Практикум по физике (стр. 14 )

График получившейся функции- прямая с наклоном -1/RC. Проверим, так ли это.

- Для этого вызовем два курсора, вырежем участок графика U(t), соответствующий процессу разрядки.

- Позаботимся, чтобы напряжение ни в одной точке графика не принимало отрицательных значений, иначе будут проблемы с логарифмированием. Если отрицательные напряжения есть (проверьте это курсором) - прибавим к исследуемой функции очень малую величину.

(Инструменты - Операция - Линейная, в поле В поставим нужную величину.)

- Прологарифмируем зависимость. (Инструменты - Анализ - Мастер анализа - Логарифм)

- Аппроксимируем её прямой. (Инструменты - Анализ - Мастер анализа - Линейное приближение)

Сравним полученную зависимость с прямой линией. Сделаем вывод. Распечатаем графики.

Увидим на экране уравнение этой прямой. (х - это t) (Если уравнения под графиком нет, поставьте курсор на эту прямую.) Запишем его.

- Сравним коэффициент при переменной t и расчётное значение -1/RC

Сделаем вывод.

ВНИМАНИЕ: В Multilab при логарифмировании или аппроксимации полученной зависимости экспонентой часто возникают проблемы (как на NOVA-5000, так и на компьютере), устранить их не удаётся. При этом получившиеся зависимости - действительно экспоненты (проверяли). Один из возможных путей - экспорт таблицы из Multilab в Excel и дальнейшая обработка данных в Excel.

8. Теория:

Интеграл тока должен быть равен заряду, накопившемуся в конденсаторе.

Сравним график ∫idt и график заряда, накопленного конденсатором q = U/C.

Распечатаем соответствующие графики. Раскрасим их разным цветом. Сделаем выводы.

(Замечание. Датчик тока рассчитан на 250 мА. Если ток зарядки был менее 1-3 мА (а это примерно так в опыте с R=1,5 кОм и С = 500 мкФ, конечно, измерения совсем неточны.

Поэтому для этого опыта рекомендуется взять сопротивление около 100 Ом (тогда ток зарядки может быть измерен более точно). Но и в таком случае на NOVA-5000 мастер анализа может неверно выполнить интегрирование - не пугайтесь!)

9. Оформим работу, запишем выводы, обсудим результаты с учителем, уберем оборудование.

, шк. 179 МИОО, март 2011

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 13

ИЗМЕРЕНИЕ ЁМКОСТИ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА (ИЛИ АККУМУЛЯТОРА)

ОБОРУДОВАНИЕ: NOVA, исследуемая батарейка, датчик тока 2,5А, реостат 6 Ом, мультиметр или вольтметр на 1,5 В.

Можно вторым комплектом оборудования одновременно исследовать второй источник тока.

Как известно, источник тока характеризуется не "зайцами, которые работают в 10 раз дольше обычных", а емкостью, измеряемой в ампер-часах. (Это время (в часах), в течение которого источник может давать ток 1Ампер. Фактически это заряд, который может "перекачать" источник тока.)

ЦЕЛИ РАБОТЫ:

Изучить, как источник тока отдаёт энергию цепи, измерить ёмкость батареи [А*ч].

Измерить емкость источника тока.

Узнать, изменилась ли ЭДС источника тока после его разрядки.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ:

Тема "Закон Ома для цепи, содержащей ЭДС".

ХОД РАБОТЫ:

Внимание!

Типичная ошибка – нечаянно замкнули источник тока (подключили источник "крокодилами", а они замкнулись), а если вынимали элементы из "квадратной" батареи - замкнули их корпусами (Нельзя!!!)

Типичная ошибка – плохие контакты или неисправный реостат приведут к скачкам тока во время опыта.

Помните, что батарейка довольно быстро "садится" от большого тока.

1. Возьмём новый гальванический элемент или заряженный аккумулятор.

Измерим вольтметром ЭДС нового источника тока и запишем её значение.

2. Соберём цепь с исследуемым источником тока, датчиком тока на 2,5 А,

(не перепутайте его с датчиком на 250 мА - сгорит!!!), ключом и реостатом (всё соединяем последовательно), покажем ее учителю перед включением.

Внимание! Типичная ошибка – плохие контакты в цепи. На графике видны колебания тока.

3. Установим в NOVA частоту 1 измерение в секунду и длительность - бесконечно.

Не забудем подключить NOVA к подзарядке.

Поскольку эксперимент займёт более часа, займемся чем-нибудь полезным. Рекомендуется исследовать такой же установкой другой источник тока и сравнить их.

Позаботимся, чтобы никто не трогал установку во время эксперимента.

4 .С помощью реостата установим ток разряда (для элемента 1,5 В около 1- 1,5 ампера) и запустим измерения. Когда ток упадет до определенного уровня – например, до 0,5 ампера (обсудите этот вопрос с учителем), закончите опыт. Действительно, батарейка еще работает, а низкий ток уже не позволяет использовать ее в приборах.

Внимание! Аккумулятор НЕЛЬЗЯ полностью разряжать - он выйдет из строя! Будьте внимательны, отслеживайте ток, как только ток начнёт явно резко падать – пора заканчивать опыт.

