Исследовательская работа по физике: « Изучение свойств магнитного поля»

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЯЯ ОБЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА с. БУРИКАЗГАНОВО МУНИЦИПАЛЬНОГО РАЙОНА СТЕРЛИТАМАКСКИЙ РАЙОН  РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН Исследовательская работа по физике: « Изучение свойств магнитного поля»         Выполнил: ученик 9 класса                                                               МОБУ СОШ с. Буриказганово                                                             Богданов Шамиль Фаратович                                                               Руководитель: учитель физики                                                             Газтдинова Зиля Габбасовна 2017 г. Содержание Актуальность работы Цель работы Задачи I. Введение II. Практическая часть.                      1.Определение магнитного поля Земли 2.Измерение индукции магнитного поля постоянного магнита 3.Изучение  магнитного поля мобильного телефона. 4. Влияния магнитного поля на живые клетки III. Заключение IV. Список литературы 2 Актуальность темы: Тема пользы и вреда электромагнитных волн особо  актуальна в наше время, ведь  каждый день сталкиваемся с приборами,  которые излучают их, причиняя вред нашему здоровью. К сожалению, мы не  всегда знаем, как себя уберечь от их пагубного влияния. В этих целях я  исследовал магнитное поле Земли в данной местности и магнитные поля  проводников с током, которые усиливают поле Земли. Цель исследования: экспериментальными способами обнаружить  магнитное поле и изучить его свойства. Задачи. 1.Подбор литературы, изучение, анализ и обобщение литературы по проблеме. 2.Подготовить приборы к практическим работам, и провести исследования. 3.Обработка результатов. Гипотезы:  1.Магнитное   поле   это   особый   вид   материи,   порождается   электрическим током. 2.Магнитное поле  обнаруживается по действию на электрический ток.   Для   проведения   исследования   я   использовал   следующие   методы: эксперимент,   сравнение,   фотографирование,   анализ   данных,   составление таблиц. 3 Введение.   Развитие технического прогресса, создание все новых и новых приборов и устройств, так облегчающих повседневную жизнь, дающих неоспоримые преимущества во всех сферах трудовой деятельности, несут человечеству комфорт и процветание – с одной стороны. С другой – уровень порожденных этой деятельностью окружающих нас электромагнитных полей уже значительно превысил естественный фон Земли. Электромагнитные   поля   всегда   с   нами рядом: слушаем радио, смотрим телевизор,  работа в компьютерах,  разговоры по сотовым связям. Но насколько они безопасны в нашей жизни, чем будут нам грозить? И я в своих исследованиях хотел измерить магнитные поля проводников с током и сравнить магнитным полем Земли,  исследовать влияние магнитного поля на живые клетки в примере всхожести семян бобовых культур (маша). Практическая часть.  1. Определение магнитного поля Земли. Цель работы – измерить горизонтальную составляющую магнитного поля Земли. Оборудование:   тангенс­гальванометр,   постоянный   источник   питания, амперметр, вольтметр. Теоретическая часть.   Что же  является причиной земного магнетизма, т.е. существования у Земли  магнитного поля?  По современным воззрениям первая причина – это процессы,  происходящие в недрах Земли. Ядро Земли является жидким и состоящим из  железа; в нем циркулируют круговые токи, которые и порождают земное  магнитное поле: вокруг токов всегда есть магнитное поле.  4 Вторая причина существование радиационных поясов. В 1958 году при  помощи космических аппаратов российские и американские ученые открыли  существование вокруг Земли двух “поясов”, которые расположены в  экваториальной плоскости. Эти “пояса” состоят из движущихся потоков  заряженных частиц – протонов и электронов, которые создают кольцевой ток.  Какими свойствами обладает магнитное поле Земли? Магнитное поле Земли напоминает поле знакомого нам полосового  магнита. Северный полюс этого магнита находится в южном полушарии и не  на поверхности Земли, а на некоторой глубине, а южный магнитный полюс – в  северном полушарии и тоже в недрах планеты. Если мы мысленно соединим  эти полюсы прямой, то полученный отрезок диаметром Земли не будет! Это –  первая особенность магнитных полюсов Земли. Есть ещё одна особенность  этих полюсов: они постепенно смещаются. На основе изучения  намагниченности извергнутых из глубины Земли и осадочных пород на  морском дне получены данные, говорящие о том, что магнитное поле Земли  некогда имело почти противоположное направление, по сравнению с  нынешним. Магнитное поле Земли – своеобразный щит, оберегающий нас и весь  органичный мир. Не будь у Земли магнитного поля, защищающего её от  солнечной радиации, наша планета превратилась бы в выжженную пустыню, а  живые существа погибли бы. П   остоянно ли магнитное поле Земли или оно изменяется? Магнитное поле Земли не остаётся постоянным, оно испытывает  медленные изменения во времени.  