Значение угла поворота (в радианах)

12 вычисляется угловой коэффициент наклона прямой.

где:

Y - разности между конечным и начальным значением Ln

Х - разности между конечным и начальным значением

у = 6.75

х = 12-2 = 10

к = 6.75/10

в первом случае более линейным является график зависимости квадрата угловой скорости от угла поворота. Это значит, что при опыте без парусов происходит сухое трение в подшипнике столика. Коэффициент трения K= 0.214

Во втором опыте установим паруса поперек потока и получим таблицу.

Таблица 2

Расчеты к опыту №2

Т, с	, рад	, с^-1	^2, с-^2	Ln
1.25	2	5.20	25.24	1.61
1.54	4	4.07	16.62	1.40
1.95	6	3.22	10.37	1.16
2.53	8	2.48	6.16	0.90
3.35	10	1.87	3.51	0.62
4.72	12	1.33	1.77	0.28

График 3

Зависимость квадрата скорости от угла поворота

Значение угла поворота (в радианах)

График 4

Зависимость логарифма скорости от угла поворота

Во втором опыте линейным является график зависимости логарифма угловой скорости от угла поворота, то есть наблюдается аэродинамическое сопротивление. Так же как и в первом случае находится коэффициент аэродинамического сопротивления К= 0.042

По полученным результатам формулируются выводы.

Лабораторная работа №7

Закон Бойля-Мариотта

Цель работы: проверка закона Бойля-Мариотта

Оборудование: комплекс ЛКТ-9

1. Основание – поддон с электропитанием 1

2. Вольтметр стрелочный сетевой (предел шкалы 250 В) 1

3. Манометр на 40 кПа (300 мм. рт. ст.) 1

4. Пневмостема (на кран – зажим и два штуцера) к манометру 1

5. Секундомер 0,01 с 1

6. Мультиметр М 838 1

7. Калькулятор инженерный тип SITIZEN SR-135T 1

8. Чайник электрический тип BOSCH_______, R60 = 24,1 Ом 1

9. Баллон стеклянный 0,70 л с штуцером, клапаном и шлангом 1

10. Груша – помпа с шлангом и винтом- зажимом 1

12. Баллон пластмассовый 1,06 л с двумя штуцерами 1

13. Флакон 64 мл с штуцером 1

14. Термопара к мультиметру 2

15. Кабели к мультиметру, черный и красный 2

16. Мензурка мерная 1000 мл 1

17. Мензурка мерная 250 мл 2

18. Шланги силиконовые 600 мл + 320 мл 4

19. Проволочки для чистки капилляров (0,2 мм) 2

20. Салфетки хлопчатобумажные 1

21. Перчатки хлопчатобумажные (пара) 2

22. Батареи запасные для таймера, калькулятора 1

23. Переходник «Евро – Азия» 2

24. Зажим типа «Крокодил» 1

25. Паспорт и техническое описание 1

Рис. 1. Комплекс ЛКТ-9
Номера позиций соответствуют номерам перечня состава ЛКТ-9

Рис. 3. Схема пневмосистемы

Штуцер Ш 1 подключен к манометру постоянно, штуцер Ш 2 - посредством крана-зажима. Нормальное состояние крана - открытое (головка крана не затянута). При вращении головки крана по часовой стрелке пережимается шланг, соединяющий штуцер Ш 2 с манометром. Постоянное пережатие шланга не рекомендуется, возможно временное слипание стенок шланга.

Ход работы:

Если сосуд объемом V1, в которой находится газ под давлением р1, соединить с сосудом объемом v2, с газом под давлением р2, при одинаковой и постоянной температуре сосудов установившееся в них давление равно

Р = (Р1V1 + Р2V2)/(V1 + V2), (1)

А приращение давления в первом сосуде

Р – Р1 = (Р2 – Р1)*V2/(V1 + V2). (2)

Соотношения (1) и (2) верны как для полного давления, так и для измеряемого в опыте превышения давления над атмосферным.

Подключите баллон с двумя штуцерами посредством шланга к ма­нометру через штуцер Ш 1. К второму штуцеру баллона присоедините шланг груши-помпы. Перекройте кран К 1. Накачайте в баллон воздух до давления 130-220 мм водяного столба. Затяните винтовой зажим на шланге груши-помпы. Подождите 1-2 минуты до установления ком­натной температуры Т, воздуха в баллоне. Зарегистрируйте давление Р 1. При закрытом кране К I подключите к штуцеру Ш 2 баллон извест­ного объема V 2, в котором находится воздух при атмосферном давле­нии Р 2 и температуре Т 2. Для того, чтобы температура Т 2 равнялась комнатной температуре Т 1, старайтесь не держать баллоны в руках, берите их за горлышко. Откройте кран К 1. Подождите 1-2 минуты и зарегистрируйте давление Р. Проверьте соотношение (1). Рассчитайте погрешности измерений.

