Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
20
ПРЕДМЕТНАЯ комиссия общеобразовательных дисциплин
Государственная корпорация по атомной энергии «Росатом»
федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Новоуральский Государственный
ТехнологическиЙ Институт
уральский политехнический колледж
УТВЕРЖДАЮ
Директор УрПК
_______________ А.А. Басилая
"_____" ______________ 2008 г.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ И
ВНУТРЕННЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКА
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Методические указания
для выполнения лабораторной работы
по учебной дисциплине «Физика»
для студентов Уральского политехнического колледжа,
обучающихся по программе среднего профессионального образования
(базовый уровень)
специальности
140613 «Техническая эксплуатация, обслуживание электрического и
электромеханического оборудования»,
230105 «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем»,
280201 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов»,
190604 «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта»,
270103 «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений»,
240602 «Технология разделения изотопов»,
151001 «Технология машиностроения»
080501 «Менеджмент»
очная форма обучения
на базе основного общего образования
Новоуральск 2008
|
на заседании предметной комиссии общеобразовательных дисциплин Протокол № 1 от 09.09. 2008 Председатель ПК ___________________ Е.В. Зарубина |
Составлены в соответствии с государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по специальностям 140613, 230105, 280201, 190604, 270103, 240602, 151001, 080501 среднего профессионального образования базового уровня, очной формы обучения |
СОГЛАСОВАНО
|
Методист |
В.И.Ефимова |
Определение электродвижущей силы и внутреннего сопротивления источника электрической энергии. Методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплине «Физика» для специальностей 140613, 230105, 280201, 190604, 270103, 240602, 151001, 080501 среднего профессионального образования базового уровня, очной формы обучения – Новоуральск: Изд-во УрПК НГТИ, 2008. – 15 с.
АННОТАЦИЯ
Методические указания для выполнения лабораторной работы «Определение электродвижущей силы и внутреннего сопротивления источника электрической энергии» по учебной дисциплине «Физика» предназначены для студентов 1 курса специальностей 140613, 230105, 280201, 190604, 270103, 240602, 151001, 080501среднего профессионального образования базового уровня, очной формы обучения. В методических указаниях представлена следующая информация: название лабораторной работы, цель, краткие теоретические сведения, перечень оборудования, методика проведения эксперимента, методика обработки экспериментальных данных и расчета погрешностей, контрольные вопросы, требования к содержанию отчета о лабораторной работе, список литературы.
Автор: Зарубина Е.В. – преподаватель УрПК
Рецензент: Попов А.Б. — к.т.н. доцент кафедры физики НГТИ
Редактор: Зарубина Е.В.
СОДЕРЖАНИЕ
|
Цель работы |
4 |
|
|
1 |
Теория |
5 |
|
2 |
Оборудование |
6 |
|
3 |
Экспериментальная часть |
7 |
|
4 |
Обработка экспериментальных данных |
9 |
|
5 |
Вычисление относительной и абсолютной погрешности |
9 |
|
6 |
Запись полученных результатов |
11 |
|
7 |
Требования к написанию вывода |
12 |
|
8 |
Контрольные вопросы |
13 |
|
9 |
Требования к содержанию отчета о лабораторной работе |
14 |
|
Список литературы |
15 |
|
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Цель лабораторной работы – определить опытным путем электродвижущую силу и внутреннее сопротивление источника электрической энергии.
В лабораторной работе «Определение электродвижущей силы и внутреннего сопротивления источника электрической энергии» студенты с помощью источника электрической энергии, амперметра, вольтметра, реостата, ключа, соединительных проводов по формуле рассчитывают ЭДС и внутреннее сопротивление.
Студенты приобретают навыки работы с электрическими приборами, сборки электрических цепей по принципиальным схемам, умения практического применения закона Ома для полной цепи.
1 ТЕОРИЯ
Электродвижущая сила источника тока (сокращенно, ЭДС) измеряется работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положения заряда внутри источника тока, и выражается в вольтах и обозначается символом E :
E (1.1)
Для данного источника тока значение ЭДС – величина постоянная, не зависящая от сопротивления цепи, в которую данный источник включается.
Для поддержания постоянного тока в электрической цепи необходимо, чтобы разность потенциалов (напряжение) на ее концах была неизменной. Для этого используют источник электрической энергии. Разность потенциалов на ее полюсах образуется вследствие разделения зарядов на положительные и отрицательные сторонними силами (не электрического происхождения). Когда цепь замыкается, разделенные в источнике тока заряды образуют электрическое поле, которое перемещает заряды во внешней цепи (внутри источника заряды движутся навстречу полю под действием сторонних сил).