Но особенно большие изменения могут  происходить в магнитосфере Земли. Эта область околоземного пространства,  в котором сосредоточено магнитное поле Земли, простирается на расстоянии  70­80 тыс. км в направлении на Солнце и на многие млн. км – в  противоположную сторону. В магнитосферу Земли вторгается множество  заряженных частиц, входящих в состав солнечного ветра (потока плазмы  солнечного происхождения). Для определения магнитного поля Земли используют прибор, называемый тангенс   –   гальванометром.   (Слайд).   Его   можно   изготовить   самим.   Брать изолированную алюминиевую проволоку, изготовить катушку с диаметром 21 см, содержащий 6 витков. В центре   катушки на горизонтальной площадке установить  компас. При   отсутствии   тока   в   катушке   магнитная   стрелка   устанавливается   по направлению вектора магнитной индукции магнитного поля Земли. Если по катушке пропустить ток, то он создаст свое магнитное поле. Магнитное поле катушки с током направлен по оси катушки,  а величина равна  IN Вк = µ0  R 2 . 5 Вк –вектор магнитной индукции катушки; µ0   ­магнитная постоянная; µ0 = 1,26 *10­6 Гн/м I – сила тока в катушке;    N –число витков;  R – радиус катушки.  Магнитное   поле    В   равна   векторной   сумме   магнитного   поля   Земли   и магнитного поля катушки с током (по принципу суперпозиции магнитных полей)   Именно в направлении вектора  В  ориентирована стрелка компаса. Отсюда  – это угол между направлением стрелки и плоскостью катушки. tg  К BB Г ,  где  φ Порядок выполнения работы.  Необходимо собрать цепь из тангенс­гальванометра, постоянного источника питания, амперметра,  1. Вращая катушку тангенс – гальванометра вокруг вертикальной оси, совместим северный полюс стрелки с нулевым делением шкалы компаса. 2.Включаем источник питания, установим минимальный уровень выходного напряжения и плавно увеличиваем его до тех пор, пока стрелка компаса не начнет откланяться. После успокоения записываем значение угла отклонения стрелки компаса и значение силы тока протекающего по катушке.     IN 3.По формуле Вк = µ0  R 2   вычислим магнитное поле катушки с током. 4.Определим величину вектора магнитной индукции Земли: Вг В tg №  опыта Сила тока  I,А Угол отклонен ия (град) Вектор  магнитной индукции  катушки , мкТл 1 2 3 4 0,08 0,18 0,26 0,6 15 30 45 60 2,88 6,48 9,36 21,6 0,3 0,6 1 1.7 tg φ Вектор магнитной индукции Земли, Вг, мкТл 10,75 11,4 9,36 12,7 = к / φ 6 • Выводы: В данной местности  среднее значение магнитного поля ­11,5 мкТл, Магнитное поле Земли в Европе – 20 мкТл. (Слайд) Практическая работа №2.  Тема: Определение индукции магнитного поля постоянного магнита. Цель   работы:   определить  индукции   магнитного   поля   постоянного магнита. Приборы и принадлежности: подковообразный магнит, технические весы с набором разновесов, амперметр, реостат, источник постоянного тока. Теоретическая часть. На   проводник   с   током   в   однородном   магнитном   поле   действует сила Ампера, величину которой можно определить по формуле:   ,         где B – индукция магнитного поля постоянного магнита, l – длина участка  проводника в магнитном поле,  – угол между направлением магнитных  силовых линий и направлением тока в проводнике. Направление   силы   Ампера   определяется   правилом   левой:   левую   руку располагают так, чтобы в ладонь входили магнитные силовые линии (линии  ), четыре пальца указывали направление тока в проводнике, тогда отогнутый большой палец укажет направление силы.  Величину индукции   магнитного   поля постоянного   подковообразного магнита   можно   определить   с   помощью   весов, заменив   одну   из   чашек прямоугольной  рамкой,  на которую  намотано 50   витков   провода. Нижняя часть рамки располагается между полюсами постоянного подковообразного магнита,   закрепленного   на   основании   весов.   Между   полюсами   магнита располагается рамка с активной частью  l= 7 см. Эта длина равна ширине 7 полюсов магнита. При пропускании тока по рамке на l рамки действует сила Ампера  проводник   расположен   перпендикулярно   магнитным   силовым   линиям ( ,  ): В   результате   равновесие   весов   нарушится.   Чтобы   восстановить равновесие   весов,  необходимо  изменить  массу   гирь,  добавив  или  удалив   с чашки   весов   перегрузок   будет   численно равен силе, действующей на проволоку  с током  .   