Контрольные результаты

В качестве измеряемых величин используем превышения давления над атмосферным давлением. V 1 и V 2 измеряют мензуркой.

V1 =; V2 =.

Р1 = мм Hg; Р2 =; Рэксп= мм Hg; Ртеор = ммHg.

По полученным результатам формулируются выводы.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Филиал ГОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет»

В г. Нижневартовске

 

 

Кафедра «Информатика».

Отчет
по лабораторной работе № ____

 

 

По курсу «Электричество и магнетизм».

На тему.

 

Выполнил студент___________________

Группа_____________________________

Вариант №__________________________

Проверил___________________________

 

 

Нижневартовск

2008 г.

Лабораторная работа №1

Изучение работы осциллографа,
генератора, вольтметра

Цель: изучить работу осциллографа, генератора и вольтметра.

Оборудование: генератор ГСФ-2, осциллограф С1-131/1-Д, вольтметр В7-58/2, сигнальные провода.

Ход работы:

Рис. 1. Схема соединения осциллографа, генератора, вольтметра

Подключается к осциллографу и вольтметру генератор по схеме, изображенной на рис. 1.

Задается на генераторе синусоидальный сигнал произвольной частоты и напряжения. Снимаются показания с осциллографа:

Т – период

U_m – амплитудное значение напряжения

По снятым показаниям находим частоту n и действующее значение напряжения U по формулам:

n = 1/Т

U = Um/ ,

Проводится серия измерений, данные заносят в таблицу.

Таблица 1

N	T, мс	Um, В	v, Гц	U, В

По показаниям вольтметра и генератора находятся абсолютная и относительная погрешности измерений частоты и действующего значения напряжения по формулам.

DU_a = U_i – U

DU = (DU_a /U) * 100%

Для частоты обозначения и формулы аналогичны напряжению.

Относительная и абсолютная погрешности вычислений действительного значения напряжения и частоты.

Таблица 2

N	Ui, В	∆Ua, В	∆U, %	Vi, Гц	∆Va, Гц	∆V, %

По полученным результатам формулируются выводы.

Лабораторная работа №2

Измерение емкости плоского
конденсатора

Цель: измерить емкость плоского конденсатора.

Оборудование: генератор ГСФ-2, осциллограф С1-131/1-Д, плоский конденсатор, сигнальные провода.

Рис.1. Схема измерения емкости плоского конденсатора
при синусоидальном сигнале

Ход работы:

Рис.2. Схема измерения емкости плоского конденсатора
при произвольной форме и частоте сигнала

Сначала подключаем приборы по схеме, изображенной на рисунке 1. Задаются на генераторе произвольные частота и напряжение. Снимаются показания с осциллографа:

U_m – амплитудное значение напряжения;

U – действующее значение напряжения;

U_R – напряжение на сопротивлении;

Uc – напряжение на конденсаторе.

Вычисляются значения Uc и емкость конденсатора с воздушным зазором C_B, используя значение частоты n установленной на генераторе, по следующим формулам:

Uc = (U² – U_R² )^0,5;

C_B = (U_R / Uc) / (2 p n R₀) для схемы на рисунке 1;

C_B = (C₀ Uc₀) / (U – Uc₀) для схемы на рисунке 2.

Показания приборов и необходимые вычисления вносим в таблицу 1.

Таблица 1

Показания приборов и вычисленные значения

N схемы	Ro, Ом	Um, В	v, Гц	U, В	Ur, В	Ucо,B	Uc, B	C, пФ

Находятся абсолютная DСв_a и относительную погрешности DСв значений измеренной емкости конденсатора.

Истинное значение емкости конденсатора обозначим Св_i. Оно находится по формуле:

Cв = e₀*S / d₀ = 112 пФ, тогда:

DСв_a = Св_i – Св

DСв = (DСв_a / Св_i) * 100%

Таблица 2

Относительная и абсолютная погрешности
вычислений емкости конденсатора

N схемы	Свi, пФ	∆Свa, пФ	∆Cв,%

По полученным результатам формулируются выводы.

Лабораторная работа №3

Измерение диэлектрической
проницаемости веществ

Цель: измерить диэлектрическую проницаемость различных веществ.

