У вас вопросы?
У нас ответы:) SamZan.net

наукової підготовки Реєстр Шифр Методичні рекомендації до підготовки і

Работа добавлена на сайт samzan.net: 2015-07-05

Поможем написать учебную работу

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Предоплата всего

от 25%

Подписываем

договор

Выберите тип работы:

Скидка 25% при заказе до 6.4.2025

Міністерство освіти і науки України

ВНЗ Херсонський державний морський інститут

Кафедра природничо-наукової підготовки

Реєстр _________

Шифр  _________

Методичні рекомендації

до підготовки і виконання лабораторних робіт

курсантами денної та студентами

заочної форм навчання

з дисципліни Фізика

(частина 3)

Верещака М.П.

Івченко В.В.

Колечинцева Т.С.

Лебедь О.М.

галузь знань 

0701 Транспорт і транспортна інфраструктура

0507 Електротехніка та електромеханіка

напрям

підготовки

6.070104 Морський та річковий транспорт

6.050702 Електромеханіка

Херсон 2011


Методичні рекомендації до підготовки і виконання лабораторних робіт курсантами денної та студентами заочної форм навчання з дисципліни фізика (частина 3) / Укладачі: Верещака М.П., Івченко В.В., Колечинцева Т.С., Лебедь О.М. – Херсон.: ХДМІ, 2011. – 25c.

Рецензенти: Овдій В.М. кандидат фізико-математичних наук, доцент Херсонського державного Університету.

Методичні рекомендації розглянуто і ухвалено на засіданні кафедри природничо-наукової підготовки

(Протокол № 6  від « 12 » січня 2011р.)

Завідувач кафедри    ______ Бабійчук А.М.

природничо-наукової підготовки

Схвалено навчально-методичним відділом інституту

Начальник навчально-методичного        ____ Черненко В.В.

відділу

Друкується за рішенням Вченої ради Херсонського державного інституту

(Протокол № __  від « __ » ______ 20__р.)


Інструкція з техніки безпеки

під час роботи в лабораторії фізики

  1.  Будьте уважні і дисципліновані, точно виконуйте вказівки викладача.
  2.  Не починайте виконувати роботу без дозволу викладача .
  3.  Розміщуйте прилади , матеріали , обладнання на своєму робочому місці так, щоб запобігти падінню або перекиданню.
  4.  Перед виконанням роботи необхідно уважно вивчити її зміст і виконання.
  5.  Щоб запобігти падінню під час проведення дослідів, скляні посудини обережно закріплюйте в лапці штатива .
  6.  Під час проведення дослідів не допускайте граничних навантажень вимірювальних приладів . Працюючи з приладами із скла будьте обережні. Не виймайте термометри з пробірок із затверділою речовиною.
  7.  Стежте за справністю всіх кріплень у приладах і пристроях. Не доторкайтесь до обертових частин машин і не нахиляйтесь над ними .
  8.  Для складання експериментальних установок користуйтесь проводами з міцною ізоляцією та без видимих пошкоджень .
  9.  Складаючи електричне коло, уникайте перетину проводів, забороняється користуватися провідниками зі спрацьованою ізоляцією і вимикачами відкритого типу.
  10.  Джерела струму в електричне коло вмикайте в останню чергу . Складне коло вмикайте тільки після перевірки і дозволу викладача . Наявність напруги в колі перевіряйте тільки приладами або показниками напруги.
  11.  Не доторкайтесь до елементів кола , що не мають ізоляції і перебувають під напругою. Не виконуйте повторно з'єднань у колах і не замінюйте запобіжники до вимикання джерела електроживлення .
  12.  Стежте за тим ,щоб під час роботи випадково не доторкнутися до обертових частин електричних машин. Не виконуйте повторних з'єднань в електроколах машин  до повної зупинки ротора машини .
  13.  Не доторкайтесь до корпусів стаціонарного електрообладнання затискачів відімкнутих конденсаторів.
  14.  Користуйтеся інструментом з ізолюючими ручками .
  15.  Після закінчення роботи від'єднайте джерело електроживлення , потім розберіть електричне коло .
  16.  Не залишайте робочого місця без дозволу викладача .
  17.  Виявивши несправність в електричних пристроях, що перебувають під напругою , негайно повідомте викладача .


Інструкція з протипожежної безпеки

  1.  При виникненні пожежі в інституті подається сигнал "пожежної тривоги" - переривчасті дзвінки протягом 30 секунд.
  2.  З подачею сигналу "пожежна тривога" навчальні заняття в інституті припиняються. Учні, викладачі і працівники навчального закладу з приміщень евакуюються, а особовий склад ланки пожежогасіння негайно приступає до ліквідації вогнища пожежі, наявними первинними засобами гасіння (вогнегасники , пісок , внутрішні пожежні крани й інше ), до прибуття пожежної команди .
  3.  Повідомлення про пожежу по телефону "101" повідомляється спокійно і чітко . При повідомленні необхідно : вказати місце пожежі, що горить і назвати своє прізвище . Докладне повідомлення про пожежу забезпечує швидке прибуття пожежної команди до місця пожежі і дозволяє їй заздалегідь визначити план своїх дій ,що є істотним у справі успішного гасіння .

