Опыт, страница 309 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

С помощью лабораторного оборудования соберите установку для исследования закона Ома для участка цепи. В качестве объекта исследования возьмите сначала резистор, а затем лампу накаливания. В каждом случае постройте график зависимости тока от напряжения и сравните их. Результаты экспериментов сохраните: они ещё вам понадобятся.

Дано:

Лабораторное оборудование: источник постоянного тока, резистор, лампа накаливания, амперметр, вольтметр, реостат (при необходимости), ключ, соединительные провода.

Найти:

Построить графики зависимости тока от напряжения (вольт-амперные характеристики) для резистора и для лампы накаливания. Сравнить полученные графики.

Решение:

С помощью лабораторного оборудования соберите установку для исследования закона Ома для участка цепи
Для проведения эксперимента необходимо собрать электрическую цепь. Источник тока, ключ, амперметр и исследуемый объект (сначала резистор, потом лампа) соединяются последовательно. Вольтметр подключается параллельно к выводам исследуемого объекта для измерения напряжения на нем. Если используется источник тока с нерегулируемым напряжением, то в цепь последовательно необходимо включить реостат, который позволит изменять силу тока и напряжение на исследуемом элементе.

Ответ: Установка для исследования закона Ома собирается из последовательно соединенных источника тока, ключа, амперметра и исследуемого элемента (резистора или лампы). Параллельно исследуемому элементу подключается вольтметр.

В качестве объекта исследования возьмите сначала резистор... постройте график зависимости тока от напряжения
Подключив в цепь резистор и замкнув ключ, необходимо провести серию измерений. С помощью реостата или регулируемого источника тока изменяют напряжение $\text{U}$ на резисторе и для каждого значения измеряют соответствующую силу тока $\text{I}$ в цепи. Результаты (5-7 пар значений $\text{U}$ и $\text{I}$) заносят в таблицу.
На основе полученных данных строится график зависимости силы тока $\text{I}$ (ось OY) от напряжения $\text{U}$ (ось OX). Для резистора этот график, называемый вольт-амперной характеристикой (ВАХ), будет представлять собой прямую линию, проходящую через начало координат. Это свидетельствует о прямой пропорциональной зависимости между силой тока и напряжением, что является формулировкой закона Ома для участка цепи:
$I = \frac{U}{R}$
Сопротивление резистора $\text{R}$ при этом является постоянной величиной ($R = \text{const}$).

Ответ: При исследовании резистора получают линейную зависимость силы тока от напряжения. График этой зависимости (ВАХ) — прямая линия, проходящая через начало координат, что подтверждает выполнение закона Ома для резистора с постоянным сопротивлением.

...а затем лампу накаливания. В каждом случае постройте график зависимости тока от напряжения
Резистор в схеме заменяется на лампу накаливания, и эксперимент повторяется. Снимаются показания напряжения $\text{U}$ на лампе и силы тока $\text{I}$, протекающего через нее. При каждом изменении напряжения следует выждать несколько секунд, чтобы температура нити накала стабилизировалась, и только после этого записывать показания приборов.
По данным измерений строится ВАХ для лампы накаливания. Этот график будет иметь вид кривой линии, у которой наклон к оси напряжения уменьшается с ростом самого напряжения. Это означает, что рост силы тока замедляется по мере увеличения напряжения. Причина в том, что с ростом напряжения и тока увеличивается мощность $P = U \cdot I$, выделяемая на нити накала. Нить лампы сильно нагревается, и ее электрическое сопротивление $\text{R}$ растет (сопротивление металлов увеличивается с ростом температуры). Так как сопротивление $\text{R}$ не постоянно, а увеличивается с напряжением, зависимость $I(U)$ становится нелинейной. Такие элементы цепи называют неомическими.

Ответ: При исследовании лампы накаливания получают нелинейную зависимость силы тока от напряжения. График этой зависимости (ВАХ) — кривая линия. Это указывает на то, что сопротивление лампы не является постоянным, а увеличивается с ростом напряжения из-за нагрева нити накала.

...и сравните их
Сравнение двух построенных графиков (ВАХ) наглядно демонстрирует различие в электрических свойствах резистора и лампы накаливания:
- График для резистора — прямая линия. Это означает, что его сопротивление постоянно. Резистор является омическим элементом.
- График для лампы накаливания — кривая линия. Это означает, что ее сопротивление не постоянно, а зависит от протекающего тока (и напряжения). Лампа накаливания является неомическим элементом.
Таким образом, эксперимент показывает, что закон Ома в простой форме ($I=U/R$ с $R=\text{const}$) справедлив для проводников, сопротивление которых можно считать постоянным в условиях опыта, но не выполняется для элементов, чье сопротивление существенно изменяется в процессе работы.

Ответ: Сравнение вольт-амперных характеристик показывает, что резистор является омическим элементом (линейная ВАХ, постоянное сопротивление), а лампа накаливания — неомическим (нелинейная ВАХ, сопротивление зависит от напряжения). Различие обусловлено зависимостью сопротивления нити накала лампы от температуры.