Контрольные вопросы:

1. Какая теорема позволяет рассчитывать момент инерции относительно оси сдвинутой от центра масс тела.

2. Рассчитайте момент инерции шара.

3. Как связана угловая скорость движения точки и её скорость при вращательном движении.

4. Напишите выражение для кинетической энергии вращательного движения тела.

5. Напишите формулу расчёта момента инерции тела вращения, образованного вращением вокруг оси, для которой внешняя поверхность задана уравнением y = F(x).

2. Электричество и магнетизм. Лабораторная работа № 5 Экспериментальная проверка закона Ома и определение сопротивления проводника заданной длины в цепи постоянного тока

0. I. Цель лабораторной работы

Выполнение лабораторной работы преследует следующие цели:

а) Экспериментальное определение закона Ома для заданного участка цепи.

б) Экспериментальная проверка зависимости сопротивления линейного проводника (проволоки) от его длины

в) Обработка полученных результатов измерений на компьютере а также построение графических зависимостей с помощью электронных таблиц Excel.

г) Формулировка выводов по полученным результатам.

II. Теоретическая часть

Закон Ома для участка цепи устанавливает соотношение между электрическими параметрами: . По закону Ома ток I на исследуемом участке электрической цепи 2 (рис.1) прямо пропорционален напряжению U, приложенному к данному участку, и обратно пропорционален сопротивлению данного участка R.

Рис.1 Схема электрической цепи

1- источник постоянного тока; 2 – исследуемый проводник; 3 – вольтметр; 4 – подвижной контакт; 5 – амперметр; К – переключатель.

Закон Ома позволяет определить перепад (разность) напряжения на каком- либо участке цепи в виде выражения:

U = I ∙ R, (1)

или вычислить сопротивление данного участка:

. (2)

III. Порядок проведения эксперимента.

Для проведения лабораторной работы необходимо собрать электрическую цепь, представленную на рис. 1.

Электрическая цепь в смонтированном виде изображена на рис.2.

Рис. 2 Электрическая цепь в смонтированном виде

На рис.2 проводами красного цвета отмечена цепь с последовательным соединением её элементов, а чёрного – с параллельным.

Для монтажа цепи и проведения лабораторных исследований в данной работе используются следующие приборы и устройства:

1. Источник постоянного тока, имеющий следующие основные технические характеристики:

Тип прибора	Uвых, В	Iнагр, А	Дискретность установки
			напряжения, мВ	Тока, мА
Б5-47	0,1 – 29,9	0,01 – 2,99	100	10

Величина выходного напряжения и тока нагрузки меняется дискретно (т. е. ступенчато) вращением переключателей на лицевой панели прибора, см. рис.3).

Рис.3 Внешний вид источника постоянного тока

2. Мультиметр М 840D (или М 840F)- комбинированный прибор, позволяющий (в зависимости от положения переключателя) измерять величину напряжения, тока в цепи а также сопротивление проводника (рис.4).

Рис.4 Внешний вид мультиметра

Основные технические характеристики мультиметра:

Измеряемый параметр	Дискретность диапазона
= U(напряжение)	0,2 В / 2 В / 20 В / 1000 В
= I(ток)	2 мА / 20 мА / 200 мА / 20 А
= R(сопротивление)	0,2кОм / 2кОм / 20кОм / 200кОм / 2МОм / 20МОм

3. Отрезок исследуемого проводника длиной 850 мм.

4. Набор монтажных проводов.

5. Мерная линейка с миллиметровыми делениями, 850 мм.

На рис. 5 представлена монтажная схема электрической цепи с обозначением всех входящих в неё элементов.