Надання першої допомоги потерпілому

при нещасних випадках

  1.  У випадку дотику людини до струмоведучих частин і попадання його під напругу, необхідно звільнити його від дії електричного струму шляхом відключення електроустановки від джерела живлення, а при неможливості відключення - відтягнути його за одяг або застосувавши підручний ізоляційний матеріал.
  2.  Після звільнення потерпілого від дії електричного струму необхідно викликати лікаря і зробити йому першу медичну допомогу (телефон швидкої допомоги «103»).
  3.  Якщо потерпілий не знепритомнів, продовжує дихати й у нього нормально працює серце, варто укласти його, розстебнути одяг, забезпечити повний спокій до прибуття лікаря.
  4.  При відсутності в постраждалого дихання й пульсу необхідно зробити йому штучне дихання і непрямий (зовнішній) масаж серця. Під час медичної допомоги необхідно стежити за зіницями очей. Широкі зіниці вказують на різке погіршення кровообігу мозку. При такому стані необхідне негайно надавати допомогу.
  5.  Якщо в потерпілого відсутні дихання і пульс, то допомогу необхідно проводити в такому порядку:

укласти потерпілого на спину і під його голову підкласти валик зі згорнутого одягу;

розташуватися з лівої сторони від постраждалого, свою ліву руку підвести під його потилицю і відкинути його голову назад ;

відкрити потерпілому рот, звільнити його від слизу за допомогою марлі або носової хустки і, зробивши два-три глибоких вдихи, удмухувати через марлю або хустку повітря зі свого рота в рот потерпілого ;

звільнити рот і ніс потерпілого по закінченні вдмухування, щоб не заважати вільному видихові.

  1.  З появою перших слабких вдихів у потерпілого, варто робити штучний вдих у момент початку самостійного вдиху.
  2.  При поновленні у постраждалого самостійного дихання якийсь час варто продовжити штучне дихання до повного приведення потерпілого у свідомість або до прибуття лікаря.
  3.  Якщо у потерпілого відсутній пульс, необхідно проводити зовнішній масаж серця.
  4.  Надання допомоги не можна припиняти, навіть якщо потерпілий не подає ознак життя.
  5.   Необхідно вивчити прийоми надання першої допомоги при враженні електричним струмом і вміти застосовувати їх при необхідності.
  6.    При наданні допомоги потерпілому не дозволяється допускати охолодження його тіла.
  7.    Необхідно вміти надавати першу допомогу при опіках, тому що опік-це рана, у яку легко може потрапити інфекція.
  8.    Не слід зривати з обпаленого місця одяг і відривати прилиплу до рани білизну.
  9.    При опіку очей електричною дугою варто робити холодні примочки розчином борної кислоти. 

Алгоритм  виконання лабораторного заняття

1. Уважно продумайте мету роботи,

2. Вивчіть і охарактеризуйте вимірювальні прилади, якими будете користуватися:

визначте ціну поділки і розмір шкали,

знайдіть похибку вимірювань даним приладом.

3. Зробіть необхідні малюнки і креслення та заповніть таблиці,

4. Визначте закономірність процесів, які ви спостерігали,

5. Запишіть показники приладів; врахуйте, що ні один вимірювальний прилад не дає точного значення вимірювальної величини.

6. Зробіть необхідні розрахунки, користуючись законами, описуючими дані явища.

7. Зробіть висновок, визначте головне в спостереженнях та розрахунках.


Правила поводження

при виконанні лабораторного заняття

  1.  При виконанні лабораторних робіт дотримуйтесь техніки безпеки.
  2.  Дотримуватись правил техніки безпеки та безпеки життєдіяльності.
  3.  На заняття з'являтись вчасно без запізнень.
  4.  Слідкувати за зовнішнім виглядом, з'являтись на заняття у відповідній формі одягу.
  5.  Бути ввічливим, з повагою ставитись до викладачів, курсантів, технічного персоналу.
  6.  Адекватно реагувати на зауваження викладачів.
  7.  Дотримуватись нормативної лексики.
  8.  Дбайливо ставитись до майна кабінету


Лабораторне заняття № 9

Тема: Знаходження питомого опору резистивного проводу.

Мета роботи: Ознайомитися з технічним способом вимірювання опору, знайти питомий опір провідника, перевірити закон Ома для ділянки електричного кола.

Прилади та обладнання: прилад для вимірювання опору резистивного проводу FPM – 01 у комплекті.

Теоретичні відомості

Вимірювання опору технічними засобом (за допомогою вольтметра та амперметра) можна здійснювати згідно двох різних схем (мал.1).

