Методичка по физике

(гальванометр должен показать ноль). Замерьте длину плеча

Результаты расчетов занесите в таблицу 5 рабочей тетради.

6.Сделайте выводы по результатам работы.

11

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 24 Шунтирование миллиамперметра

Цель работы: ознакомиться с методом расчета шунта и мостиковой схемой измерения сопротивлений

Методика эксперимента

Для измерения силы тока в электрических цепях используют электроизмерительный прибор - амперметр. Но если мы имеем миллиамперметр, а ток в цепи в К раз превышает пределы этого прибора, то, чтобы его использовать, к нему параллельно подключают сопротивление Rш, которое называют шунтом (от английского shunt – запасной путь) (рис.24.1).

R

I

A B

кI

Iш Rш

Рис.24.1

На рис. 24.1: кI – измеряемый ток; I – предельный ток, на который рассчитан миллиамперметр; Iш – ток, протекающий через шунт; R, Rш – сопротивления соответственно миллиамперметра и шунта.

Сопротивление шунта должно быть выбрано таким, чтобы протекающий через миллиамперметр ток не превысил его предельную нагрузку I. Для расчета Rш воспользуемся правилами Кирхгофа.

По первому правилу Кирхгофа для узла А имеем:

По второму правилу Кирхгофа для контура АRВRшА получим:

12

Шунт можно изготовить из проволоки с удельным

Из (3) следует, что для расчета Rш необходимо знать R прибора. Найти сопротивление миллиамперметра можно с помощью электрической схемы, которую называют мостом Уитстона (рис.24.2)

На рис. 24.2: на участке AC – реостат с движком Д; М – магазин сопротивлений; mА – миллиамперметр, сопротивление которого надо найти; АВ, ВС, АД и ДС – плечи моста с сопротивлениями Rм R, R1, R2; в перемычку ВД включен гальванометр Г; К1, К2 – ключи. В цепь включен также источник ЭДС – с внутренним сопротивлением r. Если при замкнутых ключах ток через гальванометр равен нулю, то мост называется равновесным. Получения равновесного моста добиваются

13

перемещением движка реостата Д, чтобы стрелка гальванометра встала на ноль, т.е. Iг = 0, то получим равновесный мост.

По первому правилу Кирхгофа для узлов Д и В запишем:

проволокой из одного материала и одинакового по всей длине сечения, то сопротивления участков реостата пропорциональны их длинам l 1 и l 2, т.е. R2/R1 = l 2/ l 1 и тогда

Порядок выполнения работы

1.Изучите электроизмерительные приборы, используемые в этой работе. Данные о них занесите в таблицу 1 рабочей тетради.

2.Для определения сопротивления миллиамперметра соберите цепь по схеме рис. 24.2.

3.Замкните ключ К1. При помощи магазина сопротивлений М

иползунка Д добейтесь такого режима в цепи, чтобы при

замыкании ключа К2 ток через гальванометр обращался в ноль. Погрешность в определении сопротивления миллиамперметра

будет наименьшей, когда l 1 = l 2. Поэтому, поставив ползунок Д посередине реостата АС, необходимо добиться равенства нулю тока в гальванометре подбором сопротивления Rм на магазине М. Найдите R по формуле (9).

14

4.По заданному преподавателем значению к рассчитайте сопротивление шунта Rш для миллиамперметра по формуле (3).

5.По формуле (4) рассчитайте длину проволоки для изготовления шунта; площадь сечения проволоки S и ее удельное

занесите в таблицы 2 и 3 рабочей тетради.

6.Отрежьте проволоку длиной ( l + 2) см, зачистьте концы (по

1см) и присоедините к клеммам миллиамперметра.

