Цель работы: исследовать поведение проводника с током в магнитном поле.

Оборудование: источник постоянного тока, дугообразный и полосовой магниты, штатив с лапкой, проволочная катушка, реостат, ключ, соединительные провода.

Описание работы

Требуется определить (качественно), как зависит сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, от значения магнитной индукции, силы тока в проводнике и длины проводника.

Ход работы

1. Положите дугообразный магнит на стол, как показано на рисунке 1, и подвесьте одну из катушек к лапке штатива, чтобы она не касалась вставленного в неё полюса дугообразного магнита.

Рис. 1

Концы катушки подключите через реостат и ключ к источнику постоянного тока. Реостат установите на максимальное сопротивление.

2. Замкните цепь на несколько секунд и заметьте, насколько отклонится катушка от первоначального положения.

3. Изменяя положение ползунка реостата (то есть изменяя силу тока), повторите опыт 2—3 раза.

Сделайте вывод, как зависит сила, действующая на катушку, от силы тока в ней. Запишите свой вывод.

4. Заметьте величину отклонения катушки от первоначального положения при той же силе тока (то есть при том же положении движка реостата) в случае, когда в катушке находятся два магнита (дугообразный и полосовой), сложенные вместе одноимёнными полюсами, как показано на рисунке 2.

Сравнив этот опыт с предыдущим, сделайте вывод, как зависит сила, действующая на катушку с током, от значения магнитной индукции. Запишите свой вывод.

1. Приступаючи до розв’язання задач з будь-якої теми, спочатку вивчіть

теоретичний матеріал за підручником, розберіться в прикладах розв’язання

типових задач.

2. Уважно прочитайте умову задачі, вникаючи в її зміст. Чітко уявіть

собі фізичне явище, процеси, які відображені умовою задачі.

3. Запишіть коротку умову задачі, вказуючи всі величини з умови

задачі та їх числові значення. Окремо позначте величини, що шукаються в

задачі. Числові значення переведіть в одиниці СІ.

4. Ретельно виконайте креслення, котре пояснює зміст задачі (в тих

випадках, коли це можливо). Є деякі задачі, що розв’язуються графічно, тоді

правильно виконане креслення буде розв’язанням задачі.

5. Згадайте, якому закону підпорядкований фізичний процес і якими

формулами він описується математично. Якщо формул декілька, співставте

величини, що входять у різні формули, із заданими величинами та тими, які

необхідно знайти.

6. На першому етапі розв’язуйте задачу в загальному вигляді, тобто

виводьте формулу, в котрій шукана величина виражена через величини,

задані в умові. Винятки із цього правила вкрай рідкі й бувають у двох

випадках: якщо формула якої-небудь проміжної величини настільки

громіздка, що обчислення цієї величини значно спрощує подальший запис

розв’язання; якщо числовий розв’язок задачі значно простіший, ніж

виведення формули.

Дано:

¹⁶₈O - Кислород

⁴₂He - Гелий

mΔ(⁴₂He) = 0,002604 а.е.м.

mΔ(¹⁶₈O) = -0,005085 а.е.м.

c² = 931,5 МэВ/а.е.м.

Найти:

Eсв.(4α) - ?

1) Запишем сначала уравнение реакций необходимую для разделений ядра ¹⁶₈O на 4 одинаковые частицы:

¹⁶₈O → ⁴₂He + ⁴₂He + ⁴₂He + ⁴₂He ⇒ ¹⁶₈O → 4⁴₂He

2) В этом случаем минимальная энергия на деление равна:

Eсв.(4α) = Eсв.(¹⁶₈O) - 4Eсв.(⁴₂He)

3) Энергий связи мы определим по их формулах:

Eсв.(¹⁶₈O) = Δmc² = (Z×m(прот.) + N×m(нейт.) - mΔ(¹⁶₈O))с² = (Z×m(прот.) + (A-Z)×m(нейт.) - mΔ(¹⁶₈O))c² - энергия связи кислорода

Eсв.(⁴₂He) = Δmc² = (Z×m(прот.) + N×m(нейт.) - mΔ(⁴₂He))с² = (Z×m(прот.) + (A-Z)×m(нейт.) - mΔ(⁴₂He))c² - энергия связи гелия

4) Теперь подставим формулы из ( 3) ) во ( 2) ) с учетом значений Z и A для обоих ядер:

Eсв.(4α) = (Z×m(прот.) + (A-Z)×m(нейт.) - mΔ(¹⁶₈O))c² - 4(Z×m(прот.) + (A-Z)×m(нейт.) - mΔ(⁴₂He))c² = (8m(прот.) + (16-8)×m(нейт.) - mΔ(¹⁶₈O))c² - 4(2×m(прот.) + (4-2)×m(нейт.) - mΔ(⁴₂He))c² = (8m(прот.) + 8m(нейт.) - mΔ(¹⁶₈O))c² - 4(2m(прот.) + 2m(нейт.) - mΔ(⁴₂He))c² = (8m(прот.) + 8m(нейт.) - mΔ(¹⁶₈O))c² - (8m(прот.) + 8m(нейт.) - 4mΔ(⁴₂He))c² = (8m(прот.) + 8m(нейт.) - mΔ(¹⁶₈O) - 8m(прот.) - 8m(нейт.) + 4mΔ(⁴₂He))c² = (-mΔ(¹⁶₈O) + 4mΔ(⁴₂He))c² ⇒ Eсв.(4α) = (-mΔ(¹⁶₈O) + 4mΔ(⁴₂He))c²

5) Далее мы решаем его нахождение:

Eсв.(4α) = (-(-0,005085 а.е.м.) + 4×0,002604 а.е.м.)×931,5 МэВ/а.е.м. = (0,005085 а.е.м. + 0,010416 а.е.м.)×931,5 МэВ/а.е.м. = 0,015501 а.е.м. × 931,5 МэВ/а.е.м. ≈ 14,439 МэВ ≈ 14,4 МэВ

ответ: надо приложить энергию Е большую или равную энергию связи Eсв.(4а), тоесть E>=Eсв.(4а) = 14,4 МэВ