Мал. 1

Технічний засіб використовує закон Ома для ділянки кола. Проте, якщо визначити опір за формулою, що випливає із закону:

     (1)

де U та I – покази амперметру та вольтметру, ми отримаємо лише наближене значення опору. Справа в тому, що у схемі а) вимірюється фактично сума струмів, що протікають через шуканий опір та вольтметр (І=Іx + ІV , де Іx, ІV – струми через шуканий опір та вольтметр). У той же час в цій схемі U=Uх, тобто вольтметр показує напругу саме на шуканому опорі. З урахуванням цього розрахункова формула для шуканого опору у схемі а) повинна мати такий вигляд:

     (2)

де RV є опір вольтметра (у роботі він дорівнює 500 Ом).

У схемі б), навпаки, струм через шуканий опір та струм амперметра співпадають: І=ІХ. проте, вольтметр вимірює сумарну напругу на шуканому опорі та амперметрові: U=Uх+UА. з урахуванням цього факту розрахункова формула для опору для схеми б) отримує вигляд:

    (3)

де RА є опір амперметра (у роботі він дорівнює 0,15 Ом).

Відносна похибка для цих випадків дорівнює:

Схема а):      (4)

Схема б):

З останніх формул випливає, що схема а) доцільна тоді, коли Rх << RV, а схема б), коли Rх >> RА.

Зв'язок поміж шуканим опором та питомим опором проводу такий:

     (5)

де S – площа перерізу провідника (діаметр проводу d = 3,6·10-4 м.), а l – його довжина.

Опис експериментальної установки

Експериментальною установкою є прилад для вимірювання питомого опору типу FPM – 01 (мал. 2).

Функціональне призначення елементів управління є наступним:

S1 – вимикач живлення (мережі);

S2 – перемикач схеми вимірювань, який забезпечує або схему а) мал.1 (точне вимірювання напруги) або схему б) мал.1 (точне вимірювання струму);

Р1 – регулятор сили струму;

РА1, РV1 – міліамперметр та вольтметр.

Мал. 2
Порядок виконання роботи

  1.  Вирівняйте прилад за допомогою регульованих гвинтів на ніжках.
  2.  Пересуньте рухомий контакт приблизно на 70% довжини резистивного проводу відносно нерухомого контакту.
  3.  Пересуньте перемикач S2 у положення, що забезпечить вимірювання по схемі а) мал.1.
  4.  Натисніть S1 – живлення приладу. Регулятором Р1 підберіть такий струм через міліамперметр, аби вольтметр показував відхилення стрілки приблизно на 2/3 шкали.
  5.  Показання приладів запишіть до таблиці. Змініть силу струму через провідник і повторіть дослід декілька разів. Знайдіть значення Rх з формули (2).
  6.  Пересуньте перемикач S2 у положення, що забезпечить вимірювання по схемі б) мал.1. Повторіть декілька разів те, що описано в п.4,5, користуючись формулою (3) для схеми б).
  7.  Для кожного знайденого значення Rх знайдіть питомий опір за формулою (5). Оцініть середнє значення і похибки.

Таблиця 1

Схема а

№

I, A

U, В

RX, Ом

∆RX, Ом

ρ, Ом · м

∆ρ, Ом · м

1

2

3

4

5

сер

Схема б

1

2

3

4

5

Сер

Індивідуальні завдання

1 варіант

  1.  До амперметра, опір якого 0,27 Ом, приєднано паралельно шунт опором  0,09 Ом. Обчислити силу струму в колі, якщо амперметр показує  2 А.
  2.  Якщо вольтметр з’єднати послідовно з резистором, опір якого 10 кОм, то при напрузі 120 В він покаже 50 В. Якщо його з’єднати послідовно з резистором, опір якого невідомий, то при тій самій напрузі він покаже  10 В. Визначити опір невідомого резистора.
  3.  У мідному провіднику , площа поперечного перерізу якого 0,5 см2, проходить струм силою 1,5 А. З якою силою діє електричне поле в цьому провіднику на кожний носій струму?

2 варіант

  1.  Що потрібно зробити, щоб прилад, ціна поділки якого 10 мкА, шкала приладу має 100 поділок, а внутрішній опір 100 Ом, можна було використати як вольтметр для вимірювання напруги до 100 В, та як амперметр для вимірювання струму до 1А?
  2.  Два провідники виготовленні з одного матеріалу. У скільки разів довжина одного провідника більша від довжини іншого, коли відомо , що маса другого в 2 рази більша від першого, а опір в 8 разів менший.
  3.  На кінцях залізного провідника , довжина якого 1 м  і діаметр 1 мм, підтримується напруга 12 В. Визначити густину струму та кількість електронів, які проходять крізь поперечний переріз провідника за 1 с.

Контрольні запитання

  1.  Сформулюйте закон Ома для однорідної та неоднорідної ділянки кола.
  2.  Сформулюйте закони паралельного та послідовного зєднання провідників.
  3.  Чим відрізняється схеми вимірювання а) та б) ?
  4.  Чи залежить питомий опір металевих провідників від температури і якщо так, то як саме.

Література

1. Кучерук І.М. та ін. Загальний курс фізики. Т.1 : Механіка. Молекулярна фізика і термодинаміка. – К.: Техніка, 1999. – 536 с.

2. Зачек І.Р. та ін. Курс фізики: Навчальний підручник. – Львів.: «Бескит Біт», 2002. – 376 с.

