fizika_metodichka

МОЩНОСТИ

К.П.Д. ИСТОЧНИКА ТОКА ОТ Е О

Ц ль р оты: Изучение

ÍÀ ÓÇÊÈ

зависимости полезной мощности и к.п.д. ис-

точника от его мощности.

О ору о ни : Источник тока, переменное омическое сопротивление,

вольтметр, микроамперметр, ключ.

К АТКАЯ ТЕО ИЯ

Электрический ток, т.е. перенос зарядов по проводнику под

воздейор

чем э вивале тное этой рабîте количество энергии

ствием сил электрического п ля, сопровождается работой этих сил, при

ó ñò

поля постоянных токов вся

еляющая

ñÿ â

ационарностипи тока, должна непрерывно возмещатьсэнергия,завыделяетсчет ругих ви

ìå

àê называемого джоулева тепла (закон Джоуля Ленца). В

д в энергии

ìåõ

îé

-маши ), химиче кой (аккумуля

òðîдвижущие лы не

атического происхсловами,ждения (индукцион

ры), тепл вой (термоэлементы)(динамо

äð. Èíûìè

äëÿ ïîää ð

жания пост янногоаническток в

необходимо, чтобы действовали элå

âàòü

стороннимиэлектрические,будем обозначать напряженность поля этих сил через

íûå,òåðì

электрости цепи. .). Для краткости эти силы принято назы-

~

EсторВеличина,. равная сторонней силе

~

тположительный.е. заряд, называется напряженностьюFстор, действующейполястороннихнаединичныйсил,

~

~

Fñòîð

ногоде

Eñòîð =

q

,

равнарная работа по перемещению единич-

qположительноговеличина зарядазряда.Элемент

äå

~

~

= Eñòîðdl cos α ,

dA = Eñòîðdl = Eldl

ã заряда,угол между

аправлениямиперемещениясилыперемещения положительно-

стороннихα

dl

элемент дли ы проводника,

El

91

зарядапроекция. напряженности

сил на направление

абота

ε = I

Eldl.

(1)

ðÿäà

A,

оторую с вершают сто он ие силы при перемещении за-

q по замкнутому контуру, будет равíà

точкиКроме цтого,пи срабпотенциаломэлектрическихA =ñèëqεïðè. перемещении заряда из

äíîé(2)

выражается ормулой

ϕ1 в другую точку цепи с потенциалом ϕ2

äåéñ

распронн.òâèî ýå.деленнойдлястороннихилы.. называетсяполучениядействуют(например,силраспэсос.д.свсемостраняетседоточенной.,э.называется.пути.индукцследования(наприисточшьили(3)на

мер,отдельныесамоиндукции)тока,В томПрибор,ээ.случае,.. .. .аккумулятора)участкиназываетсяпредназначенныйкогда.Еслицепи,стоA′ = q(ϕ2

− ϕ1) .

ником ток . Внутри

сточника э.д.с. (во

цепи) существуют

области,ческих

ãäå

ê ,

перем ща

внутреннейзаряд против электрост

ÿ

. Ò

еляющие

внешнюю

внутреннюю,

полюсамè истсторонниеî÷ к э. .силы. Полюс

более высоким потенциаломназываютс

åòñÿ ïîëî

ðàç

более низким

. Ý

çàâè

, обусловленный э. . ., может иметь различ ое направление

отжительным,тог как подключен

отрицательнымк шней цепи. Направленктрический

ока принято считать

совпадающимисточник

движения положи

симостиельных зарядов.

åãî

перво-

При движении заряда по замкнутойнаправлениемцепи

начальное полож

система, состоящая из источниквозвращенииток

и внешней

цепи, не меняет своего состояния. Поэтому работа, совершàåìàÿ ý.ä.ñ.,

ид¼т тольк

íà

выделение тепла.

2

2

Ñèëà òîêà â öåïè

ε = I(R + r) .

(4)

ε

источникзак ованиом Омасопротивлеэи .энергиид.для.полнойилимощностицепи. ис оч(5)

никВыражассмотримтокения.Пусть(4),вопрос(5)какойназывают-облибоиспользI = R + r .

ë

åì

ε

в утренним сопроòèâ-

öåïè будетr замкнутвыделятьсянавнешнююмощностьцепь

íèåì R. Во внешней

Pn, равная

2

2

R

ãäå

Pn = U I = RI

= ε

.

