Номер 4, страница 169, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Лабораторные работы - номер 4, страница 169.

Условие.

4. Исследование зависимости силы тока в проводнике от напряжения на его концах. Измерение сопротивления

Цель работы: исследовать зависимость силы тока в проводнике от напряжения на нём; измерить сопротивление проводника.

Оборудование: источник тока, ключ, резистор, реостат, амперметр, вольтметр (или цифровые датчики тока и напряжения), соединительные провода, прозрачная линейка.

Подготовка к работе

Прочитайте описание работы и повторите $\S 18, \text{ п. } 1$, а также ту часть раздела «Погрешности измерений», в которой приведён пример измерения сопротивления резистора.

Содержание работы

В данной работе сначала собирают электрическую цепь, в которой силу тока в резисторе и напряжение на нём можно изменять с помощью реостата. Затем исследуют, как зависит сила тока в резисторе от напряжения на его концах с целью проверить справедливость закона Ома для участка цепи. Далее, используя результаты измерений, находят сопротивление резистора.

Ход работы

1. Исследование зависимости силы тока в резисторе от напряжения на его концах.

• Соберите электрическую цепь (рис. 1). При сборке цепи ключ должен быть разомкнут.

• Поставьте ползунок реостата в положение, при котором его сопротивление будет наибольшим. После проверки цепи учителем замкните ключ и запишите показания амперметра и вольтметра с указанием погрешностей в таблицу.

Рис. 1

№ опыта , В $\text{I}$, А

• Повторите измерения ещё 3 раза, уменьшая каждый раз сопротивление реостата. Результаты с указанием погрешностей запишите в таблицу.

• Начертите оси координат для графика $I(U)$, выберите удобные масштабы¹ по осям и нанесите на координатную плоскость результаты измерений с указанием погрешностей (в виде прямоугольников, см. рис. 4 в разделе «Погрешности измерений»).

• Используя прозрачную линейку, проверьте, можно ли с учётом погрешностей считать, что сила тока в резисторе прямо пропорциональна напряжению на его концах (для этого надо убедиться, что через отмеченные прямоугольники и начало координат можно провести прямую). Запишите вывод.

2. Измерение сопротивления проводника.

• Используя прозрачную линейку, постройте по результатам измерений график прямо пропорциональной зависимости силы тока в резисторе от напряжения на его концах. Для этого расположите линейку так, чтобы её край проходил через все прямоугольники и начало координат.

• Используя график, найдите сопротивление резистора (без указания погрешности). Запишите расчёт и результат.

Решение.

Данная работа представляет собой лабораторную работу по исследованию закона Ома для участка цепи и измерению сопротивления резистора.

1. Исследование зависимости силы тока в резисторе от напряжения на его концах.

Для выполнения этой части работы была собрана электрическая цепь в соответствии со схемой, представленной на рис. 1. С помощью реостата изменялось напряжение на резисторе, а соответствующие значения силы тока и напряжения измерялись вольтметром и амперметром. Погрешности измерений были определены как половина цены деления шкалы приборов: для вольтметра $ \Delta U = 0.1 \, \text{В} $, для амперметра $ \Delta I = 0.01 \, \text{А} $. Результаты четырех опытов занесены в таблицу.

№ опыта	U, В	I, А
1	$1.0 \pm 0.1$	$0.21 \pm 0.01$
2	$2.1 \pm 0.1$	$0.40 \pm 0.01$
3	$3.0 \pm 0.1$	$0.62 \pm 0.01$
4	$4.2 \pm 0.1$	$0.83 \pm 0.01$

Далее был построен график зависимости силы тока $\text{I}$ от напряжения $\text{U}$. На координатной плоскости были отмечены точки, соответствующие результатам измерений, с указанием погрешностей в виде прямоугольников.

Анализ графика показывает, что через начало координат ($0;0$) и все прямоугольники погрешностей можно провести прямую линию. Это свидетельствует о том, что сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на его концах, что подтверждает справедливость закона Ома для участка цепи.

Вывод: В ходе эксперимента было установлено, что сила тока в исследуемом резисторе прямо пропорциональна приложенному к его концам напряжению, что соответствует закону Ома.

Ответ: Сила тока в резисторе прямо пропорциональна напряжению на его концах.

2. Измерение сопротивления проводника.

Для определения сопротивления резистора использовался график зависимости $I(U)$, построенный в первой части работы. На графике была проведена усредняющая прямая, проходящая через начало координат и области погрешностей экспериментальных точек.

Найти: $\text{R}$

Решение:

Сопротивление проводника можно вычислить по закону Ома для участка цепи:

$R = \frac{U}{I}$

Для более точного определения сопротивления выберем на усредняющей прямой точку, не совпадающую с экспериментальными точками, но лежащую в пределах измерений. Пусть координаты такой точки будут $U_{graph} = 3.5 \, \text{В}$ и $I_{graph} = 0.70 \, \text{А}$.

Теперь рассчитаем сопротивление:

$R = \frac{U_{graph}}{I_{graph}} = \frac{3.5 \, \text{В}}{0.70 \, \text{А}} = 5.0 \, \text{Ом}$

Ответ: Сопротивление резистора, найденное по графику, составляет $R = 5.0 \, \text{Ом}$.