3. Савельев И.В. Курс фізики: Учебник. В 3-х т. Т. 1: Механика. Молекулярная физика. – М.: Наука, 1989. – 352 с.

4. Дущенко В.П., Кучерук І.М. Загальна фізика: Фізичні основи механіки. Молекулярна фізика і термодинаміка: Підручник для вузів. – К.: Вища школа, 1993.–431с.

5. Гершензон Е.М., Малов Н.Н. Курс общей физики. Механика: Уч. Пособие. – М.: Просвещение, 1987. – 304 с.

6. Лабораторный практикум по физике: Уч. Пособие для вузов/Под ред. К.А. Барсукова. – М.: Высш. шк., 1988. – 351 с.

7. Майсова Н.Н. Практикум по курсу общей физики. – М.: Высш. шк.,1970.–448с.

8. Физический практикум : Механика и молекулярная физика //Под ред. В.И.Ивероновой. – М.: Высшая школа,1967.

9. Методичні вказівки до проведення лабораторних занять з дисципліни фізика / Укладачі: Бабічев С.А., Шарко О.В., Колечинцева Т.С., Лебедь О.М. – Херсон: ХДМІ, 2008 – 82 с.


Лабораторне заняття № 10

Тема: Вивчення джерела сталої ЕРС.

Мета роботи: Експериментальне дослідження джерела постійної ЕРС (електрорушійної сили).

Прилади та обладнання: Джерело постійної ЕРС, зовнішній опір R, амперметр.

Теоретичні відомості

Струм в колі, зображеному на мал.1 описується рівнянням:

     (1)

де ε – ЕРС джерела; R – змінний опір зовнішнього кола; r – внутрішній опір джерела; I – сила струму в колі.

Перепишемо рівняння (1) у вигляді:

    (2)

Рівняння (2) опису лінійну залежність зворотного струму І-1 від опору навантаження R (мал.2), причому кутовий коефіцієнт прямої k визначається величиною зворотної ЕРС – ε-1, а відсічка на осі ординат – відношенням внутрішнього опору до ЕРС .

Позначимо відсічку через Ѕ, а кутовий коефіцієнт прямої – через . Тоді:

,      (3)

.      (4)

Величини Ѕ і k знімаються з графіка експериментальної залежності

Повна потужність, що виділяється в колі рівняння:

    (5)

Найбільшого значення вона досягає при струмі короткого замикання (R=0):

При збільшені R потужність падає, наближаючись асимптотично до нуля при необмеженому збільшені R.

Потужність, що виділяється в зовнішній частині кола (навантаженні), дорівнює:

    (6)

Найбільшого значення напруженість Рн досягає при R=r. Щоб переконатися в цьому, візьмемо похідну від Рн по зовнішньому опору:

Звідси

   (7)

Критичну точку знаходимо з умови:

,

звідси R = r

Зі співвідношення (7) видно, що при переході через критичну точку R=r, похідна dPн/dR змінює знак (з + на - ). Отже, в цій точці функція Рн(R) має максимум. В граничних точках маємо:

Рн (R=0) =0:     (8)

Тому максимальна потужність джерела буде:

,      (9)

тобто дорівнює чверті повної потужності при короткому замикані.

Коефіцієнт корисної дії визначимо відношенням потужності Рн, в зовнішній частині кола, що виділяється, до всієї потужності Р:

     (10)

При R=0 маємо η=0; із збільшенням опору R ККД зростає, наближаючись до одиниці при необмеженому збільшені R. Проте, при цьому потужність, що виділяється в зовнішній частині кола падає до нуля, і тому умова максимуму ККД з практичної точки зору не цікава.

Мал.1 Електрична схема установки

Мал.2 Типовий вигляд залежності І-1(R)

Хід роботи

  1.  Зібрати схему згідно мал.1.
  2.  Змінюючи зовнішній опір R, вимірюють силу струму I не менше 10 раз. При чому, потрібно мати на увазі те, що R повинна приймати ряд значень: менших, більших і рівних r (з інтервалом порядку 100 - 150 Ом). Значення I та R заносять до таблиці.
  3.  Побудувати графік залежності І-1 від R.
  4.  За графіком визначити кутовий коефіцієнт k = tgα.
  5.  За формулою (3) і (4) визначити ЕРС джерела струму ε і внутрішній опір r.
  6.  Розрахувати значення потужності Рн, що виділяється на навантажені R по формулі (6), і ККД по формулі (10).
  7.  Побудувати графік залежності Рн і η від зовнішнього навантаження R.
  8.  Провести аналіз отриманих результатів. Розрахувати максимальне значення Рн max за формулою (9).

Таблиця

№

R, Ом

І, А

І-1, А-1

ε, В

r, Ом

Рн, Вт

η, %

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Індивідуальні завдання

1 варіант

1. До джерела струму з ЕРС 1,5 В приєднали котушку з опором R=0,1 Ом. Амперметр показав силу струму, рівну 0,5 А. Коли до джерела струму приєднали послідовно ще одне джерело струму з такою самою ЕРС, то сила струму в тій же котушці виявилася рівною 0,4 А. Визначити внутрішні опори першого й другого джерел струму.

