Порядок выполнения работы.
1. Включите в розетку сети 220 В штепсель питания осветителя гальванометра, убедитесь в положении светового зайчика на нулевом делении шкалы прибора.
2. Подсоедините батарейку в качестве источника ЭДС к соответствующим клеммам установки и замкните ключ K1. Вольтметр V должен показать наличие напряжения.
3. Соедините конденсаторы C1 и C2 параллельно и подключите их к средним клеммам ключа K2.
4. Зарядите конденсаторы, переведя ключ K2 в левое положение.
5. Разрядите конденсаторы на баллистический гальванометр, переведя ключ K2 в правое положение, и зафиксируйте максимальное отклонение светового зайчика.
6. С помощью потенциометра R установите такое напряжение, чтобы отклонение зайчика при параллельном соединении конденсаторов было наибольшим (“на всю шкалу”). Установленное напряжение во всех дальнейших опытах остается постоянным.
7. Проведите 5 опытов с параллельно соединенными конденсаторами и результаты занесите в таблицу 1.
Таблица 1 (параллельное соединение)
№п/п | ni(дел) | nср | Δni | Δ2ni | Sp | Δn | ![]() |
8. Соедините конденсаторы C1 и C2 последовательно и подключите их к средним клеммам ключа K2. Проведите 5 опытов с последовательно соединенными конденсаторами и результаты занесите в таблицу 2.
Таблица 2 (последовательное соединение)
№п/п | ni(дел) | nср | Δni | Δ2ni | Sp | Δn | ![]() |
9. Подключите конденсатор C1 к средним клеммам ключа K2. Проведите 5 опытов и результаты занесите в таблицу 3.
Таблица 3 (С1)
№п/п | ni(дел) | nср | Δni | Δ2ni | Sp | Δn | ![]() |
10. Подключите конденсатор C2 к средним клеммам ключа K2. Проведите 5 опытов и результаты занесите в таблицу 4.
Таблица 4 (С2)
№п/п | ni(дел) | nср | Δni | Δ2ni | Sp | Δn | ![]() |
11. Подключите конденсатор C0 к средним клеммам ключа K2. Проведите 5 опытов и результаты занесите в таблицу 5.
Таблица 5 (С0)
№п/п | n0i(дел) | n0ср | Δn0i | Δ2n0i | Sp | Δn0 | ![]() |
12. Рассчитайте средние значения nср. по формуле
nср. = =
,
где p – число опытов, и заполните оставшиеся столбцы всех таблиц, используя формулы:
Δni = ni – nср.; Sp = ; Δn = αp Sp,
где αp = 2,8 – коэффициент Стьюдента для пяти измерений.
13. По формуле (3) рассчитайте средние значения С1, С2, Спар и Спосл.
14. Рассчитайте относительные и абсолютные погрешности величин С1, С2, Спар и Спосл(формулы приводятся без вывода):
,
.
15. Запишите окончательные результаты:
С1 = С1 ср ± ΔС1;
С2 = С2 ср ± ΔС2;
Спар = Спар ср ± ΔСпар;
Спосл = Спосл ср ± ΔСпосл.
16. Для проверки формул (1) и (2) убедитесь в приближенном выполнении равенств:
Контрольные вопросы
1. Что такое конденсатор? Какие бывают конденсаторы?
2. Что называется емкостью конденсатора? В чем она измеряется?
3. Напишите формулу емкости плоского конденсатора.
4. Какую роль играет диэлектрик в конденсаторе?
5. Для чего нужны конденсаторы? Где они используются?
6. Как ведут себя заряды, напряжения и емкости батарей при параллельном и последовательном соединении конденсаторов?
7. Какой наибольший заряд можно поместить на пластины конденсатора? Что нужно знать для ответа на этот вопрос?
8. Почему напряжение на пластинах заряженного конденсатора нельзя просто измерить с помощью обычного вольтметра?
9. На чем основан используемый в данной работе метод измерения емкости конденсатора?
10. Изобразите наибольшее возможное число различных способов соединения четырех одинаковых конденсаторов.
11. Имеются три одинаковых конденсатора. Как их нужно соединить, чтобы:
а) заряд на обкладках батареи был наибольшим;
б) напряжение на батарее было наибольшим?
12. Каким образом можно повысить точность измерения емкости конденсатора в данной работе?
13. Чем определяются предельные значения емкостей конденсаторов (наибольшее и наименьшее), которые могут быть измерены на данной установке? Можно ли расширить эти пределы?
14. Укажите названия и назначения отдельных элементов схемы.
15. Как изменится емкость плоского воздушного конденсатора, если его геометрические размеры увеличить в 10 раз?
16. Два одинаковых конденсатора соединены последовательно. Как изменится емкость этой батареи, если расстояние между пластинами одного конденсатора в два раза увеличить, а расстояние между пластинами другого конденсатора в два раза уменьшить?
17. Почему конденсаторы не используются в качестве источника энергии, например, в автомобилях?
Литература
1. Савельев И.В., Курс общей физики, М.: Наука, 1982, Т.2, стр. 84-86.
2. Савельев И.В., Курс физики, М.: Наука, 1989, Т.2, стр. 82-86.
3. Савельев И.В., Курс общей физики, М.: Лань, 2005, Т.2.
4. Бондарев Б.В., Калашников Н.П., Спирин Г.Г., Курс общей физики, М.: Высшая школа, 2003, Т.2, стр. 85-89.
5. Детлаф А.А., Яворский Б.М., Курс физики, М.: Высшая школа, 1999, стр. 222-226.
6. Трофимова Т.И., Курс физики, М.: Высшая школа, 2001, стр. 174-177.
7. Зисман Г.А., Тодес О.М., М.: Наука, 1967, Т.2, стр. 76-84.
8. Грабовский Р.И., Курс физики, М.: Лань, 2004, стр. 112-113.