báo cáo thực hành các bài thí nghiệm vật lý

Khảo sát lực từ tác dụng lên dòng điện I chạy qua đoạn dây dẫn thẳng l đặt trong khôngF gian có từ trường đều .B 2... Khi góc này bằng 0 độ dòng điện song song với từ trường, lực từ đạ

H C Ọ VI N Ệ CÔNG NGH Ệ BƯU CHÍNH VIỄ THÔNG N

CÁC BÀI THÍ NGHIỆM VẬT LÝ

BÀI BÁO CÁO THỰC HÀNH

NHÓM 7 Lớp :D23CQDK01-N Ngày làm thí nghiệm: 16/05/2024

Tên thành viên nhóm: Mã số sinh viên:

1 Nghiêm Đức Thuận N23DCDK077

2 Hoàng Minh Quân N23DCDK061

3 Nguyễn Thành Tài N23DCDK064

4 Dương Tấn Thịnh N23DCDK076

1

Trang 1

Mối quan hệ giữa F~f(I)

40

35

30

25

20

15

10

5

0

KHẢO SÁT TƯƠNG TÁC TỪ CỦA DÒNG ĐIỆN NGHIỆM

ĐỊNH LUẬT AMPE VỀ LỰC TỪ

I - MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM :

1. Khảo sát lực từ tác dụng lên dòng điện I chạy qua đoạn dây dẫn thẳng l đặt trong khôngF

gian có từ trường đều B

2. Nghiên cứu sự phụ thuộc của lực từ vào cường độ dòng điện I, độ dài dây dẫn l và gócF

giữa phương chiều của dòng điện và phương chiều của , từ đó nghiệm định luật Ampe B

về lực từ và xác định độ lớn của B

II - KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM :

1 - Khảo sát sự phụ thuộc của từ lực F vào các đặc trưng của dòng điện và của từ trường Bảng 1 : Khảo sát sự phụ thuộc của lực từ F vào cường độ dòng điện I chạy trong khung dây :

Với b = 42,5mm, n = 100 vòng, α = 90 0

I

(A)

Fo (mN) (mN)F’ F=F’-Fo (mN)

Đồ thị mô tả mối quan hệ F~f(I)

41 34

28

20

1

2

Mối quan hệ giữa F~f(b)

25

20

15

10

5

0

b(mm)

Trang 2

Bảng 2 : Khảo sát sự phụ thuộc của lực từ F vào độ dài b của các đoạn dòng điện

Với I = 0,2(A), n = 100 vòng , α = 900

b

(mm)

Fo (mN)

F’

(mN)

F=F’-Fo (mN)

Đồ thị mô tả mối quan hệ F~ f(b)

21

12

7

Bảng 3 : Khảo sát sự phụ thuộc của lực từ F vào góc giữa chiều của dòng điện và chiều của

từ trường

Với I = 0,2 (A), n = 100 vòng b = 22,5 mm

α

(độ)

Fo (mN) (mN)F’ Sin α

F=F’-Fo (mN)

Mối quan hệ giữa F~(sina)

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

0 0,2 0,4 0,6

sin a

Trang 3

Đồ thị mô tả mối quan hệ F~ f(sin )α

- Dựa trên phân tích đồ thị, ta có thể rút ra các nhận xét sau:

- Độ dài đoạn dòng điện và cường độ dòng điện có ảnh hưởng đến lực từ, tức là khi độ dài đoạn dòng điện hoặc cường độ dòng điện tăng lên, lực từ cũng sẽ tăng lên

- Góc giữa dòng điện và từ trường cũng ảnh hưởng đến lực từ Khi góc này bằng 0 độ (dòng điện song song với từ trường), lực từ đạt giá trị cực đại, và khi góc này bằng 90 độ (dòng điện vuông góc với từ trường), lực từ bằng 0

- Công thức định luật Ampe có thể được thiết lập dựa trên các thông số trên như sau:

F = BILsin(θ)

Trong đó:

F là lực từ đang được tính toán (đơn vị: Newton)

B là độ lớn của từ trường (đơn vị: Tesla)

I là cường độ dòng điện đi qua đoạn dòng điện (đơn vị: Ampere)

L là độ dài của đoạn dòng điện nằm trong từ trường (đơn vị: mét)

θ là góc giữa dòng điện và từ trường (đơn vị: độ)