2. Є N однакових гальванічних елементів ЕДС і внутрішнім опором r кожний. З цих елементів потрібно зібрати батарею, що складається з декількох паралельно з'єднаних груп, що містять по n послідовно з'єднаних елементів. При якому значенні n сила струму I у зовнішньому колі, що має опір R, буде максимальною? Чому буде дорівнює внутрішній опір батареї при цьому значенні n?

3. Два елементи (ЕРС 1=1,2 В, r1=0,1 Ом; ЕРС 2=0,9 В, r2=0,3 Ом) з'єднані однойменними полюсами. Опір R з’єднувальних провідників дорівнює 0,2 Ом. Визначити силу струму I у колі.

2 варіант

1. Дві групи із трьох послідовно з'єднаних елементів з'єднані паралельно. ЕРС кожного елемента дорівнює 1,2 В, внутрішній опір г=0,2 Ом Отримана батарея замкнута на зовнішній опір R=1,5 Ом. Знайти силу струму  в зовнішньому колі.

2. Дані 12 елементів з ЕРС =1,5 В и внутрішнім опором г=0,4 Ом. Як потрібно з'єднати ці елементи, щоб одержати від зібраної з них батареї найбільшу силу струму у зовнішньому колі, що має опір R = 0,3 Ом? Визначити максимальну силу струму.

3. Три батареї з ЕРС 1=12 В, 2=5 В и 3=10 В и однаковими внутрішніми опорами r, рівними 1 Ом, з'єднані між собою однойменними полюсами. Опір з’єднувальних провідників є мізерно малим. Визначити сили струмів I, що йдуть через кожну батарею.

Контрольні запитання

  1.  Яку величину називають корисною потужністю по відношенню до джерела? Як її визначити?
  2.  Вивести умову, при якій корисна потужність джерела приймає максимальне значення.
  3.  Пояснити графік залежності корисної потужності від величини опору зовнішнього кола.
  4.  Що називають коефіцієнтом корисної дії джерела струму?

Література

1. Кучерук І.М. та ін. Загальний курс фізики. Т.1 : Механіка. Молекулярна фізика і термодинаміка. – К.: Техніка, 1999. – 536 с.

2. Зачек І.Р. та ін. Курс фізики: Навчальний підручник. – Львів.: «Бескит Біт», 2002. – 376 с.

3. Савельев И.В. Курс фізики: Учебник. В 3-х т. Т. 1: Механика. Молекулярная физика. – М.: Наука, 1989. – 352 с.

4. Дущенко В.П., Кучерук І.М. Загальна фізика: Фізичні основи механіки. Молекулярна фізика і термодинаміка: Підручник для вузів. – К.: Вища школа, 1993.–431с.

5. Гершензон Е.М., Малов Н.Н. Курс общей физики. Механика: Уч. Пособие. – М.: Просвещение, 1987. – 304 с.

6. Лабораторный практикум по физике: Уч. Пособие для вузов/Под ред. К.А. Барсукова. – М.: Высш. шк., 1988. – 351 с.

7. Майсова Н.Н. Практикум по курсу общей физики. – М.: Высш. шк.,1970.–448с.

8. Физический практикум : Механика и молекулярная физика //Под ред. В.И.Ивероновой. – М.: Высшая школа,1967.

9. Методичні вказівки до проведення лабораторних занять з дисципліни фізика / Укладачі: Бабічев С.А., Шарко О.В., Колечинцева Т.С., Лебедь О.М. – Херсон: ХДМІ, 2008 – 82 с.


Лабораторне заняття № 11

Тема: Перевірка законів Кірхгофа.

Мета роботи: Перевірити на практиці справедливість правил Кірхгофа для ланцюгів постійного струму.

Прилади та обладнання: джерело постійного струму; магазин резисторів; вольтметр; калькулятор.

Теоретичні відомості

Закон Ома дозволяє робити розрахунки лише у найпростіших нерозгалужених електричних колах. Розрахунок в розгалужених колах значно спрощується, якщо використовувати 2 закони Кірхгофа.

Перше правило Кірхгофа (відноситься до вузлів і виражає закон збереження заряду): алгебраїчна сума струмів, які сходяться у вузлі, дорівнює нулю:

     (1)

Точка розгалуження називається вузлом, а нерозгалужена ділянка кола між двома сусідніми вузлами називається гілкою. Замкнене коло, яке виділяється із загальної схеми називається контуром.

Струми, які підходять до вузла вважають позитивними, які відходять – негативними.

Друге правило Кірхгофа (яке є наслідком закону збереження енергії) застосовують до довільного замкненого контуру, що виділяється із загальної схеми. Згідно з ним алгебраїчна сума спадів напруг у замкненому колі дорівнює алгебраїчній сумі ЕРС, діючих у цьому колі:

    (2)

Дані правила можна використовувати для будь-якого замкнутого контуру.

