Материал: 2863
где l1 и l2 - длины участков реохорда AD и DB соответственно.
Равновесие моста достигается перемещением контакта D реохорда или изменением сопротивления R0 . Показателем равновесия моста является
отсутствие тока в цепи гальванометра G .
Сопротивлением R0 в данной работе служит магазин сопротивлений. Он
представляет собой комплект сопротивлений разных значений, конструктивно объединенных в общий набор. С помощью переключателей магазина можно включать сопротивления в разных сочетаниях, устанавливая нужное значение R0 . В данной работе магазин сопротивлений состоит из 6 декад.
Переключатель каждой декады имеет фиксированные положения, отмеченные цифрами от 0 до 9. Возле каждой декады указан ее множитель: 0,1; 1; 10; 100; 1000 и 10000.
Включенное сопротивление декады равно произведению ее множителя на цифру, против которой стоит указатель переключателя декады. Например, если множитель декады «10» и указатель стоит на цифре «7», то сопротивление данной декады равно 70 Ом.
Все сопротивления в магазине соединены последовательно. Поэтому сопротивление R0 магазина равно сумме сопротивлений всех включенных
декад. |
|
|
Приборы и принадлежности: реохорд, |
гальванометр, |
магазин |
сопротивлений, |
исследуемые |
сопротивления, |
соединительные провода. |
|
|
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Условия проведения опыта задаются преподавателем или вариантом индивидуального задания.
2. Соберите электрическую схему, изображенную на рис. 6, включив в нее неизвестное сопротивление RХ1. После проверки схемы преподавателем
включите блок питания установки в сеть 220 В.
3. Установите заданные значения l1 и l2 на реохорде или R0 на магазине
сопротивлений.
При нажатой кнопке К , расположенной на корпусе гальванометра, уравновесьте мост подбором сопротивления R0 магазина или изменением плеч
l1 и l2 путем передвижения контакта D на реохорде. (Убедиться в отсутствии
тока можно, нажимая и отпуская кнопку К : если мост уравновешен, то стрелка гальванометра остается неподвижной.)
Значения R0 , l1 и l2 , соответствующие равновесному состоянию моста,
запишите в табл. 1.
Сопротивление RХ1 измерьте при других заданных значениях плеч реохорда l1 и l2 или сопротивлений R0 . Результаты запишите в табл. 1.
Таблица 1
Измеряемое |
R0 , |
l1, |
l2 , |
RX , |
RX , |
Теорети |
|
Ом |
см |
см |
Ом |
Ом |
ческое |
||
сопротивление |
|||||||
|
|
|
|
|
значени |
||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
е |
|
|
|
|
|
|
|
RX , |
|
|
|
|
|
|
|
Ом |
|
RX1 |
|
|
|
|
|
–– |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
RX 2 |
|
|
|
|
|
–– |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Последовательное
соединение
RX1 и RX 2
Параллельное
соединение
RX1 и RX 2
4.При разомкнутом ключе К вместо сопротивления RХ1 включите в схему второе сопротивление RХ 2 и выполните измерения, указанные в п. 3.
5.Сопротивления RХ1 и RХ 2 соедините последовательно (рис.7) и
включите их в цепь: концы проводников А и С подсоединяются к точкам А и С схемы (рис.6). Пунктиром на рис.7 показаны дополнительные проводники. Для полученной схемы выполните измерения, указанные в п. 3.
6. Соедините сопротивления RХ1 и RХ 2 параллельно (рис.7.), включите их в цепь и проведите измерения, указанные в п. 3.
7.По формуле (7) рассчитайте значения всех измеренных сопротивлений, а затем их средние значения.
8.Рассчитайте теоретические значения сопротивлений при
последовательном и параллельном соединении RХ1 и RХ 2 , используя средние
значения этих сопротивлений и формулы (1) и (2).
9. По данным одного из проведенных измерений определите погрешность измерения сопротивления
RX = ε 
RX 
,
где ε = 
εR2 0 + εl21 + εl22 .
Относительные частные погрешности рассчитайте по формулам
εR |
|
= |
R0 |
; |
εl |
= |
l1 |
; |
εl |
|
= |
l2 |
, |
0 |
|
|
2 |
|
|||||||||
|
|
R0 |
|
1 |
l1 |
|
|
|
l2 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где R0 = γ 100R0 - погрешность сопротивления магазина;
γ - класс точности магазина сопротивлений;
l1 и l2 - погрешности длины плеч, которые принимаются равными цене деления шкалы реохорда.
10. В заключении по работе сравните измеренные и теоретические значения последовательного и параллельного соединений сопротивлений RХ1 и RХ 2 .
Согласие считается хорошим, если разница между опытными и теоретическими значениями не превышает 2 RХ .
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.В чем заключается закон Ома для участка цепи?
2.Сформулируйте правила Кирхгофа.
3.Что значит уравновесить мост? Каково условие равновесия моста?
4.Изменится ли равновесие моста, если внезапно уменьшится ЭДС источника питания?
5.Можно ли уравновесить мост, изменяя сопротивление только одного плеча моста?
6.Какую роль играет достижение равновесия в мостике Уитстона:
-магазин сопротивлений;
-реохорд?
7.Почему в диагональ нагрузки моста включается чувствительный гальванометр, а не обычный амперметр?
8.Какие значения сопротивлений и как можно включить на магазине сопротивлений, входящем в установку?
9.От каких величин и как зависит сопротивление проволоки? Почему в
расчетную формулу (7) входит только длина проволоки?
10.Как зависит погрешность измерения от положения скользящего контакта реохорда? При каком положении контакта D погрешность наименьшая?
Библиографический список
1. Трофимова Т.И. Курс физики. 2000. §§ 96-101.
Лабораторная работа 4.5 (24)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ МЕТОДОМ КОМПЕНСАЦИИ
Цель работы: изучение законов постоянного тока; знакомство с принципом метода компенсации и измерение ЭДС источников тока.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МИНИМУМ
Электродвижущая сила (ЭДС) – (смотрите с. 19).
Разность потенциалов. Напряжение (смотрите с. 20).
Закон Ома для неоднородного участка цепи (смотрите с. 21).
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Приближенно ЭДС ЕХ источника тока можно измерить вольтметром,
включенным параллельно источнику (рис. 1). Вольтметр измеряет разность потенциалов (ϕ2 − ϕ1) точек 2 и 1, к которым он подключен. Применив закон
Ома для неоднородного участка цепи к участку 1 – 2, получим
Ir = (ϕ1 − ϕ2 )+ЕХ .
Откуда
ϕ2 − ϕ1 =Ех − Ir , |
(1) |
где r - сопротивление участка 1-2, которое равно внутреннему сопротивлению источника тока.
Из формулы (1) видно, что показание вольтметра меньше значения ЭДС на величину Ir - падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника тока. Разность потенциалов (ϕ2 − ϕ1) тем ближе к ЕХ , чем меньше сила тока I
в цепи источника. Метод компенсации позволяет уменьшить эту силу тока до нуля.
В схеме метода компенсации (рис.2) исследуемый источник ЕХ подключается к потенциометру R , через который течет постоянный ток Ι 0 ,
создаваемый источником питания Е. Перемещая подвижный контакт потенциометра, можно плавно изменять разность потенциалов (ϕ2 − ϕ1) концов
участка 1-2. Когда
ϕ2 − ϕ1 =ЕХ ,
Участок цепи считается неоднородным, если он содержит источник тока.