(6)

R + r

ìû õUтим напряжениеполучитьво навнешнейсопротивлениицепимаксимальR. Предположим,уюмощностьчто теперь

ление

(Pn)max

возможную при данном источник

для этого меняем внешнее сопр тив

ìû

R

. Значение

R = Rm

получим, ди еренцируждения, соответствующее максим льной мощности,

водную нулю (мето

íàõî

приравниваяункции). Этопервуюда¼тпроиз-

PnэкстремумапоR è

dP

r2

−

R2

= 0 .

(7)

Из условиясимума,(7) учетом òîãî,=÷òîε

m

n

2

dR

(r + Rm)4

Òàê êàê

η =

Pn

=

U

.

P

ε

ассмотрим,U 6 ε токакη 6зависI.

ò

Pn è η îò ñèëû òîêà I. Полезную мощность

Pn можно представить виде

Величина

Pn = P − Pn = εI − rI2.

Pn обращается в нуль, если

Это да¼т два значения тока:I(ε − rI) = 0.

ветствует разомкнутой цепи

I1 = 0, I2 = ε/r. Первое решение соот-

(R Зависимостьr).

(R r)выраж,второе короткому замыканию

.ï.ä. îò ñèëû òîêà

ается следующей ормулой

P

εI

−

rI2

= 1

r

I.

достигуменьшаетснаибольшη =

åãî=ç

Ê.ï.ä.

n

начения

P

− ε

εI

Электрическая хема для

çàâè

с мости

мощности исследования.п. . источника

короткомпи и затемзамыканииПОЯДОК.япоВЫПОЛНЕНИЯлинейномуηзакону,= 1 вАБОТЫслучаеобращаясьразомквнутойльприце-

îò

. . от велич ны

V

ε A

нагрузки,полезнойR пр дставлена на рисунквнешнего1.Насопрохе-

ìиллиамп

тока,соответственно,и вольтметразин

K èñ. 1.

тивленияисточникрметр,

V

mA

R

ε

сопротивлåíèé,

R ìàã

1

B1

.аботаСоберитевыполняетсхемуключсогласнояследующей.рисунк94последовательности1.

.

СОБИ АТЕЛЬНОЙ И АССЕИВАЮЩЕЙ ЛИНЗ

Ц ль р оты: Определение окусных расстояний собирательной и рас-

сеивающей линз

помощью различных методов.

ñ ñîбира ельнойОсветительрассеивающей

рейтер с экраном, зри-

Î îðó íè :

лампой нак ливания и шкалой, рейтер

тельная

òруба, измерительная линейклинзами,.

 ãå

1. К АТКАЯ ТЕО ИЯ

светя

оптике, в отлич

волновой,

ùåéñ

òî÷êîé

ак бесконечно малым ист чником излученияоперируютвe a

èñ

õ äÿùè

из эт точки пучками световых

лучей, предст

ñî

á íîðìметрическлновойали

хности

. Ïó

ок лучей, име-

ющий общую

перес чения, называют гомоцентри еским,авляющихсаму

точку центромточкучк . поверЦ нтр пучка,световойвх дящего

оптическую

,

называют

чкой, цен р пучка, выхволныдящего из сис емы

åíèпредметной. Пространство

еред оптиче

системлюбойн зывают

едметной точки. С аких позиц й

предметсистемуего

можно представить

предме

ûõ î÷åê

èõ

странством предметов,

çà

чсовокупностьюской си темой

прост

нством из б-

изображений. В геометрической

оптике принято следующее правило

энакпров:

îò

резкам,

откладываемым

направления движения свет

â èç

симмет ии системы (если свет

слева), приписывают

çíàê

окудящийс

F ′. Àíà-

íåå ðàñõ

F

яэтопучок96точклучейна

ÿ тем,станетчто

вышедший из

оптическ, характернаойсистемы

2

H

H′

A

3

E

A′

F

E′

F′

1

B′

2

параллельнымойоси,.Плоскназываетсяости,провперåäисенныеней.1.и заднейчерез окусыальнымиперпендикуплоскостлярно

оптическ −x

−f

f ′

x′

3

ми. На рисунк

1

тическая система,

словно п едставленная первой

просто,а

предме-

(I) последнейение(II) поверхностями, образует изобðажувеличениемA′B′

AB. Отношувелич

м)ихсистемыразмеров называют линейным

(èëè

п ресекающий

î

ü

H H′. Их особенность

òîì, ÷òî ëó÷,

пересечет плоскостьнанекотором расстоянии при вх де в опти-

ч кую систему,

H

ра стоянии от

è. Ó

ой линзы гHлавн,ûейдяплоскостиизсистемы на том же

совпадаютУдалниедругокусадругом.

