Набор демонстрационный по магнитному полю кольцевых токов

Введение в изучение электромагнетизма

Понимание природы магнитного поля, создаваемого электрическим током, является одним из фундаментальных разделов курса физики. Изучение этих явлений требует не только теоретической подготовки, но и наглядного экспериментального подтверждения ключевых закономерностей. Набор демонстрационный по магнитному полю кольцевых токов представляет собой современный учебный комплекс, позволяющий преподавателям и учащимся проводить исследования магнитного поля катушек различной геометрии с использованием цифровых технологий.

Назначение и возможности набора

Цели использования

Набор демонстрационный предназначен для экспериментальной демонстрации магнитного поля, создаваемого электрическим током, и силового взаимодействия между проводниками при протекании по ним электрического тока . Оборудование обеспечивает изучение основных понятий и закономерностей по темам «Магнитное поле тока» и «Сила Ампера», а также решение исследовательских задач, связанных с магнитным взаимодействием и структурой магнитного поля, создаваемого катушками различной геометрии.

Образовательные задачи

С помощью набора можно решать широкий спектр образовательных задач:

• Изучение зависимости индукции магнитного поля от силы тока в проводнике

• Исследование влияния плотности витков соленоида на величину магнитного поля

• Анализ распределения магнитного поля на оси плоской катушки

• Изучение конфигурации магнитного поля в системе катушек Гельмгольца

• Демонстрация взаимодействия параллельных и антипараллельных токов

Состав набора

Основные компоненты

В состав набора демонстрационного по магнитному полю кольцевых токов входят следующие элементы :

1. Соленоид сдвоенный — ключевой элемент для изучения магнитного поля длинной катушки. Устанавливается на собственную подставку. Основные характеристики: диаметр 51 мм, длина секции 230 мм, число витков секции 212/115 .

2. Катушка плоская (2 штуки) — предназначена для изучения магнитного поля кольцевого тока. Средний диаметр катушки составляет 148 мм, число витков — 160. К каркасу прикреплен стержень для фиксации катушки в штативе .

3. Провод специальный — соединительный провод длиной 120 см для сборки электрических цепей .

4. Цифровой датчик магнитного поля — измерительный прибор, действие чувствительного элемента которого основано на эффекте Холла. Датчик обеспечивает измерения в двух диапазонах: от -40 до +40 мТл и от -5 до +5 мТл. Погрешность измерений составляет 5% .

5. Соединительный кабель USB — для подключения датчика к персональному компьютеру .

6. Шкала на магнитной основе — предназначена для измерения расстояний при проведении экспериментов по изучению распределения магнитного поля вдоль оси катушек .

7. Резистор 1 Ом — включается в цепь питания катушек для контроля тока с помощью датчика напряжения .

8. Нить (2 штуки) — для подвешивания и фиксации элементов экспериментальных установок .

9. Программное обеспечение для проведения экспериментов — содержит сценарии для регистрации зависимостей магнитного поля от силы тока и координаты .

10. Программное обеспечение для моделирования — обеспечивает расчетное моделирование конфигураций магнитного поля внутри соленоида и вокруг плоской катушки .

Методическое сопровождение

В комплект входит методическое руководство на русском языке, содержащее указания по выполнению 6 экспериментов на собираемых установках. Описание опытов сопровождается фотографиями установок и скриншотами программного обеспечения, показывающими, какие результаты учитель получит в ходе демонстрации .

Программное обеспечение

ПО для проведения экспериментов

Программное обеспечение для проведения экспериментов содержит 4 сценария по изучению зависимости магнитного поля от силы тока и регистрации на компьютере зависимостей магнитного поля от координаты .

Каждый из сценариев включает в себя оптимальные настройки используемых датчиков для проведения эксперимента и для последующей обработки собранных данных. Сценарии позволяют выполнить все этапы научного исследования:

• Демонстрация качественных закономерностей наблюдаемого процесса (больше-меньше, растет-убывает-не зависит)

• Проведение количественных исследований с измерением величин

• Формирование таблицы наблюдений

• Построение графиков

• Сопоставление полученных экспериментальных данных с графиками различных функций

• Обработка данных методом линеаризации

ПО для моделирования

Расчетная модель по магнитному полю катушки обеспечивает расчет и представление на компьютере картины магнитного поля, возникающего вокруг катушки с током . Это позволяет визуализировать распределение магнитного поля, что особенно важно для понимания пространственной структуры поля.

Перечень демонстраций и исследований

Набор позволяет провести следующие демонстрации и исследования :

1. Направление вектора магнитной индукции поля плоской катушки с током — изучение ориентации магнитного поля относительно направления тока.

2. Зависимость индукции магнитного поля катушки от силы тока в ней — количественное исследование пропорциональной зависимости B ~ I.

3. Связь плотности витков соленоида с индукцией магнитного поля в нем — сравнение магнитного поля в секциях с разным числом витков.

4. Зависимость индукции магнитного поля на оси плоской катушки от расстояния до её центра — изучение пространственного распределения поля.

5. Исследование магнитного поля катушек Гельмгольца — анализ однородности магнитного поля в системе двух одинаковых катушек.

6. Взаимодействие параллельных и антипараллельных токов — демонстрация притяжения и отталкивания проводников с током.

Преимущества использования набора

Для преподавателя

• Возможность наглядной демонстрации сложных физических явлений

• Автоматизация сбора и обработки экспериментальных данных

• Снижение времени на подготовку и проведение демонстраций

• Наличие готовых сценариев экспериментов

Для учащихся

• Формирование экспериментальных навыков работы с цифровым оборудованием

• Понимание связи теории и практики

• Развитие навыков анализа данных и построения графиков

• Визуализация абстрактных физических понятий

Для образовательного учреждения

• Соответствие требованиям ФГОС и Приказа Минпросвещения РФ

• Включение в реестр промышленной продукции, произведенной на территории РФ

• Наличие российского программного обеспечения, включенного в реестр Минцифры

• Возможность участия в государственных закупках по 44-ФЗ и 223-ФЗ

Технические характеристики основных элементов

Заключение

Набор демонстрационный по магнитному полю кольцевых токов является современным, высокоэффективным учебным оборудованием, предназначенным для изучения одного из ключевых разделов курса физики — электромагнетизма. Сочетание классических демонстрационных элементов с цифровыми измерительными технологиями позволяет существенно повысить наглядность и точность экспериментов, а также развивать у учащихся навыки работы с современным оборудованием.

Включение набора в учебный процесс способствует:

• Формированию глубокого понимания физических закономерностей

• Развитию экспериментальных и исследовательских компетенций

• Повышению интереса учащихся к изучению физики

• Подготовке к выполнению заданий ОГЭ и ЕГЭ по разделу «Электродинамика»

Для образовательных учреждений, стремящихся к модернизации кабинета физики и повышению качества преподавания, приобретение данного набора становится важным шагом в создании современной образовательной среды.