Оборудование: генератор ГСФ-2, осциллограф С1-131/1-Д, плоский конденсатор, пластины из диэлектрика: (стекло, оргстекло, текстолит), сигнальные провода.

Ход работы:

ГСФ-2

Рис.1. Схема измерения емкости плоского конденсатора
при синусоидальном сигнале с частотой n

Рис.2. Схема измерения емкости плоского конденсатора
при произвольной форме и частоте сигнала

Сначала подключаем приборы по схеме, изображенной на рисунок 1. Задаются на генераторе произвольные частота и напряжение. Снимаются показания с осциллографа:

U_m – амплитудное значение напряжения;

U – действующее значение напряжения находится по формуле;

U_R – напряжение на сопротивлении;

Uc₀ – напряжение на конденсаторе;

С – емкость плоского конденсатора.

Сравнивая емкость С конденсатора без диэлектрика (с воздушным зазором d₀ ) с емкостью С конденсатора с диэлектриком толщиной d между обкладками, находят диэлектрическую проницаемость e вещества диэлектрика:

e₁ = (С₁/С_В)*(d/d₀).

С₁ и С_В находим по формулам:

С₁ = (U_Rо / Uc) / (2 p n R₀), где известно, что d₀ = 1,8 мм, C₀ = 10,2 нФ,

С_В – емкость конденсатора без диэлектрика с воздушным зазором.

Для e₂ формула аналогична, только вместо С₁ надо взять С₂, равное:

С₂ = (С₀*U_C0)/(U – U_C0), где известно, что C₀ = 10,2 нФ.

Таблица 1

Показания приборов и вычисленные значения

Образец	d, мм	U, В	Uсо, мВ	Ur, мВ	Uc, B	C1, пФ	C2, пФ	e1	e2
Воздух
Стекло
Оргстекло
Текстолит

По показаниям генератора и осциллографа находятся абсолютная De_a и относительная погрешности De измерений диэлектрической проницаемости.

Истинное значение диэлектрической проницаемости e_i, а вычисленное по показаниям приборов e:

De_a = e_i – e

De = (De_a /e) * 100%.

Таблица 2

Абсолютная и относительная погрешности вычислений
диэлектрической проницаемости

Образец	eср	Deа	De, %
Воздух
Стекло
Оргстекло
Текстолит

По полученным результатам делаются выводы.

Лабораторная работа №№4,5

Исследование магнитных полей
прямого тока и соленоида

Цель: исследовать магнитные поля прямого тока и соленоида.

Оборудование: генератор ГСФ-2, осциллограф С1-131/1-Д, пря­молинейный проводник, соленоид, датчик, сигнальные провода.

Ход работы:

Рис.1. Индукционный метод регистрации магнитного поля

L₁ – контур, создающий магнитное поле;

R₀ – сопротивление;

L₂ – индукционный датчик магнитного поля;

T – период;

n – частота колебаний.

Сигналы с датчиков поступают на 2 входа осциллографа.

Подключаются приборы по схеме, изображенной на рисунке 1. Задаются на генераторе произвольные частота и напряжение. Снимаются показания с осциллографа: размах напряжения DU₁ с первого входа осциллографа и размах напряжения DU₂ со второго.

Амплитуда магнитной индукции в эталонном датчике Bm (экспериментальное значение):

Bm = (U₂ T) / (Ö2 p n N₀ S₀),

где S₀ = 2,54 см² = 2,54 * 10^{-4 м2} – площадь датчика,

U₂ – действующее значение напряжения на датчике,

и N₀ = 274 – число витков.

Т.к. Т = 1/n и U₂ = DU₂ / 2 * 2^0,5, то

Bm = DU₂ / (4 p n N₀ S₀).

При подключении по схеме на место L₁ контур «Прямой ток» с числом витков N₁ = 100, L₂ – эталонный датчик. Датчик ориентирован на максимум ЭДС индукции (максимум U₂). Проводим 5 измерений: в первом – датчик придвинут вплотную к прямому току, в последующих – отодвигается от контура с шагом 20 мм.

Теоретическое значение магнитной индукции находится по формуле:

Bm = m₀ Т₁ Um / (2 p r),

где m₀ = 4 p * 10^-7 и r – расстояние от контура до датчика.

Т. к. Im = Um / R₀ = DU₁/2 R₀, то

Bm = m₀ N₁ DU₁ / (4 p r R₀)

Результаты измерений и вычислений заносят в таблицу.

