2015-physlabp2

Применим второе правило Кирхгофа к контурам АСDА и СВDС. Выберем направление обхода контуров по часовой стрелке. Учитывая, что ЭДС в этих

контурах равна нулю, получаем:

Сопротивление цилиндрического проводника определяется по формуле:

длин плеч реохорда l3 , тогда формула (3) примет вид: l4

где R1 – сопротивление, величина которого задана.

II.Программа работы

1.Измерить длины плеч реохорда l3 и l4 .

2.Определить величину неизвестного сопротивления с помощью моста Уитстона.

3.Измерить неизвестное сопротивление с помощью цифрового вольтметра.

71

III.Порядок работы

1.Собрать схему моста Уитстона (рис.2, 3).

2.Записать значение сопротивления R1 (оно указано на установке). Определить абсолютную DR1 (как погрешность константы) и относительную погрешности сопротивления.

3.После проверки схемы лаборантом замкнуть цепь и уравновесить мост. Для этого нужно перевести тумблер 2 (рис.3) в положение «Вкл» и, передвигая ползунок 6 по калиброванной проволоке (реохорду), найти такое положение ползунка (точка D), при котором стрелка гальванометра G установится на ноль.

4.Измерить длину плеча реохорда l4 равную отрезку АD.

5.Повторить опыт 5-6 раз. Найти среднее значение длины плеча реохорда

<l4 >= ∑l4i . Оценить абсолютную погрешность измерения длины плеча Dl4

N

как погрешность прибора и ее относительную погрешность.

6.Найти среднее значение плеча реохорда l3: <l3>=АВ-<l4>. Абсолютная погрешность измерений этого плеча Dl3=Dl4. Рассчитать относительную погрешность.

7.Отключить установку (перевести тумблер 2 в положение «Выкл»). Снять все соединительные провода с клемм моста Уитстона.

8.Определить неизвестное сопротивление <Rx> по формуле (4). Рассчитать его

9.Взять у лаборанта мультиметр. Внимательно ознакомиться с устройством этого прибора.

72

Рис.4. Мультиметр: а) схема: 1 - переключатель рода работ и диапазонов; 2 – дисплей; 3 - разъём (гнездо) «COM» (общий); 4 - разъём «V, Ω, mA»; 5 - разъём «10 А» - для измерений токов на пределе 10 А; б) изображение; в) измерение сопротивления

10.Измерить исследуемое сопротивление Rx с помощью мультиметра, для чего черный щуп от разъема «COM» и красный щуп от разъема «V, Ω, mA»

мультиметра подключить к клеммам неизвестного сопротивления Rx.

Переключатель из положения «OFF» перевести на предел измерения предполагаемого сопротивления (оно известно из измерений с помощью моста Уитстона). Если Вы сомневаетесь в предварительных расчетах сопротивления, то для того, чтобы мультиметр не вышел из строя,

переключатель желательно установить на максимально возможный предел измерений (2000 k), и только, если показание при этом слишком мало, для получения более точного результата, переключить на более низкий предел

(200 k; 20 k; 2000; 200). После измерения переключатель перевести обратно в положение «OFF».

11.Сравнить результаты измерений двумя методами.

12.Сделать выводы по работе.

IV. Вопросы для самоконтроля

1.Что называется электрическим током?

2.Какой электрический ток называется постоянным?

3.Дать определение силы тока. В каких единицах она измеряется?

73

4.Что называется электрическим сопротивлением? От чего оно зависит? В

каких единицах измеряется?

5.Как рассчитывается сопротивление цилиндрического проводника? От каких величин оно зависит? В каких единицах измеряется?

6.Что такое удельное сопротивление, удельная электропроводность проводника? От чего они зависят? В каких единицах измеряются?

7.Нарисовать последовательное соединение резисторов. Записать формулу для расчета общего сопротивления.

8.Нарисовать параллельное соединение резисторов. Записать формулу для расчета общего сопротивления.

9.Что называется ЭДС, разностью потенциалов, напряжением? В каких единицах они измеряются?

10.Записать и сформулировать закон Ома:

а) для однородного участка цепи;

б) для неоднородного участка цепи;

в) для полной цепи.

11.Записать и сформулировать закон Ома в дифференциальной форме.

12.Какая цепь называется разветвленной?

13.Дать определение узла разветвленной цепи.

14.Как формулируется первое правило Кирхгофа? Следствием какого закона оно является?

15.Как формулируется второе правило Кирхгофа? Следствием какого закона оно является?

16.Каков принцип работы измерительного моста?

17.Для чего служит нулевой индикатор? Какие приборы могут использоваться в качестве нулевого индикатора?

18.Что такое реохорд? Почему измерение сопротивлений R3 и R4 заменяют измерением плеч реохорда l3 и l4 ?

74

19.Какими приборами измеряют электрическое сопротивление? Как в данной работе определяется неизвестное сопротивление?

20.Вывести расчетную формулу.

V. Содержание отчета

1.Титульный лист.

2.Цель работы.

3.Приборы и принадлежности.

4.Схема установки.

5.Расчетные формулы:

неизвестное сопротивление: Rx=

7.Результаты измерений:

длина плеча реохорда l4:

8.Расчет неизвестного сопротивления:

<Rx>=

DRx=

Rx ×100%=

Rx

Окончательный результат: Rx = (< Rx > ± Rx ) = 75

10.Измерение сопротивления мультиметром: Rx=

11.Сравнение результатов.