- Định luật Ampe nói rằng "Điện trường xoay chiều được tạo ra xung quanh một dây dẫn thẳng bằng với cường độ dòng điện đi qua dây đó." Định luật này thể hiện mối quan hệ giữa lực từ, cường độ dòng điện, độ dài đoạn dòng điện và góc giữa dòng điện và từ trường được

mô tả bằng công thức trên

Xác định giá trị độ lớn của véc tơ B của từ trường đã cho :

Kết luận : F ~ sin I l α hay là : F k I l.sina=

Trong đó hệ số tỷ lệ k chính là đại lượng đặc trưng cho từ trường, có giá trị bằng độ lớn của véc tơ cảm ứng từ B

Ta xác định giá trị của B từ các kết quả đo với α = 90 ( bảng 1 bảng 2):0

Trang 4

Theo bảng1:

I(A) N Số

vòng L (m) F (N) k

F

B n l I.

Theo bảng 2 :

B n l I.

Kết

quả : B B B

2

Trang 5

NGHIÊN CỨU TỪ TRƯỜNG CỦA MỘT ỐNG DÂY THẲNG DÀI ĐO

CẢM ỨNG TỪ VÀ KHẢO SÁT PHÂN BỐ CỦA B

DỌC THEO CHIỀU DÀI ỐNG DÂY

I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

1 Suy công thức của cảm ứng từ B do 1 ống dây thẳng dài gây ra tại một điểm trên trục của nó

2- Nêu phương pháp đo cảm ứng từ B của cuộn dây thẳng dài dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ đối với dòng xoay chiều

II KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ XỬ LÍ SỐ LIỆU

I - Đo cảm ứng từ B và khảo sát sự phụ thuộc của B vào cường độ dòng điện I chạy qua ống dây

1/

Bảng số liệu : Cố định vị trí đo B tại vị trí giữa cuộn dây (x=15 cm)

Bảng 1

Ampe kế: DT9205A+

Thang đo: 300 mA

Cấp chính xác: 99,99%

TESLAMETER MC-8086 Thang đo: 1,999mT

Cấp chính xác: 99,95% I~(mA) Io(mA) Bo(mT) I~(mA) Io(mA) Bo(mT)

50 50 2 0,3 250 50 2 1,1

190 190 2 0,8 400 190 2 1,75

2/

Vẽ đồ thị : Bo=Bo (I) ( đo tại vị trí giữa cuộn dây , x =15 cm )

Sử dụng chương trình bảng tính Excel, nhập các cặp dữ liệu Io , Bo từ bảng 1 và vẽ

đồ thị Bo =Bo(Io), với Io =

I của dòng điện là biên độ cường độ dòng điện, I là cường độ hiệu dụngơ

3/ Nhận xét kết quả : so sánh kết quả đo Bo với kết quả thu được từ tính toán lý thuyết theo (3) Từ các kết quả thu được trên bảng 1 và đồ thị ( H4) cho ta kết luận gì về sự phụ thuộc Bo vào Io ? về cách tạo ra một từ trường có cường độ cho trước ?

Từ đồ thị ta có nhận xét ứng với mỗi giá trị I tăng dần thì B đơn điệu Để tạo ra 1 từ0 0

trường có cường độ B cho trước, ta điều chỉnh cường độ dòng điện thỏa mãn0 I 4r2 10 B.R 7 N

vớiB B 0 N là số vòng dây của cuộn dây, R là bán kính cuộn dây

II

- Khảo sát sự thay đổi của cảm ứng từ B dọc theo chiều dài ống dây

1/

Bảng số liệu : Cố định dòng điện I chạy qua ống dây ( I = 0,2 4 0,3A), đo Bo dọc theo chiều dài ống dây, tại các vị trí cách nhau 10 mm

Bảng 2 : Dòng điện I = 200mA (cố định)

Ampe kế: DT9205A+

Thang đo: 200mA

Cấp chính xác: 99,5%

TESLAMETER MC-8086 Thang đo: 5mT

Cấp chính xác: 99,95%

x(mm) B0(mT) x(mm) B0(mT) x(mm) B0(mT)

Đồ thị Bo=Bo(Io)

1,4

1,2

1

0,8

0,6

0,4

0,2

0

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Io(mA)

Trang 6

300 0,41

2)

Vẽ đồ thị: B 0=B0(x) (Với x = 0 > 300mm)

