Контрольные вопросы

1. Какова цель работы?

2. Что называется ударом? Что такое прямой и центральный удар?

3. Какой удар является абсолютно упругим? Записать для него законы сохранения.

4. Как определяются скорости шаров после абсолютно упругого удара?

5. Как на опыте в данной работе определяется скорость шара в момент удара?

6. Какой удар является абсолютно неупругим? Записать для него законы сохранения.

7. Как определить скорость тел после абсолютно неупругого удара?

8. Как определить энергию деформации тел в результате абсолютно неупругого удара?

9. Чем отличаются между собой абсолютно упругий и абсолютно неупругий удары?

10. Сформулировать и записать второй закон Ньютона через изменение импульса тела.

11. Чему равно изменение импульса шара при упругом ударе о такой же неподвижный шар?

12. Вывести расчетную формулу, по которой определяется сила соударения шаров.

13. В чем заключается метод импульсного хронометра, используемый в данной работе?

14. Как в данной работе определить время соударения шаров?

Лабораторная работа № 4

«Определение температурного коэффициента

сопротивления металлов»

Цель работы: научиться пользоваться мостом для определения неизвестного сопротивления; определить температурный коэффициент сопротивления меди.

Приборы и принадлежности:

1. Мост для измерения сопротивления.

2. Калориметр.

3. Термометр.

4. Электрическая плитка.

5. Проводник неизвестного сопротивления.

Краткая теория

Проводники – вещества, обладающие способностью хорошо проводить электрический ток благодаря наличию в них большого числа свободных заряженных частиц.

К проводникам относят металлы, электролиты и плазму. Для определенности под проводником будем понимать металлическое тело.

В металлах (проводниках первого рода) носителями заряда являются квазисвободные электроны проводимости.

Электрическим током проводимости (электрическим током) называется упорядоченное (направленное) движение электрически заряженных частиц под действием электрического поля.

Количественно электрический ток характеризуется скалярной величиной - силой тока I и векторной величиной - плотностью электрического тока j .

Сила тока I - физическая величина, определяемая электрическим зарядом, переносимым через поперечное сечение проводника в единицу времени:

Э лектрический ток, направление движения электрических зарядов в котором и сила тока не изменяются со временем, называется постоянным.

Для постоянного тока

Единица силы тока – ампер (А).

Плотность электрического тока – векторная физическая величина, определяемая силой тока, проходящего через единицу площади поперечного сечения проводника, перпендикулярного направлению тока:

, .

При равномерном распределении плотности электрического тока по сечению проводника сила тока в нем

,

где S – площадь поперечного сечения проводника.

В общем случае сила тока через поверхность S равна:

,

где - проекция плотности электрического тока на нормаль к площадке dS .

Вектор плотности электрического тока сонаправлен с вектором напряженности электрического поля в данной точке, т.е. совпадает с направлением упорядоченного движения положительных зарядов. Поэтому за направление силы тока принимается направление упорядоченного движения положительно заряженных частиц.

Если концы проводника подсоединить к источнику напряжения, внутри проводника создается электрическое поле, действующее на свободные электроны с силой Кулона , сообщающей им ускорение .

Под действием этой силы электроны движутся с увеличением скорости до соударения с узлами кристаллической решетки, после чего скорость падает до нуля и процесс повторяется. Обозначив время между соударением за t , считая и , для средней скорости движения электронов, можно написать

(1)

Плотность тока

(2)

где - удельная электропроводность проводника, определяемая родом и состоянием его вещества;

n – концентрация заряженных частиц.

Соотношение выражает закон Ома в дифференциальной форме, так как характеризует состояние среды в одной точке.

Величина обратная удельной электропроводности проводника - называется удельным электрическим сопротивлением.

Из формулы (2), на примере однородного металлического проводника с одинаковым сечением S, длиной l, подставив , , , получим закон Ома в интегральной форме:

, (3)

где - электрическое сопротивление проводника. Единица сопротивления – ом [Ом].

Электрическое сопротивление характеризует способность проводника (электрической цепи) оказывать сопротивление движущимся в нем электрическим зарядам. Сопротивление зависит от формы и размеров проводника, а также от свойств материала, из которого он сделан и температуры.

Если интервал изменения температуры достаточно мал, то зависимость сопротивления от температуры выражается формулой:

(4)

где - сопротивление проводника при температуре 0 °С,

- сопротивление проводника при t °C,

a - температурный коэффициент сопротивления.

Из формулы (4) следует, что

(5)

Температурный коэффициент сопротивления показывает, как изменяется каждая единица сопротивления проводника при изменении его температуры на один градус.

Единица измерения a - .

Температурный коэффициент сопротивления может быть как положительным, так и отрицательным.

У всех металлов сопротивление увеличивается с увеличением температуры и, следовательно, для металлов a>0.

Для чистых металлов a близок к , т.е. к температурному коэффициенту расширения газа.

При температуре сопротивление проводника

(6)

При температуре сопротивление проводника

(7)

Разделив уравнение (6) на (7), получим

(8)

Полученное выражение является рабочей формулой для вычисления a, так как она позволяет не определять (сопротивление при 0 °С). для определения a достаточно знать два сопротивления одного и того же проводника при любых различных температурах.