Физика (стр. 22 )

. (2)

Выполнение работы

1. На плитку установите термостат с прибором для измерения сопротивления полупроводника (диода) и термометром.

2. Учитывая, что величина исследуемого сопротивления меньше 103 Ом, соедините его с клеммами моста Р 333.

3. Следуя правилам работы с мостом, измерьте сопротивление при начальной температуре и покажите результат преподавателю. Если не удастся уравновесить мост, то смените полярность подсоединения диода к мосту.

4. Включите плитку и, увеличивая температуру, снимите показания моста и термометра около 10 раз до температуры 80–90°С. Результаты занесите в табл. 1. Вылейте горячую воду из термостата.

Таблица 1

5. Постройте график зависимости . Аппроксимируйте экспериментальные точки прямой линией.

6. Определите по графику угловой коэффициент прямой и вычислите по формуле (2) величину .

Контрольные вопросы и задания

1. Какие вещества называются полупроводниками? Каковы их свойства?

2. Объясните механизм собственной и примесной проводимости полупроводников, рассматривая кристаллическую решетку.

3. Объясните механизм возникновения энергетических зон.

4. Объясните механизм собственной и примесной проводимости полупроводников, используя структуру их зон.

Рекомендуемая литература [24, 26].

Задание 3. Изучение зависимости проводимости электролита от температуры.

Проводимость электролита осуществляется ионами обоих знаков, возникающих в растворе благодаря диссоциации молекул растворяемого вещества. Проводимость растет с ростом температуры из-за увеличения степени диссоциации и уменьшения вязкости жидкости. Дифференциальной характеристикой проводимости является удельная проводимость :

, (3)

где − длина, площадь поперечного сечения и сопротивление столбика электролита между электродами, . В работе используется электролитическая ячейка, для которой l и S трудно измерить, поэтому применяется метод сравнения двух электролитов, для одного из которых известно значение . Поскольку , то

. (4)

Измерения производятся на переменном токе, чтобы не загрязнять электроды ячейки продуктами электролиза.

Выполнение работы

1. Установите термостат с электролитической ячейкой Х-38, залитой эталонным раствором NaCl известной концентрации, и термометром. Перед наполнением ячейки раствором необходимо промыть ее водой. Уровень воды в термостате должен быть на 1 см ниже края банки, температура – близкой к комнатной.

2. Изучите правила пользования мостом Р 38, размещенные на крышке прибора. Дождитесь установления температуры и измерьте сопротивление ячейки на переменном токе, учитывая, что .

3. Вылейте из ячейки раствор NaCl , промойте ее водой и залейте раствор CuSO4.

4. Произведите измерения сопротивления и температуры раствора 6 раз в процессе нагревания его от исходной температуры до 35–40°С.

5. Данные занесите в табл. 2 и рассчитайте по формуле (4), учитывая, что для раствора NaCl при 18°С:

Таблица 2

Концентрация, %	5	10	20
, Ом-1см-1	0.067	0.120	0.196

6. Постройте график зависимости .

Контрольные вопросы и задания

1. Какие растворы называются электролитами?

2. Почему происходит диссоциация?

3. Что такое электролиз?

4. Объясните закон Ома для электролитов.

5. Объясните полученную зависимость .

Рекомендуемая литература [24, 26].

Работа №5. Изучение полупроводниковых выпрямителей

Цель: изучить выпрямляющее действие полупроводникового диода.

Оборудование: полупроводниковый диод, блок диодов, выпрямитель, трансформатор, многопредельные вольтметр и амперметр, реостаты, осциллограф, конденсатор, дроссель, ключи.

Задание 1. Снятие вольт-амперной характеристики полупроводникового диода.

Сопротивление диода постоянному току зависит от величины и направления последнего. Прямой ток соответствует малому сопротивлению, обратный – большому. Измерение зависимости тока от приложенного напряжения производится сначала для прямого тока, затем – для обратного.