H è H′ почти

окусноå расстояниеF от перед ей главной плоскости H это пере

97

çàäíåå

f , а удаление точки F ′ от плоскости H′

оси;через пер

изображййкувхсиосью;дящемуñистемы,послединаковы(еслипослепокн

)Взаимное.онбудетНакпройдетпреломленияпараллеленец,лучиз 3,заднейоптическсредг по обе

H параллельнооптическдний

ìåðûAпредмета′B′ ñòü

изображениенияпредметсвязàíûAB. ормулой Ньютраспîналожение раз-

2

(2)

и ормулой для линейногоXXувеличения′ = f ′ .

−

β = −

f ′

X′

ãäå

= −

.

(3)

X

f ′

от заднего окуса до изображåния. Обозначив

расстояние

X расстояние

т передн го окуса до предмета; X′

предмет. .

a = X + f ,

a′ = X′ + f ′,

и (3) к видусутьизображения,расстоянияс отвпåреднейтственно,изаднейможноглавныхпривестиплоскостейормулы (2)до

a è a′

f ′

f

окусныеЕслиоптическаярасстояниясистемаотличаþòîêñÿðó+æлишьена= 1воздухом,знаком:.

е¼ переднее и заднее(4)

a′

a

тогда можно переписать в виде

f = −f ′. Формулу (4)

1

1

1

сквхотом,расхаядящийсЕслиинойсистемачтодящийсяоптическмерея,изображениетообладает.Этионàяотрицателнедостаткиназываетсясистеманедостаткапредметпревращаназываüíойположиìстановитсилии, искажающимирассеивающейюттеетсльнойяпараллельныйаберрациянеилирезкисобирательной,.изображì,еальнаядепучокпроормированениеявляютслучоптичееслий(5)ойяв--

âèëè

a′

− a

= f

′ .

ëèÂñåпримерноэлементыíàоптическойпрямой,õåìûплоскостьустановитьэкранат к, чтобыïåèõ пендикуöå òðû åæ

кия междуине оптическднойэлемент скамьи,хемыа ось линзы я по былашкале,пар ллельнарасположенной. асстолярна

вдоль скамьи

ëè èçìеряются отсчитываютспомощью линейки. Определение окус-

ного р сстояния собирательной линзы производится следующими тремя

способами:

окусно расстояния по

яниям от лин

Способ 1.

стояния от линзыя îðìóпредметалой его изображения,

ее окусное ðàñ-

îò

соотношениемотвåò

через

зображ

l′

, расстояние до них

ственно,l величину его

собой

a

a′. Эти величины связаны между

l

a

Выразив отсюда

=

.

l′

a′

åãî

(6), легк получитьa (расстояние от линзы до предмета) и подставив

f ′ =

99a′l

.

(7)

l + l′

третийлинзынойстояниеКакСпособтрубыидутспособизвестно,.3плоскости.параллельноОпределение. Убелучи,ите рвыхйтероптическидоокудящиеэкрана,сногоэкраномизрасстоянияосиповторитепереднего.соНаскамьиэтом,опытпосредствомокуса.свойствеПоставьте(5-,10)линзы,из разеняязритель

Измерьте a′ по линейксеткинаскамье.å

Çíàÿ l, рассчитайте f ′

основанна. прассксле--

мью зрительную убу (монокуляр), установленную на бесконечнос ь

наводк ее на достаточно удаленный п едмет Линзу установиòå

расстояниьнуюОпределениетрубуюотчет.сеткиливоелинзедоизображениеокусноголинзы,(дляукотороерасстояниясеткибудетврассеивающейзительнойавноперемещениемискомому.трубеПриблизивлинзы. Измерьтеокусному.линзызри-

получитенапутемрасс янии от сетки осветителя,добствапримерно,настройки),авном f ′

Способ 1. Определение окусного расстояния при помощи зритель-

ной трубы.

Åñëè íà ïóòè

собиратквых хдящихдящихспреломленияизточкивточк

Ë1

CË2

D E

после

лучей,A A

D

льной линзе Лв

èñ. 2.

ивающую(рис. 2), поставитьлинзуЛ рассе1

чтобы расстояние

2, òàê,

èю,меньшетоокуизображениесномуилирассравноòîáû÷ÿ-

лоеенк

CD

Ë

A далится от линзы

света,го .принципаПусть,спростнапобðàимер,тимостиняющиесяономыпереместизможточки

1

òеперьсявточкумысленноE. Впредставитьсилуоптическолучи-

E в обратную сторону. Тогда точка

D ссеивающуюбудет мнимымлинзуизображЛением

E после прох ждения лучей через

ðàллельный пучок света),.Еслитоточка а

E

нах дится на бе конечности (па-

2

линзы.

100D нах дится в окуñ

рассеивающей