Перше правило Кірхгофа є наслідком умови нерозривності постійного струму; друге витікає із закону Ома для ділянки кола, що містить ЕРС.

Застосовуючи правила Кірхгофа для розрахунку розгалужених ланцюгів потрібно дотримуватися такого алгоритму.

  1.  Намалювати схему.
  2.  Позначити вузли схеми (1,2…) або (а,б….).
  3.  Показати напрями струмів в гілках. (поставити стрілки на малюнку: скільки гілок, стільки ж струмів).
  4.  Записати на основі першого закону n-1 рівнянь, де n – кількість вузлів.
  5.  Виділити довільно замкнені контури в складному колі і вибрати позитивні напрями обходу кожного контуру.
  6.  Записати рівняння по другому закону для цих контурів. (струми, що співпадають з вибраним напрямком контору вважати позитивним, а які не співпадають – негативними; ЕРС вважається позитивною якщо при обході контуру на внутрішній ділянці переходимо від – до + і навпаки).
  7.  Розв’язати одержану систему рівнянь.

У даній лабораторній роботі досліджується розгалужене коло постійного струму, схема якого зображена на мал.1.

Мал.1

Де R01, R02 – балансні резистори; R1, R2, R3 – магазини резисторів.

Вибираємо зазначені на малюнку струмів та обходу контурів.

Використовуємо перше правило Кірхгофа до вузла В:

     (3)

Використаємо друге правило Кірхгофа до контурів:

B - R0 - R1 - ε1 - R3 – B:   (4)

B - R3 – А – ε2 – R2 – R0 – B:   (5)

Перепишемо систему у стандартному вигляді:

.

Розв’язки системи (струми І1, І2, І3) знайдемо по формулі Крамера:

, ,,    (7)

де

,   (8)

,

Після обчислень детермінантів одержимо кінцеве рішення:

    (9)

де

r1=R1+R01, r2= R2+R02, А=R3(ε1+ε2)

(∆3 – можна не обчислювати, оскільки І3 = І1- І2)

Якщо якийсь із струмів буде за значенням негативний, це означає, що його напрямок в дійсності протилежний обраному.

Визначивши струми, обчислимо відповідні падіння напруг на резисторах R1, R2, R3:

     (10)

Величини U1, U2, U3 також можна безпосередньо виміряти вольтметром.

Перевірка правил Кірхгофа, що проводиться в роботі, і складається у порівняні напруг, знайдених експериментальним шляхом і обчислених по формулах (10).

Порядок виконання роботи

  1.  Замкнути ключі ЅА1 і ЅА2 вимірювальної схеми.
  2.  Вибрати опори R1, R2, R3 за допомогою магазинів резисторів і виміряти падіння напруг відповідно на цих резисторах.
  3.  Експеримент повторити три рази при різноманітному наборі резисторів R1, R2, R3.
  4.  Розімкнути ключі ЅА1 і ЅА2 і виміряти ЕРС ε1 і ε2 джерел струму, приєднавши вольтметр до джерел ЕРС.
  5.  Обчислити по формулі (10) падіння напруг U1, U2, U3.
  6.  Отримані дані занести в таблицю 1 та 2 (розмірність обов’язково вказати в системі СІ).
  7.  Порівняти виміряні і обчислені значення U1, U2, U3 і визначити відносні похибку  у відсотках.

Таблиця 1

№

R01, Ом

R02, Ом

R1, Ом

R2, Ом

R3, Ом

ε1, В

ε2, В

∆1, В·Ом

∆2, В·Ом

∆, Ом2

1

2

3

Таблиця 2

№

U1Е, В

U1Т, В

δU1, %

U2Е, В

U2Т, В

δU2, %

U3Е, В

U3Т, В

δU3, %

1

2

3

Е – експериментальне значення, Т – теоретичне.

Індивідуальні завдання

1 варіант

1. Лампочка й реостат, з'єднані послідовно, приєднані до джерела струму. Напруга U на затисках лампочки дорівнює 40 В, опір R реостата дорівнює 10 Ом. Зовнішнє коло споживає потужність Ρ=120 Вт. Знайти силу струму I у колі.

2. До батареї акумуляторів, ЕРС якої дорівнює 2 В и внутрішній опір г=0,5 Ом, приєднаний провідник. Визначити: 1) опір R провідника, при якому потужність, що виділяється в ньому, максимальна; 2) потужність Р, що при цьому виділяється в провіднику.

3. До затискачів батареї акумуляторів приєднаний нагрівач. ЕРС батареї дорівнює 24 В, внутрішній опір г=1 Ом. Нагрівач, увімкнений у коло, споживає потужність Ρ=80 Вт. Обчислити силу струму в колі й ККД нагрівача.

2 варіант

1. ЕРС батареї акумуляторів 12 В, сила струму короткого замикання дорівнює 5 А. Яку найбільшу потужність можна одержати в зовнішньому колі, з'єднаному з такою батареєю?

2. ЕРС батареї дорівнює 20 В. Опір R зовнішнього кола дорівнює 2 Ом, сила струму I=4 А. Знайти ККД батареї. При якому значенні зовнішнього опору R ККД буде дорівнюватиме 99%?

