Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Физика»

Краткая теория В работе исследуется плоский конденсатор, который представляет собой две плоские проводящие пластины (обкладки), расположенные параллельно друг другу, причем заряд одной пластины q, а другой пластины (-q). Расстояние между пластинами d предполагается малым по сравнению с линейными размерами пластин. В этом случае распределение зарядов по пластинам можно считать равномерным, а электрическое поле между пластинами однородным. , , где - разность потенциалов между пластинами (напряжение на конденсаторе), - поверхностная плотность заряда, S - площадь пластины. где - диэлектрическая проницаемость вещества между пластинами, - электрическая постоянная. Из формул следует, что заряд конденсатора пропорционален приложенному к нему напряжению Коэффициент пропорциональности называют электроемкостью (или просто емкостью) конденсатора. Рассмотрим теперь случай, когда конденсатор включен в цепь переменного тока, где - амплитуда тока, - циклическая частота. Тогда напряжение на конденсаторе. Это выражение можно переписать в виде,где амплитуда напряжения на конденсаторе. Величину называют емкостным сопротивлением. В цепях переменного тока обычно измеряют не амплитудные, а эффективные значения тока и напряжения:, . Эффективное напряжение на конденсаторе далее будем обозначать . Тогда вместо запишем(9) где - частота. Это соотношение проверяется в работе экспериментально. Ход работы Схема измерений показана на рисунке. Переменное напряжение частотой (2…20) кГц подается с выхода генератора Г на конденсатор и включенный последовательно с ним резистор известного сопротивления . Эффективное значение напряжения на выходе генератора измеряется вольтметром VС. Резистор служит для определения тока через конденсатор:; эффективное значение напряжения на резисторе измеряется вольтметром VR. Величина сопротивления резистора выбрана достаточно малой, так что выполняется неравенство . В этом случае измеряемое вольтметром VС напряжение можно считать равным напряжению на конденсаторе. В пространство между пластинами конденсатора может быть введена пластина из диэлектрика. По изменению величины емкости конденсатора определяется диэлектрическая проницаемость диэлектрика . Упражнение 1. Определение емкости конденсатора. Установите частоту генератора , равной 20 кГц, а напряжение на выходе генератора (измеряется вольтметром VС) 50 В. Определите падение напряжения на сопротивлении и рассчитайте величину тока . С помощью формулы найдите емкость конденсатора . Найденное значение сравните с теоретическим. Изменяя частоту переменного тока в пределах (2…20) кГц, снимите зависимость отношения от частоты . Нанесите точки зависимости на график и по угловому коэффициенту полученной прямой определите емкость конденсатора. Упражнение 2. Определение диэлектрической проницаемости диэлектрика. Установите между пластинами конденсатора диэлектрическую пластину. В диапазоне частот (2…20) кГц измерьте зависимость отношения от частоты , постройте график этой зависимости. По угловому коэффициенту графика определите емкость конденсатора с диэлектрической пластиной и рассчитайте величину диэлектрической проницаемости по формуле Контрольные вопросы 1.Что такое электроемкость? 2. Дайте определение следующих понятий: переменный ток, амплитуда, частота, циклическая частота, период, фаза колебаний Лабораторная работа 11 Изучение явления электромагнитной индукции Цель работы: изучить явление электромагнитной индукции. Оборудование: миллиамперметр; катушка-моток; магнит дугообразный; источник питания; катушка с железным сердечником от разборного электромагнита; реостат; ключ; провода соединительные; модель генератора электрического тока (одна). Ход работы 1. Подключите катушку-моток к зажимам миллиамперметра. 2. Наблюдая за показаниями миллиамперметра, подводите один из полюсов магнита к катушке, потом на несколько секунд остановите магнит, а затем вновь приближайте его к катушке, вдвигая в нее (рис). Запишите, возникал ли в катушке индукционный ток во время движения магнита относительно катушки; во время его остановки. 3. Запишите, менялся ли магнитный поток Ф, пронизывающий катушку, во время движения магнита; во время его остановки. 4. На основании ваших ответов на предыдущий вопрос сделайте и запишите вывод о том, при каком условии в катушке возникал индукционный ток. 5. Почему при приближении магнита к катушке магнитный поток, пронизывающий эту катушку, менялся? (Для ответа на этот вопрос вспомните, во-первых, от каких величин зависит магнитный поток Ф и, во-вторых, одинаков ли модуль вектора индукции В магнитного поля постоянного магнита вблизи этого магнита и вдали от него.) 6. О направлении тока в катушке можно судить по тому, в какую сторону от нулевого деления отклоняется стрелка миллиамперметра. Проверьте, одинаковым или различным будет направление индукционного тока в катушке при приближении к ней и удалении от нее одного и того же полюса магнита. 7. Приближайте полюс магнита к катушке с такой скоростью, чтобы стрелка миллиамперметра отклонялась не более чем на половину предельного значения его шкалы. Повторите тот же опыт, но при большей скорости движения магнита, чем в первом случае. При большей или меньшей скорости движения магнита относительно катушки магнитный поток Ф, пронизывающий эту катушку, менялся быстрее? При быстром или медленном изменении магнитного потока сквозь катушку в ней возникал больший по модулю ток? На основании вашего ответа на последний вопрос сделайте и запишите вывод о том, как зависит модуль силы индукционного тока, возникающего в катушке, от скорости изменения магнитного потока Ф, пронизывающего эту катушку. 8.Соберите установку для опыта по рисунку. 9. Проверьте, возникает ли в катушке-мотке 1 индукционный ток в следующих случаях: при замыкании и размыкании цепи, в которую включена катушка 2; при протекании через катушку 2 постоянного тока; при увеличении и уменьшении силы тока, протекающего через катушку 2, путем перемещения в соответствующую сторону движка реостата. 10. В каких из перечисленных в пункте 9 случаев меняется магнитный поток, пронизывающий катушку? Почему он меняется? 11. Пронаблюдайте возникновение электрического тока в модели генератора (рис.). Объясните, почему в рамке, вращающейся в магнитном поле, возникает индукционный ток. Контрольные вопросы Сформулируйте закон электромагнитной индукции. Кем и когда был сформулирован закон электромагнитной индукции? Лабораторная работа 12 Измерение индуктивности катушки Цель работы: Изучение основных закономерностей электрических цепей переменного тока и знакомство с простейшими способами измерения индуктивности и емкости. Краткая теория Под действием переменной электродвижущей силы (ЭДС) в электрической цепи, в ней возникает переменный ток. Переменным называется такой ток, который изменяется по направлению и по величине. В данной работе рассматривается только такой переменный ток, величина которого изменяется периодически по синусоидальному закону. Рассмотрение синусоидального тока вызвано тем обстоятельством, что все крупные электростанции вырабатывают переменные токи, весьма близкие к синусоидальным токам. Переменный ток в металлах представляет собой движение свободных электронов то в одном, то в противоположном направлении. При синусоидальном токе характер этого движения совпадает с гармоническими колебаниями. Таким образом, синусоидальный переменный ток имеет период Т  время одного полного колебания и частоту v  число полных колебаний за единицу времени. Между этими величинами имеется зависимость , . Циклическая частота равна . Цепь переменного тока, в отличие от цепи постоянного тока, допускает включение конденсатора. Если обкладки конденсатора присоединить к источнику постоянного тока, то в цепи пойдет быстро уменьшающийся ток, который прекратится, когда на обкладках конденсатора возникнет разность потенциалов, компенсирующая ЭДС источника тока. Если же обкладки конденсатора присоединить к источнику переменной ЭДС, то они непрерывно будут перезаряжаться, и в цепи все время будет идти ток. Соединим последовательно конденсатор, емкость которого С, с катушкой, имеющей активное сопротивление R и индуктивность L (сопротивление проводящих проводов будем считать малым по сравнению с R); к концам этой цепи М и N(рис. 1) приложим переменную ЭДС , , ( называемая полным сопротивлением или импедансом цепи. Поэтому выражение (8) называют законом Ома для переменного тока. В данной работе активное сопротивление R катушки определяется при помощи закона Ома для участка цепи постоянного тока. Рассмотрим два частных случая. 1. В цепи отсутствует конденсатор. Это значит, что конденсатор отключается и вместо него цепь замыкается проводником, падение потенциала на котором практически равно нулю, то есть величина U в уравнении (2) равна нулю. Условие удовлетворяется, если во всех выражениях, содержащих величину С, перейти к пределу . , ( , ( 2. В цепи отсутствует катушка: следовательно . При из формул (6), (7) и (14) соответственно имеем , (21)

