Методическая разработка

ПРИМЕНЕНИЕ ДАТЧИКА МАГНИТНОГО ПОЛЯ

НА УРОКАХ ФИЗИКИ

Волкова Любовь Анатольевна, учитель физики

МОУ «Средняя общеобразовательная школа № 50 г. Чебоксары»

1

Оглавление.

Введение

…………………………………………………………………………………….. 3

Основная часть.

1. Компьютерная измерительная система L - микро

1.1. Основные принципы демонстрационного эксперимента на базе

L-микро …………………………………………………………….. 4

1.2. Компьютерный измерительный блок ……..……………....…… 4

2. Датчик индукции магнитного поля

2.1. Краткое описание датчика магнитного поля ………………….. 6

2.2. Технические характеристики…….……………………….……... 6

3. Практическая часть

3.1.Постановка эксперимента ……. ………………………………… 7

3.2. Результаты работы ………………………...…………….……….. 7

Заключение ………………………………………………………………….. 12

Введение.

2

Цель: изучить возможности применения датчика магнитного поля на уроках

физики.

Основные задачи:

1.

Изучить состав и технические возможности применения

демонстрационных наборов «Электричество – 1», «Электричество – 3»,

комплекта цифровых измерителей тока и напряжения для изучения темы

«Магнитное поле».

2.

Провести эксперименты по изучению магнитного поля постоянных

магнитов, дугового электромагнита и катушки с током.

3.

Представить

результаты

работы

в

виде

методического

пособия

по

проведению демонстрационных опытов.

Необходимое

оборудование:

компьютер,

компьютерный

измерительный

блок,

наборы

«Электричество

–

1»,

«Электричество

–

3»,

комплекта

цифровых измерителей тока и напряжения, постоянные магниты, дуговой

электромагнит.

В последние годы цифровые технологии всё шире используются в

образовательном процессе. В школьный обиход входят учебно-наглядные

пособия демонстрационного и лабораторного назначений нового поколения.

Одним из таких пособий является компьютерная измерительная система L-

Микро.

Оборудование лаборатории L-микро по физике представляет новую

систему оборудования для кабинета физики, основанное на использовании

самых

современных

технических

и

педагогических

технологий.

Эффективность его использования в учебном процессе во многом зависит от

степени подготовки школьного учителя. В настоящее время наблюдается

дефицит методических разработок по использованию данной измерительной

системы.

Поэтому

многие

учителя

физики,

не

владея

технологией

постановки демонстрационных опытов с использованием оборудования L –

микро, просто отказываются от их применения на своих уроках.

Мы

в

своей

работе

исследовали

возможности

применения

датчика

магнитного поля на уроках физики и представили результаты работы в виде

методического пособия для учителей физики. Это позволит учителям более

активно применять новую технику и использовать ее с максимальным

эффектом.

Основная часть.

3

1. Компьютерная измерительная система L - микро

1.1. Основные принципы демонстрационного эксперимента на базе L-

микро

Выпускаемое

оборудование серии L-микро® представляет собой

единую

экспериментальную

среду,

объединяющую

демонстрационное

оборудование и наборы для лабораторных работ и практикума. Его ядром

является персональный компьютер с измерительным блоком. Для проведения

измерений служат датчики физических величин, которые подключаются к

измерительному блоку. Компьютерный измерительный комплекс дополняется

цифровыми

измерителями,

применение

которых

для

решения

ряда

педагогических задач имеет преимущества по сравнению с компьютером.

Серийно

выпускаемые

комплекты

оборудования

охватывают

основные

разделы

школьного

курса.

Основные

принципы

демонстрационного

эксперимента на базе L-микро® :



принцип

сопряженности

экспериментальной

установки

с

компьютерной измерительной системой



принцип

выполнения

эксперимента

в

соответствии

со

сценарием,

заложенным в компьютерную программу и описанным в методическом

руководстве;



принцип

обязательности

подготовки

учителя

к

проведению

эксперимента с использованием компьютера



наличие сценария, определяющего порядок проведения эксперимента;



объединение

оборудования

в

комплекты,

предназначенные

для

изучения определенных разделов курса;



применение

оборудования,

сконструированного

с

учетом

использования датчиков или цифровых измерительных приборов.



обработка

данных

с

помощью

компьютерной

программы

и

представление на экране результатов обработки в виде цифр и графиков



обеспечение

повторяемости

начальных

условий

эксперимента,

что

позволяет

накапливать

данные

в

серии

последовательных

опытов

и

проводить их совместную обработку



наличие

элементов

управления

демонстрационной

установкой

от

компьютера



размещение

экспериментальной

установки

на

вертикальной

поверхности классной доски с металлической основой.



измерение физических параметров с необходимой точностью;



измерение нескольких интервалов времени в рамках одного запуска

движения механической системы;



одновременное измерение, вывод на экран и запись двух параметров

физической системы;



количественное

изучение

однократных

импульсных процессов в электродинамике.

1.2. Компьютерный измерительный блок.

4

Назначение:

Подключение к компьютеру датчиков и измерительных устройств,

используемых в учебном демонстрационном эксперименте и работах

практикума.

Технические характеристики

- 2 канала регистрации данных (подключение до 2 датчиков одновременно)

- канал управления внешним устройством (например, электромагнитом)

Фото 1. Компьютерный

- диапазон измеряемых напряжений – от -10 В до +10 В

измерительный блок

- точность измерения напряжения - 5 мВ

- Максимальная частота оцифровки сигнала, кГц 40

- Входное сопротивление, кОм 100

Входы 1 и 2 измерительного блока служат для подключения датчиков (к

каждому входу может подключаться до 2 датчиков). Вход 3 предназначен для

подключения удлинительного кабеля (к которому также могут быть

подключены один или два датчика) и управления внешним устройством

(электромагнитом).

