377
.pdfЛ.А. Кузовникова, Н.Г. Замкова
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО КУРСУ «ФИЗИКА»
Электричество и магнетизм
Часть 2
Красноярск 2007
УДК 530.145+539.18 (076)
Лабораторный практикум по курсу «Физика»: Часть 2. Электричество и магнетизм. / Сост. Л.А. Кузовникова, Н.Г. Замкова Красноярск; 2007. 72с.
Изложены основы теории: электричества, магнетизма. Даны описания установок, методика и порядок проведения лабораторных работ, и контрольные вопросы.
Данный лабораторный практикум предназначен для студентов всех специальностей очной и заочной форм обучения высших технических учебных заведений.
Рецензенты:
к.ф.-м.н., старший научный сотрудник ИФ СО РАН Комогорцев С.В. к.ф.-м.н., ст. преподаватель кафедры ОМ и ЕНД КрИЖТ-филиала ИрГУПС
вг. Красноярске Федоров А.С.
©Л.А. Кузовникова, Н.Г. Замкова 2007
©Красноярский институт железнодорожного транспорта - Филиал ГОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения» в г. Красноярске, 2007
2
Введение.
Назначение методических указаний
Данные методические указания предназначены для закрепления теоретических знаний и приобретения необходимых практических навыков и умений по программе дисциплины «Физика. Электричество и магнетизм» для всех специальностей
В сборнике содержатся методические указания по выполнению следующих лабораторных работ:
№1. Изучение электроизмерительных приборов.
№2 Изучение характеристик электростатического поля.
№3 Определение электрического сопротивления.
№4 Исследование зависимости мощности и КПД источника
постоянного тока от внешней нагрузки.
№5 Определение горизонтальной составляющей индукции и
напряженности магнитного поля Земли.
№6 Определение удельного заряда электрона методом магнетрона.
3
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ФИЗИКЕ
Этап 1. Домашняя подготовка
1.Для изучения сущности физических явлений и законов, которые предстоит исследовать в лабораторной работе, необходимо внимательно просмотреть содержание конспектов лекций по теме лабораторной работы, а также учебные пособия.
2.Оформление своего персонального конспекта данной ЛР (см. соответствующие требования ниже).
3.Подготовка к устной беседе с преподавателем по теме работы.
Этап 2. Допуск к лабораторной установке
1.Для допуска к установке необходимо наличие персонального конспекта ЛР.
2.Устная беседа с преподавателем о сущности предстоящего исследования: содержание изучаемых явлений и физических законов, объяснение рабочих формул, устройство лабораторной установки, методика проводимых измерений.
3.Преподаватель допускает студента к работе и ставит свою подпись в конспекте студента (графа ДОПУСК в табличке на обложке).
Этап 3. Экспериментальная часть
1.Выполнение наблюдений, измерений, постановка опытов в соответствии с методическим руководством и указаниями преподавателя.
2.Заполнение таблиц измерений для отчета о проделанной работе.
3.Преподаватель проверяет таблицу измерений студента и ставит свою подпись в конспекте студента. Таблицы должны быть заполнены чернилами. Для всех величин в таблицах должна быть записана соответствующая единица измерения.
Этап 4. Обработка полученных результатов
1.Вычисление значений расчетных величин по рабочим формулам (расчеты подробно записываются в отчете после написанной формулы).
2.Расчет погрешностей измерений и вычислений.
3.Построение графиков исследуемых зависимостей. Графики должны удовлетворять всем требованиям, приведенным ниже.
4.Написание вывода по полученным результатам.
Этап 5. Защита лабораторной работы
1. Предоставление полностью готового оформленного отчета о работе.
4
2.Собеседование с преподавателем об изученных физических явлениях
изаконах, полученных экспериментальных результатах (контрольные вопросы).
Наиболее сложным для большинства студентов является написание выводов по результатам работы. Рекомендуется подходить к написанию выводов следующим образом:
1.Проанализировать ожидаемые результаты работы: что должно получиться по теории.
2.Проанализировать реально полученные результаты, указать сходства
иразличия теоретических и практических результатов.
3.Обосновать с точки зрения теории отмеченные сходства и различия в результатах: почему так получилось.
ГР А Ф И К (требования):
график должен быть построен на миллиметровой бумаге, размер не менее 1/2 листа,
на графике: оси декартовой системы, на концах осей - стрелки, индексы величин, единицы измерения, 10N,
на каждой оси - РАВНОМЕРНЫЙ МАСШТАБ (риски через равные промежутки, числа через равное количество рисок),
под графиком - полное название графика СЛОВАМИ,
на графике - экспериментальные и теоретические точки ярко,
форма графика должна соответствовать теоретической зависимости (не ломаная).
Требования к оформлению персонального конспекта
Цель работы: (переписать полностью из описания).
Краткая теория (выписать основные формулы, определения, законы и пояснить каждый символ, входящий в формулу).
Экспериментальная установка (нарисовать чертеж и написать наименование деталей).
Таблицы (название, состав таблиц и их количество определить самостоятельно в соответствии с методикой измерений и обработкой их результатов).
Оформление отчета. В отчете должны присутствовать подробные расчеты величины после написанной формулы. В расчетах указываются единицы измерения физических величин. Все расчеты ведутся в системе СИ.
5
УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ МОДУЛЬНО-
УЧЕБНОГО КОМПЛЕКСА МУК-ЭМ1.
Модульный учебный комплекс МУК-ЭМ1 предназначен для проведения практикума по физике в высших и средних учебных заведениях.
