Экспериментальное исследование, страница 152 - гдз по физике 8 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 9. Электрический ток в металлах. Закон Ома для участка электрической цепи. Параграф 41. Закон Ома для участка электрической цепи. Вопросы - страница 152.

Условие.

Экспериментальное исследование

Мультиметр – прибор для измерения силы тока, напряжения и сопротивления. С его помощью проведите экспериментальное исследование простейшей электрической цепи. Она содержит источник тока (батарейку), лампочку на подставке, проводники.

а) Нарисуйте схему цепи.

б) Оцените силу тока в цепи и напряжение на зажимах лампочки. Данные измерений запишите в тетрадь.

в) Предложите способы изменения силы тока в цепи.

Решение.

а) Нарисуйте схему цепи.

Для проведения экспериментального исследования необходимо собрать электрическую цепь. Она должна включать источник тока (батарейку), нагрузку (лампочку) и измерительные приборы для оценки силы тока и напряжения. Для измерения силы тока используется амперметр, который включается в цепь последовательно с лампочкой. Для измерения напряжения на лампочке используется вольтметр, который подключается параллельно к ее зажимам.

Принципиальная схема электрической цепи для проведения измерений представлена ниже:

Условные обозначения на схеме:
- Элемент с "+" и "-" — гальванический элемент (батарейка), источник тока.
- A в круге — амперметр, измеряет силу тока.
- V в круге — вольтметр, измеряет напряжение.
- X в круге — электрическая лампочка.

Ответ: Схема электрической цепи, включающей последовательно соединенные источник тока, амперметр и лампочку, а также вольтметр, подключенный параллельно лампочке, представлена на рисунке выше.

б) Оцените силу тока в цепи и напряжение на зажимах лампочки. Данные измерений запишите в тетрадь.

Так как выполнение реального эксперимента невозможно, приведем ожидаемые результаты для типичной цепи, состоящей из батарейки на 4,5 В и лампочки от карманного фонаря. Измерения проводятся с помощью мультиметра.

Порядок выполнения измерений:

1. Измерение силы тока ($\text{I}$):
Для измерения силы тока мультиметр необходимо переключить в режим амперметра (например, на предел измерений 200 mA или 10 A). Цепь разрывается в любом месте, и амперметр включается в этот разрыв последовательно с остальными элементами. После замыкания цепи с прибора считывается значение силы тока.

2. Измерение напряжения ($\text{U}$):
Для измерения напряжения мультиметр переключается в режим вольтметра (например, на предел 20 V). Щупы вольтметра подключаются к зажимам (клеммам) лампочки, то есть параллельно ей. При этом разрывать цепь не нужно. С прибора считывается значение напряжения.

Примерные результаты измерений:

Сила тока в цепи: $I = 0.28 \text{ А}$.
Напряжение на зажимах лампочки: $U = 4.4 \text{ В}$.
(Примечание: Напряжение на лампочке обычно немного меньше ЭДС источника из-за внутреннего сопротивления батарейки и падения напряжения на проводах).

Ответ: Примерные значения измеренных величин: сила тока $I = 0.28 \text{ А}$, напряжение на лампочке $U = 4.4 \text{ В}$.

в) Предложите способы изменения силы тока в цепи.

Сила тока в электрической цепи определяется законом Ома. Для участка цепи он выглядит как $I = U/R$, а для полной цепи — $I = \mathcal{E}/(R+r)$, где $\mathcal{E}$ — ЭДС источника, $\text{R}$ — сопротивление внешней цепи, а $\text{r}$ — внутреннее сопротивление источника. Исходя из этих формул, можно заключить, что сила тока изменится, если изменить либо напряжение (ЭДС) источника, либо сопротивление цепи.

Конкретные способы изменения силы тока:

1. Изменение напряжения источника тока:
- Заменить используемую батарейку на другую, с большим или меньшим напряжением. Например, замена батарейки 1,5 В на 4,5 В увеличит силу тока.
- Изменить количество последовательно соединенных батареек. При последовательном соединении их напряжения складываются. Добавление второй батарейки последовательно с первой увеличит общее напряжение и силу тока.

2. Изменение сопротивления цепи:
- Заменить лампочку на другую, с иным номинальным сопротивлением. Лампочка с меньшим сопротивлением (более мощная при том же напряжении) вызовет увеличение силы тока.
- Включить в цепь дополнительное сопротивление. Например, можно добавить в цепь вторую лампочку. Если включить ее последовательно, общее сопротивление цепи возрастет ($R_{общ} = R_1 + R_2$), и ток уменьшится. Если включить ее параллельно, общее сопротивление внешней цепи уменьшится ($1/R_{общ} = 1/R_1 + 1/R_2$), что приведет к увеличению общего тока, идущего от источника.
- Включить в цепь реостат. Реостат — это резистор, сопротивление которого можно плавно изменять. Включив его последовательно в цепь, можно будет плавно регулировать силу тока, изменяя сопротивление реостата.

Ответ: Изменить силу тока в цепи можно двумя основными способами: 1) изменив напряжение источника (например, заменив батарейку или добавив еще одну последовательно); 2) изменив общее сопротивление цепи (например, заменив лампочку, добавив еще один элемент или подключив реостат).