Номер 3, страница 209 - гдз по физике 10 класс учебник Казахбаева, Кронгарт

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

3. Определение электрического сопротивления

Оборудование: проволочные резисторы (3 шт.), источник постоянного напряжения, амперметр, вольтметр, ключ, соединительные провода.

Указания к выполнению работы:

1. Соберите электрическую цепь, изображенную на рисунке 1.

Рис. 1

2. Измерив силу тока в цепи, а также напряжения на различных участках, заполните таблицу 3.

Таблица 3 $\text{I}$ $U_1$ $U_2$ $U_3$ $\text{U}$ $U_1$ $U_2$ $U_3$ $\text{U}$

Сравнив сумму сопротивлений отдельных резисторов ($R_1 + R_2 + R_3$) с общим сопротивлением $\text{R}$, сделайте вывод.

2. Соберите электрическую цепь, изображенную на рисунке 2. Измерив силу тока и напряжение, найдите общее сопротивление $\text{R}$.

Рис. 2

Используя найденные в предыдущем задании сопротивления отдельных резисторов, заполните таблицу 4 и сделайте вывод.

Таблица 4 $\frac{1}{R}$ $\frac{1}{R_1}$ $\frac{1}{R_2}$ $\frac{1}{R_3}$

3. Определите экспериментальным путем общее сопротивление цепи, изображенной на рисунке 3, и сравните его с теоретически найденным.

Рис. 3

1. Соберите электрическую цепь, изображенную на рисунке 1. Измерив силу тока в цепи, а также напряжения на различных участках, заполните таблицу 3. Сравнив сумму сопротивлений отдельных резисторов ($R_1 + R_2 + R_3$) с общим сопротивлением $R$, сделайте вывод.

Данное задание направлено на экспериментальную проверку законов последовательного соединения проводников.

Порядок выполнения работы:

1. Собрать электрическую цепь в соответствии со схемой на рисунке 1. В этой цепи три резистора $R_1$, $R_2$ и $R_3$ соединены последовательно. Амперметр (А) включен в цепь для измерения общей силы тока. Вольтметры (V) подключаются параллельно каждому элементу для измерения напряжения: $U_1$ на резисторе $R_1$, $U_2$ на $R_2$, $U_3$ на $R_3$, и общее напряжение $U$ на всем участке с резисторами.

2. После сборки цепи замкнуть ключ и измерить силу тока $I$ в цепи, а также напряжения $U_1$, $U_2$, $U_3$ и $U$.

3. Заполнить первые пять колонок таблицы 3 измеренными значениями $I, U_1, U_2, U_3, U$.

4. Используя закон Ома для участка цепи ($R = U/I$), рассчитать сопротивления каждого резистора и общее сопротивление. Полученные значения занести в оставшиеся четыре колонки таблицы 3.

• Сопротивление первого резистора: $R_1 = U_1 / I$.

• Сопротивление второго резистора: $R_2 = U_2 / I$.

• Сопротивление третьего резистора: $R_3 = U_3 / I$.

• Общее сопротивление (измеренное экспериментально): $R_{эксп} = U / I$.

5. Для проверки теоретического закона найти сумму сопротивлений отдельных резисторов: $R_{сумма} = R_1 + R_2 + R_3$.

6. Сравнить общее сопротивление, полученное из экспериментальных данных ($R_{эксп}$), с суммой сопротивлений ($R_{сумма}$). В идеальном эксперименте эти значения должны совпадать. На практике они должны быть близки с учетом погрешности измерений.

Вывод: По результатам сравнения делается вывод о том, что при последовательном соединении общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных проводников. Экспериментальные данные должны подтвердить справедливость формулы $R = R_1 + R_2 + R_3$. Также можно отметить, что $I = const$ для всех элементов и $U = U_1 + U_2 + U_3$.

Ответ: Экспериментально измеренное общее сопротивление $R$ цепи при последовательном соединении приблизительно равно сумме сопротивлений отдельных резисторов ($R_1 + R_2 + R_3$), что подтверждает теоретический закон для последовательного соединения.

2. Соберите электрическую цепь, изображенную на рисунке 2. Измерив силу тока и напряжение, найдите общее сопротивление R. Используя найденные в предыдущем задании сопротивления отдельных резисторов, заполните таблицу 4 и сделайте вывод.

Данное задание направлено на экспериментальную проверку законов параллельного соединения проводников.