Комплекс состоит из стенда для исследований и трех основных блоков: генератора постоянного и переменного напряжения, блока цифрового амперметра-вольтметра, звукового генератора. Внешний вид составных частей модульно-учебного комплекса МУК-ЭМ1, используемого при выполнении лабораторных работ по курсу «Электричество и магнетизм» представлен ниже.
Генератор постоянного и переменного напряжения (ГН) -
предназначен для генерации:
-регулируемого постоянного напряжения;
-синусоидального переменного напряжения с фиксированными частотами и регулируемой амплитудой;
-прямоугольных импульсов типа "меандр", с частотой повторения, равной частотам синусоидального напряжения.
6
Блок цифрового амперметра-вольтметра (АВ) - предназначен для измерения основных физических величин:
-постоянной силы тока;
-амплитуды переменной силы тока;
-постоянного напряжения;
-амплитуды переменного напряжения.
Звуковой генератор (ЗГ) - предназначен для генерации сигнала синусоидальной формы перестраиваемой частоты и перестраиваемой амплитуды.
7
Стенд с объектами исследования С3-ЭМ01 применяется в составе модульно-учебных комплексов серий МУК-ЭМ, МУК-ЭТ.
Стенд содержит группы объектов исследования, имеющих следующие характеристики:
−Переменный резистор сопротивлением R = 0 - 1,5 кОм; −Шесть постоянных резисторов:
R1 = 68 Ом ± 10%;
R2 = 150 Ом ± 10%;
R3 = 680 Ом ± 10%;
R4 = 820 Ом ± 10%;
R5 = 470 кОм ± 10%;
−Два неизвестных резистора, сопротивления которых предлагается определить в процессе выполнения работ: R1Х , R2Х.
−Четыре конденсатора:
С1 = 0.010 мкФ ± 10%; С2 = 0.022 мкФ ± 10%; С3 = 0.033 мкФ ± 10%; С4 = 0.47 мкФ ± 10%;
−Индуктивность L = 10мГн ± 10%;
−Магнитосвязанные индуктивности L1 и L2, индуктивности которых предлагается определить в процессе выполнения работ.
−Трансформатор Тр, имеющий следующие характеристики: Средняя длина сердечника l = 7.8 ±0.1 см;
Площадь поперечного сечения S = 0.64 ±0.05 см2;
Число витков первичной обмотки N1 = 1665 вит.; Число витков вторичной обмотки N2 = 970 вит.
Стенд снабжен переходными гнездами для подключения осциллографа
―Вх. X‖, ―Вх. Y‖.
8
УСТРОЙСТВО БЛОКОВ.
1.Расположение органов управления блока ГН.
На передней панели блока ГН расположена кнопка выключателя "Сеть" 20, выходные гнезда генератора постоянного напряжения 22, регулятор выходного напряжения генератора постоянного напряжения 19, выключатель внутреннего сопротивления 21, регулятор выходного синусоидального напряжения 8, кнопка переключения частот 7, индикатор номера частотного диапазона 4, выходные гнезда генератора синусоидального напряжения 6, выходные гнезда генератора прямоугольных импульсов (меандра) 5. Здесь же расположена таблица соответствия фиксированных частот их номерам.
9
2. Расположение органов управления блока АВ.
На передней панели блока АВ расположена кнопка выключателя "Сеть" 17, входные гнезда амперметра 16 и вольтметра 10, индикатор измеряемого напряжения 9, индикатор измеряемого тока 18, кнопки выбора пределов измерения амперметра 15, кнопки выбора пределов измерения вольтметра 11, фиксированные переключатели выбора :
- |
типа измеряемой величины 13 ( =/≈ |
постоянная / переменная); |
|
||||
- |
диапазонов |
измерения |
амперметра |
14 ( |
mA/μA |
миллиамперметр |
/ |
микроамперметр ) ; |
|
|
|
|
|
|
|
- |
диапазонов |
измерения |
вольтметра |
12 |
( В/mB |
вольтметр |
/ |
милливольтметр). |
|
|
|
|
|
|
|
3. Расположение органов управления блока ЗГ.
На передней панели ЗГ расположена кнопка выключателя "Сеть" 23, цифровой индикатор частоты выходного сигнала 25, регулятор амплитуды выходного сигнала 24, ручка плавной установки частоты 26, кнопка переключения диапазонов 3, индикатор номера диапазона 1, выходные гнезда 2. Здесь же расположена таблица соответствия границ частотных диапазонов их номерам.
ПОРЯДОК РАБОТЫ С БЛОКАМИ.
1. Порядок работы с блоком ГН.
Включите кнопку "Сеть" 20, при этом загорится индикатор номера частоты генератора переменного напряжения 4.
Если в лабораторной работе используется источник постоянного напряжения, то перед включением блока установите в соответствии с выполняемой работой переключатель внутреннего сопротивления 21 в
положение "Вкл" или "Выкл", при этом оно будет соответствовать 150 + 200 Ом в положении "Вкл" или около 0 Ом в положении "Выкл". Ручкой 19 установите требуемое значение выходного напряжения.
Если в лабораторной работе используется генератор переменного напряжения (синусоидального), то после включения кнопки "Сеть" 17 устанавливается необходимая частота в соответствии с нанесенной на передней панели таблицей. Для выбора необходимой фиксированной частоты нужно нажать и удерживать кнопку 7 до тех пор, пока не загорится требуемый номер. Регулятором 8 устанавливается амплитуда выходного напряжения.
При использовании импульсного напряжения выходной сигнал
10