Номер 9, страница 201 - гдз по физике 8 класс учебник Хижнякова, Синявина

Лабораторные работы - номер 9, страница 201.

Условие.

9. Исследование с помощью амперметра электрической цепи с параллельным соединением проводников

Цель работы: 1) измерить силу тока в каждой из включённых параллельно ветвей и в неразветвлённом участке электрической цепи; 2) определить абсолютную погрешность измерения силы тока.

Средства измерения и материалы: источник тока, две спирали из набора сопротивлений (1 и 2 Ом), амперметр, реостат, ключ замыкания, соединительные провода.

Гипотеза исследования

Если проводники в электрической цепи соединены параллельно, то сила тока в неразветвлённом участке цепи равна сумме сил токов в отдельных его ветвях.

Конкретизируйте гипотезу, учитывая, что:

а) две спирали соединены параллельно;

б) в цепи установился стационарный режим (не изменяющийся с течением времени электрический ток).

I. Порядок выполнения работы

1. Нарисуйте схему цепи, состоящей из источника тока, двух параллельно соединённых спиралей, реостата, ключа замыкания и соединительных проводов. Реостат включается в цепь последовательно с источником тока (для регулирования силы тока в цепи).

2. Соберите цепь по схеме из источника тока, двух параллельно соединённых спиралей, амперметра, реостата, ключа замыкания и соединительных проводов. Реостат включается в цепь последовательно с источником тока (для регулирования силы тока в цепи), чтобы сила тока не превышала 2 А. Амперметр включите так, чтобы измерить силу тока в одной из ветвей параллельного соединения (сборку цепи проверяет учитель).

3. Измерьте силу тока $I_1$ в одной из ветвей. Результат измерения запишите в таблицу.

4. Определите абсолютную погрешность $\Delta I_1$ измерения силы тока, учитывая, что абсолютная инструментальная погрешность составляет 0,08 А.

5. Переставьте амперметр во вторую ветвь и измерьте силу тока $I_2$. Определите абсолютную погрешность $\Delta I_2$ измерения силы тока. Запишите результаты в таблицу.

6. Определите сумму сил токов в первой и второй ветвях: $I_{1,2} = I_1 + I_2$. Результат запишите в таблицу.

7. Определите абсолютную погрешность суммы сил токов $\Delta I_1 + \Delta I_2 = \Delta I_{1,2}$.

8. Измерьте силу тока $\text{I}$ в неразветвлённом участке цепи. Запишите в таблицу результат измерения с учётом абсолютной погрешности $\Delta I$ измерения силы тока.

Физические величины	Результаты измерений и вычислений
Сила тока $I_1$ в первой ветви, А
Абсолютная погрешность $\Delta I_1$ измерения силы тока, А
Сила тока $I_2$ во второй ветви, А
Абсолютная погрешность $\Delta I_2$ измерения силы тока, А
Сумма сил токов $I_{1,2}$ в двух параллельных ветвях, А
Абсолютная погрешность $\Delta I_{1,2}$ измерения суммы сил токов, А
Сила тока $\text{I}$ в неразветвлённой части цепи, А
Абсолютная погрешность $\Delta I$ измерения силы тока в неразветвлённой части цепи, А

9. Сделайте вывод о том, подтвердилась или не подтвердилась гипотеза исследования.

II. Определение интервала, в пределах которого находится истинное значение измеряемой силы тока

1. Изобразите числовую ось, как показано на рис. 168. Обозначьте на ней силу тока $\text{I}$, которая измерена в неразветвлённом участке цепи. От этой точки отложите вправо и влево отрезки, длина которых численно равна $\Delta I$ – абсолютной погрешности измерения силы тока (выберите необходимый масштаб). На числовой оси изобразите также точку, соответствующую сумме сил токов в двух параллельных ветвях $I_{1,2}$. От этой точки отложите влево и вправо отрезки, длина которых численно равна $\Delta I_{1,2}$.

