lab_em1112b / (№2-02)
.pdf
11
Порядок выполнения работы
Лабораторную работу необходимо выполнять, строго соблюдая правила техники безопасности и охраны труда, установленные на рабочем месте студента в лаборатории.
1. Собрать экспериментальную установку по схеме одинарного моста (рис.8).
.
Рис.8. Одинарный мост сопротивлений:
а- принципиальная схема; б - монтажная схема.
2.Взять для каждого опыта в качестве Rx указанный в индивидуальном задании
один или несколько, соединенных определенным образом, резисторов.
Примечание:
1) если необходимо выполнить измерение |
Rx1 , то надо установить R =330 Ом; |
2) если необходимо выполнить измерение |
RX 13 , то надо установить R =150 Ом; |
3) если необходимо выполнить измерение |
RX 16 , то надо установить R =680 Ом; |
4) для параллельного соединения двух резисторов Rx1 , Rx13 (рис.9) надо установить
R =100 Ом;
Рис.9. Параллельное соединение двух резисторов Rx1 , Rx13 :
12
а- принципиальная схема; б - монтажная схема.
5)для последовательного соединения двух резисторов Rx1 , Rx13 (рис.10) надо установить
R =330 Ом;
Рис.10. Последовательное соединение двух резисторов Rx1 , Rx13 :
а- принципиальная схема; б - монтажная схема.
6)для параллельного соединения трех резисторов RX 1 , RX 13 , RX 16 (рис.11) надо установить R =100 Ом;
Рис.11. Параллельное соединение трех резисторов RX 1 , RX 13 , RX 16 :
а- принципиальная схема; б - монтажная схема.
7)для последовательного соединения трех резисторов RX 1 , RX 13 , RX 16 (рис.12) надо установить R =1000 Ом.
13
Рис.12. последовательное соединение трех резисторов RX 1 , RX 13 , RX 16 :
а- принципиальная схема; б - монтажная схема.
3.Далее необходимо в одну диагональ моста включить источник питания, а в другую – амперметр.
4.Включить источник питания в сеть.
5.Перемещая движок по проволоке моста необходимо добиться отсутствия тока
вцепи амперметра. Соответствующие значения длин l1 и l2 записать в таблицу 2.
Таблица 2. Результаты измерений сопротивления резисторов.
Rx |
R , Ом |
l1 , м |
l2 , м |
|
|
|
|
Rx1 |
330 |
|
|
Rx13 |
150 |
|
|
Rx16 |
680 |
|
|
Rx1 , Rx13 |
100 |
|
|
соединенные |
|
|
|
параллельно |
|
|
|
|
|
|
|
Rx1 , Rx13 |
330 |
|
|
соединенные |
|
|
|
последовательно |
|
|
|
|
|
|
|
Rx1 , Rx13 , Rx16 |
100 |
|
|
соединенные |
|
|
|
параллельно |
|
|
|
|
|
|
|
Rx1 , Rx13 , Rx16 |
1000 |
|
|
соединенные |
|
|
|
|
|
|
|
14
последовательно
6. Взять дополнительную доску с укрепленными на ней проволочными
резисторами, изготовленными из одного и того же металла, имеющими одну и ту же длину (L=1м), но имеющими разные диаметры D (значения диаметров даны в мм,
материал проводника указан на доске рядом с каждым резистором).
7. |
В качестве Rx взять поочередно пять различных проволочных резисторов, |
|||
отличающихся диаметрами, |
и повторить все изложенные в п.п. |
3-5 данного раздела |
||
операции. Установить R (методом подбора). |
|
|
||
8. |
Соответствующие |
значения длин l1 |
и l2 , а также |
сопротивления R и |
диаметра D записать в таблицу 3. |
|
|
||
|
Таблица 3. Результаты измерений сопротивления проволочных резисторов. |
|||
|
|
|
|
|
Rx |
D, мм |
R , Ом |
l1 , м |
l2 , м |
первый сверху
резистор (I)
второй сверху
резистор (II)
···
пятый сверху
резистор (V)
Обработка результатов эксперимента
1. Воспользовавшись формулой (4), рассчитать неизвестное сопротивление Rx ,
используя данные таблицы 2. По формулам (2) и (3) найти общее сопротивление последовательного и параллельного соединения соответствующих резисторов.
