3392

31

если множитель декады «10» и указатель стоит на цифре «7», то сопротивление данной декады равно 70 Ом.

Все сопротивления в магазине соединены последовательно. Поэтому сопротивление R0 магазина равно сумме сопротивлений всех включенных

декад.

Приборы и принадлежности: реохорд, гальванометр, магазин сопротивлений, исследуемые сопротивления, соединительные провода.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Условия проведения опыта задаются преподавателем или вариантом индивидуального задания.

2.Соберите электрическую схему, изображенную на рис. 6, включив в нее неизвестное сопротивление RХ1. После проверки схемы преподавателем

включите блок питания установки в сеть 220 В.

3. Установите заданные значения l1 и l2 на реохорде или R0 на магазине

сопротивлений.

При нажатой кнопке К , расположенной на корпусе гальванометра, уравновесьте мост подбором сопротивления R0 магазина или изменением плеч l1

и l2 путем передвижения контакта D на реохорде. (Убедиться в отсутствии

тока можно, нажимая и отпуская кнопку К : если мост уравновешен, то стрелка гальванометра остается неподвижной.)

Значения R0 , l1 и l2 , соответствующие равновесному состоянию моста,

запишите в табл. 1.

Сопротивление RХ1 измерьте при других заданных значениях плеч реохорда l1 и l2 или сопротивлений R0 . Результаты запишите в табл. 1.

32

4.При разомкнутом ключе К вместо сопротивления RХ1 включите в схему второе сопротивление RХ2 и выполните измерения, указанные в п. 3.

5.Сопротивления RХ1 и RХ2 соедините последовательно (рис.7) и

включите их в цепь: концы проводников А и С подсоединяются к точкам А и С схемы (рис.6). Пунктиром на рис.7 показаны дополнительные проводники. Для полученной схемы выполните измерения, указанные в п. 3.

6. Соедините сопротивления RХ1 и RХ2 параллельно (рис.7.), включите их в цепь и проведите измерения, указанные в п. 3.

7.По формуле (7) рассчитайте значения всех измеренных сопротивлений, а затем их средние значения.

8.Рассчитайте теоретические значения сопротивлений при последова-

γ - класс точности магазина сопротивлений;

l1 и l2 - погрешности длины плеч, которые принимаются равными цене деления шкалы реохорда.

33

10. В заключении по работе сравните измеренные и теоретические значения последовательного и параллельного соединений сопротивлений RХ1 и

RХ2 . Согласие считается хорошим, если разница между опытными и теоретическими значениями не превышает 2 RХ .

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.В чем заключается закон Ома для участка цепи?

2.Сформулируйте правила Кирхгофа.

3.Что значит уравновесить мост? Каково условие равновесия моста?

4.Изменится ли равновесие моста, если внезапно уменьшится ЭДС источника питания?

5.Можно ли уравновесить мост, изменяя сопротивление только одного плеча моста?

6.Какую роль играет достижение равновесия в мостике Уитстона:

-магазин сопротивлений;

-реохорд?

7.Почему в диагональ нагрузки моста включается чувствительный гальванометр, а не обычный амперметр?

8.Какие значения сопротивлений и как можно включить на магазине сопротивлений, входящем в установку?

9.От каких величин и как зависит сопротивление проволоки? Почему в

расчетную формулу (7) входит только длина проволоки?

10.Как зависит погрешность измерения от положения скользящего контакта реохорда? При каком положении контакта D погрешность наименьшая?

Библиографический список

1. Трофимова Т.И. Курс физики. 2000. §§ 96-101.

34

Лабораторная работа 4.5 (24)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ МЕТОДОМ КОМПЕНСАЦИИ

Цель работы: изучение законов постоянного тока; знакомство с принципом метода компенсации и измерение ЭДС источников тока.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МИНИМУМ

Электродвижущая сила (ЭДС) – (смотрите с. 19).

Разность потенциалов. Напряжение (смотрите с. 20).

Закон Ома для неоднородного участка цепи (смотрите с. 21).

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Приближенно ЭДС ЕХ источника тока можно измерить вольтметром,

включенным параллельно источнику (рис. 1). Вольтметр измеряет разность по-

тенциалов (ϕ2 −ϕ1) точек 2 и 1, к которым он подключен. Применив закон Ома

для неоднородного участка цепи к участку 1 – 2, получим

Ir =(ϕ1 −ϕ2 )+ЕХ .

Откуда

где r - сопротивление участка 1-2, которое равно внутреннему сопротивлению источника тока.

Из формулы (1) видно, что показание вольтметра меньше значения ЭДС на величину Ir - падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника тока. Разность потенциалов (ϕ2 −ϕ1) тем ближе к ЕХ , чем меньше сила тока I

в цепи источника. Метод компенсации позволяет уменьшить эту силу тока до нуля.

В схеме метода компенсации (рис.2) исследуемый источник ЕХ подключается к потенциометру R , через который течет постоянный ток Ι0 , создавае-

мый источником питания Е. Перемещая подвижный контакт потенциометра, можно плавно изменять разность потенциалов (ϕ2 −ϕ1) концов участка 1-2.

Когда

ϕ2 −ϕ1 =ЕХ ,

Участок цепи считается неоднородным, если он содержит источник тока.

35

сила тока Ι в цепи исследуемого источника ЕХ согласно (1) равна нулю, и включенный в эту цепь гальванометр G показывает отсутствие тока.

По закону Ома

Это соотношение отражает сущность метода компенсации: напряжение I 0RХ

на участке потенциометра, к которому подключен исследуемый источник, компенсирует (уравновешивает) ЭДС ЕХ этого источника, в результате чего сила

тока в цепи источника ЕХ равна нулю.

