Лабораторная по физике №5

1

СОДЕРЖАНИЕ

Содержание …………………………………………………..….….1

Введение……………………………………………………….….…2

1.ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ….……..…..……….3

2.Лабораторная работа № 1

ИЗУЧЕНИЕ КВАЗИСТАТИЧЕСКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ…………….…………………………7

3. Лабораторная работа № 2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

РЕЗИСТИВНОГО ПРОВОДА……………………………….……12

4. Лабораторная работа № 3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ

ВЕКТОРА ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ……...18

5. Лабораторная работа № 4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКТИВНОСТИ КАТУШКИ…….……….22

6. Лабораторная работа № 5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ

СТЕКЛА ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫМ МЕТОДОМ…..…….……27

7.Лабораторная работа № 6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ

ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ……………………………...….29

8.Лабораторная работа № 7

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА МАЛЮСА……………….……………..…33

9.Вопросы для самоподготовки ………………….………………35

10.Список литературы……………………..…..…..….…….…….37

2

ВВЕДЕНИЕ

Комплекс К-303.2.ИЭ представляет собой необходимый перечень лабораторных работ, предусмотренных образовательным стандартом и рабочей программой по разделам šЭлектричествоŸ, šВолновая оптикаŸ дисциплины šФизикаŸ. Он включает в себя описание лабораторных установок, порядок измерений и алгоритм расчета определенных физических величин.

На выполнение одной лабораторной работы в среднем отводится два часа аудиторных занятий. В соответствие с образовательным стандартом второго поколения 50 % от всего объема учебных часов, отводимых на изучение дисциплины, приходится на самостоятельную работу, которая является необходимым компонентом процесса обучения. Целью самостоятельной работы является закрепление и углубление знаний и навыков, подготовка к лекциям, практическим и лабораторным занятиям, а также формирование у студентов самостоятельности в приобретении новых знаний и умений.

Учебным планом при подготовке студентов по направлению šЭкономика и управление на предприятииŸ на самостоятельное изучение дисциплины šФизикаŸ в течение первого и второго семестров предусмотрено 98 часов. Из них на лабораторные занятия отводится 38 часов, т. е. из расчета 3,5–4 часа на одну работу. В течение этого времени студент должен: прочитать соответствующие параграфы в учебниках; выучить основные формулы и законы; познакомиться с установкой и порядком измерений; произвести необходимые вычисления и оформить работу в соответствие с общими требованиями. Для допуска к выполнению работы на установке студент должен знать устройство установки, уметь определять цену деления измерительного прибора, знать последовательность измерений, уметь обрабатывать результаты измерений.

После всех расчетов и оформления отчета студент должен сделать вывод, в котором конкретно указать те физические закономерности, которые были проверены в ходе выполнения работы.

За первый и второй семестры студент обязан выполнить минимум по пять лабораторных работ в каждом из семестров.

3

1.ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

1.1.Системы электроизмерительных приборов

Электроизмерительным прибором называется устройство,

служащее для измерения электрических величин. По принципу действия электроизмерительные приборы делятся на следующие системы: магнитоэлектрическую, электромагнитную, электродинамическую, индукционную, термоэлектрическую, электростатическую, вибрационную, электронную. Краткое описание и обозначение системы на шкале прибора приведено в табл. 1.1. Другие условные обозначения на шкалах приборов приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.1 Системы электроизмерительных приборов

* – самые чувствительные из всех систем, самые точные приборы постоянного тока. Шкала прибора – равномерная.

**– самые прочные и дешевые. Относительно низкая чувствительность. Шкала прибора – неравномерная.

***– самые точные из приборов переменного тока. Шкала неравномерная. Рабочая часть начинается от 15–20 % шкалы.

4

Погрешности измерений (ошибки измерений) – это отклонения результатов измерений от истинных значений измеряемых величин. Представление о точности измерений электроизмерительным прибором дает относительная погрешность

где А – абсолютная погрешность (разность между показаниями прибора А и истинным значением Аист измеряемой величины).

Отношение минимальной абсолютной погрешности А к предельному (максимальному) значению измеряемой величины Аmax данным прибором называется приведенной относительной

Приведенная относительная погрешность пр , выраженная в процентах, определяет класс точности прибора ( ). Применяются следующие классы точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Обозначение класса точности записывается на его шкале в виде соответствующих цифр. Иногда класс точности обозначается числом в кружке. Приборы класса точности 0,05 дают наименьшую относительную погрешность измерения и употребляются в точных лабораторных исследованиях, а также как образцовые приборы для проверки менее точных приборов. Приборы остальных классов 0,1–4 относятся к техническим.

