Лабораторная работа № 8, страница 87, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 6. Характеристики электрических цепей. Параграф 69. Лабораторные и исследовательские работы. Лабораторные работы - страница 87.

Условие.

Лабораторная работа № 8

Изучение последовательного и параллельного соединения проводников

Цель работы

Экспериментально проверить законы последовательного и параллельного соединения проводников.

Оборудование и материалы

Источник электрического тока (батарейка), два проводника, амперметр, вольтметр, ключ, соединительные провода.

Ход работы

Задание 1. Изучение последовательного соединения проводников

• Начертите схему электрической цепи, состоящей из источника электрического тока, ключа и двух проводников, соединённых последовательно.
• Соберите электрическую цепь по этой схеме.
• Поочерёдно измерьте силу тока $I_1, I_2$ и $I_3$, подключая амперметр между источником электрического тока и одним из проводников; между двумя проводниками; между вторым проводником и ключом.
• Поочерёдно измерьте напряжение $U_1$ на первом проводнике, $U_2$ на втором проводнике и $U_3$ на обоих проводниках.
• Вычислите сопротивления: $R_1$ — первого проводника, $R_2$ — второго проводника и $\text{R}$ — общее сопротивление последовательно соединённых проводников.
• Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу в своей тетради.

$I_1$, A	$I_2$, A	$I_3$, A	$U_1$, В	$U_2$, В	$U_3$, В	$R_1$, Ом	$R_2$, Ом	$\text{R}$, Ом

• Сравните полученные значения силы тока.
• Проверьте выполнение равенства $U_3 = U_1 + U_2$.
• Проверьте выполнение равенства $R = R_1 + R_2$.
• Сделайте выводы.

Задание 2. Изучение параллельного соединения проводников

• Начертите схему электрической цепи, состоящей из источника электрического тока, ключа и двух проводников, соединённых параллельно.
• Соберите электрическую цепь по этой схеме.
• Поочерёдно измерьте силу тока $\text{I}$ — в неразветвлённой части цепи, $I_1$ — силу тока, проходящего через первый проводник, и $I_2$ — силу тока, проходящего через второй проводник.
• Измерьте напряжение $\text{U}$ на концах проводников, соединённых параллельно.
• Вычислите сопротивления: $R_1$ — первого проводника, $R_2$ — второго проводника и $\text{R}$ — общее сопротивление параллельно соединённых проводников.
• Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу в своей тетради.

$\text{I}$, A	$I_1$, A	$I_2$, A	$\text{U}$, В	$R_1$, Ом	$R_2$, Ом	$\text{R}$, Ом

• Проверьте выполнение равенства $I = I_1 + I_2$.
• Проверьте выполнение равенства $\frac{1}{R} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2}$.
• Сделайте выводы.

Решение.

Цель работы

Экспериментально проверить законы последовательного и параллельного соединения проводников.

Оборудование и материалы

Источник электрического тока (батарейка), два проводника (резистора), амперметр, вольтметр, ключ, соединительные провода.

Ход работы

Задание 1. Изучение последовательного соединения проводников

Начертите схему электрической цепи, состоящей из источника электрического тока, ключа и двух проводников, соединённых последовательно.

Схема электрической цепи для исследования последовательного соединения проводников представлена ниже. На схеме показаны источник тока, ключ, два резистора $R_1$ и $R_2$, соединенные последовательно. Амперметр A включен в цепь последовательно для измерения общей силы тока. Вольтметры $V_1$ и $V_2$ подключены параллельно к каждому из резисторов для измерения напряжения на них, а вольтметр $V_3$ подключен параллельно к обоим резисторам для измерения общего напряжения.

Ответ: Схема начерчена.

Соберите электрическую цепь по этой схеме.

Электрическая цепь собрана в соответствии с представленной схемой с использованием имеющегося оборудования.

Ответ: Цепь собрана.

Поочерёдно измерьте силу тока $I_1, I_2$ и $I_3$, поочерёдно измерьте напряжение $U_1, U_2$ и $U_3$. Вычислите сопротивления: $R_1, R_2$ и $\text{R}$. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу в своей тетради.

Проведены измерения силы тока и напряжения в различных участках цепи. На основе этих измерений вычислены сопротивления по закону Ома. Все результаты занесены в таблицу.

Примерные результаты измерений и вычислений:

$I_1, \text{А}$	$I_2, \text{А}$	$I_3, \text{А}$	$U_1, \text{В}$	$U_2, \text{В}$	$U_3, \text{В}$	$R_1, \text{Ом}$	$R_2, \text{Ом}$	$R, \text{Ом}$
0.5	0.5	0.5	1.0	2.0	3.0	2.0	4.0	6.0

Расчеты сопротивлений:

$R_1 = \frac{U_1}{I_1} = \frac{1.0 \, \text{В}}{0.5 \, \text{А}} = 2.0 \, \text{Ом}$

$R_2 = \frac{U_2}{I_2} = \frac{2.0 \, \text{В}}{0.5 \, \text{А}} = 4.0 \, \text{Ом}$

$R = \frac{U_3}{I_3} = \frac{3.0 \, \text{В}}{0.5 \, \text{А}} = 6.0 \, \text{Ом}$

Ответ: Измерения и вычисления проведены, результаты занесены в таблицу.

Сравните полученные значения силы тока.

Сравнивая измеренные значения силы тока, видим, что $I_1 = 0.5 \, \text{А}$, $I_2 = 0.5 \, \text{А}$ и $I_3 = 0.5 \, \text{А}$. Таким образом, $I_1 = I_2 = I_3$. Это подтверждает, что сила тока на всех участках последовательной цепи одинакова.

