Описания приборов, используемых в теме
ИНСТРУКЦИЯ
К лабораторной работе №18
Электростатика
Лабораторная работа №18. ЭЛЕКТРОСТАТИКА
Инструкция по выполнению работы
Цель работы: Научиться разрабатывать экспериментальные установки, проводить опыты по разделу «Электростатика».
Задание 1. Изучите по школьному учебнику тему «Электростатика» (10 класс). Повторите основные знания, которые должны быть усвоены учащимися в этой теме и выпишите в тетрадь формулировки суждений, относящихся к опытам, перечисленным в задании 3.
Задание 2. Изучите по описаниям и инструкциям следующие приборы:
1) весы чувствительные с принадлежностями;
2) электрометры с принадлежностями;
3) конденсатор разборный;
4) машина электрофорная;
5) сетка металлическая с бумажными листочками;
6) прибор для демонстрации спектров электрического поля (султаны)
7) преобразователь высоковольтный «Разряд-1».
8) маятники электростатические
Задание 3. Разработайте принципиальные схемы и смонтируйте с помощью имеющихся приборов экспериментальные установки для следующих опытов:
1)электризация тел (сообщение телам заряда):
а) трением;
б) через влияние (посредством электростатической индукции);
2) взаимодействие заряженных тел:
а) заряженного и незаряженного;
б) одноименно заряженных;
в) разноименно заряженных;
3) закон Кулона;
4) моделирование силовых линий электрического поля;
5) распределение заряда на поверхности проводника;
6) введение понятия электроемкости;
7) исследование электроемкости плоского конденсатора.
Задание 4.Подготовьтесь к проведению экспериментов с собранными ЭУ по следующему плану:
1. Цель эксперимента;
2. Разработка метода эксперимента;
3. Проектирование и конструирование ЭУ (или описание готовой ЭУ);
4. Составление плана проведения эксперимента;
5. Анализ полученных результатов;
6. Формулирование вывода из опыта;
7. Формулирование эмпирического вывода;
8. Теория эксперимента.
Задание 5.Подготовьте письменный отчет по выполнению лабораторной работы, включив в него:
1. Название работы; Цель работы;
2. Результаты выполнения задания №1 в форме таблицы:
Название опыта
| Формулировки суждений
|
|
|
3. Краткое описание приборов, используемых в работе, в форме таблицы:
Название и рисунок прибора
| Эксплуатационные характеристики и особенности (кратко)
|
|
| 4. Описание экспериментов по указанному в задании 4 плану с рисунками ЭУ.
Описания приборов, используемых в теме
Весы чувствительные с принадлежностями(рис.1) предназначены для измерения малых сил в опытах по аэродинамике, электростатике, электромагнетизму и пр.
Рис.1
Весы представляют собой неравноплечий рычаг 1, вращающийся вокруг оси 2, снабженный справа противовесом 3, который вращением можно перемещать по винтовой резьбе. На рамке 4 нанесена шкала из 30 делений. С тыльной стороны рамки можно ввинчивать стальной стержень, служащий для удобства установки-прибора на штативе. На оси рычага имеется блок, в котором снизу сделано гнездо. В гнездо можно вставлять держатель (проволоку), который стопорится винтом 5. Вдоль стрелки рычага перемещаются грузики (рейтеры) в виде изогнутой пластины массой от 0,1 до 1 г, что позволяет уравновешивать силу, действующую на тело с держателем.
В комплект весов входят тела разной формы (для изучения законов аэродинамики) и одинаковые металлические шарики, служащие для изучения электрического взаимодействия. Шарики укреплены на изолирующих стержнях с проволочными держателями.
Перед началом работы на стрелку прибора устанавливают соответствующий рейтер у нулевого деления, а затем вращением противовеса уравновешивают ве
сы, проверяя состояние равновесия по совпадению конца рычага стрелки с указателем на рамке.
Электрометры с принадлежностями (рис.2) служат для измерения разности потенциалов, обнаружения электрически заряженных тел и определения рода заряда.
