Методические указания и пример оформления протокола Лабораторной работы №1

Методические указания и пример оформления протокола Лабораторной
работы №1
Данная работа является ознакомительной, проводится без предварительной
теоретической подготовки и основывается на знаниях основных положений раздела
"Электрические цепи" курса физики. В Теоретической справке приведены ключевые
слова, термины и определения, знания которых необходимы для выполнения
лабораторной работы. При выполнении лабораторной работы студент приобретает
первоначальные навыки проведения эксперимента в реальной электротехнической
лаборатории, работы с приборами и элементной базой лабораторных стендов.
Большинство студентов не имеют опыта работы с электротехническим оборудованием и
по ходу выполнения работы у них возникает много вопросов.
Необходимо обратить внимание, что использование реальных приборов (амперметров,
вольтметров) требует аккуратности проведения измерений и записи результатов
эксперимента. Экспериментальные данные разных опытов могут отличаться друг от
друга, но при правильности проведения эксперимента отличие не должно составлять
больше 10%. В работе для измерения постоянного тока и напряжения используются
стрелочные миллиамперметры и вольтметр магнитоэлектрической системы. У
стрелочных амперметров и вольтметров с равномерным распределением делений по
шкале, погрешность обусловлена "ценой деления" 5 мА и 0,5 В. Миллиамперметры имеют
внутреннее сопротивление, учет которых позволит более точно провести оценку
полученных результатов. В данной работе учет внутренних сопротивлений можно не
проводить. Допускается до 10% расхождения экспериментальных и теоретических
данных, при проведении расчетов допустимо округление до десятых. Для измерения тока
ветви амперметры включают последовательно со всеми элементами в соответствии с
выбором положительного направления тока ветви. Для схемы с одним источником выбор
направления тока определяется от "+" (красная клемма источников постоянного
напряжения (UZ1, UZ4) и желтая клемма источника постоянного тока UZ2) к "-" (черная
клемма) . У амперметра (PA1, PA2, PA3) "+" прибора соответствует левой желтой клемме
(X2, X4, X6), "-" прибора соответствует правой черной клемме (X1, X3, X5). У вольтметра
PV "+" прибора соответствует левой красной клемме (X8), "-" прибора соответствует
правой черной клемме (X7). Подключение прибора в обратной полярности приведет к
отклонению стрелки прибора влево.
Рекомендуется до проведения эксперимента проверить исправность источников
напряжения - соответствие значения напряжения источника UZ1 9 В, возможность
плавной регулировки напряжения источника UZ4 от 0 до 12 В. Для этого к источнику
подключают вольтметр и проводят измерение. Для проверки источника постоянного тока
UZ2 собирают последовательно одноконтурную схему из источника, резистора 100 Ом и
амперметра. Показание амперметра должно быть 50 мА.
1
Протокол измерений к лабораторной работе № 1
Часть1. Вольтамперная характеристика и сопротивление линейного резистора.
Измерение сопротивления цифровым прибором В7-38:
R1= 48,7 Ом.
Таблица 1П
Е= U, В
0
1
2
3
4
5
I, мА
0
19
44
64
84
-
Сопротивление резистора R1 :
а) по одному любому измерению R1 
Погрешность
48,7  46,9
100%  3,7%
48,7
б) по приращениям R1 
Погрешность
U mU
3
 46,9 Ом.


3
I mI 64 10
U mU
3 2


 50 Ом.
I mI (64  44) 103
48,7  50
100%  2,7%
48,7
Измерение сопротивления цифровым прибором В7-38:
R2=68,2 Ом.
Таблица 2П
Е= U, В
0
1
2
3
4
5
I, мА
0
16
29
46
60
76
Сопротивление резистора R2 :
а) по одному любому измерению R2 
Погрешность
U mU
3
 65, 2 Ом.


46 103
I mI
68, 2  65, 2
100%  4, 4%
68, 2
2
б) по приращениям R2 
Погрешность
U mU
43
 71, 4 Ом.


(60  46) 103
I mI
68,2  71,4
100%  4,7%
68,2
Вольтамперные характеристики резисторов R1 и R2.
Замечание: Так как изменяемой величиной (аргументом) является напряжение Е= U, а
измеряемой величиной ток I, то построена зависимость I(U); для линейного резистора прямая, проходящая через начало координат. Можно построить зависимость U(I),
отложив по оси абсцисс значение тока, а по оси ординат - значение напряжения.
Последовательное соединение линейных резисторов.
Измерение цифровым прибором В7-38:
Rпосл.= 115,6 Ом.
Таблица 3П
Е= U, В
0
1,3
3
5
8
10
I, мА (PA1)
0
8
26
44
69
86
U1, В
0
0,6
1,2
2
3,2
4,1
U2, В
0
0,7
1,7
2,9
4,6
3,8
3
а) Вольтамперная характеристика пассивного двухполюсника, эквивалентного
последовательному соединению резисторов R1 и R2.
б)
Проверка
уравнения,
составленного
1, 2  1,7  2,9  3 . Расчет сопротивлений: R1 
R2 
по
второму
закону
Кирхгофа:
U1 mU
1, 2
 46, 2 Ом,


26 10 3
I mI
U 2 mU
1,7
 65, 4 Ом.


3
I mI 26 10
Проверка выражения: Rпосл.=
Погрешность
R1 + R2 = 46, 2  65, 4  111,6
Ом.
115,6  111,6
100%  3,5% .
115,6
Параллельное соединение линейных резисторов.
Измерение цифровым прибором В7-38: Rпарал.= 28,2 Ом.
Таблица 4П
Е= U, В
0
1
2
3
4
5
I, мА (PA3)
0
34
70
104
140
170
I1, мА (PA1)
0
20
42
62
82
100
I2, мА (PA2)
0
14
28
43
57
70
4
а) Вольтамперная характеристика пассивного двухполюсника, эквивалентного
параллельному соединению резисторов R1 и R2.
б) Проверка уравнения, составленного по первому закону Кирхгофа: 42  28  70 .
Расчет сопротивлений: R1 
R2 
U1 mU
3
 48, 4 Ом,


62 103
I mI
U 2 mU
3
 69,8 Ом.


3
I mI 43 10
Проверка выражения
Rпарал.=
R1R2
48, 4  69,8
=
 28,6
R1  R2 48, 4  69,8
28,6  28,2
100%  1,4% .
28,2
5
Ом. Погрешность
Часть 2. Внешняя характеристика и параметры реального источника
напряжения
Таблица 5П
R1, Ом
∞, хх
330
220
150
100
68
47
I, мА
0
28
42
61
90
130
180
U, В
9,2
9,2
9,2
9,1
9,1
9,0
8,9
Внешняя (нагрузочная) характеристика реального источника напряжения:
Внутреннее сопротивление реального источника напряжения:
6
Rвн=
(U xx  U ) mU 9, 2  8,9
 1,67 Ом.


3
I
mI 180 10
Схема замещения реального источника напряжения:
Внешняя характеристика и параметры реального источника тока
Таблица 6П
R1, Ом
47
68
100
150
220
330
I, мА
50
50
50
50
50
50
U, В
2,3
3,3
4,9
7,3
10,5
15
Внешняя (нагрузочная) характеристика реального источника тока:
7
Результаты эксперимента показывают, что данный источник тока - идеальный,
внутреннее сопротивление идеального источника Rвн=
замещения идеального источника напряжения:
J=50 мА
8
U
m
 U   Ом. Схема
( I K  I ) mI