книги / Электричество и магнетизм

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ

Лабораторный практикум

Под общей редакцией Н.Ю. Бачевой

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2017

3

ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА РАБОТЫ В ЛАБОРАТОРИЯХ КАФЕДРЫ ПРИКЛАДНОЙ ФИЗИКИ

Общие методические указания

1.На каждое лабораторное занятие необходимо приносить

ссобой:

–лабораторныйжурнал(тетрадьвклеткунеменее48 листов);

–несколько листов миллиметровой бумаги формата А4;

–клей для вклеивания графиков;

–калькулятор для инженерных расчетов (можно один на несколько человек);

–ручку, карандаш и ластик;

–линейку длиной 25–30 см.

2. К выполнению каждой лабораторной работы необходимо подготовиться:

а) ознакомиться с темой и названием выполняемой работы, изучить теоретический материал по теме выполняемой работы и понять физическую сущность изучаемого явления;

б) подготовить лабораторный журнал к выполнению лабораторной работы.

3. Отчет о лабораторной работе необходимо занести в лабораторныйжурнал. Отчетвключаетвсебяследующее:

а) номер и название лабораторной работы, перечень приборов и принадлежностей, цель работы и дату проведения работы; б) краткую теорию по теме лабораторной работы, включая вывод основной рабочей формулы и формулы для оценки по-

грешностей результатов эксперимента; в) схему экспериментальной установки;

г) таблицы с результатами измерений и вычислений, графики;

4

д) ответы на контрольные вопросы; е) решение задач.

4. Лабораторный журнал оформляют следующим образом: а) все записи в журнале выполняют аккуратно и только руч-

кой (не карандашом); б) на схеме установкиобозначают все ее элементы;

в) таблицывычерчиваютвжурналекарандашомполинейке; г) графики строят отдельно на миллиметровой бумаге ка-

рандашом, а затем вклеивают в лабораторный журнал.

Порядок выполнения лабораторной работы

1.Выполнение работы начинают с детального изучения лабораторной установки. Необходимо записать заводские номера измерительных приборов, их технические характеристики, цену деления шкалы приборов. Включать приборы разрешается только после проверки установки преподавателем или лаборантом.

2.Проведению серии измерений предшествуют пробные замеры, с помощью которых проверяют соответствие результатов измерений ожидаемым результатам.

3.Далееприступаютквыполнениюосновныхэкспериментов.

4.Данные основной серии измерений записывают в таблицу.

5.Строятвсенеобходимыеграфики.

6.После выполнения измерений производят расчеты искомых величин и их погрешностей (все черновые записи тоже заносятся

влабораторный журнал).

7.Окончательный результат представляют в стандартном виде: указывают среднее значение измеряемой величины, абсолютную и относительную погрешности, вычисленные по методу Стьюдента, и надежность измерений. Абсолютная погрешность измерения округляется до первой значащей цифры или до первых двух, если первая значащая цифра – единица.

5

Оформление таблиц

Каждую таблицу следует вычерчивать на отдельной странице, оставляя место над таблицей. Над таблицей следует указать названия приборов, класс точности, цену деления шкалы прибора и другие сведения.

Желательный размер клеток таблицы 1,5×2,5 см. Таблица выполняется в полном объеме для соответствующего количества измерений (в задании к лабораторной работе приводится лишь заготовка таблицы – верхняя и нижняя часть).

В верхней строке таблицы указываются обозначения измеряемых или рассчитываемых величин, а также единицы их измерения, включая множитель, на который установлен переключатель чувствительности измерительного прибора.

Запись отсчетов производится в делениях шкалы измерительного прибора.

Результаты в таблицу записывают ручкой. При этом не допускается сплошное зачеркивание, замазывание корректором или стирание записанного. Если был занесен в таблицу ошибочный результат, то его следует аккуратно зачеркнуть (так, чтобы его можно было прочитать) и записать рядом верный.

Правила построения графиков

Результаты измерений и вычислений во многих случаях удобно представлять в графическом виде. Графики строятся на миллиметровой бумаге карандашом (или в тетради в клетку на всю страницу с выбором масштаба). Размер графика – не менее половины страницы лабораторного журнала.

На лист наносят координатные оси. Независимая величина (аргумент) откладывается, как правило, по горизонтали. На концах осей указывают обозначения физических величин и их размерности. Затем на оси наносят масштабные деления с удобным для прочтения интервалом. Порядок масштаба (10±п) выносится на

6

конец оси. Точка пересечения осей не обязательно должна соответствовать нулю по одной или обеим осям.

Начало отсчета по осям и масштабы следует выбирать следующим образом:

а) чтобы линия графика заняла все поле графика; б) чтобы наклон линии был близок к 45°.

После выбора начала отсчета и масштаба по осям на лист наносятся экспериментальные точки. Их обозначают маленькими кружками, крестиками, треугольниками и т.п., размеры которых могут соответствовать погрешности измерений в масштабе графика. После этого строится собственно график, т.е. проводится плавная кривая так, чтобы она проходила как можно ближе к нанесенным точкам.

Если известно из теории, что экспериментальная зависимость должна быть линейная, то по экспериментальным точкам проводится прямая, параметры которой определяются по методу наименьших квадратов (прил. II). Готовый график сопровождается подписью.

7

Лабораторная работа № 1 ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО ОСЦИЛЛОГРАФА

Цель работы: изучение принципа действия осциллографа.

Приборы и принадлежности: электронный осциллограф,

генератор звуковой частоты, вольтметр, модуль МО3.

Сведения из теории

Электронный осциллограф применяется для следующих

целей:

−для исследования быстропеременных процессов (длительностью до 10–8 с);

−для визуального наблюдения зависимости напряжения от времени (развертка сигнала);

−для измерения напряжения, интервалов времени, периода, частоты и сдвига фаз периодических процессов;

−для визуального наблюдения сложения взаимно перпендикулярных колебаний (фигуры Лиссажу).

Основным элементом электронного осциллографа является

электронно-лучевая трубка (рис. 1.1). Она представляет собой вакуумный баллон, внутри которого находятся электронная пушка, вертикально и горизонтально отклоняющие пластины 6, 7, люминесцирующий экран 8.

Электронная пушка состоит из нагреваемого катода 1, 2, модулятора 3, первого и второго анодов 4 и 5. Все эти элементы создают и формируют пучок электронов, который, попадая на экран 8, вызывает его свечение.

При отсутствии электрического поля между отклоняющими пластинами пучок электронов вызывает свечение в центре экрана (рис. 1.2, а). При подаче постоянного напряжения на вер-

8

тикально отклоняющие пластины (рис. 1.2, б) светящееся пятно смещается вверх или вниз, причем в электрическом поле пластин электроны летят по параболической траектории, а на выходе из него движутся по инерции прямолинейно.

Рис. 1.1. Электронно-лучевая трубка

Рис. 1.2. Отображение движения пучка электронов на экране осциллографа: а – напряжение на пластины не подано; б – подано постоянное напряжение; в − подано переменное

напряжение (на экране видна сплошная линия)

Если на вертикально отклоняющие пластины подать переменное напряжение (рис. 1.2, в), то светящаяся точка будет совершать колебательное движение в вертикальном направлении, и на экране будетвидна сплошная линия.

На горизонтально отклоняющие пластины обычно подается пилообразное напряжение U (рис. 1.3, а) от генератора развертки, которое заставляет светящуюся точку на экране двигаться по горизонтали (рис. 1.3, б).

9