7.Проградуируйте миллиамперметр. Для этого необходимо

собрать цепь по схеме рис.24.3, где Аэт – эталонный амперметр, mA – миллиамперметр, параллельно которому присоединен шунт

– источник постоянного тока.Rш, r – реостат, К – ключ,

8. Замкните ключ К и при помощи реостата r плавно меняйте ток в цепи, замеряя при этом значения тока в амперах по эталонному амперметру и соответствующие им показания миллиамперметра в делениях шкалы. Снимите таким образом пять

– семь показаний и результаты этих измерений занесите в таблицу 4 рабочей тетради.

9. По данным таблицы постройте график, на котором по оси абсцисс отложите ImA, а по оси ординат Iэт (рис. 24.4 ).

Iэт, А

А

Iэт,

Рис. 24.4

15

Взяв на этом графике любую точку А, определите цену деления зашунтированного прибора по формуле

10. Зная число делений шкалы миллиамперметра n, найдите Imax.эксп – предел шкалы зашунтированного прибора

13.Результаты расчетов занесите в таблицу 5.

14.Сделайте выводы по результатам работы.

16

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №26 Измерение емкостей методом мостиковой схемы и расчет

емкостных сопротивлений в цепях переменного тока

Емкость конденсатора равна отношению заряда одной из обкладок к разности потенциалов между ними.

Емкость является характеристикой конденсатора, зависящей от его формы, размеров и диэлектрической проницаемости среды.

Конденсатор, включенный в цепь переменного тока, создает

Рис. 26.1

17

Схема (рис. 26.1) состоит из четырех сопротивлений: R1 и R2 – сопротивления двух участков реостата, Z и Z0 емкостные сопротивления. Между точками С и Д включен измерительный прибор. По реостату перемещается подвижный контакт Д, делящий его на две части длиной l1 и l2 .

Передвижением движка реостата добиваются равенства потенциалов в точках С и Д, то есть отсутствия тока в ветви СД (в этом случае измерительный прибор покажет нулевое значение).

При этом через сопротивления Z и Z0 будет идти один и тот же ток I1, а через сопротивления R1 и R2 один и тот же ток I2. Кроме того, равны падения напряжения на участках АС и АД и на участках ВС и ВД. Поэтому можно записать :

18

Порядок выполнения работы Задание 1

Измерение неизвестных емкостей мостиковой схемой

1. Соберите цепь по схеме рис. 26.1, в плечо ВС (на место Z0) подключите конденсатор известной емкости С0(эталонная емкость устанавливается на магазине ёмкостей), а в плечо АС (на место Z) подключите конденсатор Сх1, ёмкость которого надо измерить.

2. Передвижением движка реостата Д добейтесь минимального показания измерительного прибора и измерьте длину плеч.

3.Замените конденсатор Сх1 на Сх2 и повторите измерения, указанные в пункте 2.

4.Повторите измерения, указанные в пункте 2, для последовательно и параллельно соединенных Сх1 и Сх2.

5.Все измерения занесите в таблицу 1 рабочей тетради.

6.По формуле (9) рассчитайте Сх1, Сх2, Спосл, Спарал.

7.Результаты расчетов занесите в таблицу 2 рабочей тетради.

Задание 2

Проверка законов последовательного и параллельного соединения конденсаторов.

1.По формулам (3) рассчитайте ёмкости Спосл, Спарал.

2.Рассчитайте относительную погрешность измерений

рабочей тетради.

Задание 3

Проверка законов последовательного и параллельного соединения сопротивлений в цепях переменного тока.

1. По формуле (2) рассчитайте значения Z1, Z2, Zпосл, Zпарал, подставляя соответствующие значения ёмкостей.

19

2.По формулам (4) рассчитайте теоретические значения сопротивлений для параллельного и последовательного соединения.

3.Рассчитайте относительную погрешность измерений

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №27 Изучение резонанса напряжений и определение

индуктивности методом резонанса

В данной лабораторной работе исследуются вынужденные электрические колебания в резонансном контуре, состоящем из включенных последовательно катушки индуктивности L, конденсатора емкости C, активного сопротивления R (рис.27.1).

Если в контуре электродвижущая сила

(t) 0 sin t ,

20