Ответ: Значения силы тока на разных участках цепи равны: $I_1 = I_2 = I_3$.

Проверьте выполнение равенства $U_3 = U_1 + U_2$.

Подставим экспериментальные данные в правую часть равенства: $U_1 + U_2 = 1.0 \, \text{В} + 2.0 \, \text{В} = 3.0 \, \text{В}$. Измеренное значение общего напряжения $U_3$ равно $3.0 \, \text{В}$. Следовательно, равенство $U_3 = U_1 + U_2$ выполняется.

Ответ: Равенство $U_3 = U_1 + U_2$ в рамках эксперимента выполняется.

Проверьте выполнение равенства $R = R_1 + R_2$.

Подставим вычисленные значения сопротивлений в правую часть равенства: $R_1 + R_2 = 2.0 \, \text{Ом} + 4.0 \, \text{Ом} = 6.0 \, \text{Ом}$. Вычисленное значение общего сопротивления цепи $\text{R}$ равно $6.0 \, \text{Ом}$. Следовательно, равенство $R = R_1 + R_2$ выполняется.

Ответ: Равенство $R = R_1 + R_2$ выполняется.

Сделайте выводы.

В ходе выполнения первой части лабораторной работы были экспериментально проверены и подтверждены законы последовательного соединения проводников:
1. Сила тока во всех элементах цепи одинакова: $I = I_1 = I_2$.
2. Полное напряжение в цепи равно сумме напряжений на отдельных участках: $U = U_1 + U_2$.
3. Полное сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных проводников: $R = R_1 + R_2$.

Ответ: Выводы сделаны, законы последовательного соединения подтверждены.

Задание 2. Изучение параллельного соединения проводников

Начертите схему электрической цепи, состоящей из источника электрического тока, ключа и двух проводников, соединённых параллельно.

Схема электрической цепи для исследования параллельного соединения проводников представлена ниже. На схеме показаны источник тока, ключ, два резистора $R_1$ и $R_2$, соединенные параллельно. Общий амперметр A включен в неразветвленную часть цепи для измерения общего тока $\text{I}$. Амперметры $A_1$ и $A_2$ включены в каждую ветвь для измерения токов $I_1$ и $I_2$. Вольтметр V подключен параллельно к обоим резисторам для измерения напряжения на этом участке цепи.

Ответ: Схема начерчена.

Соберите электрическую цепь по этой схеме.

Электрическая цепь собрана в соответствии с представленной схемой с использованием имеющегося оборудования.

Ответ: Цепь собрана.

Поочерёдно измерьте силу тока $I, I_1$ и $I_2$. Измерьте напряжение $\text{U}$ на концах проводников. Вычислите сопротивления: $R_1, R_2$ и $\text{R}$. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу в своей тетради.

Проведены измерения силы тока в общей цепи и в каждой ветви, а также напряжения на параллельном участке. Результаты измерений и вычисленные значения сопротивлений занесены в таблицу.

Примерные результаты измерений и вычислений:

$I, \text{А}$	$I_1, \text{А}$	$I_2, \text{А}$	$U, \text{В}$	$R_1, \text{Ом}$	$R_2, \text{Ом}$	$R, \text{Ом}$
3.0	2.0	1.0	4.0	2.0	4.0	1.33

Расчеты сопротивлений:

$R_1 = \frac{U}{I_1} = \frac{4.0 \, \text{В}}{2.0 \, \text{А}} = 2.0 \, \text{Ом}$

$R_2 = \frac{U}{I_2} = \frac{4.0 \, \text{В}}{1.0 \, \text{А}} = 4.0 \, \text{Ом}$

$R = \frac{U}{I} = \frac{4.0 \, \text{В}}{3.0 \, \text{А}} \approx 1.33 \, \text{Ом}$

Ответ: Измерения и вычисления проведены, результаты занесены в таблицу.

Проверьте выполнение равенства $I = I_1 + I_2$.

Подставим экспериментальные данные в правую часть равенства: $I_1 + I_2 = 2.0 \, \text{А} + 1.0 \, \text{А} = 3.0 \, \text{А}$. Измеренное значение общего тока $\text{I}$ равно $3.0 \, \text{А}$. Следовательно, равенство $I = I_1 + I_2$ выполняется.

Ответ: Равенство $I = I_1 + I_2$ в рамках эксперимента выполняется.

Проверьте выполнение равенства $\frac{1}{R} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2}$.

Подставим вычисленные значения сопротивлений в правую часть равенства: $\frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} = \frac{1}{2.0 \, \text{Ом}} + \frac{1}{4.0 \, \text{Ом}} = 0.5 \, \text{Ом}^{-1} + 0.25 \, \text{Ом}^{-1} = 0.75 \, \text{Ом}^{-1}$.

Теперь вычислим левую часть, используя общее сопротивление, найденное из измерений: $\frac{1}{R} = \frac{1}{1.33 \, \text{Ом}} \approx 0.752 \, \text{Ом}^{-1}$.

Сравнивая левую и правую части, видим, что они практически равны (расхождение объясняется погрешностью измерений и округлением). Равенство $\frac{1}{R} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2}$ выполняется.

Ответ: Равенство $\frac{1}{R} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2}$ выполняется.

Сделайте выводы.

В ходе выполнения второй части лабораторной работы были экспериментально проверены и подтверждены законы параллельного соединения проводников:
1. Напряжение на параллельных участках цепи одинаково: $U = U_1 = U_2$.
2. Сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме сил токов в отдельных ветвях: $I = I_1 + I_2$.
3. Величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно соединенных проводников: $\frac{1}{R} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2}$.

Ответ: Выводы сделаны, законы параллельного соединения подтверждены.