Рис.2
Промышленность выпускает комплекты, в которые входят два электрометра, три полых шара, два из которых имеют одинаковые размеры, два диска, два острия, проводник с изолирующей ручкой и пробный шарик с изолирующей ручкой.
Электрометр представляет собой металлический цилиндрический застекленный корпус, закрепленный на подставке. Сверху через изолирующую втулку пропущена металлическая трубка, на нижнем конце которой смонтирован стержень с легкоподвижной стрелкой. Рядом с втулкой смонтирован арретир (проволочный рычаг), с помощью которого можно застопорить стрелку на период хранения и транспортировки. Внизу внутри корпуса имеется шкала, а снаружи - зажим. Шары и диски можно устанавливать на верхнем конце трубки электрометра. Каждое острие может быть установлено в специальном гнезде большого шара.
Конденсатор разборный(электрофор) (рис.3) предназначен для получения электрических зарядов путем электростатической индукции, а также для демонстрации опытов при изучении устройства и действия конденсатора и проведения опытов по электростатике.
Рис.3
Прибор состоит из двух металлических дисков со съемными изолирующими ручками, которые можно устанавливать на подставке со специальными пазами. Между дисками помещается пластина из диэлектрика (оргстекла).
Применяя прибор, можно продемонстрировать разные опыты: по электризации тел, исследования электроемкости плоского конденсатора и др.
Чтобы продемонстрировать электризацию тел, поступают следующим образом. Пластину из диэлектрика кладут на стол и натирают мехом (сукном, куском бумаги) быстрыми движениями руки в течение 10—20 с. При этом на пластине образуется отрицательный заряд. Держа за изолирующую ручку, диск кладут на пластину. На поверхности диска, обращенной к пластине, индуцируется положительный заряд, а на внешней поверхности —отрицательный. Не снимая диска с пластины, пальцем касаются внешней поверхности диска. Убрав палец, поднимают диск за изолирующую ручку. Диск оказывается заряженным положительно. Заряженный диск можно применить для электризации других тел.
Прибор для демонстрации спектров электрического поля ПДС(рис.4)состоит из прозрачной ванночки, укрепленной в корпусе. На корпусе смонтированы два универсальных зажима, соединенные с контактными пластинами. Прилагаемые к прибору электроды устанавливают так, что они одним концом опираются на контактные пластины. Другой конец электрода с фигурным проводником опускают в ванну.

Рис.4
Прибор для демонстрации электрического поля устанавливают на горизонтально расположенную оправу линзы конденсора проекционного аппарата ФОС-67. В ванночку тонким слоем наливают касторовое или вазелиновое масло и насыпают частички манной крупы или мелко нарезанной щетины. Затем устанавливают электроды исследуемой формы и получают четкое изображение на экране. Зажимы прибора проводниками соединяют с борнами преобразователя «Разряд-1». При сообщении заряда электродам на экране наблюдается спектр электрического поля. Опыт повторяют, меняя электроды.
Преобразователь высоковольтный «Разряд-1» (рис.5) предназначен для демонстрации опытов по электростатике и электродинамике.
Преобразователь имеет два выхода на напряжение постоянного тока 25 и 5 кВ при входном напряжении постоянного тока 12 В. При изменении входного напряжения от 0 до 12 В напряжение на выходе «5 кВ» изменяется в пределах 0—5 кВ с точностью ±10% от максимального значения при активной нагрузке 4 МОм.
При изменении входного напряжения от 0 до 12 В напряжение на выходе «25 кВ» изменяется в пределах 0—30 кВ с точностью ±10% от максимального значения при токе нагрузки, равном нулю. При изменении входного напряжения от 0 до 12 В напряжение на выходе «25 кВ» изменяется в пределах 0—25 кВ при активной нагрузке 220 МОм.