Таким образом, энергия, запасенная в источнике тока, расходуется на работу по перемещению заряда во внешней цепи с сопротивлением R и во внутренней цепи с сопротивлением r (закон Ома для полной цепи):
E (1.2)
или
E (1.3)
тогда
E (1.4)
где
E – ЭДС данного источника, В;
Uвнеш = I·R – падение напряжения во внешней цепи, В;
Uвнутр = I·r – падение напряжения во внешней цепи, В;
R – сопротивление внешней цепи, Ом;
r – сопротивление внутренней цепи (внутри источника энергии), Ом;
Тогда сопротивление внутренней цепи:
(1.5)
или с учетом (1.4):
E
(1.6)
Внутреннее сопротивление цепи r данного источника (как и ЭДС), можно считать величиной постоянной. Чем меньше r, т.е. чем меньше Uвнутр, тем эффективнее работает источник электрической энергии. Чем больше внешнее сопротивление R, тем меньше сила тока в цепи. (Падение напряжения во внешней цепи равно ЭДС в предельном случае, если внутреннее сопротивление r = 0)
2 ОБОРУДОВАНИЕ
2.1 Источник электрической энергии (выпрямитель селеновый ВС-1)
2.2 Амперметр
2.3 Вольтметр
2.4 Реостат
2.5 Ключ
2.6 Соединительные провода.
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Общие положения
В данной работе определяют следующие величины:
Внимание! Амперметр рассчитан на измерения токов, не превышающих 3 ампера. Поэтому категорически запрещено устанавливать значения тока превышающие 3 А! Это приводит к порче прибора.
Нарушение техники безопасности при выполнении лабораторной работы не допустимо!
Выполнение экспериментальной части:
1 Собрать электрическую схему (рисунок 1) / Начертить в своем отчете о лабораторной работе/.
Рисунок 1 – Схема опыта по определению ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока электрической энергии
/Ф.И.О. студента, группа/
Таблица 3.1 - Экспериментальная часть
|
№ опыта |
Экспериментальные значения |
Расчетные значения |
|||||
|
ЭДС |
Напряжение на внешней части цепи |
Сила тока в цепи |
Внутреннее сопротивление |
Напряжение на внутренней части цепи |
Относительная погрешность |
Абсолютная погрешность |
|
|
Показания вольтметра при разомкнутой цепи |
Показания вольтметра при замкнутой цепи |
Показания амперметра |
|||||
|
E |
Uвнеш |
I |
r |
Uвнутр |
δ |
Δr |
|
|
В |
В |
А |
Ом |
В |
% |
Ом |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
1 |
|||||||
|
2 |
|||||||
|
3 |
|||||||
|
Среднее значение |
------ |
------ |
------ |
------ |
|||
|
Цена деления: амперметра ΔI = ….. A вольтметра ΔU = ….. B |
3.2 Получить разрешение преподавателя на продолжение работы!
Определите цену деления амперметра и вольтметра и запишите эти значения в таблицу 3.1
3.3 Опыт № 1
3.4 Проверьте, что ключ разомкнут!
Включить источник электрической энергии.
|
3.5 замкнуть ключ Убедиться, что при замыкании ключа показания вольтметра уменьшаются по сравнению с разомкнутым состоянием. Почему? Ответ:
E |
|
3.6 Плавно передвигая движок реостата R, установить первое значение тока (по амперметру) в пределах : I1 ~ 1,5÷ 1,8 А.
Измерить следующие величины:
Результаты измерений занести в таблицу 3.1. |
Опыт № 2
Плавно передвигая движок реостата R, установить второе значение тока (по амперметру) в пределах : I2 ~ 2,0÷ 2,5 А. При передвижении движка реостата - изменяется сопротивление внешней цепи R. Измерить следующие величины:
Результаты измерений занести в таблицу 3.1. |
Опыт № 3
Плавно передвигая движок реостата R, установить второе значение тока (по амперметру) в пределах : I3 ~ 2,5÷ 2,9 А. При передвижении движка реостата - изменяется сопротивление цепи R. Измерить следующие величины:
Результаты измерений занести в таблицу 3.1. Напоминание! Амперметр рассчитан на измерения токов, не превышающих 3 ампера. Поэтому категорически запрещено устанавливать значения тока превышающие 3 А! Это приводит к порче прибора. |
3.7 Повторить опыт 3 раза, устанавливая значения тока
в пределах от 2,5 до 3 А.
3.8 Результаты измерений занести в таблицу 3.1.
4 ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
4.1 Вычислить значение падения напряжения во внутренней цепи по формуле (1.4)
E
4.2 Вычислить значение внутреннего сопротивления источника электрической энергии по формуле (1.5).
(1.5)
4.3 Результаты вычислений занести в таблицу 3.1.
