47. Описание установки

Для исследования зависимости мощности и КПД нагревательной электрической цепи от величины силы тока будем пользоваться электрической цепью, собранной по схеме (рис. 1).

48. Выполнение работы

1. Собрать электрическую цепь по схеме (см. рис. 1) и предъявить для проверки преподавателю.

2. Измерить ЭДС источника вольтметром при разомкнутом ключе. Результат записать в таблицу 1.

Таблица 1

Номер опыта	Прямые измерения			Косвенные измерения
	Е	I	Ua	P	Ра	η
	В	А	В	Вт	Вт	%
1
2
…
10

3. При полностью введенном реостате замкнуть ключ. Измерить силу тока и напряжение. Результат записать в таблицу 1.

4. Меняя сопротивление реостата, увеличивать силу тока и снять 10 значений силы тока и соответствующих им значений напряжения. Результаты записать в таблицу 1.

5. Измерить ток при напряжении, равном половине ЭДС источника, чтобы получить вершину параболы.

6. Вычислить для всех точек полную мощность, полезную мощность по формулам ,и КПД источника по формуле. Результаты записать в таблицу 1.

7. Построить графики полной и полезной мощностей и КПД источника в зависимости от силы тока. Для полной и полезной мощностей выбрать одинаковый масштаб.

49. Контрольные вопросы

1. Записать закон Ома для однородного участка цепи и закон Ома для полной цепи.

2. Что называется ЭДС источника тока? Как измерить ЭДС?

3. Записать формулы работы и мощности постоянного тока.

4. Записать формулу мощности электрического тока и мощности источника тока.

5. Вывести формулу зависимости полезной мощности от силы тока в цепи.

6. Вывести формулу зависимости КПД электрической цепи от силы тока.

7. Можно ли получить КПД электрической цепи 100%?

8. При каком значении КПД полезная мощность максимальна? Чему равно значение силы тока?

Рекомендуемая литература

1. Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 1. – М., Наука, 1989.

2. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. – М., Высшая школа, 1989.

3. Трофимова Т.И. Курс физики. – М., Высшая школа, 2003.

4. Сивухин Д.В. Общий курс физики. т.1. – М.: Наука, 1977–1985г.

5. Кондрашов А.П., Шестопалов Е.В. Основы физического эксперимента и математическая обработка результатов измерений. – М.: Атомиздат, 1977.

6. Кассандров О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдений. – М.: Наука, 1970.

7. Рипп А.Г. Обработка измерений. Методическое пособие. – СНУЯЭП, 2012.

8. Бессонов А.А. Введение в лабораторный практикум по физике. – Сайт Челябинского государственного университета. http://teachmen.ru/methods/phys_prac1.html.

1 Число измерений в серии n называется объёмом серии.

2 Относительной погрешностью величины x называется отношение абсолютной погрешности (x) к результату измерения: .

3 Результаты основной серии опытов приведены в таблице 4.1

4 Стойка на рисунке 1.1 не показана.

5 Это надо понимать в том смысле, что прямую линию можно провести через планки погрешностей всех экспериментальных точек.

6 То есть – через их планки погрешностей.

7 В двух лабораторных работах, описанных в данной книге (работа 2 и работа 3), студентам предлагается провести многократные измерения времени движения объекта и оценить случайную погрешность (t). В данной работе такая задача не ставится.

8 Моментом импульса системы L называется вектор, равный сумме моментов импульса всех материальных точек, из которых состоит система: , а моментом импульса материальной точки называется векторное произведение радиус-вектора точкиr_i на импульс этой точки , то есть. Моментом силыF называется векторное произведение , гдеr – радиус-вектор, проведённый в точку приложения силы.

9 Угловым ускорением твёрдого тела  называется быстрота изменения циклической частоты вращения тела  (угловой скорости), то есть производная . Векторы и  направлены вдоль оси вращения.Моментом инерции материальной точки относительно некоторой оси называется произведение массы точки m на квадрат её расстояния R до оси: . Моментом инерции твёрдого тела относительно некоторой оси называется интеграл, где интегрирование ведётся по объёму тела,R – расстояние от текущей точки до оси вращения,  – плотность тела. Момент инерции является аддитивной величиной, зависящей только от формы и строения твёрдого тела.

Для тела с закреплённой осью вращения модуль момента силы F – это произведение модуля силы F на плечо этой силы h, то есть . Плечом силы называется расстояние от точки приложения силы до оси вращения.

10 Работа 11. Динамика маятника Обербека 2.

11 Точнее, тангенциальное ускорение.

12 Точнее говоря, можно провести прямую линию через планки погрешностей всех экспериментальных точек.

13 Вдоль этой оси откладываются значения M₁.

14 Моментом импульса системы L называется вектор, равный сумме моментов импульса всех материальных точек, из которых состоит система: , а моментом импульса материальной точки называется векторное произведение радиус-вектора точкиr_i на импульс этой точки , то есть. Моментом силыF называется векторное произведение , гдеr – радиус-вектор, проведённый в точку приложения силы.

15 Угловым ускорением твёрдого тела  называется быстрота изменения циклической частоты вращения тела  (угловой скорости), то есть производная . Векторы и  направлены вдоль оси вращения.Моментом инерции материальной точки относительно некоторой оси называется произведение массы точки m на квадрат её расстояния R до оси: . Моментом инерции твёрдого тела относительно некоторой оси называется интеграл, где интегрирование ведётся по объёму тела,R – расстояние от текущей точки до оси вращения,  – плотность тела. Момент инерции является аддитивной величиной, зависящей только от формы и строения твёрдого тела.

Для тела с закреплённой осью вращения модуль момента силы F – это произведение модуля силы F на плечо этой силы h, то есть . Плечом силы называется расстояние от точки приложения силы до оси вращения.

16 Работа 9. Динамика маятника Обербека 1.

17 Точнее говоря, провести прямую линию через планки погрешностей экспериментальных точек.

18 Как измерить параметры прямой линии, можно прочесть, например, в [7].

19 Как ни удивительно, но даже если условие не выполняется, всё равно зависимостьE(I_п) оказывается линейной, только параметры этой зависимости другие, так что при этом формулы (2.14) – неправильные.

20 Моментом импульса системы L называется вектор, равный сумме моментов импульса всех материальных точек, из которых состоит система: , а моментом импульса материальной точки называется векторное произведение радиус-вектора точкиr_i на импульс этой точки , то есть.Моментом силыF называется векторное произведение , гдеr – радиус-вектор, проведённый в точку приложения силы. Модуль момента силы относительно некоторой оси равен произведению модуля силы F на плечо этой силы h, то есть . Плечом силы называется расстояние от точки приложения силы до оси.

21 Моментом инерции материальной точки относительно некоторой оси называется произведение массы точки m на квадрат её расстояния R до оси: . Моментом инерции твёрдого тела относительно некоторой оси называется интеграл, где интегрирование ведётся по объёму тела,R – расстояние от текущей точки до оси вращения,  – плотность тела. Момент инерции является аддитивной величиной, зависящей только от формы и строения твёрдого тела.

22 Это называется «разложить вектор на составляющие».

23 Доказательство этого факта можно найти, например, в [4].

24 Сила тяжести, действующая на стержень, много меньше G_ и G_, поэтому её можно не учитывать.

25 На рисунках 1.1 – 1.3. противовес показан справа, а на фотографиях – слева.

26 Циклическая частота вращения маховика ₀ связана с частотой f известной формулой .

27Плечо силы – это расстояние между осью вращения и линией, вдоль которой действует сила.