Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«БИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СОЦИАЛЬНО-ПЕДАГОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ»

Кафедра общей физики и методики обучения физике

ИНСТРУКЦИЯ

к лабораторной работе №11

Электрические явления

Бирск - 2008

Лабораторная работа № 11. Электрические явления

Инструкция по выполнению работы

Цель работы: Научиться разрабатывать экспериментальные установки, проводить опыты, демонстрирующие основные элементы знаний в теме.

Задание 1. Изучите по школьному учебнику тему «Электрические явления» (8 класс). Повторите основные знания, которые должны быть усвоены учащимися в этой теме и выпишите в тетрадь формулировки элементов знаний, относящихся к системе демонстрационного эксперимента в этой теме (смотри задание 3).

Задание 2. Изучите по описаниям и инструкциям следующие приборы:

1. Реохорд демонстрационный;

2. Реостаты ползунковые;

3. Магазин сопротивлений демонстрационный;

4. Амперметр демонстрационный

5. Вольтметр демонстрационный

Задание 3. Разработайте принципиальные схемы и смонтируйте с помощью имеющихся приборов экспериментальные установки для следующих опытов:

1. Закон Ома для участка цепи

2. Исследование сопротивления проводника

3. Действие реостата

4. Последовательное соединение проводников

5. Параллельное соединение проводников

6. Действия тока

Задание 4. Подготовьтесь к проведению экспериментов с собранными ЭУ по следующему плану:

1. Цель эксперимента;

2. Метод проведения эксперимента;

3. Проектирование и конструирование ЭУ (или описание готовой ЭУ);

4. План проведения эксперимента;

5. Анализ полученных результатов;

6. Вывод из опыта;

7. Эмпирический вывод;

8. Теория эксперимента.

Задание 5. Подготовьте письменный отчет по выполнению лабораторной работы, включив в него:

1. Название работы; Цель работы;

2. Результаты выполнения задания №1;

3. Результаты выполнения задания 2.

4. Описание экспериментов по указанному в задании 4 плану с рисунками ЭУ.

Описания приборов, используемых в теме

Реохорд демонстрационный (рис. 27) предназначен для опытов с применением мостика Уитстона, а также для демонстрации опытов, в кото­рых необходимо соотнести сопротивление проводника с его длиной.

Прибор состоит из основания, на котором нанесены деления от 0 до 100 и протянут проводник /, изготовленный из константана. Проводник через скобы подсоединяют к зажимам 2, расположенным на концах осно­вания. Вдоль проводника в основании сделаны пазы, по которым может перемещаться движок 3. В движке смонтирована плоская пружина, обеспе­чивающая контакт между проводником и зажимом 4 движка. С левой сто­роны движка имеется кнопка 5, при нажатии на которую пластина отходит от проводника, предохраняя ее от стирания во время перемещения движка вдоль паза. Реохорд можно устанавливать на демонстрационном столе ли­бо подвешивать на классной доске.

Проводник реохорда рассчитан на кратковременное включение в цепь с допустимой силой тока не более 2 А. Нельзя допускать перегрева про­водника. Перегрев наблюдается по увеличению длины проводника (по про­висанию).

Реостаты ползунковые предназначены для плавного изменения сопротивления в электрической цепи и для получения различных напряжений при включении по схеме потенциометра. Общий вид реостата типа РПР показан на рисунке 28. Для школ выпускают реостаты с сопротивлением от 15 до 10000 Ом. В паспорте реостата указаны марка, сопротивле­ние реостата и сила тока, на которую он рассчитан. Истинное значение со­противления реостата может отличаться от указанного в паспорте на 20%.

При подборе реостата для определенной электрической цепи необходимо предварительно оценить возможную силу тока и требуемое сопротивление, а затем подобрать реостат, пользуясь таблицей:

Марка реостата	Сопротивление, Ом	Допустимая сила тока, А
РПР- 15	15	10
РПР- 10	30	5
РПР-90	1000	0,4

Магазин сопротивлений демонстрационный (рис. 29) служит для опытов по электродинамике (определение сопротивления методом за­мещения, изучение закона Ома, изучение распределения напряжения на участках цепи, соединенных последовательно, и др.).

Прибор представляет собой набор четырех константановых проводов (спиралей), смонтирован­ных на основании. В верхней части основания укреплены латунные скобы, к которым привинчены спирали. На крайних скобах смонтированы зажи­мы, служащие для подключения магазина к электрической цепи. Между скобами остается зазор в форме гнезда, в который можно вставлять штекер. Вставленный штекер шунтирует соответствующее сопротивление.

Спирали калиброваны, их сопротивления 1, 2, 2 и 5 Ом. Таким обра­зом, при всех вынутых штекерах общее сопротивление прибора равно 10 Ом. Допустимая сила тока через спирали 1 и 2 Ом составляет 2 А, а через спираль 5 Ом —1 А.

При работе с прибором нужно следить, чтобы витки спиралей не за­мыкались между собой. Необходимо проверять чистоту поверхности ште­керов и плотность прилегания зажимов. Отсутствие контактов или наличие сопротивлений в этих деталях приводит к искаженным результатам прово­димых измерений.

Демонстрационный магазин сопротивлений является измерительнымприбором, поэтому применять его в качестве реостата не рекомендуется.

Амперметр демонстрационный (рис. 30а) служит для измерения силы постоя иного и переменного тока в пределах от 0 до 3 А и от 0 до 10 А; он может быть применен в качестве гальванометра с чувствительностью 5*10 ^-3 А на одно деление шкалы гальванометра.