В таблицу так же заносятся значения абсолютной DBma и относительной DBm погрешностей магнитной индукции, которые находятся по формулам:

DBma = |Bmi – Bm|,

где Bmi – теоретическое значение магнитной индукции,

а Bm – экспериментальное;

DBm = (DBma / Bmi)*100%.

Таблица 1

Показания приборов и вычисленные значения

N опыта	r, м	DU1, B	DU2, мВ	Bm, мТл	Bmi, мТл	DВma,мТл	DBm,%

Строится графически зависимость магнитной индукции от расстояния для прямого тока.

Поле соленоида. Индукция магнитного поля длинного соленоида, т.е. его теоретическое значение, находится по формуле:

Bm = (m₀ N Im) / l = (m₀ N₁ U₁ 2^0,5) / (l R₀) = (m₀ N DU₁) / (2 l R₀),

где l = 120 мм = 0,12 м – длина соленоида, N = 424 – число витков в соленоиде, R₀ = 6,6 Ом.

Снятые с приборов показания и необходимые значения занесли в таблицу 2.

Таблица 2

Показания приборов и вычисленные значения
при опыте с соленоидом

N опыта	x, м	DU1, B	DU2, мВ	Bm, мТл	Bmi, мТл	DВma,мТл	DBm, %

Строится графически зависимость магнитной индукции от расположения датчика относительно соленоида.

По полученным результатам делаются выводы.

Лабораторная работа №6

Определение магнитной проницаемости
веществ

Цель: определить магнитную проницаемость веществ.

Оборудование: генератор ГСФ-2, осциллограф С1-131/1-Д, соленоид, 3 датчика, 4 стержня (стальной, алюминиевый, латунный и ферритовый), сигнальные провода.

Ход работы:

Рис. 1. Индукционный метод измерения магнитной проницаемости

Собирается схема рис. 1, где:

L₁ – соленоид, создающий магнитное поле;

R₀ – сопротивление соленоида;

L₂ – индукционный датчик магнитного поля.

Сигналы с датчиков поступают на 2 входа осциллографа.

Подключаются приборы по схеме, изображенной на рисунке 1. Задаются на генераторе произвольные частота и напряжение. Снимаются показания с осциллографа: размах напряжения DU₁ с первого входа осциллографа и размах напряжения DU₂ со второго.

При протекании через обмотку соленоида длиной L числом витков N тока I₁, соленоид создает магнитное поле, напряженностью H.

H = N I₁ / L.

Т.к. I₁ = U₁ / R₀,

где U₁ – напряжение.

H = N U₁ / l R₀,

где l = 160 мм = 0,16 м, R = 8,3 Ом и N = 1698.

В отсутствие образца размах напряжения на датчике:

DU₂₀ = 8 m₀ Hm n N₀ S₀, (1)

где N₀ = 1000 – число витков датчика,

S₀ = 110 * 10^{-6 м2} – площадь витка датчика.

В случае, когда в соленоид вставляем образец в форме длинного стержня, то, при неизменном токе в соленоиде, магнитный поток в датчике изменится на величину:

DФ = m₀ Im n N₀ S,

где S – площадь поперечного сечения стержня,

I – намагниченность образца.

При этом размах напряжения DU₂ на датчике изменится на величину:

DU₂ - DU₂₀ = 8 m₀ Im n N₀ S (2)

Измеряются значения DU₂ с образцом и DU₂₀ без образца, находим восприимчивость и магнитную проницаемость образца:

c = Im / Hm.

Т. к. по формуле (1) Hm = DU₂₀ / (8 m₀ n N₀ S₀),

а по формуле (2):

Im = (DU₂ - DU₂₀) / (8 m₀ n N₀ S), то

c = ((DU₂ - DU₂₀) * S₀) / (DU₂₀ * S).

m = 1 + c.

Проводятся необходимые измерения и вычисления, полученные данные заносятся в таблицу.

Таблица 1

Измеренные и вычисленные данные для разных веществ

Вещество

l0, мм

S, мм^2

n, Гц

DU1, В

DU20, мВ

DU2, мВ

c

m

Алюминий

Сталь

Латунь

Ферромагнит

Затем находятся абсолютная Dmа и относительная Dm погрешности.

Результаты вычислений занесены в таблицу 2.

Таблица 2

Относительная и абсолютная погрешности
вычисления магнитной проницаемости веществ

Вещество	mср	Dmа	Dm, %
Алюминий
Сталь	4,24	0,625	14,7
Латунь
Ферромагнит	5,06	0,66

По полученным результатам делаются выводы.

Лабораторная работа №7