Методические указания к лабораторным работам "Градуирование электростатического вольтметра с помощью электрометра Томсона", "Изучение топографии электростатического поля", "Законы разветвлённых цепей постоянного тока", страница 7

R_x = R(l₁/l₂).                                            (6)

Соотношение (6) дает возможность оценить наиболее выгодные условия эксперимента, при которых ошибка в оценке измеряемых величин будет минимальной.

Расчеты показывают, что минимальная ошибка будет при измерениях вблизи середины реохорда. Это обстоятельство необходимо учитывать при проведении работы. В данной работе металлический проводник (реохорд) заменен на потенциометр, который представляет собой также металлический проводник однородный по химическому составу с постоянным поперечным сечением, но свитый спиралью с двумя выводами на концах в точках А и В и металлическим подвижным электродом D, скользящим вдоль спирали. Все выведенные соотношения справедливы и для потенциометра.

Порядок выполнения работы:

1. Соединить двумя проводниками клеммы стабилизированного источника питания с цифровым вольтметром на лабораторном стенде. Установить выходное напряжение равное 5 ± 0,5 В.

2. Переключить соединительные провода от вольтметра на клеммы питания компенсационной схемы.

3. Соединить приборы, пользуясь монтажной схемой (рис.2), где МС – магазин сопротивлений и включить ключ К₅.

Прежде всего, следует проверить, правильно ли работает схема. Для этого, поставив указатель потенциометра посередине шкалы, берут наименьшее сопротивление магазина R (в нашем случае можно взять сопротивление порядка 1 Ом). Нажав на мгновение кнопку К, смотрят, в какую сторону отклонилась стрелка гальванометра. Если затем взять наибольшее сопротивление магазина R (порядка 1000 Ом), то стрелка должна отклониться в другую сторону. Если оба раза стрелка отклонилась в одну сторону, значит, где-то в цепи имеется разрыв или плохой контакт. Следует проверить все контакты и соединительные провода.

4. Проверив схему, приступают к определению неизвестного сопротивления. Поставив указатель потенциометра посредине шкалы и выбрав ключами К₁, К₂, К₃, К₄, только сопротивление R_x1, постепенно подбирают такое сопротивление магазина R_МС, для которого при мгновенном нажатии кнопки К отклонение стрелки гальванометра будет минимальным.

После этого плавным вращением ручки потенциометра добиваются того, чтобы стрелка гальванометра не отклонялась. Мостовая схема в этом случае становится уравновешенной. Отсчитывая по шкале относительных единиц потенциометра значения l₁ и l₂, записывают их в табл. 1, и, зная R_МС, вычисляют R_x по формуле (6). Следует особо подчеркнуть, что держать под током длительное время даже уравновешенную схему нельзя, так как нагревание всех частей схемы током вызывает изменение их сопротивлений, и мостик перестает быть уравновешенным.

Указанные выше измерения проводят не меньше трех раз, и вычисляют значение R_x1 при различных сопротивлениях R_МС.

Во всех случаях результат должен получиться приблизительно одинаковым. Из трех измерений находят среднее значение (R_x1)_ср.

5. Таким же образом поочередно включают все предложенные для определения неизвестные сопротивления R_x1, R_x2. Данные измерений вносят в табл. 1. Затем находят средние значения всех неизвестных сопротивлений.

6. Измеряют сопротивления параллельно включенных неизвестных сопротивлений R_x-пр. Данные измерений заносят в табл. 2; вычисляют для трех измерений R_x-пр; находят среднее значение (R_x-пр)_ср.

7. Измеряют сопротивления последовательно включенных неизвестных сопротивлений (R_x-пс). Данные измерений заносят в табл. 3; вычисляют для трех измерений R_x-пс; находят среднее значение (R_x-пс)_ср.

8. Полученные значения (R_x-пр)_ср и (R_x-пс)_ср сравнивают с вычисленными сопротивлениями по теоретическим формулам:

 =  +  +  

R_x-пс = R_x1 + R_x2 + R_x3.

9. Считая, что в работе преобладают приборные погрешности, найти предельную относительную погрешность косвенного измерения по формуле

dR_x = ,

где DR, Dl₁, Dl₂ – погрешности измерений величин R, l₁, и l₂.

Таблица 1

№ п.п.	R, Ом	l1, дел. шк.	l2, дел. шк.	Rx1, Ом	R, Ом	l1, дел. шк.	l2, дел. шк.	Rx1, Ом	R, Ом	l1, дел. шк.	l2, дел. шк.	Rx1, Ом
1 2 3
Среднее значение	---	---	---		---	---	---		---	---	---

Таблица 2

№ п.п.	R, Ом	l1, дел. шк.	l2, дел. шк.	Rx пр,Ом
				из опыта	из теории
1 2 3 4
Среднее значение

Таблица 3

№ п.п.	R, Ом	l1, дел. шк.	l2, дел. шк.	Rx пс,Ом
				из опыта	из теории
1 2 3 4
Среднее значение

Контрольные вопросы

1.  Как делятся вещества по их электрическим свойствам?

2.  Что такое электрический ток?

3.  Что такое электропроводность?

4.  Какова физическая сущность электросопротивления?

5.  Объясните принципиальные особенности мостиковой схемы. Почему она применима лишь для измерения сопротивлений, значительных по сопротивлению с сопротивлениями подводящих проводов?

6.  Дайте вывод соотношения (5) с помощью закона Ома.

Список литературы

1.  Савельев И.В. Курс общей физики. Книга 2. Электричество и магнетизм. − М.: ООО «Издательство Астрель»: ООО «Издательство АСТ», 2002.

2.  Яворский Б.М., Детлаф А.А. Курс физики. – М.: Изд-во «Академия», 2003. – 720 с.

3.  Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высшая школа, 2004. – 544 с.

4.  Селезнёв В.А., Тимофеев Ю.П. Методические указания к вводному занятию в лабораториях кафедры физики. – М.: МИИТ, 2006. – 30 с.