Вопросы и задания для самоконтроля

1. Что такое электрическое поле (ЭП)?

2. Назовите источники ЭП.

3. Перечислите основные свойства заряда.

4. Поясните свойство инвариантности заряда.

5. Поясните свойство дискретности заряда.

6. Сформулируйте закон сохранения заряда.

7. Поясните свойство аддитивности заряда.

8. Какая сила действует между зарядами?

9. Дайте определение линии напряженности ЭП. Зачем их рисуют?

10. Запишите закон Кулона.

11. Что такое напряженность электрического поля?

12. Запишите формулу для напряженности поля точечного заряда.

13. Сформулируйте принцип суперпозиции для ЭП.

14. Дайте определение потока ЭП.

15. Сформулируйте и запишите закон Гаусса для ЭП.

16. Что такое электрический диполь?

17. Что такое ось диполя?

18. Что такое центр диполя?

19. Дайте определение дипольного (электрического) момента.

20. Запишите формулу для величины напряженности ЭП на линии, перпендикулярной оси диполя и проходящей через его центр.

21. Какую форму имеет линия поля, проходящая через центр диполя?

литература

1. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высшая школа, 2004.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

2_2. Цепи постоянного тока

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

• Изучение цепей постоянного тока с использованием их компьютерных моделей.

• Применение законов Ома и Кирхгофа при анализе процессов в таких цепях.

ПОДГОТОВКА К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ

Ознакомьтесь с конспектом лекций по данной теме. Изучите по учебнику соответствующий материал [1] – Гл.12. Кратко законспектируйте теорию в отчет. Подготовьте таблицы. Ответьте на вопросы и выполните задания для самоконтроля.

Получите допуск у преподавателя.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ ТОКА

,

где dq – заряд, переносимый через поперечное сечение проводника за времяdt.

ЗАКОН ОМА ДЛЯ УЧАСТКА ЦЕПИ: сила тока, текущего по проводнику, пропорциональна падению напряжения Uна проводнике

,

где R- сопротивление проводника.

РЕЗИСТОРОМ называется устройство, обладающее заданным сопротивлением.

НАПРЯЖЕНИЕ НА РЕЗИСТОРЕ: .

ЗАКОН ОМА ДЛЯ НЕОДНОРОДНОГО УЧАСТКА ЦЕПИ

,

где ₁и₂- потенциалы концов участка,Е₁₂– ЭДС, действующая на данном участке цепи.

ЗАКОН ОМА ДЛЯ ЗАМКНУТОЙ ЦЕПИ:

,

где Е- суммарная ЭДС, действующая в цепи,R_СУМ– суммарное сопротивление всей цепи.

РАЗВЕТВЛЕННОЙ ЦЕПЬЮ называется электрическая цепь, имеющая узлы.

УЗЛОМ называется точка, в которой сходится более чем два проводника. Ток, текущий к узлу, принято считать положительным, а ток, текущий от узла, считается отрицательным.

ПЕРВОЕ ПРАВИЛО КИРХГОФА: алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю:

= 0.

ВТОРОЕ ПРАВИЛО КИРХГОФА: в каждом из замкнутых контуров, которые можно мысленно выделить в данной разветвленной цепи, алгебраическая сумма падений напряжения на элементах контура равна алгебраической сумме ЭДС, действующих в этом выделенном замкнутом контуре:

.

При анализе разветвленной цепи следует обозначать с одним индексомток, протекающий по всем последовательно соединенным элементам от одного узла до другого. Направление каждого тока выбирается произвольно.

Перед составлением уравнений по второму правилу Кирхгофа необходимо выбрать (произвольно) направление обхода каждого замкнутого контура. Токам и ЭДС при составлении указанных уравнений нужно приписывать знаки в соответствии со следующими правилами:

• ток принято считать положительным, если он совпадает с направлением обхода, и отрицательным, если он направлен против этого направления;

• ЭДС считается положительной, если направление обхода совпадает с направлением от минуса к плюсу источника ЭДС.

