- •Лабораторный практикум по физике Электричество, Магнетизм
- •Глава I Электроизмерительные приборы
- •Условные обозначения на шкале электроизмерительных приборов
- •Изучение электроизмерительных приборов
- •Порядок выполнения
- •Литература
- •Глава II
- •Исследование электрического поля
- •Порядок выполнения
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Лабораторная работа № 3
- •Краткая теория
- •Порядок выполнения
- •Обработка результатов
- •Литература
- •Глава III
- •Теоретическое введение
- •Описание установки
- •Изучение эффекта зеебека и градуировка термопары
- •Краткая теория
- •Описание установки
- •Порядок проведения работы
- •Обработка результатов
- •Теоретическое обоснование метода измерения - Ηг
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Исследование свободных колебаний в колебательном контуре
- •Краткая теория
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Емкость и индуктивность в цепи переменного тока
- •I. Теоретическое введение
- •II. Выполнение работы
- •Изучение магнитного поля соленоида
- •I Теоретическое введение
- •II. Схема установки
- •III. Выполнение работы
- •IV. Контрольные вопросы
Теоретическое введение
Мостик представляет собой четыре сопротивления соединенные друг с другом последовательно и образующие замкнутый четырехугольник. Точки С и Д этого четырехугольника соединены проводником (мостиком), в который включен чувствительный гальванометр (рис. 1).
Рис. 1
Другие две точки А и В присоединены через ключ К к полюсам элемента . Сопротивленияможно подобрать так, чтобы ток в проводнике СД при замкнутой цепи отсутствовал и стрелка гальванометра не отклонялась. Из равенства нулю тока в гальванометре следует равенство потенциалов точек С и Д. В этом случав падение потенциалов на участках АС и АД, с одной стороны, и на участках СВ и ДВ, с другой стороны, соответственно равно между собой, т.е.
|
(1) |
Пользуясь законом Ома , эти равенства можно переписать так:
|
(2) |
Поделив почленно первое уравнение на второе и, приняв во внимание, что , так как токи в точках С и Д в нашем случае не разветвляются, получим:
|
(3) |
Это соотношение носит название основной формулы мостика. Положение мостика, при котором ток в цепи гальванометра равен нулю, называется положением его равновесия или баланса, а процесс подбора сопротивления для достижения этого положения - уравновешиванием или балансировкой мостика.
Основная формула мостика (3) позволяет определить сопротивление одного из плеч мостика, например :
|
(4) |
Данный метод определения сопротивлений называется методом уравновешенного мостика.
Описание установки
Для достижения наибольшей наглядности, в первой части настоящей работы применяется линейный уравновешиваемый мостик, в котором сопротивления плеч ивыполнены из калиброванной проволоки со скользящим по ней движком. Рабочая схема линейного мостика приведена на рис. 2. Здесь АВ - реохорд мостика, представляющий собой тонкую константановую проволоку, натянутую в виде струны вдоль масштабной линейки.
Параллельно реохорду присоединена ветвь АСВ, содержащая измеряемое сопротивление и магазин сопротивлений.
Подвижной контакт Д (движок) реохорда через ключ К гальванометр Г соединен с точкой С, расположенной между сопротивлениями и. Гальванометр служит указателем (индикатором) баланса моста. Перемещая движок вдоль струны и кратковременно замыкая ток в цепи ключом К, можно найти на реохорде точку Д, потенциал которой равен потенциалу точки С.
Рис. 2
В этом случае ток через гальванометр равен нулю, и соотношение между сопротивлениями плеч мостика определяется выражением:
|
(5) |
где R – сопротивление магазина.
Поскольку проволока однородна по всей длине, это выражение можно записать в виде:
|
(6) |
где ℓ - длина струны ( ℓ = 0,5 м);
Х - расстояние АД, измеренное по масштабной линейке
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Ознакомиться с приборами, используемыми в работе, записать в протокол все их параметры.
Собрать схему мостика (рис. 2). Движок Д установить на середину реохорда,
Значительным изменением сопротивления магазина, найти такие два его значения, при одном из которых стрелка гальванометра отклоняется вправо, а при другом влево. Последнее означает, что измеряемое сопротивление лежит между двумя испробованными значениями сопротивления магазина. Постепенно сужая "вилку", найти такое сопротивление магазина, при котором ток в гальванометре исчезает.
Не изменяя сопротивление магазина, повторить измерения не менее трех раз, отсчитывая каждый раз положение движка сбалансированного мостика. По среднему значению X, пользуясь формулой (6) вычислить . Формулу для оценки относительной и абсолютной погрешности нетрудно получить дифференцированием выражения (6).
Определить удельное сопротивление материала проводника, из которого намотана катушка по формуле .
Результаты измерений и расчетов, связанных с определением сопротивления катушки, свести к таблице.
Результат записать в виде
Таблица 1
|
Х |
R |
|
|
|
|
|
|
|
М |
м |
Ом |
Ом |
Ом |
Ом |
м |
М |
м2 |
Омм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Контрольные вопросы
Что такое сторонние силы, их природа?
Физический смысл электродвижущей силы и разности потенциалов?
Что называется электрическим током. Назовите условия возникновения и существования тока?
Что называется сопротивлением проводника, и какими единицами измеряется?
Как зависит сопротивление проводника от его длины, площади поперечного сечения и материала?
Как сопротивление проводника зависит от температуры? Явление сверхпроводимости.
Сформулируйте законы Ома. Дифференциальная форма закона Ома.
Сформулируйте закон Джоуля - Ленца, дифференциальная форма закона.
Правила Кирхгофа для разветвлённых цепей и правила знаков для них. Число линейно независимых уравнений?
В чём заключается метод уравновешенного мостика? Нарисовать схему моста и вывести соотношение сопротивлений при условии баланса.
Литература
Ю.В. Рублёв и др. Практикум по электричеству. М., 1971, стр. 86-92
В.М. Яворский. Курс общей физики, ч. II
Т.А. Зисман, О.К. Тодес. Курс общей физики, ч. II
И.В. Савельев. Курс общей физики, ч. II
Лабораторная работа № 5