Зная класс точности прибора, можно найти относительную погрешность конкретного измерения :

5

Таблица 1.2 Условные обозначения, применяемые на шкалах

электроизмерительных приборов

Из вышесказанного видно: чем ближе измеряемая величина к предельному значению прибора, тем меньше относительная ошибка, и она приближается к значению класса точности прибора. Электроизмерительный прибор для работы следует выбирать так, чтобы значение измеряемой величины было близким к предельному (наибольшему) значению шкалы прибора.

Важнейшей характеристикой измерительного прибора является его внутреннее сопротивление, определяемое как

Rпр Umax , (1.5)

Imax

где Umax – максимальное падение напряжения на приборе; Imax – максимальное значение силы тока, протекающего через прибор.

1.2. Многопредельные электроизмерительные приборы

Через измерительный механизм рассмотренных выше электроизмерительных приборов, особенно магнитоэлектрической системы, можно пропускать очень слабый ток. Однако прибор можно использовать для измерения больших токов, если параллельно измерительному механизму подключить дополнительное

7

где k – деление шкалы прибора, на которое отклонится стрелка при включении прибора в электрическую цепь.

2. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ИЗУЧЕНИЕ КВАЗИСТАТИЧЕСКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ

1. Цель работы

Освоение экспериментального метода изучения картины эквипотенциальных линий и линий напряженности электрического поля.

2. Подготовка к работе

Прочитать в учебниках следующие параграфы: [1] ÈÈ 5, 6, 8, 11, 13; [2] ÈÈ 13.3, 13.4; [3] ÈÈ 79–82, 92. Для выполнения работы студент должен знать: а) определение напряженности и потенциала электрического поля; б) теорему Гаусса для электрического поля; в) построение эквипотенциальных линий и линий напряженности; г) уметь пользоваться измерительными приборами и рассчитывать погрешности при электрических измерениях.

3. Выполнение работы 3.1. Описание лабораторной установки

Экспериментальная установка (рис. 2.1) представляет собой измерительную кювету К (ванну), выполненную из материала с хорошими электроизоляционными свойствами. В ванну помещают металлические электроды Э1 и Э2, поле между которыми подлежит изучению, и наливают воду слоем 1–2 мм.

Удельная электропроводность воды составляет порядка 10 3 10 4 Ом-1 м-1, а материала электродов – порядка

107 Ом-1 м-1 . Измерения проводят с использованием низкого переменного напряжения частотой 50 Гц. Поскольку расстояние между электродами невелико, можно считать, что потенциал во всех точках исследуемого поля изменяется синхронно, и эквипотенциальные поверхности остаются неизменными. Напряжение подается от источника переменного тока ИП.

Вполе между электродами помещается зонд З, соединенный

свходом “Y” электронного осциллографа ЭО. Дно ванны имеет

3.3.1.Заполнить дно кюветы водой.

3.3.2.Собрать электрическую схему установки согласно

рис. 2.1.

3.3.3.Подключить к сети источник питания ИП и электронный осциллограф ЭО.

9

3.3.4. Подготовить электронный осциллограф к работе. Для этого нужно выбрать подходящее усиление по оси “Y”, а так же определить цену деления шкалы осциллографа по оси “Y”, которое оставить постоянным на протяжении всех измерений. Для этого необходимо поместить второй зонд на электрод Э2 и меняя усиление по оси “Y” добиться максимального размаха. После чего разделить показания вольтметра на число делений осциллографа.

3.3.5. Подготовить лист миллиметровки, отметить на нем положение электродов и координатных осей.

3.4. Изучение электрического поля между двумя коаксиальными цилиндрами

3.4.1.Поместить цилиндр малого радиуса (Э1) в центр координатной сетки. Второй цилиндр установить соосно с первым.

3.4.2.Подать напряжение на электроды.

3.4.3.Поместить зонд в точку 1, находящуюся на координатной оси кюветы на расстоянии одного деления от малого электрода (рис. 2.2). Записать показания электронного осциллографа

ирасстояние r1 в табл. 2.1. Отметить на рисунке точку с найден-

ным значением потенциала 1.

3.4.4. С помощью зонда найти положение еще 8–10 точек с тем же значением потенциала. Отметить их положение на рисунке.

3.4.5.Повторить измерения для значений 4 5 делений координатной оси ванны, занося соответствующие данные в табл. 2.1.

3.4.6.Соединить линией на рисунке точки с одинаковым значением потенциала (построить эквипотенциальные линии).

3.4.7.Провести на рисунке линии напряженности ортогонально эквипотенциальным линиям, при этом расстояние между ними должны быть таким, чтобы соседние фигуры образованные эквипотенциальными линиями и линиями напряженности были одинаковы по площади.

3.4.8.В координатных осях , ln r по данным табл. 2.1 по-

a

строить зависимость (ln(r / a)) . Сделать вывод о характере электрического поля между соосными цилиндрами.