Похожие:

	Е. П. Пегова Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине информатика для студентов I курса специальности 080507 IV курса...		Методические указания к выполнению практических и лабораторных работы... Методические указания к выполнению практических работ обучающимися по дисциплине оп. 05
	Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Сметное дело» ...		Методические указания по выполнению практических и лабораторных работ... Учебно-методическое пособие предназначенодля студентов 3 курса, обучающихся по профессии 23. 01. 03 Автомеханик. Пособие содержит...
	Методические указания по проведению лабораторных работ по дисциплине «Информатика» Методические указания по проведению лабораторных работ предназначены для студентов гоапоу «Липецкий металлургический колледж» технических...		Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Химия» Нефтегазовое дело, 23. 03. 01 – Технология транспортных процессов, 23. 03. 02- землеустройство и кадастры и специальностей 20. 05....
	Методические указания студентам по выполнению практических и лабораторных... Лабораторная работа №1 «Исследование циклов деловой активности на основе предложенных показателей»		Методические указания по изучению раздела «субд ms access» ивыполнению... Информационные технологии на транспорте: Методические указания по изучению раздела «субд ms access» и выполнению лабораторных работ....
	Задания и методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу Методические указания предназначены для студентов экономического факультета, изучающих курсы «Документирование управленческой деятельности»...		Методические указания по выполнению практических работ по дисциплине «Техническое черчение» Методические указания по выполнению практических работ по дисциплине «Техническое черчение» для обучающихся по профессии 13. 01....