Для определения неизвестной ЭДС ЕХ по формуле (2) необходимо измерить силу тока Ι0 и сопротивление RX или же просто измерить вольтмет-

ром напряжение на участке 1-2. Более точным является следующий способ измерения: вместо источника ЕХ (рис. 2) включается эталонный источник тока с

известной величиной ЭДС ЕЭТ . Условие компенсации в этом случае имеет вид

где RЭ - сопротивление участка потенциометра, к которому подключен источник ЕЭ . Из уравнений (2) и (3) следует:

Внутри лабораторного стенда для измерения ЭДС методом компенсации находятся источник питания Е, два исследуемых элемента ЕХ1 и ЕХ2 и

эталонный элемент ЕЭТ . На панели находятся клеммы Е, ЕХ1, ЕХ2 иЕЭТ , соединенные с источниками тока Е, ЕХ1, ЕХ2 иЕЭТ (рис. 3). Здесь же установлен

гальванометр (его роль играет микроамперметр μΑ) и потенциометр R , снаб-

женный шкалой, по которой отмечается положение скользящего контакта. Переключатель Р служит для включения в цепь либо исследуемого, ли-

бо эталонного элемента. Ключом К1 включается источник питания Е, а кнопкой КН включается гальванометр и один из исследуемых элементов (или эталонный элемент).

37

4. По шкале потенциометра определить положение lЭТ скользящего

контакта.

5. Измерения, указанные в пунктах 3 и 4, выполнить ещё два раза. Результаты всех измерений записать в табл. 1.

6. Переключателем Р включить в цепь исследуемый элемент ЕХ1 . Выполнить три раза измерения, указанные в п. 3-4. Значения величины lX1 , изме-

ренные по шкале потенциометра, занести в таблицу.

7. Отсоедините от цепи элемент ЕХ1 и подсоедините второй исследуемый элемент ЕХ2 . Проведите измерения, указанные в п. 6. Полученные значения lX 2 запишите в таблицу.

8. Включите в цепь последовательно соединенные элементы ЕХ1 и ЕХ2

в одном направлении. Для этого соединительные провода схемы подключите к крайним клеммам ЕХ1 иЕХ2 , а внутренние клеммы ЕХ1 иЕХ2 соедините ме-

жду собой дополнительным проводником. Выполните измерения, указанные в п. 6, и полученные значения lХпосл1 занесите в таблицу.

9. Включите в цепь последовательно соединенные элементы ЕХ1 и ЕХ2

во встречном направлении. Для этого провод 1 подсоедините к левой клемме ЕХ1, а провод 2 – к левой клемме ЕХ2 . Правые клеммы источников ЕХ1 иЕХ2

соедините между собой дополнительным проводником. Выполните измерения, указанные в п. 6, и полученные значения lХпосл2 занесите в таблицу.

10.По формуле (5) рассчитайте значения ЕХ1 , ЕХ2 , ЕХпосл1 и ЕХпосл2 . Величина эталонной ЭДС ЕЭТ =0,76 В.

11.Рассчитайте погрешность измерения одной из ЭДС, например, ЕХ2

ЕХ2 =ε ЕХ2 ,

ными цене деления шкалы потенциометра. Случайные погрешности lЭТсл и

38

lХ2сл определяются как половина разницы максимальных и минимальных

значений соответствующих величин. В качестве абсолютных погрешностей lЭТ и lХ2 выбирается наибольшая погрешность из приборной и случайной

погрешности.

Результат измерения ЭДС запишите в виде доверительного интервала

ЕХ2 =ЕХ2 ± ЕХ2 .

12. Сравните измеренное значение ЭДС последовательно соединенных

ЕХ2 −ЕХ1 . Согласие считается хорошим, если разность измеренных и рассчитанных величин не превышает 2 ЕХ2 .

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что такое электродвижущая сила?

2.Потенциальными (консервативными) или не потенциальными являются сторонние силы? В чем проявляется это их свойство?

3.Что такое разность потенциалов и напряжение? В каком случае разность потенциалов и напряжение на участке цепи совпадают?

4.В каком случае напряжение равно действующей ЭДС?

5.В чем заключается обобщенный закон Ома?

6.Почему с помощью вольтметра нельзя измерить точное значение ЭДС? Почему точность измерения возрастает при увеличении сопротивления вольтметра?

7.Почему ЭДС источника питания установки в схеме метода компенсации должна быть больше ЭДС исследуемого элемента?

8.Почему при выполнении условия компенсации сила тока через потенциометр не зависит от того, какой элемент – ЕХ1 или ЕХ2 – включен в цепь? От

чего зависит сила этого тока?

9. Почему в схеме метода компенсации используется чувствительный гальванометр (микроамперметр), а не произвольный амперметр?

10.Какие величины в работе находятся путем прямых, а какие путем косвенных измерений?

11.Погрешность какой величины (согласно полученным результатам) вносит основной вклад в погрешность ЭДС в данной работе?

Библиографический список

1.Трофимова Т.И. Курс физики. 2000. §§ 96-100.

2.Курс физики. Т.1./Под. Ред. В.Н. Лозовского.- СПб.: 2001 – С. 273-276.

39

Учебное издание

Бородин Василий Николаевич Бомбин Альберт Михайлович Евсикова Наталья Юрьевна Камалова Нина Сергеевна Кумицкий Борис Михайлович Панюшкин Николай Николаевич Саврасова Наталья Александровна

Саушкин Виктор Васильевич

ФИЗИКА Лабораторный практикум Электростатика. Постоянный ток

ЭЛЕКТРОННАЯ ВЕРСИЯ