Рис.5
Максимальная потребляемая мощность преобразователя 20 Вт. Порог срабатывания защиты преобразователя от перенапряжения 13—17 В. Преобразователь сохраняет работоспособность после воздействия входного напряжения до 30 В в любой полярности. На лицевой панели преобразователя расположены клавишный переключатель включения и отключения напряжения питания, дисковый и клавишный переключатели пределов 5 и 25 кВ, клеммы выхода 25 кВ, в которые вставляют съемные борны. Один из борнов, имеющий горизонтальную ось, подвижный. При помощи ручки можно изменять расстояние между шарами борнов до момента появления разряда. Шары борнов съемные. При снятии шаров поверхность стекания разряда становится конусной, что позволяет получить разрядный промежуток в 2—3 раза больше по сравнению с шаровыми поверхностями. Для получения требуемого выходного напряжения необходимо клавишный и дисковый переключатели установить в положение, соответствующее избранному выходу. Для перевода дискового переключателя в новое положение его предварительно нужно вынуть из гнезда. На боковых поверхностях расположены клеммы для подключения низковольтного источника и выхода «5 кВ».
Перед началом работы переключатель питания нужно установить в положение «Откл». Для получения напряжения 5 кВ необходимо переключатели пределов поставить в положение «5 кВ», для получения напряжения 25 кВ — в положение «25 кВ». Подключить к преобразователю источник питания согласно указанной полярности. Переключатель питания установить в положение «Вкл». При срыве генерации, который определяется прекращением характерного писка, необходимо нажать кнопку «Пуск». После окончания работы с преобразователем необходимо переключатель питания установить в положение «Откл» и отсоединить источник питания. Для питания преобразователя «Разряд-1» можно применить батарею аккумуляторов напряжением 12 В, выпрямители ВС-24М, ВС-4-12.
При работе с преобразователем необходимо соблюдать следующие условия техники безопасности: запрещается касаться высоковольтных элементов схемы; место работы с преобразователем следует содержать в чистоте, там не должны находиться посторонние предметы, которые могут привести к случайным соприкосновениям с элементами, имеющими высокий потенциал.
Машина электрофорная(рис.6, рис.7)служит для получения больших зарядов и высоких разностей потенциалов. На рис. 6 и 7 показаны соответственно ее внешний вид и схема, поясняющая принцип действия машины.

Рис.6 Рис.7
Основными частями машины являются два диэлектрических диска 1 (см. рис. 6) с нанесенными на их поверхность станиолевыми наклейками, два конденсатора 2 в виде лейденских банок, две пары щеток 5, соединенных между собой попарно проводящими стержнями, и два токосъемника 6, которые имеют электрический контакт с конденсаторами и разрядниками 4. Внешние обкладки конденсаторов соединены перемычкой 3. Кроме того, имеется механизм, с помощью которого диски можно привести во вращение в противоположных направлениях. Все детали на стойках закреплены на подставке.
Токосъемник представляет собой металлическую дугу, охватывающую оба диска. На поверхности дуги, обращенной к дискам, закреплены пучки тонких проволочек, концы которых располагаются вблизи поверхности дисков, не касаясь их. Действие токосъемника основано на эффекте стекания заряда с острия.
Машина работает следующим образом. Предположим, что на наклейке а (см. рис.7) оказался небольшой отрицательный заряд. Этот заряд, действуя индуктивно на стержень rs, заряжает наклейку a' положительно. Когда наклейка а', вращаясь, как показывает стрелка, достигает положения b', эта наклейка, воздействуя индуктивно через щетку на стержень r's', зарядит отрицательно наклейку b. Отсюда ясно, что все наклейки на верхней части внутреннего круга (т. е. верхней части переднего диска), проходя мимо щетки r, получат положительные заряды, а все наклейки верхней части внешнего круга (заднего диска), проходя мимо щетки s', получат отрицательные заряды. Подобным образом на нижней половине дисков все наклейки внутреннего круга (ближнего диска), проходя мимо щетки s, получают отрицательные заряды, а наклейки внешнего, проходя щетку s', получают положительные заряды. Когда положительные заряды на наклейках ближнего и дальнего диска оказываются напротив токосъемника c, они переходят на пластину конденсатора L и соединенный с ней разрядник, заряжая их положительно. Такой же процесс идет на противоположной стороне, где снимаются отрицательные заряды.
