Физика (стр. 20 )

. (2)

Выполнение работы

1. Соберите схему, показанную на рис. 1, используя в качестве шунта часть струны реохорда с полным сопротивлением . Шунтируется миллиамперметр с сопротивлением .

Рис. 1

2. Задав , рассчитайте необходимую длину проволоки реохорда (шунта) по формуле:

,

которая следует из формулы (2) при учете того, что сопротивление шунта равно

,

где – сопротивление всего реохорда (указано на его корпусе), l − длина (в см) включенной части реохорда. Установите эту длину на реохорде.

3. Включите ток и, меняя его величину реостатом в пределах всей области измерения миллиамперметра, определите токи через амперметр и милли амперметр не менее 6 раз. Данные оформите в таблицу.

4. Определите n по формуле (1) для каждого случая. Найдите и сравните эту величину с первоначально задаваемой. Зная , определите предел измерения и цену деления миллиамперметра с шунтом.

Задание 3. Расширение предела измерения вольтметра.

Для измерения вольтметром напряжения большей величины, чем предел измерения, последовательно с ним включается добавочное сопротивление . При этом напряжение на вольтметре уменьшается в n раз, а предел измерения вольтметра с добавочным сопротивлением увеличивается в n раз.

. (3)

Величину n можно найти, зная и :

. (4)

Выполнение работы

1. Соберите схему, данную на рис 2. В качестве добавочного сопротивления используйте магазин сопротивлений.

Рис. 2

2. Задав , определите величину по формуле (4) и установите ее на магазине сопротивлений.

3. Включите напряжение и меняя его величину реостатом, снимите показания вольтметров не менее 6 раз. Данные оформите в таблицу.

4. Определите n по формуле (3). Найдите и сравните ее с первоначально задаваемой величиной. Зная , определите предел измерения и цену деления вольтметра с добавочным сопротивлением.

Задание 4. Измерение мощности электрического тока.

Все приборы переменного тока проградуированы так, что они показывают не амплитуды тока I0 или напряжения U0, а их действующие значения I, U, причем . Мощность тока определяется по формуле: , где − сдвиг фаз между током и напряжением. Если цепь не содержит емкости или индуктивности, то . В этом случае мощность, выделяющуюся на сопротивлении, можно измерить двумя способами: по ваттметру или как произведение показаний вольтметра и амперметра.

Выполнение работы

Соберите схему, данную на рис. 3. В качестве сопротивления используется ламповый реостат.

Рис. 3

Включая лампы по отдельности и группами, снимите показания с приборов и занесите их в табл. 1.

Таблица 1

№ п/п

Контрольные вопросы и задания

1. Объясните обозначения, имеющиеся на электроизмерительном приборе, определите его параметры. Каково устройство и принцип действия прибора?

2. Как нужно выбирать предел измерения у многопредельного прибора?

3. Что изменяется внутри многопредельного прибора при перестановке предела измерения?

4. Получите формулы (2) и (4).

5. Как включаются в схему вольтметр и амперметр?

6. Как следует выбирать для измерений вольтметр и амперметр по их сопротивлениям?

7. Чем отличается вольтметр и амперметр одной и той же системы измерения?

8. Оцените величину допустимого различия между задаваемым и получаемым для заданий 2 и 3.

9. Оцените величину и сравните ее с результатами задания 4. Почему ?

Работа № 2. Исследование электростатического поля

Цель: построить набор эквипотенциальных поверхностей и силовых линий электрического поля, пользуясь методом электролитической ванны.

Оборудование: электролитическая ванна, осциллограф, набор электродов, трансформатор.

Для изучения электрического поля поместим в исследуемую область два электрода – зонда, соединенных с прибором, регистрирующим ток. При наличии на зондах разности потенциалов через прибор пойдет ток I~. Этот ток перенесет на зонды электрические заряды, которые исказят исходное поле так, что станет равно нулю и ток через прибор быстро прекратится. Чтобы это исключить, пространство между электродами заполняют слабо проводящей жидкостью (водой). Теперь заряды будут стекать с зондов, разность потенциалов останется отличной от нуля, и ток через прибор не прекратится. Чтобы вода и зонды своим присутствием не искажали исследуемое поле, необходимо выполнять ряд условий:

толщина жидкости должна несколько превышать высоту электродов и быть одинаковой во всей ванне;

1) электроды и зонды нужно ставить вертикально;

2) при внесении зондов в ванну поле не искажается, если они находятся в точках с равными потенциалами, поэтому этим методом можно находить распределение только эквипотенциальных поверхностей;

3) ванна должна быть достаточно большой, чтобы можно было пренебречь краевыми эффектами у границ ванны;

4) толщина зондов должна быть меньше характерных размеров поля;

5) чтобы электроды оставались эквипотенциальными поверхностями, их проводимость должна быть гораздо больше проводимости воды;

6) на электроды подают переменное напряжение низкой частоты для устранения влияния электролиза. В качестве регистрирующего прибора берут осциллограф. При подаче напряжения на клеммы «У» и «Общ.» и выключенной развертке на экране появляется отрезок, длина которого одинакова, если зонды находятся в любых точках, принадлежащих одной и той же эквипотенциальной поверхности.

Задание 1. Изучение основных понятий, описывающих электрическое поле (учебники [20, 21]).

1. Определите потенциал, его единицы измерения и физический смысл.

2. Определите напряженность, ее единицы измерения и физический смысл.

3. Определите эквипотенциальную поверхность и ее свойства.

4. Определите силовую линию, ее свойства и связь с эквипотенциальными поверхностями.

Задание 2. Построение эквипотенциальных поверхностей и силовых линий.

Выполнение работы

1. Согласуйте с преподавателем вид исследуемого поля – положение электродов и металлического кольца.

2. Перенесите сетку на дне ванны на бумагу, зарисуйте точное положение электродов.

3. Налейте воду в ванну. Соберите схему, данную на рис. 1.

Рис. 1

4. Выключите развертку осциллографа и установите достаточно большое усиление по «У».

5. Обеспечивая условия 1 и 2, поставьте один зонд неподвижно в 2−3 см от края ванны. Передвигая другой зонд, найдите такие его положения, когда длина линии на экране одинакова для всех положений зонда. Отметьте 10 таких положений от края до края ванны на бумаге. Плавно соединив точки, постройте проекцию эквипотенциальной поверхности на плоскость.

6. Передвигая первый зонд в другие места, получите 6−7 таких проекций эквипотенциальных поверхностей, они должны представлять электрическое поле по всей ванне – между электродами, за ними и внутри кольца.