МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Бронницкий филиал

«Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (мади)»

МАДИ

ОРЛОВ В. А.

ФИЗИКА

ЧАСТЬ 2. ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

Методические указания

по выполнению лабораторных работ по физике

для студентов, обучающихся по специальности

190601 «Автомобили и автомобильное хозяйство»

Бронницы 2010

Бронницкий филиал

«МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ)»

Кафедра МЕН

	«УТВЕРЖДАЮ» Заместитель директора Бронницкого филиала МАДИ (ГТУ) _ ___________________ С.Н.Пестова

ОРЛОВ В. А.

ФИЗИКА

ЧАСТЬ 2. ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

Методические указания

по выполнению лабораторных работ по физике

для студентов, обучающихся по специальности

190601 «Автомобили и автомобильное хозяйство»

Бронницы 2010

Введение

В современной науке и технике широко используются различные виды электромагнитных приборов. Знание принципов действия этих приборов необходимо для их использования.

Логическим продолжением первого цикла лабораторных работ по механике является второй цикл лабораторных работ по электродинамике. При выполнении этого цикла студенты продолжают отработку практических навыков лабораторного практикума и знакомятся с новыми методами исследований, изучают аналоговые и цифровые электроизмерительные приборы, проводят количественный расчет электрических цепей и проверяют его на практике, используют метод компьютерного моделирования. Лабораторный практикум по электродинамике помогает успешному освоению курса физики и является базой для изучения дисциплины Электротехника и других дисциплин.

Перечень лабораторных работ

1. Определение удельного сопротивления нихромовой проволоки

2. Определение сопротивления методом моста Уитстона

3. Определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли

4. Движение заряженной частицы в электрическом поле

5. Цепи постоянного тока

6. Электромагнитная индукция

Лабораторная работа №1

Определение удельного сопротивления нихромовой проволоки

Цель работы: – ознакомиться с характеристиками электроизмерительных приборов и провести измерение удельного сопротивления проводника.

Оборудование:

• нихромовая проволока

• штатив сошкалой

• источник питания

• миллиамперметр

• вольтметр

Характеристики электроизмерительных приборов.

Предел измерения прибора – это максимальное значение измеряемой прибором величины, при котором стрелка прибора отклоняется до конца шкалы.

Цена деления показывает значение измеряемой величины при отклонении стрелки на одно деление шкалы.

В случае использования многошкальных приборов предел измерений и цена деления имеют несколько значений.

Класс точности прибора показывает (относительную) погрешность прибора, выраженную в процентах по отношению к предельному значению измеряемой величины.

γ=∆X/Xпред.∙100%

где γ - класс точности;

∆X -абсолютная погрешность прибора;

Xпред. -предел измерений прибора.

В нашей лаборатории имеются приборы следующих классов точности: 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Если класс точности на приборе не указан, то он считается равным 4,0.

Зная класс точности, легко определить абсолютную приборную погрешность:

∆X=γ∙Xпред./100%

На шкале электроизмерительных приборов указаны условные обозначения, определяющие систему прибора, положение, в котором он должен работать, класс точности, ток, на котором он работает, напряжение пробоя для изоляции проводов,

Для данной работы используются амперметр и вольтметр со следующими обозначениями:

-прибор магнитоэлектрической системы;

-напряжение пробоя изоляции - 3 Кв

┴-прибор работает в вертикальном положении;

-1,0 - прибор работает на постоянном токе,

класс точности γ = 1,0%

Основные понятия

Удельное сопротивление ρ - это характеристика электрических свойств материала проводника, численно равная сопротивлению проводника единичной длины и единичной площади поперечного сечения. Сопротивление проводника

R=ρl/S (1)

где l - длина проводника,

S - площадь поперечного сечения.

Из выражения (1) видно, что для определения удельного сопротивления провода круглого сечения необходимо измерить длину провода l , его диаметр D и величину электрического сопротивления данного отрезка провода R , тогда

(2)

Длину можно измерить линейкой, диаметр – штангенциркулем или микрометром, а для определения сопротивления используются амперметр и вольтметр.

Сопротивление заданного отрезка провода можно определить по одной из схем (рисунок 1).