Sử dụng chương trình bảng tính Excel, nhập các dữ liệu x, B từ bảng 2 và vẽ đồ thị 0

B0=B (x)0

3)

Nhận xét kết quả:

Từ các kết quả trên bảng 2 và đồ thị (H5), rút ra nhận xét về tính đông nhất của từ trường trong ống dây, trong khoảng không gian bao nhiêu dọc theo chiều dài ống dâytừ trường có thể xem là đều với đốai lệch không quá 1% ? Từ trường tại mép ống dây (x=0) có giá trị bằng bao nhiêu so với vị trí giữa ống (x=150 mm) ?Từ đồ thị và bảng ta có nhận xét như sau: Trong ống dây từ trường có độ lớn bằng nhau tại mọi điểm Từ x=30 (cm) đến x=270 (cm) trong ống dây từ trường tại mỗi điểm có thể xem là bằng nhau Từ trường tại vị trí mép ống (x=0) có giá trị xấp sỉ bằng một nửa so với giá trị giữa ống (x=150)

Hình 6: Đồ thị Bo = Bo(Io) tại x = 150 mm

Đồ thị Bo=Bo(x), I=250mA

1,2

1

0,8

0,6

0,4

0,2

0

0 50 100 150 200 250 300 350

x(cm)

Trang 7

Hình 7: Đồ thị B0=B (x)0

Bảng số liệu nhận được bằng tính toán lý thuyết theo (3) và các kết quả

đo nhận được từ thực nghiệm, với I= …A

Vị trí

x(mm) (mm)L-x R (mm) cos γ 1 cosγ 2 n

I0 LT:B0

(mT)

TN:B0

(mT)

150 150 21 0.99 -0,99 2500 250 0,65 1,05

Nhận xét: Ta thấy kết quả thực nghiệm gần bằng kết quả lý thuyết hay biểu thức tính cảm ứng từ trong lòng ống dây được nghiệm đúng

Trang 8

KHẢO SÁT HỆ VẬT CHUYỂN ĐỘNG TỊNH TIẾN QUAY

XÁC ĐỊNH MÔMEN QUÁN TÍNH CỦA BÁNH XE

VÀ LỰC MA SÁT Ổ TRỤC

I - MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM :

1.Khảo sát chuyển động của hệ vật vừa tịnh tiến vừa quay, gồm một quả nặng chuyển động tịnh tiến liên kết với một bánh xe quay quanh trục cố định bằng một sợi dây

2.Xác định lực ma sát F của ổ trục quay và mômen quán tính I của bánh xe trên cơ sở ápms

dụng định luật bảo toàn và biến đổi cơ năng đối với hệ

II.KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

1.BẢNG 1

- Khối lượng quả nặng : m = 0,295 ± 0,0001 (kg)

- Độ chính xác thước kẹp : 0,02 (mm)

- Độ chính xác của máy đo thời gian MC-964 : 0,001 (s)

- Độ chính xác của máy đo thước milimet T : 0,02 (mm)

- Độ cao của vị trí A : h = 1 61,5 ± 1(mm)

Lần đo d

(mm)

Δd (mm)

t (s)

Δt (s) (mm)h2 (mm)Δh2

Chú ý: Sai số tuyệt đối của các đại lượng đo trực tiếp d, t, h được xác định bằng tổng sai số 2

của các dụng cụ và tổng sai số của các lần đo:

Δd = (Δd) +dc Δd= 0,02+ 0,026=0,046 (mm)

Δt = (Δt) + dc Δt 0,001 + =

0,05536=0,05636(g) Δh2 = (Δh2)dc + Δh2=

4,72+1=5,72(mm)

2 Tính lực ma sát ổ trục :

• Sai số tỉ đối trung bình

𝛿=Δ𝑓𝑚𝑠 2(ℎ1Δh2+h2Δh1)=Δm + Δg + 𝟏𝟎−𝟒+ 𝟎 𝟎𝟏 , + 𝟐 𝟐𝟎𝟎 𝟒 𝟕𝟐 𝟓𝟑𝟖 𝟒 𝟏( , + , )

𝟎 𝟐𝟗𝟓 𝟗 𝟖 , 𝟐𝟎𝟎 𝟐 − 𝟓𝟑𝟖 𝟒 , 𝟐 =0,0105

1 2