Лабораторная работа №9. Сборка электромагнита и изучение его действия
В работе собирают электромагнит из катушки, железного сердечника, источника тока, ключа и реостата. С помощью компаса определяют полюсы катушки с током, а по числу притянутых скрепок сравнивают действие электромагнита при разной силе тока, с сердечником и без него. В итоге сравнивают магнитное поле катушки с током с полем полосового магнита.
Цель работы. Собрать электромагнит, выяснить, от чего зависит его действие, и сравнить магнитное поле катушки с током (соленоида) с магнитным полем полосового магнита.
Сделать ҚМЖ по этой темеЦели обучения
- 8.4.3.4сравнивать магнитные поля, образованные полосовым магнитом и током в соленоиде
- 8.1.3.3знать и соблюдать технику безопасности в кабинете физики
Оборудование
- источник тока (4–6 В)
- ключ
- реостат
- амперметр
- катушка с проводом и железный сердечник
- компас
- стальные скрепки или мелкие гвозди
- полосовой магнит, железные опилки, лист картона
Ход работы
- 1
Собери цепь: источник, ключ, реостат, амперметр и катушка соединены последовательно; ползунок реостата поставь на наибольшее сопротивление.
- 2
Положи компас у одного из концов катушки, замкни ключ и посмотри, как повернулась стрелка. Определи, какой конец катушки северный, и разомкни ключ.
- 3
Поменяй местами провода на клеммах источника, снова замкни ключ и убедись, что полюсы катушки поменялись.
- 4
Вставь в катушку железный сердечник, установи реостатом силу тока, запиши её и сосчитай, сколько скрепок удерживает электромагнит.
- 5
Вынь сердечник и повтори опыт при той же силе тока.
- 6
С сердечником увеличь реостатом силу тока ещё два раза и каждый раз считай скрепки.
- 7
Если у катушки есть выводы с разным числом витков, сравни действие электромагнита при одной и той же силе тока.
- 8
Положи катушку на стол, накрой листом картона, насыпь опилки, ненадолго замкни ключ и слегка постучи по листу. Зарисуй картину и сравни её с картиной поля полосового магнита.
- 9
Разомкни ключ и разбери цепь.
Краткая теория
Вокруг проводника с током существует магнитное поле: стрелка компаса рядом с проводом поворачивается, когда по нему идёт ток. Если провод намотать витками, получится катушка (соленоид). Поля отдельных витков складываются, поэтому внутри катушки поле сильное и почти однородное. Магнитное действие тока впервые обнаружил на опыте Х. Эрстед в 1820 году.
Магнитное поле катушки с током похоже на поле полосового магнита: у катушки есть северный и южный полюсы, силовые линии выходят из северного конца, входят в южный и замыкаются внутри катушки. Полюсы находят по правилу правой руки: если обхватить катушку правой рукой так, чтобы четыре пальца показывали направление тока в витках, отставленный большой палец укажет на северный полюс. Если изменить направление тока, полюсы поменяются местами. В отличие от постоянного магнита, поле катушки можно включать и выключать и менять его силу.
Электромагнит — это катушка с железным сердечником. Сердечник в поле катушки намагничивается и во много раз усиливает её поле. Действие электромагнита тем сильнее, чем больше сила тока, чем больше число витков и если в катушке есть железный сердечник. Электромагниты применяют в подъёмных кранах, электрических звонках, реле и электродвигателях.
Виртуальный опыт
В симуляции «Электрическая лаборатория» открой схему «Электромагнит и компас». Замкни ключ и посмотри, как отклоняется стрелка компаса рядом с катушкой; разомкни ключ — стрелка вернётся. Меняй силу тока реостатом и сравнивай, насколько отклоняется стрелка при большем и меньшем токе. Запиши наблюдения в таблицу.
Ещё одна симуляция по теме: Электромагнит: от чего зависит сила
Таблица измерений
Лабораторная работа №9 · Физика, 8 класс. Сборка электромагнита и изучение его действия
Фамилия, имя, класс: ____________________ Дата: __________
| № опыта | I, А | Сердечник: есть / нет | Число витков | Число удерживаемых скрепок |
|---|---|---|---|---|
| 1 | ||||
| 2 | ||||
| 3 | ||||
| 4 | ||||
| 5 |
Расчёт и вывод
Расчёт по формулам в работе не нужен: результаты сравнивают по таблице.
Сравни число скрепок при одинаковой силе тока с сердечником и без него. Например (условные результаты): при I = 0,5 А без сердечника — 0 скрепок, с сердечником — 6; при I = 1,0 А с сердечником — 12. Значит, сердечник усиливает электромагнит, и с ростом силы тока его действие растёт.
Составь две колонки «сходство» и «различие» для катушки с током и полосового магнита: полюсы, вид силовых линий, можно ли выключить поле, можно ли поменять полюсы.
Число скрепок — грубая оценка: оно зависит от того, как подносить сердечник. Повтори каждый опыт 2–3 раза и возьми среднее.
Шаблон вывода: В ходе работы я собрал(а) электромагнит и установил(а), что его действие усиливается при … силы тока, при … числа витков и при наличии … . Магнитное поле катушки с током похоже на поле … : у неё есть … . В отличие от постоянного магнита, поле электромагнита можно … и … .
Контрольные вопросы
Что такое электромагнит?
Показать ответ
Катушка с током, внутри которой находится железный сердечник. Сердечник намагничивается и усиливает магнитное поле катушки.
Как усилить действие электромагнита?
Показать ответ
Увеличить силу тока, число витков катушки или вставить железный сердечник.
Как определить полюсы катушки с током?
Показать ответ
Компасом или по правилу правой руки: четыре пальца — по направлению тока в витках, отставленный большой палец показывает на северный полюс.
Чем похожи и чем различаются поле катушки с током и поле полосового магнита?
Показать ответ
Картины силовых линий и полюсы у них похожи. Но поле катушки существует только при токе, его силу можно менять, а полюсы — переставлять, изменив направление тока.
Где применяют электромагниты?
Показать ответ
В подъёмных кранах для переноса стального лома, в электрических звонках, реле, электродвигателях и громкоговорителях.
Техника безопасности
- Собирай и меняй цепь только при разомкнутом ключе, замыкай — после проверки учителем.
- Не держи цепь замкнутой долго: катушка и реостат при большом токе нагреваются.
- Не касайся оголённых проводов и клемм при замкнутой цепи.
- Опилки не бери руками и не насыпай их прямо на катушку; после работы вымой руки.
- При запахе гари или зашкаливании амперметра сразу разомкни ключ и сообщи учителю.
Учителю
ҚМЖ и СОР по теме этой работы ИИ собирает в кабинете Bilim Plus Ұстаз по кодам целей обучения. Симуляцию можно выдать классу или вывести на доску.
Вопросы
- Можно ли выполнить работу без приборов?
- Да, можно провести виртуальную лабораторную работу в симуляции «Электрическая лаборатория» со схемой «Электромагнит и компас». Результаты в журнал записывай так, как требует учитель.
- Как записать вывод?
- Назови, от чего зависит действие электромагнита, и подтверди это числами из таблицы. Затем перечисли сходства и различия поля катушки с током и поля полосового магнита.
- Почему стрелка компаса отклоняется только при замкнутом ключе?
- Магнитное поле катушки создаёт электрический ток. Нет тока — нет и поля, поэтому стрелка возвращается в положение север–юг.