Выполнение работы

1. Соберите схему, данную на рис. 1.

2. Увеличивая прямое напряжение реостатом от нуля до зашкаливания одного из приборов, снимите их показания не менее 8 раз и оформите в таблицу.

3. По полученным данным начертите график.

4. Соберите схему, данную на рис. 2.

5. Увеличивая обратное напряжение от нуля до зашкаливания одного из приборов, снимите их показания не менее 8 раз и оформите в таблицу.

Рис. 1 Рис. 2

6. По полученным данным начертите график.

Задание 2. Наблюдение однополупериодного выпрямления тока.

Если синусоидальный ток от трансформатора пропустить через диод, то проходить через него будут только полупериоды одного знака. Полупериоды другого знака будут гаситься диодом.

Выполнение работы

1. Соберите схему, данную на рис. 3. Включите развертку осциллографа.

Рис. 3

2. Замкните ключ К, добейтесь устойчивого изображения кривой и установите ее симметрично относительно горизонтальной оси. Зарисуйте ее изображение и положение осей.

3. Разомкните ключ и, не меняя настройки осциллографа, зарисуйте полученное изображение и оси.

Задание 3. Наблюдение двухполупериодного выпрямления тока.

Схема на рис. 4 позволяет знакопеременный ток превратить в пульсирующий ток одного направления.

Выполнение работы

1. Не изменяя настройки осциллографа после выполнения задания 2, соберите схему, данную на рис 4.

2. Зарисуйте осциллограмму с осями.

Рис. 4

Задание 4. Использование емкости и индуктивности для сглаживания пульсирующего тока.

Для сглаживания пульсаций тока используется LC-фильтр, состоящий из дросселя и конденсатора.

Выполнение работы

1. Не изменяя настройки осциллографа после выполнения заданий 2 и 3, соберите схему, данную на рис. 5.

Рис. 5

Включите ключ К1 и выключите ключ К2. Получаемое изображение должно совпадать с осциллограммой задания 3.

2. Включите ключ К2. Зарисуйте осциллограмму влияния емкости на пульсирующее напряжение.

3. Выключите ключи К1 и К2. Зарисуйте осциллограмму влияния индуктивности на пульсирующее напряжение.

4. Выключите ключ К1 и включите ключ К2. Зарисуйте осциллограмму с осями.

Контрольные вопросы и задания

1. Объясните механизм примесной проводимости полупроводника Р-типа и n-типа.

2. Объясните механизм односторонней проводимости полупроводникового диода.

3. Почему вольтметр и амперметр по-разному включены на рис. 1 и 2?

4. Объясните, как подобрать параметры реостата в схемах рис. 1 и 2.

5. Дайте физическое объяснение кривым, полученным при выполнении заданий 2, 3, 4.

Рекомендуемая литература [24, 26].

3.4. Оптика

Работа № 1. Определение показателя преломления жидкостей

Цели: 1) экспериментально определить показатели преломления водных растворов хлорида натрия (NaCl) различной известной концентрации с помощью рефрактометра; 2) изучить метод определения неизвестной концентрации раствора NaCl по градуировочной кривой.

Оборудование: рефрактометр универсальный РДУ, растворы NaCl.

При подготовке к работе выполните следующие задания:

1. Сформулируйте закон преломления света. Дайте определение абсолютного и относительного показателей преломления.

2. Объясните закон преломления на основании принципа Гюйгенса.

3. Ответьте на вопрос, в чем заключается явление полного внутреннего отражения?

4. Дайте качественное объяснение физическому явлению, называемому дисперсией света.

Рефрактометром называется прибор для измерения относительного показателя преломления твердых, жидких и газообразных тел.

В данной работе для измерения показателя преломления жидкостей применяется рефрактометр РДУ. Метод измерения основан на явлении полного внутреннего отражения. Полное внутреннее отражение может иметь место при переходе светового луча из оптически более плотной среды в оптически менее плотную например из стекла в воду.