Лабораторные работы по физике

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ

Лабораторная работа № 3.1 ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА ОМА

Цель работы:   1) знакомство с простейшими электрическими схемами и приобретение навыков работы с электро-измерительными приборами;

2) экспериментальная проверка закона Ома для участка электрической цепи.

Схема экспериментальной установки

БП – блок питания:

В – выпрямитель;

П – потенциометр;

V – вольтметр;

K – ключ;

А – миллиамперметр;

R – магазин сопротивлений

Теория метода

 Как известно, сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению (разности потенциалов) U на этом участке и обратно пропорциональна его сопротивлению R (или прямо пропорциональна величине ):

. (1)

 Выражение (1), хорошо известное как закон Ома для участка цепи, позволяет, в частности, определить сопротивление этого участка по измеренным значениям силы тока и напряжения:

 . (2)

 Если, не меняя напряжения, измерять силу тока при различных значениях сопротивления, то, согласно (1), напряжение U будет коэффициентом пропорциональности между током I и величиной 1/R. Таким образом, график зависимости I (1/R) должен представлять собой прямую, проходящую через начало координат. Значение напряжения можно найти как тангенс угла наклона этой прямой к оси абсцисс:

 . (3)

 Источником питания в экспериментальной установке служит переменное (сетевое) напряжение. Выпрямитель В, входящий в состав блока питания БП, преобразует это напряжение в постоянное. Потенциометр П позволяет изменять величину постоянного напряжения U на выходе из блока питания (практически это осуществляется вращением ручки на панели БП). Измеряется величина U вольтметром V, шкала которого также выведена на панель БП.

 Исследуемый участок цепи состоит из последовательно соединенных ключа K, миллиамперметра А, служащего для измерения силы тока I, и магазина сопротивлений R (сопротивление миллиамперметра и подводящих проводов пренебрежимо малы).

Порядок измерений и обработки результатов

Упражнение 1. ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ СИЛЫ ТОКА ОТ НАПРЯЖЕНИЯ

  1. Ознакомьтесь с электроизмерительными приборами. Определите класс точности вольтметра KV и миллиамперметра KА , а также их пределы измерения Umax и Imax . Запишите величины KV , KA , Umax и Imax в тетрадь. Рассчитайте цену деления этих приборов

 2. Ознакомьтесь с магазином сопротивлений. Определите его класс точности KM и запишите эту величину в тетрадь. Вращением соответствующих ручек (ручку «´1000» не трогать!) установите рекомендуемое значение сопротивления R0 (в пределах от 1000 до 1500 Ом) и также запишите его в тетрадь.

  3.  Включите в сеть блок питания БП и замкните ключ К.

 4. Вращением ручки потенциометра на панели БП установите начальное значение напряжения U = 3 В.

  5. Со шкалы миллиамперметра снимите значение силы тока I. Показания приборов (величины U и I ) занесите в соответствующие столбцы табл. 1.

  6. Увеличивая на один вольт значение подаваемого напряжения U, повторите действия, описанные в п. 5, еще четыре раза.

 7. Переводя силу тока I в амперы, вычислите по формуле (2) и занесите в таблицу значения сопротивления R для каждого опыта.

 8. Рассчитайте сумму найденных значений сопротивления и запишите ее в первую ячейку « S = ». Найдите среднее значение сопротивления .

 9*. Вычислите и занесите в таблицу отклонения DR каждого из значений сопротивления от среднего, а также квадраты этих отклонений. Сумму квадратов отклонений занесите во вторую ячейку « S = ». Выполните все расчеты, необходимые для оценки случайной погрешности DsR. Найдите величину DsR, задаваясь доверительной вероятностью a = 0,95.

  10*. По классу точности и пределу измерения приборов определите абсолютные приборные погрешности измерения напряжения d U и силы тока d I, а также относительные ошибки EU и EI .

 11*. Оцените абсолютную приборную погрешность косвенного измерения сопротивления d R. При необходимости воспользуйтесь формулой

.

 12*. Оцените полные абсолютную D и относительную Е погрешности. Сделав необходимые округления, запишите окончательный результат измерения сопротивления. Сопоставьте полученный доверительный интервал с установленным значением сопротивления магазина R0.

 13*. Вычислите абсолютную приборную ошибку сопротивления магазина

и оцените его доверительный интервал R0 ± d R0 . Сравните его с ранее полученным интервалом. Сделайте выводы о характере зависимости силы тока от напряжения на участке электрической цепи.

Упражнение 2. ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ТОКА ОТ СОПРОТИВЛЕНИЯ

 1. Ручкой потенциометра установите рекомендуемое значение напряжения U0 . Запишите это значение в тетрадь.

 2. Установите на магазине сопротивлений начальное значение R = 1000 Ом.

  3. Со шкалы миллиамперметра снимите значение силы тока I. Переведите это значение в амперы. Показания приборов (величины R и I ) занесите в табл. 2.

  4. Увеличивая значение сопротивления магазина с помощью ручки «´100» на 100 Ом, повторите действия, перечисленные в п. 3, еще семь раз.

  5. Отключите установку от сети.

 6. Постройте график зависимости силы тока I от величины . Сделайте вывод о характере зависимости силы тока от сопротивления участка цепи.

 7. Проведите сглаживающую прямую через начало координат и экспериментальные точки. Выберите на этой прямой две точки (одной из них может быть начало координат) и по тангенсу угла наклона прямой, используя формулу (3), рассчитайте значение напряжения U.

 8. Сравните полученное значение U с ранее записанным показанием вольтметра U0 . Оцените их относительное отклонение

.

Контрольные вопросы

Сила тока (определение). Закон Ома для однородного участка цепи.

Закон Ома для неоднородного участка цепи.

Закон Ома для замкнутой цепи.

Закон Ома в дифференциальной форме.

Сопротивление проводника. Получить выражение для последовательного и параллельного соединений сопротивлений.

Лабораторные работы по электротехнике и физике