Количество уравненийпопервомуправилу Кирхгофа должно быть на одно меньше количества узлов в данной цепи. Количествонезависимыхуравнений повторомуправилу Кирхгофа должно быть таким, чтобы общее количество уравнений в полученной системе уравнений оказалось равным количествуразличныхтоков. Каждый новый контур при этом должен содержать хотя бы один участок цепи, не вошедший в уже рассмотренные контуры.

МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ

Запустите программу компьютерного моделирования. Выберите «Модель 1.5. Цепи постоянного тока».

В данной лабораторной работе исследуется модель (рис.1) разветвленной электрической цепи, состоящей из трех источников ЭДС, имеющих внутренние сопротивления и подключенных (рис.1) к одному резистору (нагрузке).

Рис.1. Эквивалентная схема электрической цепи постоянного тока

Внимательно рассмотрите рис.1, найдите все основные элементы. Нарисуйте в отчете эквивалентную схему цепи, расположив источники один под другим. С учетом задания для вашей бригады из табл. 1, укажите величины и знаки ЭДС, величины резисторов, направления токов в каждом участке и направления обхода каждого замкнутого контура. Составьте систему уравнений для нахождения токов в каждом участке.

ИЗМЕРЕНИЯ

1. Соберите на экране заданную эквивалентную цепь. Для этого сначала щелкните левой кнопкой мыши над белой кнопкой около символа ЭДС в нижней части экрана (в ней появится черная точка). Переместите маркер мыши на рабочую часть экрана, где расположены точки. Щелкните левой кнопкой мыши в рабочей части экрана, там, где должен быть расположен первый источник ЭДС

2. Переместите маркер мыши вниз на одну клетку и снова щелкните левой кнопкой под тем местом, где расположился первый источник. Там появится второй источник ЭДС Аналогично разместите и третий источник.

3. Разместите последовательно с каждым источником резисторы (R_i1, R_i2 и R_i3), изображающие внутреннее сопротивление каждого источника (щелкнув предварительно над кнопкой около изображения резистора в нижней части экрана), и амперметр (кнопка около прибора Атам же). Затем расположите резистор нагрузки и последовательно соединенный с ним амперметр. Под нагрузкой расположите вольтметр (приборV), измеряющий напряжение на нагрузке.

4. Подключите соединительные провода. Для этого нажмите кнопку провода внизу экрана, после чего переместите маркер мыши в рабочую зону схемы. Щелкните левой кнопкой мыши в точке, где должен проходить провод.

5. Установите значения параметров для каждого элемента. Для этого щелкните левой кнопкой мыши на кнопке со стрелкой. Затем щелкните этой кнопкой на данном элементе. Подведите маркер мыши к кнопке появившегося регулятора, нажмите на левую кнопку мыши и, удерживая ее в нажатом состоянии, меняйте величину параметра и установите числовое значение, равное взятому из табл. 1 для вашей бригады.

6. Измерьте значения всех токов и напряжения на нагрузке (щелкнув мышью по кнопке «Рассчитать») и запишите их в табл. 2.

7. Меняя сопротивление резистора нагрузки R, повторите измерения параметров и заполните табл. 2.

Таблица 1

Характеристики источников ЭДС (не перерисовывать)

Бригада	1	2	3	4	5	6	7	8
Е1,Е2,Е3, В	3,7,–2	4,–3,–8	3,6,–4	3,–2,–8	–6,5,8	5,8,–4	–4,6,–7	8,–4,6
Ri1,Ri2,Ri3 , Ом	2,1,1	1,3,1	2,1,2	1,1,2	2,1,1	1,2,1	1,1,2	1,3,1

Таблица 2 Результаты измерений								Таблица 3 Результаты расчета
	R, Ом	I1,A	I2,A	I3,A	I,A	U, В		I1,A	I2,A	I3,A	I,A
	1
	2
	3
	4
	5
	6

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

1. Запишите для вашей цепи решение системы уравнений для всех токов в общем виде.

2. Рассчитайте значения всех токов для каждого сопротивления нагрузки и запишите их в табл. 3.

3. Выведите, используя уравнения Кирхгофа, теоретическую зависимость напряжения на нагрузке Uот токаIчерез нее.

4. Постройте график экспериментальной зависимости падения напряжения на нагрузке Uот токаIчерез нее.

5. Сформулируйте выводы по графику.