Порядок выполнения работы:

1. Собрать электрическую цепь в соответствии со схемой на рисунке 2. В этой цепи три резистора $R_1$, $R_2$ и $R_3$ соединены параллельно. Амперметр (А) включен в общую цепь для измерения суммарного тока. Вольтметр (V) подключен параллельно группе резисторов для измерения напряжения на этом участке.

2. Замкнуть ключ, измерить общее напряжение $U$ на параллельном участке и общую силу тока $I$ в цепи. При параллельном соединении напряжение на всех резисторах одинаково: $U = U_1 = U_2 = U_3$.

3. Рассчитать общее сопротивление цепи по закону Ома: $R_{эксп} = U / I$.

4. Заполнить таблицу 4. Для этого используются значения сопротивлений $R_1, R_2, R_3$, рассчитанные в первом задании, и значение $R_{эксп}$, рассчитанное в данном задании.

• В первую ячейку таблицы записать значение величины, обратной общему экспериментальному сопротивлению: $1/R_{эксп}$.

• В остальные ячейки записать значения величин, обратных сопротивлениям каждого резистора: $1/R_1, 1/R_2, 1/R_3$.

5. Для проверки теоретического закона найти сумму величин, обратных сопротивлениям отдельных резисторов: $(1/R_1) + (1/R_2) + (1/R_3)$.

6. Сравнить полученную сумму с величиной, обратной общему сопротивлению ($1/R_{эксп}$). В идеальном эксперименте эти значения должны совпадать.

Вывод: По результатам сравнения делается вывод о том, что при параллельном соединении величина, обратная общему сопротивлению, равна сумме величин, обратных сопротивлениям отдельных ветвей. Экспериментальные данные должны подтвердить справедливость формулы $1/R = 1/R_1 + 1/R_2 + 1/R_3$.

Ответ: Величина, обратная экспериментально измеренному общему сопротивлению ($1/R$), приблизительно равна сумме величин, обратных сопротивлениям отдельных резисторов ($(1/R_1) + (1/R_2) + (1/R_3)$), что подтверждает теоретический закон для параллельного соединения.

3. Определите экспериментальным путем общее сопротивление цепи, изображенной на рисунке 3, и сравните его с теоретически найденным.

Данное задание направлено на расчет и экспериментальную проверку сопротивления цепи со смешанным соединением проводников.

Порядок выполнения работы:

1. Экспериментальное определение:

• Собрать электрическую цепь согласно схеме на рисунке 3. Здесь резисторы $R_1$ и $R_2$ соединены последовательно, а их участок подключен параллельно резистору $R_3$.

• Подключить эту цепь к источнику тока. Включить амперметр в общую цепь для измерения суммарного тока $I_{общ}$, а вольтметр — параллельно всей цепи для измерения общего напряжения $U_{общ}$.

• Замкнуть ключ, измерить $I_{общ}$ и $U_{общ}$.

• Рассчитать общее сопротивление цепи из экспериментальных данных: $R_{эксп} = U_{общ} / I_{общ}$.

2. Теоретический расчет:

• Использовать значения сопротивлений $R_1, R_2, R_3$, рассчитанные в первом задании.

• Рассчитать сопротивление участка с последовательно соединенными резисторами $R_1$ и $R_2$: $R_{12} = R_1 + R_2$.

• Рассчитать общее теоретическое сопротивление $R_{теор}$ всей цепи, рассматривая параллельное соединение участка $R_{12}$ и резистора $R_3$:

$1/R_{теор} = 1/R_{12} + 1/R_3$

Отсюда, $R_{теор} = (R_{12} \cdot R_3) / (R_{12} + R_3)$.

Подставив выражение для $R_{12}$, получим: $R_{теор} = ((R_1 + R_2) \cdot R_3) / (R_1 + R_2 + R_3)$.

3. Сравнение и вывод:

• Сравнить экспериментально найденное значение $R_{эксп}$ с теоретически рассчитанным $R_{теор}$. Значения должны быть близки друг к другу в пределах погрешности измерений.

• На основе сравнения сделать вывод о том, что законы последовательного и параллельного соединений применимы для расчета сложных цепей, и что экспериментальные результаты согласуются с теорией.

Ответ: Экспериментально определенное общее сопротивление цепи со смешанным соединением $R_{эксп}$ должно быть близко к теоретически рассчитанному значению $R_{теор} = ((R_1 + R_2) \cdot R_3) / (R_1 + R_2 + R_3)$, что подтверждает возможность применения законов для последовательного и параллельного соединений для расчета сложных цепей.