Вес   этого   перегрузка  . Следовательно: Из   этого   равенства   определим   величину   магнитной   индукции В поля  . магнита, учтя, что    Порядок выполнения работы. 1.Изготовим катушку прямоугольной формы, шириной 7 см. 2.     Установим  весы, измерим линейкой ширину полюсов магнита  l. 3.     Включим установку в сеть 12В и при трех значениях силы тока I текущего . по   виткам   рамки, Силу тока  регулируем  по  амперметру  с  помощью реостата  R.    произвести   измерения   величины  4.      Каждый опыт провести при прямом и обратном токе, не изменяя величины тока I. 5.     По формуле  рассчитаем величину индукции  В, для каждого измерения. 6.Рассчитать среднее значение магнитной индукции .  7. Измерим  магнитное поле постоянного магнита индикатором. Ближе  полюсам  вектор магнитной индукции  увеличивается до 9 мТл.  № l ,м 0,07 1 2 3 N 50 50 50 I, A 0,6 0,8 1 , Н 0,015 0,02 0,03 В, мТл Сред значение В, мТл 7,5 7 7 8,5 8 Вывод:  среднее значение вектора магнитной индукции постоянного магнита равно 7, 5 мТл. (Слайд) Практическая работа №3. Тема: Изучение  магнитного поля мобильного телефона. Цель. Обнаружить магнитное поле телефона  и изучить  выполнение  принципа суперпозиции для магнитных полей.  Теоретическая часть. Принцип   суперпозиции   магнитных   полей:  если   магнитное   поле   создано несколькими проводниками с токами, то вектор магнитной индукции в какой­ либо   точке   этого   поля   равен   векторной   сумме   магнитных   индукций, созданных в этой точке каждым током в отдельности: Порядок выполнения работы. 1. Собрать   последовательную   цепь   из   источника   питания,   катушки, реостата и миллиамперметра. 2. Дать напряжение   и  получить ток   0,2 мА. 3. Рядом с миллиамперметром поставить телефон и наблюдать увлечение показания миллиамперметра во время вызова. 9 4. Наблюдать изменение показания, когда телефон в чехле. 5. Сделать соответствующие выводы. (Слайд) Выводы:  Во   время   вызова   показание   миллиамперметра   увеличивается, электромагнитная волна (магнитная составляющая) телефона и магнитное поле катушки с током по принципу суперпозиции суммируются. Практическая работа №4. Тема: Влияния магнитного поля на живые клетки. Цель: Исследовать влияния магнитного на живые клетки (на  всхожесть семян). Оборудование:   дугообразный   магнит   (   2шт),   семена   маша,   салфетки, посуды (3 шт). 1. Разбить семена маша (из семейства бобовых) на 3 части.  Посуду   №1    поставить   в   магнитное   поле,   где   линии   поля   совпадают   с направлением ростка семян. Посуда   №2:   направление   роста   семян,   перпендикулярно   к   магнитным линиям. Посуда №3 поставить вне магнитного поля постоянного магнита.(Слайд) Все   посуды   с   семенами   находятся   при   одинаковой   температуре   и влажности воздуха и освещенности. Наблюдения: 10 Дата наблюдения 07.11.17 08.11.17 09.11.17 Посуда №1 Посуда №2 Посуда №3 посев набухание  Ростки 20 ­ 22мм посев набухание  Ростки ­12 ­15 мм посев Набухание слабо  Ростки 7 ­ 10 мм Ростки   I   группы   в   течение   всего   периода   эксперимента   развиваются достаточно быстро, ростки длинные. Ростки  II группы по короче, но более толстые, чем ростки I  группы.  В посуде №3­семена растут медленнее. Выводы:   Магнитное   поле   оказывает   влияние   на   всхожесть   семян,   т.е.   на зародыш  растений.  Это  показывает   результаты   всходов  наблюдаемых  нами семян I­ II  посуды. Заключение. Все   работающие   электроприборы   создают   вокруг   себя электромагнитное   поле,   которое   вызывает   движение   заряженных   частиц: электронов, протонов, ионов или молекул. Клетки живого организма состоят из   заряженных   молекул  –  белков,   ионов   воды  –  и   тоже   обладают   слабым электромагнитным полем. Под влиянием сильного электромагнитного поля ионы,   обладающие   зарядом,   совершают   колебательные   движения   и   в организме могут начаться изменения.   В  малой   дозе   электромагнитное   поле  организму  может  оказывать   и позитивное действие (магнитное лечение, электролечения), так и негативные (например, разрушение клеточных структур).  Поэтому   надо   учитывать   такие   моменты,   как   у   отдельно   взятого прибора   поле   может   быть   ниже   стандарта,   а   когда   электрооборудований много,   поле   усиливается.   Поэтому   в   доме   надо   создать   безопасную обстановку. 11 Литература. 1.   Савельев   И.В.   Курс   общей   физики:   Учебное   пособие:   в   3­х   т.   т.2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика: Учебное пособие. – 3­е изд.– М.: Наука, 1998. 2.Гольдин Л.Л. Лабораторные занятия по физике. ­ К.: Наука, 1983г. 3.Физические величины: Справочник/ Под ред. И.С. Григорьева, Е.З.  М.: Энергоатомиздат, 1991г. 4.wikipedia.org/wiki/Магнитное_поле. 12 13