Результаты расчетов записать в таблицу 4.
Таблица 4. Значения сопротивления резисторов.
15
Rx |
Rx = R × |
l1 |
|
R |
= |
n R |
|
1 |
= |
n |
1 |
|
|
|
|
|
∑ |
|
|
||||||
|
|
l2 |
общ. |
|
∑ i |
|
Rобщ. |
Ri |
||||
|
|
|
|
i=1 |
|
i=1 |
||||||
|
(экспериментальное |
(теоретическое |
(теоретическое |
|||||||||
|
значение) |
значение) |
значение) |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Rx1 |
|
|
|
|
_ |
|
_ |
|
|
|
||
Rx13 |
|
|
|
|
_ |
|
_ |
|
|
|
||
Rx16 |
|
|
|
|
_ |
|
_ |
|
|
|
||
Rx1 , Rx13 |
|
|
|
|
_ |
|
|
|
|
|
|
|
соединенные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
параллельно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rx1 , Rx13 |
|
|
|
|
|
|
_ |
|
|
|
|
|
соединенные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
последовательно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rx1 , Rx13 , Rx16 |
|
|
|
_ |
|
|
|
|
|
|
|
|
соединенные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
параллельно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Rx1 , Rx13 , Rx16 |
|
|
|
|
|
|
_ |
|
|
|
||
соединенные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
последовательно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. Воспользовавшись формулой (4), рассчитать неизвестное сопротивление Rx
всех пяти проволочных резисторов, используя данные таблицы 3. Вычислить площадь поперечного сечения проволочного резистора S, величину отношения L/S, а также удельное сопротивление ρ металла, из которого изготовлены резисторы. Результаты
расчетов занести в таблицу 5. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Таблица 5. |
Значения сопротивления проволочных резисторов. |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rx |
R = R × |
l1 |
, |
|
S = |
π D2 |
|
L |
, |
ρ = R |
|
× |
S |
, |
|
|
|
, |
|
|
x |
|
|||||||||||
|
x |
|
l2 |
|
|
|
S |
|
|
L |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
Ом |
|
|
|
м2 |
м-1 |
Ом× м |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16
первый сверху
резистор (I)
второй сверху
резистор (II)
···
пятый сверху резистор (V)
3. Построить график зависимости сопротивления проволочного резистора от величины его поперечного сечения. Для этого по оси абсцисс откладывать значения
величины L , а по оси ординат – значения сопротивления R .
S |
x |
|
4. Воспользовавшись формулой (1) зависимости сопротивления резистора от его параметров, определить по графику значение удельного сопротивления ρ металла.
Сравнить полученное из графика значение ρ с вычисленным значением (см. таблицу 5). 5. Оценить относительную погрешность измерения сопротивления резисторов
методом моста Уитстона.
Библиографический список
а) основной:
1.Савельев И.В. Курс физики. Т.2. С.-Пб.: Физматлит. 1996. Гл. V.
2.Батурин Б.Н. Правила электробезопасности при выполнении лабораторных работ. Учебное пособие. М.: МИСиС. 1995. -38с.
б) дополнительный:
3.Калашников С.Г. Электричество. М.:Наука. 1964. С.134-137.
4.Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т.2. М.: Физматлит. 2004. -600 с.
Контрольные вопросы
17
1. Что такое электрический ток? Дать определение силы тока и плотности тока.
Записать закон Ома для замкнутой цепи. Записать закон Ома для неоднородного участка цепи. Объяснить физический смысл ЭДС, дать определение напряжения.
2.Что такое узел электрической цепи? Сформулировать первое правило Кирхгофа. Какое свойство электрических зарядов оно отражает?
3.Сформулировать второе правило Кирхгофа. Записать формулу для второго правила Кирхгофа. Объяснить правило знаков.
4.Чему равно сопротивление R однородного металлического цилиндрического
проводника? От чего зависит удельное сопротивление |
ρ |
металлического |
цилиндрического проводника?
5.В случае параллельного соединения n проводников, чему равно общее сопротивление R всей цепи? Чему равен общий ток в цепи?