5 ВЫЧИСЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ И АБСОЛЮТНОЙ ПОГРЕШНОСТИ
5.1 Вычислить относительные погрешности измерения внутреннего сопротивления для каждого из трех опытов по формуле:
(5.1),
где i = 1, 2, 3 – номера опытов;
δ – относительная погрешность каждого опыта;
ΔI, ΔU – абсолютные погрешности определения тока и напряжения (и ЭДС):
ΔI – величина, численно равная цене деления амперметра, А;
ΔU - величина, численно равная цене деления вольтметра В;
Ii – сила тока в цепи, А;
Uвнешн i – падение напряжения на внешней части цепи, определенное в каждом опыте, В;
Внимание!
5.3 Вычислить абсолютную погрешность Δr для трех опытов по формуле:
(5.2)
где
ri – вычисленное значение внутреннего сопротивления источника энергии в каждом опыте, Ом;
δi – относительная погрешность каждого опыта (без процентов!).
Внимание!
В расчетах абсолютной погрешности по формуле (5.2)
значение относительной погрешности δ, рассчитанное
по формуле (5) нельзя брать в % !!!!
Убедитесь, что значение относительной погрешности быть меньше 1.
Примечание. Формула (5.2) получена из соотношения:
5.2 Выразить значение относительной погрешности в процентах и записать в таблицу 3.1.
Внимание!
5.4 Вычислить среднее значение относительной погрешности (в процентах) по формуле:
(5.4)
5.5 Вычислить среднее значение абсолютной погрешности по формуле:
(5.5)
5.6 Вычислить среднее значение внутреннего сопротивления
источника тока:
(5.6)
6 ЗАПИСЬ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
Полученные результаты - значение внутреннего сопротивления r ,
с абсолютной погрешностью, единицами измерения и относительной погрешностью записать следующим образом:
|
rср = (………..±…………) Ом, δ ср= …. % |
где
r = (rср ± Δrср),
Пояснения к форме записи результатов:
|
записать полученное среднее значение внутреннего сопротивления r |
r = ( . . . . . . . . . ) Ом d = . . . . . % |
записать полученное значение абсолютной погрешности ∆r |
|
записать полученное значение относительной погрешности |
Дополнительное задание на повышенную оценку
Записать полученное значение ЭД С - с абсолютной погрешностью ΔE, единицами измерения и относительной погрешностью δ:
|
E = ( ……. ± ……… ) В, δ = …. % |
Примечания.
Сделать вывод с использованием рекомендаций в таблице 7.1.
Помните: Вывод – это «ответ» на цель работы!
Таблица 7 – Требования к написанию вывода
|
п/п |
Что должно быть в выводе |
Как это написать |
|
|
Что сделано в работе |
Напишите, что конкретно сделано в работе. Рекомендуется начинать со слов, например: В данной работе…… (Что сделано? Прочитайте еще раз цель работы!) |
|
|
Как сделано |
Краткое описание эксперимента:
какие величины (в том числе, погрешности) рассчитаны по формулам (формулы переписывать не надо!) |
|
|
Что получено |
Запишите результаты: полученные величины, их погрешности – с единицами измерений |
|
|
Анализ результата |
Проанализируйте полученный результат:
|
8 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Вариант 1
ЭДС источника энергии равна 220 В, внутреннее сопротивление 1,5Ом. Какое надо взять сопротивление внешнего участка цепи, чтобы сила тока в цепи была равна 4 А?
Задания на повышенную оценку
* Найти ток короткого замыкания в источнике энергии.
** Определить КПД работы источника.
Вариант 2
2.1. Дать определение и раскрыть физический смысл понятия «напряжение» («разность потенциалов»).
По цепи, состоящей из источника тока и реостата, идет ток 0,5А. ЭДС источника тока равна 6 В, внутреннее сопротивление равно 2 Ом. Определить сопротивление внешней цепи.
Задание на повышенную оценку
* Определить ток при коротком замыкании источника.
** Определить, какой величины пойдет ток при уменьшении сопротивления реостата в 2 раза?
Вариант 3
При подключении лампочки к батарее элементов с ЭДС 4,5В вольтметр показал напряжение на лампочке 4В, а амперметр – силу тока 0,25А. Каково внутреннее сопротивление батареи?
Задание на повышенную оценку
* Определить ток короткого замыкания батареи.
** Найти КПД работы батареи.
Вариант 4
В проводнике сопротивлением 2 Ом, подключенном к элемента с ЭДС 1.1В, сила тока равна 0,5А. Определить внутреннее сопротивление элемента.
Задание на повышенную оценку
* Определить падения напряжения во внешней и внутренней цепях?
** Какова сила тока при коротком замыкании элемента.
9 ТРЕБОВАНИЯ К СОДЕРЖАНИЮ ОТЧЕТА О
ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
Отчет о лабораторной работе должен содержать следующие разделы:
(Как правильно оформить результаты? См. пункт 6)
ЛИТЕРАТУРА