а) метод точного измерения тока б) методу точного измерения напряжения

Рисунок 1 Схемы подключения измерительных приборов

Измерение активного сопротивления по методу точного измерения тока (рисунок 1а) Ток Ј через исследуемое сопротивление измеряется миллиамперметром mA. Вольтметр V измеряет падение напряжения на миллиамперметре, внутреннее сопротивление которого R= 0,29 Ом, и сопротивление R в соответствии с формулой

u=Ј∙(R_A+R) (3)

откуда

R= u/Ј─R_A (4)

Измерение активного сопротивления по методу точного измерения напряжения (рисунок 1б). Ток, измеряемый миллиамперметром, Ј разветвляется в вольтметр (Ј_v) и в исследуемый проводник (Ј_R), так что

Ј=Ј_V +Ј_R (5)

Вольтметр, внутреннее сопротивление которого R_V= 1975 Ом, измеряет напряжение

u=Ј_VR_V=Ј_RR (6)

Из выражений (5) и (6) получим значение сопротивления проводника

R= uR_V/ЈR_V─u (7)

Описание лабораторной установки

1,-основание штатива, 2-стойка штатива,3-шкала,4-кронштейн,5-нихромовый провод,

6-миллиамперметр,7-вольтметр

Рисунок 2 Схема лабораторной установки

Общий вид установки представлен на рисунке 2. Основание штатива (1) оснащено регулируемыми ножками, позволяющими произвести выравнивание положения прибора. К основанию крепится стойка (2) со шкалой (3). На стойке смонтированы два неподвижных кронштейна в верхней и нижней частях и один подвижный кронштейн (4), который может передвигаться вдоль нее и фиксироваться в любом положении.

Между верхним и нижним кронштейнами натянут нихромовый провод (5). На подвижном кронштейне нанесена метка, с помощью которой производится определение длины исследуемого участка проводника.

Нижний, верхний и средний подвижный контакты проводника соединены с измерительной частью установки, которая состоит из миллиамперметра (6) и встроенного в источник питания вольтметра (7). Данная установка позволяет измерить сопротивление проволоки по схеме а) точного измерения тока.

Порядок измерений

1. Данные об измерительных приборах внести в таблицу 1.

Таблица 1

Прибор	Предел измерений	Цена деления	Класс точности	Приборная погрешность	Внутреннее сопротивление
Линейка			-		-
Миллиампер-метр
Вольтметр
Штангенциркуль

2. Убедиться, что установка заземлена. Установить подвижный кронштейн (4) стойки на высоте l₁= 50 см от основания.

3. Включить установку в сеть напряжением 220В. Нажать кнопку «СЕТЬ» на источнике питания, убедиться, что сигнальная лампочка в верхнем правом углу измерительной части прибора горит.

4. Установить на вольтметре напряжение 0,7 В. Занести это значение напряжения и соответствующее ему значение тока в таблицу 2.

5. Повторить измерения пункта 4 еще четыре раза, увеличивая каждый раз напряжение на концах проводника на 0,1 В. Данные записать в таблицу 2.

Таблица 2

№ п.п	Длина проводника	u, B	Ј, A	R, Ом	∆Ri	∆Ri²	ρ, Ом
1 2 3 4 5	l1=50см	0,7 0,8 0,9 1,0 1,1
		-	-	Rср=	-	Σ∆Ri²	ρср
1 2 3 4 5	l2=30см	0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
		-	-	Rср=	-	Σ∆Ri²	ρср

6. По формуле (4) определить сопротивление данного участка проводника по результатам всех пяти измерений и рассчитать среднее значение сопротивления R_ср.

7. Установить подвижный кронштейн (4) стойки на высоте l₂=30см от основания и повторить действия пунктов 4.5 – 4.7.

8. С помощью регулятора на источнике переменного напряжения установить на вольтметре напряжение 0,7 В. Занести это значение напряжения и соответствующее ему значение тока в табл.2 для l₁ = 50 см.

9. Повторить измерения п.8 еще четыре раза, увеличивая каждый раз напряжение на 0,1 В. Данные занести в таблицу 2.

10. По формуле (7) определить сопротивление данного участка проводника по результатам всех пяти измерений и рассчитать R_ср.

Обработка результатов измерений

1. Рассчитать средние значения удельных сопротивлений по формуле (2) для двух значений длин проводника. Эти и все последующие результаты расчетов внести в таблицу 2.

2. Рассчитать средние квадратичные погрешности в измерении сопротивлений:

3. Вычислить случайные абсолютные погрешности:

∆R_сл.1=t_α(n)∙S₁= ; ∆R_сл.2=t_α(n)∙S₂=

4. Вычислить относительную приборную погрешность в измерении сопротивления

подставляя в знаменатели минимальные значения токов и напряжений.

5. Рассчитать абсолютную приборную погрешность в измерении сопротивления для обоих случаев

∆R _приб= ε_приб∙R_ср

и общую абсолютную погрешность

∆R=∆R _сл. +∆R_приб.

6. Найти относительную погрешность в измерении удельного сопротивления для l₁

и абсолютную погрешность

∆ρ=ε∙ρ_ср.

7. Записать результаты в виде

ρ=ρ _ср..± ∆ρ

Лабораторная работа №2