Когда проскакивает искра, конденсаторы и соединенная с ними система проводников разряжаются, и процесс начинается сначала. Чтобы машина работала нормально, необходимо следить за положением стержней со щетками. Угол между горизон
талью и стержнем должен быть близок к 45°. (Угол наклона стержня отмеряют от горизонтали по направлению вращения диска, по которому скользят его щетки.) Оба стержня при этом будут скрещиваться под углом в 90°.
Если по какой-то причине на разрядниках приведенной в действие машины заряды не появляются, то бывает достаточно поднести наэлектризованную палочку к верхней части вращающихся дисков и машина заработает в обычном режиме.
Следует помнить, что прикосновение к разрядникам работающей машины оказывает неприятное психофизиологическое воздействие на организм. Поэтому, если по ходу опыта нужно изменить положение разрядников, прикасаться можно только к их изолирующим ручкам, а сразу после демонстрации снять с них оставшийся заряд, замкнув накоротко.
Сетка металлическая с бумажными листочкам(рис.8) служит для демонстрации опытов по распределению электрического заряда на поверхности проводника в зависимости от поверхности. Состоит из гибкой металлической сетки на стойках. На сетку прикреплены с обеих сторон легкие бумажные листочки.

Рис.8
Маятники электростатические(рис.9) служат для обнаружения электрического заряда на теле и демонстрации взаимодействия электрических зарядов. Выполнены в виде станиолевых гильз высотой 45 мм. Гильза соединена нитью длиной 30 см с резиновой пробкой, которая закрепляется на изогнутом в виде консоли металлическом стержне. Стержень закрепляется в изолирующем штативе. В комплект входят два одинаковых маятника и стеклянная трубка, куда маятники укладываются для хранения.
Рис.9
Варианты экспериментальных установок
Опыт 1. Электризация тел
Вариант 1.Оборудование: (рис.) стеклянная палочка и кусок шелковой ткани (или бумаги), эбонитовая палочка и кусок шерстяной ткани, электрометр.
Натирают палочки кусочками ткани и обнаруживают разного рода заряды палочек и кусочков ткани с помощью электрометра.
Рис.10
Вариант 2.Оборудование:шар-кондуктор, электрометр, эбонитовая (стеклянная) палочки и кусочки ткани.
Электризация одного шара через влияние. На стержень электрометра надевают шар-кондуктор. Наэлектризованную эбонитовую (стеклянную) палочку подносят к шару, не касаясь его. Пальцем касаются поверхности шара-кондуктора со стороны, противоположной той, к которой поднесена заряженная палочка. Убирают сначала палец, а затем палочку. Наблюдают явление. Определяют род заряда, которым заряжен электрометр.

Рис.11
Вариант 3.Оборудование: (рис.) два шара-кондуктора, два электрометра, стеклянная (эбонитовая) палочка, кусочки ткани.
Электризация двух одновременно шаров через влияние. Установку собирают по рисунку. К шару-кондуктору правого (или левого) электрометра подносят заряженную эбонитовую (стеклянную) палочку. Убирают проводник на изолирующей ручке и затем - заряженную палочку. Обнаруживают появление заряда на электрометрах. Определяют род заряда на каждом электрометре.
Вновь касаются проводником с изолирующей ручкой одновременно двух шаров электрометров и обнаруживают изменения.
Рис.12
Вариант 4. Оборудование: (рис.13) один металлический диск и пластина из диэлектрика (оргстекло) из комплекта конденсатора разборного.
Описание опыта (рис.13) найди в описании прибора «конденсатор разборный».

Рис.13
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2025 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|