3. Обмотка електричного кип'ятильника має дві секції. Якщо включено тільки першу секцію, то вода закипає через 16 хв, якщо тільки друга, то через 30 хв. Через скільки хвилин закипить вода, якщо обидві секції включити послідовно? Паралельно?

Контрольні запитання

  1.  Сформулювати перше і друге правило Кірхгофа.
  2.  Записати закон Ома для ділянки і для повного кола.
  3.  Пояснити правила розрахунку розгалужених ланцюгів постійного струму.
  4.  Поясніть який струм ми вважає позитивним, а який негативним.
  5.  Наслідком чого є друге правило Кірхгофа.
  6.  До чого відноситься і що виражає перше правило Кірхгофа.

Література

1. Кучерук І.М. та ін. Загальний курс фізики. Т.1 : Механіка. Молекулярна фізика і термодинаміка. – К.: Техніка, 1999. – 536 с.

2. Зачек І.Р. та ін. Курс фізики: Навчальний підручник. – Львів.: «Бескит Біт», 2002. – 376 с.

3. Савельев И.В. Курс фізики: Учебник. В 3-х т. Т. 1: Механика. Молекулярная физика. – М.: Наука, 1989. – 352 с.

4. Дущенко В.П., Кучерук І.М. Загальна фізика: Фізичні основи механіки. Молекулярна фізика і термодинаміка: Підручник для вузів. – К.: Вища школа, 1993.–431с.

5. Гершензон Е.М., Малов Н.Н. Курс общей физики. Механика: Уч. Пособие. – М.: Просвещение, 1987. – 304 с.

6. Лабораторный практикум по физике: Уч. Пособие для вузов/Под ред. К.А. Барсукова. – М.: Высш. шк., 1988. – 351 с.

7. Майсова Н.Н. Практикум по курсу общей физики. – М.: Высш. шк.,1970.–448с.

8. Физический практикум : Механика и молекулярная физика //Под ред. В.И.Ивероновой. – М.: Высшая школа,1967.

9. Методичні вказівки до проведення лабораторних занять з дисципліни фізика / Укладачі: Бабічев С.А., Шарко О.В., Колечинцева Т.С., Лебедь О.М. – Херсон: ХДМІ, 2008 – 82 с.


Лабораторне заняття № 12

Тема: Визначення опору за допомогою містка Уітстона.

Мета роботи: вивчити методику вимірювання опору за допомогою мостової схеми.

Прилади та обладнання: лінійний реохорд, магазин опорів, нуль-гальванометр, реостат, подвійний ключ, джерело струму.

Теоретичні відомості.

Для вимірювання величини опору дуже часто використовується метод моста постійного струму. В чотирьохкутний контур АВСD увімкнено опори Rx, R0, R1, R2, які складають, так звані, плечі містка Уітстона: в одну з діагоналей включено гальванометр, в другу – джерело ЕРС.

На основі 1 закону Кірхгофа можна записати:

- для вузла С ;

Якщо плечі містка Уітстона будуть зрівноважені (збалансовані), що визначається по відсутності струму в гальванометрі (), то:

; ; ;

Рішенням цієї системи рівнянь буде вираз:

.

Якщо в якості плечей  та  використати лінійні реохорди, у яких довжини проволок пропорційні опорам: R1~, R2, то

, (1)

де R0 – відомий опір. Вираз (1) і є робочою формулою цієї роботи. Формула (1) дає змогу визначити невідомий опір RX, підключений до одного з плечей містка Уітстона.

Пояснення схеми містка Уітстона.

Для вимірювання невідомого опору використовується мостова схема (мал. 1) Вона складається із джерела струму Е, реохорда АС, нуль-гальванометра Г, магазина опорів Rм (R0), подвійного вимикача К, реостата Р.

Мал.1

Реохорд являє собою укріплений на лінійці АС однорідний дріт, вздовж якої пересувається ковзний контакт D, який дозволяє змінювати опір ділянок реохорда.

Пересуваючи ковзаючи контакт D реохорда, можна знайти таке положення D на дроті приладу, при якому струм через нуль-гальванометр стане рівним нулю. В цьому

випадку плечі моста Уітстона знаходяться в рівновазі, тобто збалансовані.

Магазин опорів Rм, призначений для підбору потрібного опору в колі. Він складається з шести декад. Підбір опорів проводиться за допомогою ручок, якими обладнана кожна декада.

Підключення джерела ЕРС, нуль-гальванометра до схеми здійснюється за допомогою подвійного ключа К. В момент включення і виключення джерела струму в колі виникають ЕРС самоіндукції, які можуть викликати короткочасні, але значні струми. Для захисту гальванометра від цих струмів бажано спочатку замикати коло батареї і тільки потім, після встановлення режиму роботи кола (2 – 3 с), замикати коло гальванометра. Подвійний ключ забезпечує вказану послідовність включення. На малюнку показана схема включення подвійного ключа. Принцип дії подвійного ключа полягає у наступному: при легкому натисканні на кнопку ключа має місце контакт верхньої та середньої пластинок, з якими зв'язані відповідно клеми Н і М. Ця частина подвійного ключа К за допомогою клем Н і М включається в коло елемента-джерела живлення. При підсиленні натиску на кнопку має місце контакт нижньої пластини і середньої (клеми П і Р), внаслідок чого вмикається гальванометр.