5. Разберём цепь, отключим источник тока. Снова измерим его ЭДС вольтметром, запишем результат и сравним с начальным значением.

6. У нас есть график зависимости I(t) . Проинтегрируем его (Анализ→Интеграл).

Получится график зависимости перекачанного заряда от времени в [А*с].

Значение этой функции в наивысшей точке - это и есть весь прошедший через источник тока заряд. Переведём результат в [А*ч] и запишем его.

Сохраним файл.

Распечатаем графики I(t) , q(t).

7. Выбросим использованный гальванический элемент. (Аккумулятор выбрасывать не надо!) Положим оборудование на место.

Внимание! Типичная ошибка - путать старые и неиспользованные источники. НЕ пометить оставшиеся после разборки батареи элементы, как "новые", не выбросить использованный гальванический элемент после работы.

8. Проанализируем зависимость I(t), q(t). Сделаем выводы. Составим краткий отчет о работе и сдадим его.

9. Кстати:

В сети Интернет можно найти множество интересных данных об испытаниях различных источников тока. Можно при желании исследовать достаточное количество различных батареек и написать статью о них. (Цена 1 ампер-часа на рынке батареек.)

Не забудьте, что емкость батареек значительно зависит от тока разряда!

, шк. 179 МИОО, 2009

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 14

ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ВНУТРЕННЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКА ТОКА ОТ ТОКА В ЦЕПИ

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ: Знание темы: Источник тока, ЭДС, короткое замыкание, закон Ома для полной цепи.

Школьные учебники предполагают, что источник тока имеет некоторое постоянное внутреннее сопротивление, однако здесь кроется страшный обман...

В работе предлагается исследовать этот вопрос.

ОБОРУДОВАНИЕ

Исследуемый источник тока например, гальванический элемент на 1,5 В (не старый!) или "мизинчиковый" аккумулятор, реостат на 6-10 Ом, провода, ключ, цифровой мультиметр, компьютер "NOVA", датчик напряжения, датчики тока 2,5А (может понадобиться два одинаковых датчика тока, если ток короткого замыкания превышает 2,5А)

Хороший вариант - батарея типа "Крона" на 9В, реостат на 30-50 Ом. В этом случае ток не превысит 1 - 1,2А.

ПОДГОТОВКА:

1. Возьмем гальванический элемент на 1,5 вольта, (например, пальчиковый).

Убедимся, что элемент новый. Проверим годность источника тока амперметром (можно взять мультиметр на пределе измерений, например, 20А) ток при кратковременном (!) – (одна - две секунды) коротком замыкании должен быть 2- 5 А.

- Запишем ток короткого замыкания.

Если ток короткого замыкания превышает 2,5 А, в следующих исследованиях целесообразно подключить два датчика тока параллельно, таким образом можем измерять токи до 5А.

2. - Измерим и запишем ЭДС источника тока.

Для этого надо просто подключить вольтметр к источнику без нагрузки.

3. Соберем цепь из источника тока, ключа, датчиков тока и напряжения, реостата.

Внимание! Большой ток быстро разряжает батарейку! Нельзя держать ключ замкнутым дольше нескольких секунд, которые необходимы для снятия показаний приборов.

ВНИМАНИЕ! У реостата обычно три вывода - два крайних и средний. Если подключить провода к двум крайним выводам, сопротивление будет невозможно регулировать.

ВНИМАНИЕ! не перепутайте датчик на 2,5 А с датчиком на 250мА, а то датчик сгорит!

Покажите собранную цепь учителю, расскажите, что собираетесь делать дальше.

ТЕОРИЯ:

4. В цепи (см. рисунок) датчик напряжения покажет напряжение U на сопротивлении R+ rA. Зная ЭДС источника ع, ток в цепи I и напряжение U, легко найти внутреннее сопротивление r источника тока.

Нарисуйте схему. Выведите самостоятельно формулу для r и покажите вывод формулы учителю. Должно получиться : r = (ع - U)/I

ЭКСПЕРИМЕНТ:

5. Установим частоту 25 измерений в секунду для пробного опыта. Если график получается "рваным", можно установить частоту, например, 100 измерений в секунду. (При такой частоте на NOVA 5000 график выведется на экран только после остановки опыта).

Установим максимальное сопротивление в цепи.

Замкнём цепь.

По возможности равномерно изменим сопротивление от максимума до нуля, затем опять до максимума и так несколько раз. Рекомендуется сделать весь опыт секунд за десять - пятнадцать. Разомкнём цепь.

Сохраним результаты опыта.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ:

6. Построим на компьютере график зависимости I от времени и график r = (ع - U)/I от I

Рекомендации по построению графика. (Коломеец Иван, 11Б, 2009)

а) Нахождение зависимости тока от времени.

Если использовалось два датчика тока одновременно, сложим их показания. "Мастер анализа" – "Операция"- "Сложение", в качестве аргумента выберем I1 , I2

б) Нахождение зависимости ع - U от времени.

"Мастер анализа" – "Операция"- "Линейная" - в качестве аргумента выберем U, коэффициент при U возьмём -1, а свободный член зададим равным ع .

в) Нахождение зависимости r = (ع - U)/I от времени.