Logo
Logo

Магнитное трение в трубках с разрезом

Разбалловка

00  ?? Перечислите все предметы оборудования и вашего рабочего места, к которым магнитится выданный вам магнит.

01  -1.00 Запрещено наносить какие-либо надписи напрямую на алюминиевые или пластиковые трубы. Если вам необходимо нанести какие-то отметки, приклейте малярный скотч вдоль трубы или сделайте наклейки в нужных вам местах. Ручкой и карандашом можно писать только на малярном скотче.
Дежурный по аудитории имеет право в любой момент проверить наличие надписей на трубах. В случае обнаружения надписей, дежурный немедленно ставит штрафной балл в лист ответов. Утверждение, что вы сотрете надписи позже, не принимается. Штрафной балл можно получить до 20 раз.

A1  ?? Измерьте расстояния от верхнего края трубы до середины первой катушки $L_1$ и от середины первой катушки до середины второй $L_2$ и занесите их в лист ответов.

A1. 1 Если $L_2<50 ~см$ -0.50
A2  0.50 Найдите время $t$, за которое магнит пролетает между центрами двух катушек. Выразите $t$ через $L_1, L_2, \mu_1 ,g,\alpha$, где $\mu_1$~— коэффициент трения скольжения между трубкой и магнитом.

A2. 1 Правильная формула:
$$t = \sqrt{\frac{2}{(\sin{\alpha -\mu \cos{\alpha}})g}} (\sqrt{L_1+L_2}-\sqrt{L_1})$$
0.50
A3  0.50 На листе ответов качественно изобразите картину сигнала, регистрируемого осциллографом. Укажите, как вы измеряете время $t$ по осциллограмме.

A3. 1
Изображён ряд импульсов, указан способ измерения времени.
0.50
A4  1.40 Снимите зависимость времени $t$ от угла наклона $\alpha$ пластиковой трубы для 7 различных углов. Диапазон углов должен быть в интервале $(\pi/4;\pi/2)$.

A4. 1 Сняты точки. 7 × 0.20
A5  0.20 Предложите линеаризацию зависимости, полученной в пункте А2.

A5. 1 Зависимость $\frac{1}{t^2 \cos{\alpha}}$ от $\mathrm{tg}{\alpha}$:
$$\frac{1}{t^2\cos{\alpha}}=\mathrm{tg}{\alpha}\frac{g}{2(\sqrt{L_1+L_2}-\sqrt{L_1})^2}-\frac{\mu g}{2(\sqrt{L_1+L_2}-\sqrt{L_1})^2}$$
или аналогичная.
0.20
A5. 2 Если $g$ определяется по свободному члену. -0.10
A6  0.50 Постройте график в координатах, соответствующих линеаризации в пункте A5.

A6. 1 Наличие 7 точек на графике. 7 × 0.05
A6. 2 Построена прямая. 0.15
A6. 3 Неправильный масштаб графика. -0.10
A6. 4 Не подписаны оси -0.10
A6. 5 Оси не пронумерованы или пронумерованы некорректно. -0.10
A7  0.40 Используя график, определите $g$. Оцените погрешность.

A7. 1 $g =9.8 \pm 0.3 \frac{м}{с}$ 0.40
B1  2.00 Измерьте радиус магнита $R$ и его высоту $H$. Определите дипольный момент магнита $M$. С помощью схем, диаграмм, графиков поясните, как вы это делаете.

B1. 1 Приведён работающий метод определения магнитного момента диполя. 0.50
B1. 2 Снята зависимость показаний датчика Холла от расстояния до магнита (точки с расстоянием до центра магнита меньше 6 см не оцениваются). 5 × 0.20
B1. 3 По снятой зависимости определён магнитный момент магнита.
Узкие ворота:
$m = 3.85 \pm 0.25 ~А \cdot м^2$
0.40
B1. 4 Широкие ворота:
$m = 3.85 \pm 0.5 ~А \cdot м^2$
0.10
C1  0.50 Найдите зависимость скорости магнита $v_\text{магн}$ от времени через $t, g, k, \mu_2, \alpha$, где $\mu_2$~— коэффициент трения скольжения между алюминиевой трубкой и магнитом.

C1. 1 $$v_{магн} = (1-e^{-\frac{k}{m}t})\frac{mg}{k} (\sin{\alpha} - \mu \cos{\alpha})$$ 0.50
C2  0.50 Выразите установившуюся скорость $u$ через $g, k, \mu_2, \alpha$.

C2. 1 $$u = \frac{mg}{k} (\sin{\alpha} - \mu \cos{\alpha})$$ 0.50
C3  0.50 Схематично изобразите экспериментальную установку, с помощью которой можно измерить установившуюся скорость на нескольких интервалах. Поясните с помощью диаграмм, графиков, осциллограмм, что и как вы измеряете, чтобы рассчитать установившуюся скорость.

C3. 1 Изображена правильная установка и изображена правильная осциллограмма. 0.50
C4  0.50 Каким образом вы проверяете, что на исследуемом участке скорость можно считать установившейся? Объясните с помощью диаграмм, графиков, осциллограмм.

