高二物理 地磁场研究性学习报告.doc

课题开题报告 研究课题 “感受地磁场” 指导老师 课 题 策 划： 赵力红 课题指导负责： 沈忠立 指导老师成员: 余云峰、陆文辉、刘华斌、孙 方、林建峰 课题组员 由高二各班的研究小组的同学组成 研究起因 地球是个巨大的磁体，它周围空间存在的磁场叫地磁场。地磁场看不到，摸不着，地磁场产生原因到目前还未知，但它影响着我们的生活，对生产、科技发展、军事和生物也有着深远的影响；地磁场的研究涉及到众多物理知识。为此我们怀着浓厚的兴趣展开了对地磁场的研究。同时，高二刚好开始学习电磁场的知识，许多高考问题也涉及到地磁场。本课题的研究使我们学以致用。 课题的目的和意义 现行高中物理实验一般给定了具体的实验方案，这不利于我们探索能力的培养。而“感受地磁场”这一课题，老师完全放开让我们自己去探究。从研究项目、方案到具体实验器材的制作都需我们自己想办法解决，能让我们亲身经历研究的整个过程，并在实践中锻炼我们发现问题和解决问题的能力，培养其参与意识和创新精神。 研究方法 制定方案、讨论、实验、查资料 泽宇在细心的绕制跳绳线） “感受地磁场”之一-----跳绳发电 组员：李理、张泽宇（9班）、杨明、邵璐、周全 、陈中乐（10班） 一、实验目的：通过跳绳活动来感受我们周围的地磁场 二、实验原理：利用电磁感应原理让导线切割地磁场产生感应电流。 三、实验器材：①小磁针②多股铜导线③灵敏电流计（300μA预知内阻r =100Ω）④卷尺⑤秒表⑥量角器⑦多用表 四、实验过程 先用小磁针确定并标记实验地点地磁场的方向。将导线和连接成一个闭合回路 1．用一根导线（L=4.2m）：发现电流表偏转只有1格（10uA），为了获得更大的电流，于是杨明同学提出电线多几股就行了。 2．两根导线绕法带来的困惑 （1）发现指针不偏转：此时我们遇到了困难。通过排除装置的因素，是什么原因导致电流不偏转呢？ 分析原因：两跟导线切割产生的电动势大小相等、方向相反，故回路无电流，指针不偏转。 讨论并改进了实验方案： 3．导线用串联好还是并联好？ 开始同学们一致认为都一样，无区别。 （1）导线并联 出现困惑：实验后发现：并联后不管导线怎么增多（2根、5根、10根、30根导线并联），电流表的指针偏转与一根导线切割时指针偏转几乎相同，无增大。这是为什么呢？ 分析原因：30根导线并联，每根产生的电动势为E，并联总电动势还是E，主要原因是电路的总电阻几乎不变，R总= rG（电线的电阻小于1Ω），电路的总电流几乎不变。（开始分析时，同学们没有把电表的电阻记入在内） 五．实验结果记录： 我们如右图均匀摇动导线（像跳绳一样），邵璐记录50周期所用的时间t，同时由两名同学测量电线摇动的幅度D，并在停止摇动时测量两摇动导线同学手间的距离以及两手连与地磁场方向的夹角θ。其他同学观察灵敏 电流计指针并记录指针摆动的幅值A。 我们小组成员记录、论实验现象，填写实验记录表 1．绳子数不同，电流表的幅值A： N 项目 θ L/m D/m I/uA 1 900 4.2m 1.6m 10 5 900 4.2m 1.6m 30 10 900 4.2m 1.6m 50 实验结论：导线股数越多，则导线切割产生的电流越大 2．旋转速度不同 慢到大，发现指针偏转有小到大后摆了快后指针幅度又变小了。 结论： 变大原因：切割速度越大，根据E=BLv知，电路中产生的电流越大 变小的原因：电流方向变化的频率大了后，由于指针的惯性，指针来不及回摆。 3．多股导线根数串联 N= 17 电 流 表内阻：RG= 100.0 Ω 摇动50个周期的时间：t= 46.1 s 改变夹角，重复上述试验，记录数据并填表。 N 项目 θ L/m D/m I/uA 17 0 4．8 2.8 70 17 30 4．8 2.8 140 17 60 4．8 2.8 150 17 90 4．8 2.8 160 结论：当导线方向与地磁场空间垂直时，切割产生的电流最大。 4．地磁场的强度应当如何计算？ 周全同学提出能否从上面数据中求出学校所在区域的地磁场的大小，学生提出了一些近似算法。 （1）如果把导线的摇动看作匀速圆周运动，那么导线切割磁感线的平均速度应当怎样计算？ 我们一边分析，同时请教了老师。 如图，如果把导线的摇动看作匀速圆周运动，那么导线切割磁感线可以近似为长为L的直导线做半径为D/4的圆运动。 （建立模型如右图） 记录n周期所用的时间t，可知周期T 当感应电流出现最大值时，导线运动方向与