6.В случае последовательного соединения n проводников, чему равно общее сопротивление R всей цепи? Чему равно общее напряжение цепи?
|
|
|
Индивидуальные задания |
|
|
|
||
Задание 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1. |
Записать закон Ома для однородного участка цепи. Сформулировать второе |
|||||||
правило Кирхгофа и пояснить правило знаков. |
|
|
|
|||||
2. |
Экспериментально |
определить |
значение |
каждого |
из |
сопротивлений |
||
RX 1 , RX 13 , RX 16 . Экспериментально определить полное |
сопротивление резисторов |
|||||||
RX 1 , RX 13 , соединенных между собой параллельно. Затем, определить полное |
||||||||
сопротивление |
трех резисторов |
RX 1 , RX 13 , RX 16 , соединенных |
между собой |
|||||
последовательно. |
|
|
|
|
|
|
|
|
3. |
Задача. Два элемента с одинаковыми ЭДС |
ε1 = ε2 |
= 2В |
и внутренними |
||||
сопротивлениями |
r1 = 1Ом |
и r2 |
= 2Ом |
соединены |
параллельно |
и замкнуты на |
||
18
внешнее сопротивление R . Через элемент с ЭДС ε1 течет ток I1 = 1A . Найти
сопротивление R и ток I2 текущий через элемент с ЭДС ε2 . Какой ток течет через
сопротивление R ?
Задание 2
1. Что такое электрический ток? Дать определение силы тока и плотности тока.
Записать закон Ома для неоднородного участка цепи. Объяснить физический смысл
ЭДС, дать определение напряжения U. |
|
|
|
|
||
|
2. |
Экспериментально определить |
значение |
каждого |
из сопротивлений |
|
RX 1 |
, RX 13 , RX 16 . Экспериментально определить полное |
сопротивление |
резисторов |
|||
RX 1 |
, RX 13 соединенных между собой последовательно. Затем, |
определить полное |
||||
сопротивление трех резисторов RX 1 , RX 13 , RX 16 , соединенных между собой параллельно. |
||||||
|
3. |
Задача. Два источника тока с ЭДС |
ε1 = 2,3B |
и ЭДС |
ε2 = 2, 0B соединены |
|
одноименными полюсами и подключены к внешнему сопротивлению |
R = 12(Oм) . |
|||||
Внутренние сопротивления источников r1 = 19(Oм) и r2 |
= 37(Oм) . Определить ток I1 , |
|||||
проходящий через первый источник (ε1 = 2,3B) . |
|
|
|
|||
Задание 3
1. Что такое узел электрической цепи? Сформулировать первое правило Кирхгофа. Какое свойство электрических зарядов оно отражает?
2. Экспериментально определить значение каждого из сопротивлений
RX 1 , RX 13 , RX 16 . Экспериментально определить полное сопротивление трех резисторов
RX 1 , RX 13 , RX 16 , соединенных между собой параллельно. Далее, определить полное
сопротивление трех резисторов RX 1 , RX 13 , RX 16 , соединенных между собой
последовательно.
19
3. Задача. Две батареи с |
ЭДС ε1 = 2,1B и ЭДС ε2 = 1,9B |
и внутренними |
сопротивлениями r1 = 14Oм и |
r2 = 17Oм соединены разноименными полюсами и |
|
подключены к внешнему сопротивлению R = 21Oм . Определить ток |
I , проходящий |
|
через внешнее сопротивление. |
|
|
Задание 4
1.Записать закон Ома для замкнутой цепи. Сформулировать второе правило Кирхгофа. Объяснить правило знаков.
2.Экспериментально определить значение сопротивления каждого из пяти проволочных резисторов, укрепленных на дополнительной доске. Построить график зависимости сопротивления резистора от величины его поперечного сечения (по оси
абсцисс – откладывать отношение L , а по оси ординат – значение сопротивления R ).
S |
x |
|
По полученному графику определить значение удельного сопротивления ρ металла.
Оценить относительную погрешность определения сопротивления Rx данным методом.
3. Задача. Три источника тока с ЭДС |
ε1 = 1, 6B , |
с ЭДС ε2 = 1,1B |
и ЭДС ε3 , |
||
соединены |
одноименными |
полюсами. Внутренние |
сопротивления |
источников |
|
r1 = 0, 2(Oм) , |
r2 = 0, 6(Oм) и |
r3 = 0, 4(Oм) . |
Ток, проходящий через первый источник, |
||
равен I1 = 1,5A . Определить |
ε3 . |
|
|
|
|