C4. 1 Изображена осциллограмма или иным способом доказано постоянство скорости. 0.50
C5  1.00 Снимите зависимость установившейся скорости движения магнита от угла наклона алюминиевой трубы для не менее 7 углов наклона. Для каждого угла наклона усредните установившуюся скорость по не менее трем интервалам. В таблицах указывайте первичные данные, снимаемые с приборов.

C5. 1 Сняты точки 7 × 0.10
C5. 2 Для всех точек проведено не менее трёх измерений 0.30
C6  0.50 Предложите линеаризацию зависимости, полученной в пункте C2, чтобы можно было определить коэффициент трения скольжения $\mu_2$ и коэффициент в силе сопротивления $k$.

C6. 1 Предоставлена линеаризация с использованием $v$
(например $\frac{v}{\cos{\alpha}}$ от $\mathrm{tg}{\alpha}$ : $\frac{v}{\cos{\alpha}} = \mathrm{tg}{\alpha}\frac{mg}{k}-\mu \frac{mg}{k}$)
или $\Delta t$
(например $\frac{1}{\Delta t\cos{\alpha}}$ от $\mathrm{tg}{\alpha}$ : $\frac{1}{\Delta t\cos{\alpha}} = \mathrm{tg}{\alpha}\frac{mg}{\Delta l k}-\mu \frac{mg}{\Delta l k}$).
0.50
C7  0.50 В соответствии с C6 постройте график зависимости для определения $\mu_2$ и $k$.

C7. 1 Наличие 7 точек на графике. 7 × 0.05
C7. 2 Построена прямая. 0.15
C7. 3 Неправильный масштаб графика. -0.10
C7. 4 Не подписаны оси. -0.10
C7. 5 Оси не пронумерованы или пронумерованы некорректно. -0.10
C8  0.50 Используя график, определите $\mu_2$ и $k$.

C8. 1 Узкие ворота:
$k = 0.95 \pm 0.10 \frac{кг}{с}$
0.40
C8. 2 Широкие ворота:
$k = 0.95 \pm 0.20 \frac{кг}{с}$
0.10
C9  0.50 Определите удельную проводимость алюминия $\sigma$. Оцените погрешности.

C9. 1 $\sigma = 35 \frac{м}{Ом \cdot мм^2} \pm 20 \frac{м}{Ом \cdot мм^2}$ 0.50
D1  4.00 Для каждой трубы определите соответствующий коэффициент в силе сопротивления $k_i~(i=2,3,4,5)$. Будьте внимательны, эффекты проявляющиеся здесь, очень тонкие. Следите за качеством снимаемых с установки данных и их оптимальной обработкой.

D1. 1 Труба 2 мм. Измерение скорости. 7 × 0.10
D1. 2 Труба 3 мм. Измерение скорости. 7 × 0.10
D1. 3 Труба 4 мм. Измерение скорости. 7 × 0.10
D1. 4 Труба 5 мм. Измерение скорости. 7 × 0.10
D1. 5 $k_i \in [0.45;0.60] \frac{кг}{с}$ 4 × 0.20
D1. 6 На зависимости $k_i(i)$ есть хотя бы 3 монотонно убывающие точки, из которых хотя бы одна попала в ворота. 0.40
D2  1.00 Измерьте ширину разреза $x$ и постройте график зависимости $k_i$ от $x$.

D2. 1 $x$ усреднён по нескольким измерениям. 0.20
D2. 2 На график нанесены полученные точки. 4 × 0.10
D2. 3 Зависимость $k_i(i)$ аппроксимирована прямой (если есть хотя бы 3 точки всего и хотя бы одна точка попала в ворота). 0.40
D3  0.50 Определите параметры зависимости, полученной в пункте D2.

D3. 1 $$\frac{ dk}{dx} =- [5;20] \frac{кг}{м\cdot с}$$ 0.30
E1  4.00 Найдите положение и ширину разрезов. С помощью формул и картинок поясните, как вы это делаете и приведите расчеты.

E1. 1 Метод измерения мгновенной скорости 1.00
E1. 2 Измерение скорости на переходах (максимум по 10 на каждый переход) 40 × 0.03
E1. 3 Измерение скорости на разрезах 'полочка' (максимум по 5 на каждый) 10 × 0.03
E1. 4 Измерение скорости на сплошных кусках 'полочка' (максимум по 5 на каждый) 10 × 0.03
E1. 5 Правильное определение координат широкого разреза
$l_1 = 20 \pm 1 ~см$
$l_2 = 40 \pm 1 ~см$
2 × 0.20
E1. 6 Правильное определение координат узкого разреза
$l_3 = 65 \pm 1 ~см$
$l_4 = 85 \pm 1 ~см$
2 × 0.20
E1. 7 Правильное определение ширины широкого разреза
$x_1 = 7 \pm 0.5 ~мм$
0.20
E1. 8 Правильное определение ширины узкого разреза
$x_2 = 4 \pm 0.5 ~мм$
0.20