• 

Рис. 5 Монтажная схема электрической цепи

1 - источник постоянного тока; 2 – подвижный контакт (клемма); 3 – мерная линейка; 4 – неподвижный контакт; 5 – мультиметр в режиме амперметра; 6 – исследуемый проводник; 7 - мультиметр в режиме вольтметра; 8 – монтажные проводники; 9 – переключатель режимов работы мультиметра (амперметр – вольтметр – омметр); 10 – переключатель питания (ключ);

Внимание! При монтаже электрической цепи особое внимание необходимо уделить правильности подключения мультиметров. Расположение контактных гнёзд для мультиметра изображены в режиме вольтметра – на рис. 6А а в режиме амперметра- на рис.6Б.

Рис. 6 Схемы подключения мультиметров

А) – в режиме вольтметра; Б) – в режиме вольтметра

На рисунках 5 и 6 обозначено: СОМ – контактное гнездо «База»; V/Ω - контактное гнездо «Вольтметр – Омметр»; mA – контактное гнездо «Миллиамперметр».

Для проведения лабораторного эксперимента необходимо выполнить следующие пункты:

1) собрать электрическую цепь в соответствии со схемой, изображённой на рис. 1 и рис. 7 с включением в неё всех необходимых приборов;

2) с помощью подвижного контакта установить и зафиксировать определённую длину l исследуемого проводника;

3) на лицевой панели источника постоянного тока (рис. 3, рис.7) регуляторы напряжения и регуляторы тока вывести в нулевое положение а затем включить переключатель входного питания;

4) включить ключ К (рис.1 и рис.2);

5) увеличивая с помощью регулятора напряжения последовательно величину перепада напряжения U от 0 до max замерить соответствующее значение тока I в цепи (внимание: 1) данные снимать по мультиметрам с точностью до второго знака после запятой, 2) ток в цепи не должен превышать 3 ампер);

6) повторить эксперимент уменьшая с помощью регулятора напряжения последовательно величину перепада напряжения U от max до 0;

7) систематизировать полученные результаты в виде таблицы №1 и №2;

И R сточник п итания постоянного т ока		Проволочное сопротивление
Вольтметр		Амперметр

Рис.7. Монтажная схема подключения электрических приборов в изучаемой электрической цепи постоянного тока

На рис.7 проводами красного цвета отмечена цепь с последовательным соединением её элементов, а чёрного – с параллельным соединением.

Таблица №1

Таблица замеров тока и перепада напряжения в исследуемом проводнике

Увеличение U от 0 до max
I, ампер	U, вольт

Таблица №2

Таблица замеров тока и перепада напряжения в исследуемом проводнике

Уменьшение U от max до 0
I, ампер	U, вольт

Данные таблиц №1 и №2 позволяют определить фигурирующую в выражении (1) зависимость I от U а также фигурирующее в выражении (2) отношение , а это есть сопротивление исследуемого проводника. Среднее значение этой величины определяется формулой:

. (3)

8) Для экспериментального определения зависимости сопротивления проводника от его длины необходимо выполнить следующие операции:

- собрать схему в соответствии с рис. 8;

Рис.8 Схема электрической цепи для определения величины сопротивления исследуемого проводника в зависимости от его длины

1- исследуемый проводник; 2- мультиметр в режиме омметра

- изменяя длину l от минимального до максимального значения (от 80 до 800 mm) произвести 10 замеров величины сопротивления исследуемого проводника и результаты занести в таблицу №3;

- повторить эксперимент: изменяя длину l от максимального до минимального значения (от 800 до 80 mm) произвести 10 замеров величины сопротивления исследуемого проводника и результаты занести в таблицу №4.

Таблица №3

Таблица замеров зависимости сопротивления от длины исследуемого проводника

Увеличение L от min до max
L, m	R, Ом
0.80
0.160
0.240
0.320
0.400
0.480
0.560
0.640
0.720
0.800

Таблица №4

Таблица замеров зависимости сопротивления от длины исследуемого проводника

Уменьшение L от max до 0
L, m	R, Ом
0.80
0.160
0.240
0.320
0.400
0.480
0.560
0.640
0.720
0.800