Тарасов ЭУМК_Физика_бак_1_2 / 4 - лаб раб / II семестр / Лабораторная работа № 3

2

Лабораторная работа № 3

ВЕСЫ НАПРЯЖЕНИЯ

Цель работы: определение разности потенциалов, приложенной к двум параллельным плоским пластинам, путём измерения силы притяжения этих пластин друг к другу.

1. Введение

Связь между силой взаимодействия пластин F и разностью потенциалов U между ними можно установить следующим образом. Две заряженные пластины, расстояние между которыми равно d, образуют плоский конденсатор (РИС. 1). Нижняя пластина с зарядом –q находится в электростатическом поле, создаваемом верхней пластиной с зарядом +q. Если расстояние между пластинами много меньше их линейных размеров, то электрическое поле верхней пластины можно считать однородным. Тогда модуль силы притяжения, испытываемой нижней пластиной, определяется по формуле

где Е – модуль напряжённости поля, создаваемого верхней пластиной в тех точках, где находится нижняя пластина, q – модуль заряда нижней пластины.

+q

d

–q

Рис. 1

Модуль напряжённости электрического поля Е, создаваемого пластиной, в приближении бесконечно большой плоскости, определяется по формуле

верхней пластины, ε0 – электрическая постоянная (ε0 = 8,85∙10–12 Ф/м).

Заряд q определяется электрической ёмкостью конденсатора С и разностью потенциалов U:

3

2. Описание установки и метода измерений

Для определения разности потенциалов, приложенной к двум параллельно расположенным пластинам, служит прибор, называемый весами напряжения (РИС. 2). Медная круглая пластина М укреплена неподвижно на изолированной подставке; сверху на пластине М расположены эбонитовые изоляторы. Над пластиной помещён диск А из алюминиевой фольги того же диаметра, что и пластина М. Эти пластины образуют плоский конденсатор. Для получения однородного поля между пластинами они располагаются на расстоянии d, малом по сравнению с диаметром D пластин. Диск А подвешен на металлических нитях Н, являющихся одновременно проводниками, подводящими к диску напряжение, и на металлической пружине П, по удлинению которой .можно определить силу взаимодействия F между пластинами. При включении напряжения диск А под действием электрического поля притягивается к диску М. Затем, не выключая напряжения, вращением блока Б медленно растягивают пружину до отрыва диска А. В этот момент сила упругости пружины станет равной силе взаимодействия между заряженными пластинами.

N

H

A

M

D

Рис. 2

Закон Гука устанавливает связь между относительным изменением длины тела

l и модулем растягивающей (сжимающей) силы F: l

где l – первоначальная длина, S – площадь сечения, Е – модуль Юнга.

Силу взаимодействия пластин F, равную силе упругости Fупр, определяют из (7) по абсолютному удлинению пружины l:

где k – коэффициент, характеризующий упругие свойства пружины (значение k дано на установке). Изменение длины пружины l определяют с помощью катетометра, показанного на РИС. 3. Перемещением рейки R добиваются совмещения визирной нити В и метки N на пружине. Отсчёт производят по миллиметровой шкале, нанесённой на стойку, с помощью нониуса С, точность которого 0,1 мм. Измеряемое напряжение подаётся на пластины А и М от вторичной обмотки повышающего трансформатора. В работе определяется амплитудное значение этого переменного напряжения.

3. Порядок выполнения работы

1.При помощи блока Б опускают диск А до тех пор, пока он, не касаясь эбонитовых изоляторов, подойдёт очень близко к ним (0,5–1 мм).

2.Включают тумблер Р, находящийся на корпусе прибора. Под действием электрического поля диск А притянется к диску М и опустится на изоляторы.

3.Определяют катетометром положение h1 нижней метки N.

4.Медленно вращают блок Б до момента отрыва диска А от изоляторов.

5.После затухания колебаний пластины определяют новое положение h2 нижней метки N.

6.Все операции, указанные в ПП. 1-5, повторить не менее трёх раз. Результаты за-

нести в ТАБЛИЦУ 1.

4. Обработка результатов измерений

Данные установки: d = …; D = …; k = …