Механизм прибора магнитоэлектрической системы смонтирован в прямоугольном корпусе. Электрическая схема подключения гальванометра показана на рис. 306. Зажимы А, В, С, D, Е укреплены в нижней части корпуса.

В комплект прибора входят два шунта. Общие для постоянного и пе­ременного тока (3 и 10 А), а также три лодшкальника, на которые нанесены шкалы: шкала гальванометра 5-0-5, две шкалы постоянного тока; 0 - 3 А, 0-10 А.

На шкале гальванометра нанесены данные о чувствительности прибо­ра и его внутреннем сопротивлении. Шкалы переменного тока неравно­мерные. Подшкальники через прорези в верхней части крышки могут вставляться в корпус прибора. На задней стенке корпуса смонтирован кор­ректор, позволяющий устанавливать стрелку прибора на нуль в начале и в середине шкалы. В корпусе прибора имеется выдвижной ящик, служащий для хранения шунтов. Передняя и задняя стенки корпуса сделаны прозрачными, что обеспечивает видимость отклонения стрелки со стороны учите­ля.

Для измерения силы постоянного тока шунт с помощью вилок подсое­диняют к двум правым верхним зажимам В и С. Для измерения силы пере­менного тока шунт подсоединяют к верхним левым клеммам А и В. Провод цепи подключают к зажимам шунта.

Если прибор используют в качестве гальванометров, то цепь подклю­чают к нижним зажимам DE.

Вольтметр демонстрационный (Рис. 31а) служит для измерения напряжения постоянного тока в пределах от 0 до 5 В и от 0 до 15В; пере­менного тока в пределах от 0 до 15 В и от 0 до 250 В.; он может быть при­менен в качестве гальванометра с чувствительностью 2*10^-3 В.

Прибор комплектуется тремя подшкальниками и четырьмя дополни­тельными сопротивлениями. На подшкальниках нанесены шкалы 5-0-5,0- 5 В, 0 - 15 В для постоянного тока и 0 - 15 В, 0 - 250 В для переменного. Дополнительные сопротивления рассчитаны на соответствующие шкалам напряжения. Электрическая схема прибора показана на рис….

Демонстрационные амперметр и вольтметр имеют одинаковое устрой­ство, внешний вид и регулировку. Отличие состоит в электрических схемах (рис. 316) и в разном количестве витков подвижной рамки гальванометра. Гальванометр амперметра имеет большее число витков более тонкого про­вода сопротивлением 385 Ом, сопротивление гальванометра вольтметра 2,3 Ом.

Для измерения напряжения в цепи постоянного тока дополнительное сопротивление с помощью вилки подсоединяют к верхнему правому зажи­му С. Для измерения напряжения в цепи переменного тока дополнительное сопротивление подсоединяют к левому верхнему зажиму А. Провода цепи подключают к среднему зажиму В и зажиму дополнительного сопротивле­ния.

Если прибор используют в качестве гальванометров, то цепь подклю­чают к нижним зажимам DE.

Гальванометр демонстрационный М 1032 (рис. 32) служит для измерения малых токов и напряжений; чувствительность по току 5*10^-7 А/дел., по напряжению - 4*10^-5 В/дел., внутреннее сопротивление 30 Ом.

Для гальванометра применен прибор магнитоэлектрической системы с подвижной частью на растяжках, которые одновременно служат для креп­ления подвижной рамки и для подвода тока к ней. В корпусе кроме изме­рительного механизма смонтированы осветитель (лампа накаливания CM13-IO), который питается от понижающего трансформатора, и пере­ключатель чувствительности. Снаружи на кронштейне может устанавливаться съемная шкала 1, имеющая с одной стороны деления 5 - 0 - 5, а с другой - 0 - 10. Луч света, идущий от осветителя 2, через объектив 3 попа­дает на зеркало, укрепленное на подвижной рамке измерительного меха­низма. Отразившись от зеркала подвижной рамки, он попадает на наруж­ное зеркало 4, после отражения, от которого попадает на шкалу в виде све­товой полоски (светового штриха). Его положение можно регулировать по вертикали с помощью корректора 5. Форму светлого штриха и его яркость можно изменять регулировкой осветителя при снятой шторке 6.

На боковой поверхности корпуса смонтированы зажимы для подклю­чения прибора к внешней цепи, а сверху расположены кнопки переключа­теля чувствительности с обозначениями: «х 1», «х10». «х100». «Арр». В положении «xl» чувствительность прибора наибольшая, а в положениях «х10, «х100» - уменьшается соответственно в 10 и 100 раз. Положение «Арр» замыкает гальванометр накоротко. Это положение применяют при хранении прибора и для установки светового штриха на нулевое деление.

При работе с гальванометром операции выполняют в следующей по­следовательности

• на кронштейне устанавливают шкалу и включают вилку осветитель­ного шнура в сеть;

• устанавливают световой штрих против нулевой отметки, пользуясь внешним зеркалом и корректором;

• подключают гальванометр к внешней цепи;

• устанавливают переключатель в положение «к 100»;

• если отклонение светового штриха от нулевой отметки мало, то уве­личивают чувствительность переключением в другие положения.

При очень малой силе тока, когда световой штрих отклоняется мень­ше одного деления при наибольшей чувствительности, эффект можно уве­личить путем «раскачивания», изменяя измеряемую силу тока в такт коле­баниям подвижной рамки гальванометра.

Возможен вариант применения гальванометра без шкалы, проецируя световой штрих на белый экран.