Параметры внешнего устройства:

Потребляемый ток - не более 0,45 А

Напряжение питания - не более 12В

Минимальные системные требования к компьютеру:

Windows 95/98/ME/NT4/2000/XP, Pentium II 400 Мгц или аналогичный, 64

Мбайт ОЗУ, CD-ROM, mouse, 30 Мбайт свободного места на жестком диске

Компьютерный измерительный блок L-микро преобразует сигнал,

поступающий от датчиков, в цифровой код, который далее обрабатывается в

компьютере. Измерительный блок выполнен на базе 12-ти разрядного 4-х

канального аналого-цифрового преобразователя.

Компьютерный измерительный блок подключается к компьютеру с

помощью прилагаемого кабеля. При подключении кабеля к компьютеру

может быть использован переходник с 9-ти на 25-и контактный разъем. После

включения питания компьютера и измерительного блока программное

обеспечение самостоятельно производит настройку аппаратуры.

2. Датчик индукции магнитного поля

2.1. Краткое описание датчика магнитного

поля

Датчик

магнитной

индукции

предназначен

для

измерения

индукции

постоянного

5

магнитного поля при проведении демонстрационных экспериментов и

исследовательских работ учащихся.

2.2. Технические характеристики



Диапазон измерения индукции

от - 200 до +200 мТл



Погрешность измерения

± 5%



Диапазон рабочих температур

от - 10° до 40° С

Фото 2. Датчик индукции

магнитного поля

3. Практическая часть

3.1. Постановка эксперимента

Датчик магнитной индукции нами применялся в следующих экспериментах:



Исследование магнитного поля постоянных магнитов

6



Нахождение полюсов неизвестных магнитов



Исследование магнитного поля катушки с током

При этом нужно помнить, что индукция северного полюса отмечается знаком

«-».

3.2. Результаты работы

1) Исследование магнитного поля постоянных магнитов

- Исследование магнитного поля вокруг постоянного магнита.

Фото 3. Проведение эксперимента по изучению поля возле полосового

магнита

7

Рис. 1. Результаты эксперимента.

Максимальное значение индукции магнитного поля на полюсах.

- Изучение зависимости магнитной индукции полюсов от расстояния

Фото 4. Проведение

эксперимента по

изучению зависимости

8

Исследование поля

вокруг магнита

магнитной индукции от

расстояния до полюса

магнита

Результаты эксперимента.

Рис. 2. График эксперимента.

Индукция магнитного поля по мере удаления от магнита уменьшается

(зависимость нелинейная).

2) Нахождение местоположения полюсов неизвестных магнитов.

Для эксперимента можно использовать любые магниты.

Фото 5. Постоянные магниты

3) Исследование магнитного поля катушки с током.

9

Расстояние,

см

0

1

1,5

2

Полюс

Магнитная индукция, мТл

Синий

- 72

- 14

- 10

- 5

Красный

+ 76

+ 17

+ 10

+ 5

График эксперимента

Фото 6. Экспериментальная

установка исследования.

Фото 7. Расположение датчика магнитного поля

При изучении магнитного поля катушки с током можно провести следующие

эксперименты:



нахождение полюсов катушки, изменение полюса катушки при

изменении направления тока в ней;



изучение зависимости магнитной индукции от силы тока;



влияние железного сердечника на магнитные свойства катушки;

- Нахождение полюсов катушки с током.

10

Если подносить датчик к разным частям катушки можно определить

положение полюсов. Магнитные полюса катушки с током находятся у ее

торцов. При изменении направления тока, значение магнитной индукции

меняется на противоположное.

- Изучение зависимости магнитной индукции от силы тока

Сила тока в цепи изменятся с помощью реостата.

Таблица 2. Результаты эксперимента

Рис. 3, 4. Графики эксперимента.

Индукция магнитного с увеличением силы тока увеличивается (зависимость

линейная).

- Влияние железного сердечника на магнитные свойства катушки с током.

Рис. 5, 6. Графики изменения магнитной индукции катушки с током при

наличии железного сердечника.

11

I, мА

13,4

22,9

26,2

В, мТл

±

1

±

4

±

8

График эксперимента для

южного полюса

График эксперимента

для северного полюса

Заключение.

В

своей

работе

мы

изучили

возможности

применения

датчика

магнитного поля на уроках физики при изучении темы «Магнитное поле».

Оборудование имеет очень простое подключение, и при работе с ним не

нужны никакие специальные знания кроме знания компьютерной техники.

Все

результаты

эксперимента

согласуются

с

теорией.

Датчик

можно

применять при постановке следующих демонстрационных опытов:



изучение магнитного поля постоянных магнитов



нахождение полюсов неизвестных магнитов



изучение магнитного поля катушки с током

Результатом работы является методическое пособие «Применение

датчика магнитного поля при проведении демонстрационных опытов по

физике

с помощью компьютерного измерительного комплекса L-микро®»

(см. Приложение). Мы изучили

далеко не все возможности

датчика

магнитного поля. В дальнейшем учитель, опираясь на нашу разработку,

самостоятельно сможет расширить границы применения этого датчика, в

том числе и для исследовательской работы учащихся.

12

13