Хід виконання роботи

  1.  Зібрати схему за мал. 1.
  2.  Ввести максимальний опір реостата для того, щоб стрілка гальванометра не зашкалювала.

Встановити повзунок реохорда на відмітку 30 см.

Змінювати опір магазина, добитись мінімального відхилення стрілки гальванометра, при якому опір реостата повільно зменшувати.

Всі вимірювання необхідно виконувати при короткочасному натискуванні на подвійний ключ, тому що тривале протікання струму по колу призводить до нагрівання опорів моста та зміні їх величини.

  1.  Подібні вимірювання проробити при різних значеннях її  і .
  2.  Методом середнього арифметичного визначити похибку. Результати вимірювань занести до таблиці:

№

R0, Ом

, м

, м

Rx, Ом

∆Rx, Ом

εRx, %

1

2

3

Сер.

Індивідуальні завдання

1 варіант

1. Знайти струми в окремих гілках містка Уітстона (мал.2) при умові, що струм через нуль-гальванометр не іде. ЕРС джерела дорівнює 2 В, опори  Ом,  Ом,  Ом, та  Ом.

Мал.2

Мал.3

Мал.4

2.ЕРС елементів 1=2,1 В, 2=1,9 В, опори  Ом,  Ом,  Ом, та  Ом (мал. 3). Знайти струми  в усіх ділянках кола.

3. Батареї мають 1=2=110 В, опори  Ом, опір вольтметра  кОм (мал. 4). Знайти покази вольтметра.

2 варіант

1. Елементи мають 1=2=1,5 В та внутрішні опори  Ом, опори  Ом та  Ом, опір амперметра  Ом (мал. 5). Знайти покази амперметра.

Мал.5

Мал.6

Мал.7

2. Елемент мають =200 В,  кОм та  кОм, опори вольтметрів  кОм та  кОм (мал. 6). Знайти покази вольтметрів  та  якщо ключ : а) розімкнуто; б) замкнуто.

3. Батареї мають ЕРС 1=2=100 В, опори  Ом,  Ом,  Ом, та  Ом (мал. 7). Знайти покази амперметра.


Контрольні питання.

  1.  Яка умова рівноваги містка Уітстона?
  2.  Запишіть формулу залежності опору провідника від температури.
  3.  В чому полягає явище надпровідності.
  4.  Що називається вузлом розгалуженого електричного кола?
  5.  Який закон встановлює співвідношення між теплопровідністю та електропровідністю металів. Сформулюйте цей закон.

Література

1. Кучерук І.М. та ін. Загальний курс фізики. Т.1 : Механіка. Молекулярна фізика і термодинаміка. – К.: Техніка, 1999. – 536 с.

2. Зачек І.Р. та ін. Курс фізики: Навчальний підручник. – Львів.: «Бескит Біт», 2002. – 376 с.

3. Савельев И.В. Курс фізики: Учебник. В 3-х т. Т. 1: Механика. Молекулярная физика. – М.: Наука, 1989. – 352 с.

4. Дущенко В.П., Кучерук І.М. Загальна фізика: Фізичні основи механіки. Молекулярна фізика і термодинаміка: Підручник для вузів. – К.: Вища школа, 1993.–431с.

5. Гершензон Е.М., Малов Н.Н. Курс общей физики. Механика: Уч. Пособие. – М.: Просвещение, 1987. – 304 с.

6. Лабораторный практикум по физике: Уч. Пособие для вузов/Под ред. К.А. Барсукова. – М.: Высш. шк., 1988. – 351 с.

7. Майсова Н.Н. Практикум по курсу общей физики. – М.: Высш. шк.,1970.–448с.

8. Физический практикум : Механика и молекулярная физика //Под ред. В.И.Ивероновой. – М.: Высшая школа,1967.

9. Методичні вказівки до проведення лабораторних занять з дисципліни фізика / Укладачі: Бабічев С.А., Шарко О.В., Колечинцева Т.С., Лебедь О.М. – Херсон: ХДМІ, 2008 – 82 с.




1. і ЕшлерБиттнер симптомы о~
2. Сыктывкарский государственный университет Институт социальных технологий Кафедра социальной работы
3. тема- дыхательная система
4. Проблема Политической Философии Значение политической философии и та роль которую она играет сегодня.html
5. членов Германского Союза в 18151822 годах и значение прусского таможенного закона от 26 мая 1818 года для судеб гер
6. хозяйственную инвестиционную или финансовую деятельность коммерческой организации
7. Языковая норма Нормативный аспект культуры речи ~ один из важнейших но не единственный
8. 4
9. Комплекс маркетинговых коммуникаций
10. Imgintive writing includes both prose nd poetry

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе