Номер 4, страница 369 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 112. Закон Ома для полной цепи. Глава 15. Законы постоянного тока - номер 4, страница 369.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Решение

Почему сопротивление амперметра должно быть малым

Амперметр — это прибор, предназначенный для измерения силы тока в электрической цепи. Чтобы измерить ток, протекающий через какой-либо элемент, амперметр необходимо включить в разрыв цепи, то есть последовательно с этим элементом. В этом случае весь измеряемый ток проходит через амперметр.

При последовательном соединении общее сопротивление участка цепи равно сумме сопротивлений всех его элементов. Если до подключения прибора сопротивление цепи было $R$, а внутреннее сопротивление амперметра равно $R_A$, то после его включения общее сопротивление станет $R_{общ} = R + R_A$.

Согласно закону Ома ($I = U/R$), сила тока в цепи обратно пропорциональна ее сопротивлению. Если сопротивление амперметра $R_A$ будет велико, оно значительно увеличит общее сопротивление цепи. Это приведет к уменьшению силы тока, и прибор покажет искаженное (заниженное) значение, не соответствующее реальному току в цепи без амперметра. Чтобы минимизировать влияние прибора на измеряемую цепь, его сопротивление $R_A$ должно быть пренебрежимо малым по сравнению с сопротивлением остальной цепи ($R_A \ll R$). В идеальном амперметре сопротивление равно нулю.

Ответ: Сопротивление амперметра должно быть малым для того, чтобы при его последовательном включении в цепь он не вносил значимых изменений в общее сопротивление цепи и, следовательно, не искажал значение измеряемой силы тока.

Почему сопротивление вольтметра должно быть большим

Вольтметр — это прибор, предназначенный для измерения разности потенциалов (напряжения) между двумя точками цепи. Для проведения измерения вольтметр подключают параллельно тому элементу цепи, на котором нужно измерить напряжение.

При таком подключении вольтметр создает дополнительную ветвь, по которой может протекать ток. Общий ток, подходящий к этому участку цепи, разветвляется: одна часть течет через исследуемый элемент с сопротивлением $R$, а другая — через вольтметр с сопротивлением $R_V$. Вольтметр показывает напряжение на своих клеммах, которое из-за параллельного соединения равно напряжению на элементе.

Если сопротивление вольтметра $R_V$ будет малым, то через него потечет значительная часть тока ($I_V = U/R_V$). Это приведет к уменьшению общего сопротивления параллельного участка ($R_{общ} = \frac{R \cdot R_V}{R + R_V}$) и, как следствие, к перераспределению токов и напряжений во всей цепи. В результате вольтметр покажет значение, отличающееся от того, которое было на элементе до подключения прибора. Чтобы избежать такого искажения, ток, проходящий через вольтметр, должен быть как можно меньше. Этого можно достичь, сделав его внутреннее сопротивление $R_V$ очень большим по сравнению с сопротивлением участка, к которому он подключен ($R_V \gg R$). В идеальном вольтметре сопротивление стремится к бесконечности.

Ответ: Сопротивление вольтметра должно быть большим, чтобы при его параллельном подключении к участку цепи через него протекал пренебрежимо малый ток. Это позволяет избежать существенного влияния на электрическую цепь и измерить напряжение с высокой точностью.