание слайда:

Эксперимент. Таблица № 1 Зависимость F(d)

Слайд 27

Описание слайда:

Зависимость F(d): F ~ d2

Слайд 28

Описание слайда:

Лабораторная работа Горизонтальная составляющая магнитного поля Земли Определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли методом крутильного маятника

Слайд 29

Описание слайда:

Цель работы Определение величины магнитного момента магнитного шарика; проверка свойства аддитивности для магнитных моментов; определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли

Слайд 30

Описание слайда:

Оборудование Неодимовые магнитные шары диаметром d2 = 6 мм (10 штук), набор бумаги для заметок (толщина стопки ~ 30 мм), штатив из немагнитного материала, тонкая нить, штангенциркуль, весы, секундомер.

Слайд 31

Описание слайда:

Параметры шаров Магнитные шарики d = 6 мм m = 0,867 г Pm = 99,6 мДж/Тл

Слайд 32

Описание слайда:

Магнитные моменты шаров (μ0/4π) 6Pm2/rmax4 = mg → Pm = {mgrmax4/6(μ0/4π)}1/2

Слайд 33

Описание слайда:

Прочность «магнитной цепочки» метод «сцепления»: F0 = (μ0/4π) 6Pm2/d4 Mg =F0(1 + 1/24 + 1/34 + 1/44 + …) ≈ 1,08F0 Эксперимент: M = 506 г  F0 = μ0/4π 6Pm2/d4 = Mg/1,08  Pm = d2{Mg/1,08(μ0/4π)}1/2 = 99,6 мДж/Тл

Слайд 34

Описание слайда:

Период крутильных колебаний Ind2φ/dt2 = -PmBhφ → Inφ” + PmBhφ =0 → период колебаний: T = 2π(In/PnBh)1/2 = 2π(In/nPmBh)1/2 In ≈ 1/12 Mℓ2 = 1/12 nm(nd)2 = n3md2/12 T(n) = 2π(md2/12PmBh)1/2 n → T = kn, k = 2π(md2/12PmBh)1/2

Слайд 35

Описание слайда:

Как учесть упругость нити? Ответ на следующем слайде

Слайд 36

Описание слайда:

Решение Колебание системы с P = 0 (см. рис.)  Результат T = ∞ Выводы: упругость нити на период колебаний практически не влияет Магнитный момент – величина аддитивная

Слайд 37

Описание слайда:

I(n) = 1/12 md2 n3 P(n) = Pmn In = 1/12 Mℓ2 = 1/12 nm (nd)2 = 1/12 md2 n3

Слайд 38

Описание слайда:

Зависимость T(n)

Слайд 39

Описание слайда:

График T(n)

Слайд 40

Описание слайда:

Расчёты: Bh ≈ 15,3 мкТл T = 2π(md2/12PmBh)1/2 n = βn  Bh = 4π2md2/12Pmβ2 ≈ 15,3 мкТл Табличные значения: Bтабл(φ = 50-60 0с.ш.) = 15 мкТл (Физические величины. Справочник под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова, Москва, Энергоатомиздат, 1991 г.)

Слайд 41

Описание слайда:

Лабораторная работа Вертикальная составляющая магнитного поля Земли Определение вертикальной составляющей индукции магнитного поля Земли по механическому моменту сил M = PmBv

Слайд 42

Описание слайда:

Цель работы Определение вертикальной составляющей индукции магнитного поля Земли по механическому моменту сил; проверка свойства аддитивности для магнитных моментов шариков; определение магнитного наклонения. Сравнение полученных величин с табличными и расчетными значениями.

Слайд 43

Описание слайда:

Магнитное наклонение Магнитное наклонение – это угол β, который вектор B образует с горизонтальной плоскостью: tgβ = BV/Bh

Слайд 44

Описание слайда:

Расчётное значение магнитного наклонения поле диполя: B = (μ0/4π) {3(Pmr)r/r5 – Pm/r3}, μ0 – магнитная постоянная, μ0/4π = 10-7 Гн/м.

Слайд 45

Описание слайда:

Расчётное значение магнитного наклонения Вертикальная составляющая поля: Bv = 2Pmcosθ/R3 горизонтальная составляющая поля: Bh = Pmsinθ/R3 → tgβ = Bh/Bv = 2ctgθ = 2ctg(900 + φ) = - 2tgφ для московского региона (φ = 55 – 560 с.ш.): β = - arctg(2tgφ) ≈ - 710

Слайд 46

Описание слайда:

Оборудование 10 одинаковых магнитных шариков диаметром d = 6 мм; весы; нитка; проволока; штатив из немагнитного материала; ножницы; линейка. магнитный момент одного шарика диаметром 6 мм pm = 99,6 мДж/Тл.

Слайд 47

Описание слайда:

Схема установки

Слайд 48

Описание слайда:

Так выглядит реальный опыт

Слайд 49

Описание слайда:

Эксперимент. Зависимость M(n)

Слайд 50

Описание слайда:

График зависимости M(n) = npmBv = kn, k = pmBV BV = k/pm

Слайд 51

Описание слайда:

Результаты Вертикальная составляющая: Bv = k/Pm = 47,7 мкТл Горизонтальная составляющая: Bh = 15,3 мкТл Полное поле: B = (Bh2 + Bv2)1/2 = 50,1 мкТл Магнитное наклонение: β = arctg(Bv/Bh) = arctg(3,12) = 72,20