12.Выводы.

76

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № Э7

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ СОПРОТИВЛЕНИЯ СПИРАЛИ ЛАМПЫ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ

Цель работы: Исследовать зависимость сопротивления спирали лампы от температуры.

Приборы и принадлежности: лабораторный вольтметр,

миллиамперметр, реостат c сопротивлением обмотки 100 Ом, ключ, лампа накаливания, соединительные провода, источник питания.

I. Описание установки и метод измерений

Схема экспериментальной установки приведена на рис.1, ее изображение на рис.2.

Рис.1 Схема рабочей установки: V - вольтметр, мА-миллиамперметр, Л- лампа накаливания, R- реостат с вращающейся головкой

Рис.2 Изображение установки: 1 – вольтметр, 2 – миллиамперметр, 3 – лампа накаливания, 4 – реостат, 5 – ключ, 6 – термометр

77

Способность вещества проводить электрический ток характеризуется его сопротивлением. Сопротивление проводника зависит от формы и размеров проводника, а так же от свойств материала, из которого он изготовлен.

Для однородного цилиндрического проводника величина сопротивления рассчитывается по формуле:

R = ρ l ,

S

где ρ – удельное сопротивление проводника, l – его длина и S – площадь поперечного сечения. Удельное сопротивление проводника зависит от химического состава вещества и температуры.

Проволочная спираль лампы накаливания является резистором определенного сопротивления. Если через лампу накаливания пропускать электрический ток, то резистор будет нагреваться, то есть в нем будет происходить преобразование энергии электрического тока во внутреннюю энергию проводника (резистора). Увеличение внутренней энергии спирали лампы накаливания приводит к повышению ее температуры и сопротивления.

Сопротивление проводника с ростом температуры растет линейно:

R = R0 (1 + α t°) ,

где R - сопротивление при температуре tºС; R0 - при температуре 0° С, α –

температурный коэффициент сопротивления.

Спираль лампы накаливания изготовлена из вольфрама. Для вольфрама температурный коэффициент сопротивления: α=0,0048 К–1 .

Зная сопротивления «нагретого» и «холодного» проводника, а также температурный коэффициент сопротивления материала, из которого изготовлен проводник, определим конечную температуру проводника:

t = R − R0 . αR0

К выходным гнездам выпрямителя подключена электрическая цепь,

составленная из соединенных последовательно лампы накаливания (3),

реостата (4) и миллиамперметра (2) постоянного тока. Параллельно лампе

78

подключен вольтметр (1). Для изменения напряжения, приложенного к лампе,

изменяют напряжение на реостате. Напряжение на реостате зависит от его сопротивления U р = IR : чем сопротивление реостата больше, тем больше и напряжение. Сопротивление реостата изменяется поворотом ручки реостата (4).

Напряжение на лампе равно разности выходного напряжения выпрямителя и напряжения на реостате: Uл = U −U р . Напряжение на выходе выпрямителя в ходе опыта не изменяется U = 0. Если напряжение на реостате максимально, то напряжение на лампе минимально. Если же движок реостата передвинуть в левое по схеме положение, напряжение на нем станет равным нулю, а напряжение на лампе достигнет максимально возможного в условиях опыта значения. Тогда напряжение на лампе равно значению напряжения на выходе выпрямителя:

U л = U .

В данной лабораторной работе примем сопротивление спирали при комнатной температуре равным сопротивлению при температуре 0ºС.

II.Программа работы

1.Снять измерения с амперметра при заданных интервалах напряжения на лампе.

2.Построить график зависимости сопротивления лампы от ее температуры

R(t) .

III.Порядок работы

1.Измерить величину комнатной температуры tк в лаборатории и занести ее значение в бланк отчета.

2.Замкнуть цепь и установить ползун реостата в положение, при котором начальное напряжение на лампе составит 0,2 В. Реостат следует вращать в левую сторону.

79

3.Занести показания напряжения и силы тока в таблицу бланка отчета.

Используя закон Ома, вычислить значение сопротивление спирали лампы

при комнатной температуре R0 = U .

I

4.Увеличивая напряжение на лампе на 0,2 В до максимально возможного,

занести в таблицу соответствующие ему значения силы тока.

5.Рассчитать сопротивление спирали лампы для каждого из опытов. Занести значения в таблицу.

R − R

6. Вычислить приращение температуры по формуле: t = α R0 0 .

7. Расчитать значения температуры спирали лампы по формуле: t = tк + t .

8.Построить график зависимости сопротивления спирали лампы от ее температуры.

9.Рассчитать погрешность измерения температуры спирали лампы.

10.Проанализировать полученный график зависимости R(t) и сделать вывод о характере изменения сопротивления спирали лампы при увеличении ее температуры.

IV. Вопросы для самоконтроля

1.Что называется электрическим током?

2.Каковы условия существования электрического тока?

3.Какой электрический ток называется постоянным?

4.Дать определение силы тока. В каких единицах она измеряется?

5.Дать определение плотности тока. В каких единицах она измеряется?

6.Что называется электрическим сопротивлением? От чего оно зависит? В

каких единицах измеряется?

7.Как рассчитывается сопротивление цилиндрического проводника? От каких величин оно зависит? В каких единицах измеряется?

80