Лабораторна робота "Вимірювання електричного опору за допомогою містка Уітсона"

О. В. Сокотнюк

Опис і алгоритм виконання лабораторнщї робіт з фізики для 11 класу (профільний  рівень), складених відповідно до чинної програми з фізики для 11-річної школи. Робота містить перелік необхідного обладнання, теоретичні відомості та докладний опис послідовності дій. Контрольні питання та завдання дозволяють більш глибоко перевірити рівень засвоєння матеріалу, диференційовано підійти до оцінювання роботи і дають можливість учням творчо застосовувати набуті знання на практиці. Розробка містить достатню кількість таблиць для упорядкування поточних експериментальних вимірювань та обчислень.

Лабораторна робота № 3

Вимірювання електричного опору за допомогою містка Уітсона

Мета роботи:Визначити опір провідника за допомогою містка постійного струму (Уітстона).

Прилади та матеріали: Магазин опорів, гальванометр, реохорд, невідомий опір, джерело струму.

Теоретичні відомості

Опір провідника можна виміряти різними методами. Одним з найпростіших і найточніших методів є метод визначення опору провідників за допомогою містка постійного струму (Уітстона).

Стум, що йде від джерела напруги , розгалужується між точками і на дві вітки: і . Оскільки потенціали початків і кінців віток відповідно рівні між собою, а в міру віддалення від точки в кожній з цих віток потенціал поступово зменшується, то завжди можна на цих вітках знайти такі дві точки, наприклад і , потенціали яких будуть однакові, і гальванометр, увімкнутий між цими точ-ками, не покаже струму. Цей гальванометр з провідниками, що сполучають його з точками і , при відсутності струму і є містком між двома точками однакового потенціалу.

За першим правилом Кірхгофа складаємо рівняння для вузлів , і :

Складаємо рівняння за другим правилом Кірхгофа:

Оскільки через гальванометр струм при вимірюванні опору провідників встановлюється рівним 0, то, з урахуванням всього вищесказаного, маємо:

Розв’язуючи цю систему, отримаємо:

Коли вітка є однорідна прокалібрована дротина, то відношення можна замінити відношенням довжин відповідних відрізків дроту і . Отже:

де - довжина дроту , - довжина дроту

Відносна похибка вимірювань:

Ця похибка буде мінімальною, коли при нульовому струмі через гальванометр двигуном стоятиме посередині реохорду .

Задані величини:

  = 11 под. - верхня межа поділок реохорду.

Фізичні величини, які вимірюються прямим способом:

- довжина дроту ;

- опір із магазину опорів.

Хід роботи

1. Скласти  електричне коло відповідно до схеми увімкнувши  замість R_x  один  з запропонова­них резисторів.

2.               Установити показник реохор­ду D приблизно посередині ко­лової шкали і за допомогою магазину опору підібрати такий опір R_m , щоб при замиканні кола ключем К відхилення стріл­ки гальванометра було найменшим, а потім, обертаючи показник шкали реохорда, домагаються, щоб стрілка гальванометра встановилась на по­ділці 0. За шкалою реохорду визначити величини  і (, де - довжина реохорда ). Вимірювання провести тричі/ Результати вимірювань та розрахунків записати у таблицю.             
3.               Аналогічні вимірювання провести для інших невідомих резисто­рів. Вимірювання кожного з невідомих резисторів слід провести тричі.
4.               Визначити похибки вимірювань

Таблиці результатів вимірювань(величини, розмірності похибок прямих вимірювань):

Контрольні запитання

1. Сформулювати і записати закон Ома для повного кола, неоднорідної та однорідної ділянки кола.

2. Сформулювати правила Кірхгофа і записати їх для містка Уітстона.

3. Чому відношення опорів плечей реохорда можна замінити відношенням довжин відрізків дротини реохорда?

4. Що називають питомою електропровідністю провідника?

5. Що таке електричний струм? Сформулюйте умови існування електричного струму.

6. Яку перевагу має метод вимірювання опору містком Уітстона в порівнянні з методом амперметра і вольтметра?

Рекомендації для вчителя

Таблиці результатів вимірювань(величини, розмірності похибок прямих вимірювань):

Обчислення шуканої величини за робочою формулою:

Обчислення похибок:

Запис кінцевого результату:

Визначені опори:

1. (1067±29) Ом.
2. (756±44) Ом.
3. (477±56) Ом.
4. (304±33) Ом.

Аналіз результатів та висновки:

На даній лабораторній роботі я визначив невідомі опори провідників, використовуючи місток постійного струму (Уітстона).

Результати дослідів підтвердили твердження про те, що похибка буде найменшою тоді, коли двигунок стоятиме посередині реохорду.