$I-\Delta I \qquad I \qquad I+\Delta I$
$I_{1,2}-\Delta I_{1,2} \qquad I_{1,2} \qquad I_{1,2}+\Delta I_{1,2}$
Рис. 168

2. Равенство величин $\text{I}$ и $I_{1,2}$ будет достоверным, если интервалы $[I \pm \Delta I]$ и $[I_{1,2} \pm \Delta I_{1,2}]$ имеют общие точки на числовой оси. Эти интервалы частично или полностью должны перекрываться.

3. Сделайте вывод о том, подтвердилась или не подтвердилась гипотеза исследования.

Решение.

В рамках выполнения лабораторной работы были смоделированы измерения и произведены вычисления. Результаты занесены в таблицу и использованы для проверки гипотезы.

Гипотеза исследования

Конкретизированная гипотеза: если две спирали соединены параллельно в электрической цепи, и в цепи установился стационарный режим (не изменяющийся со временем электрический ток), то сила тока в неразветвлённой части цепи равна сумме сил токов в этих двух параллельных ветвях. Математически это выражается формулой: $I = I_1 + I_2$.

I. Порядок выполнения работы

Ниже представлена таблица с результатами смоделированных измерений и последующих вычислений, выполненных согласно порядку работы.

Физические величины	Результаты измерений и вычислений
Сила тока $I_1$ в первой ветви, А	1,52
Абсолютная погрешность $\Delta I_1$ измерения силы тока, А	0,08
Сила тока $I_2$ во второй ветви, А	0,74
Абсолютная погрешность $\Delta I_2$ измерения силы тока, А	0,08
Сумма сил токов $I_{1,2}$ в двух параллельных ветвях, А	2,26
Абсолютная погрешность $\Delta I_{1,2}$ измерения суммы сил токов, А	0,16
Сила тока $\text{I}$ в неразветвлённой части цепи, А	2,25
Абсолютная погрешность $\Delta I$ измерения силы тока в неразветвлённой части цепи, А	0,08

Пояснения к вычислениям в таблице:

Сумма сил токов: $I_{1,2} = I_1 + I_2 = 1,52\,\text{А} + 0,74\,\text{А} = 2,26\,\text{А}$.

Абсолютная погрешность суммы (при сложении погрешности складываются): $\Delta I_{1,2} = \Delta I_1 + \Delta I_2 = 0,08\,\text{А} + 0,08\,\text{А} = 0,16\,\text{А}$.

II. Определение интервала, в пределах которого находится истинное значение измеряемой силы тока 1. Изобразите числовую ось... и 2. Равенство величин...

Для проверки гипотезы сравним интервалы, в которых лежат истинные значения измеренной общей силы тока $\text{I}$ и вычисленной суммы токов $I_{1,2}$.

1. Интервал для измеренного значения силы тока в неразветвленной части цепи: $[I - \Delta I, I + \Delta I] = [2,25 - 0,08, 2,25 + 0,08]\,\text{А} = [2,17, 2,33]\,\text{А}$.

2. Интервал для вычисленной суммы сил токов в параллельных ветвях: $[I_{1,2} - \Delta I_{1,2}, I_{1,2} + \Delta I_{1,2}] = [2,26 - 0,16, 2,26 + 0,16]\,\text{А} = [2,10, 2,42]\,\text{А}$.

Сравнивая полученные интервалы $[2,17, 2,33]\,\text{А}$ и $[2,10, 2,42]\,\text{А}$, мы видим, что они имеют общую область (пересекаются). Это означает, что измеренное значение общего тока $\text{I}$ и вычисленная сумма токов $I_{1,2}$ согласуются друг с другом в пределах погрешностей измерений.

3. Сделайте вывод о том, подтвердилась или не подтвердилась гипотеза исследования.

Поскольку интервалы значений, полученные для измеренного общего тока $\text{I}$ и для вычисленной суммы токов в ветвях $I_{1,2}$, пересекаются, можно сделать вывод, что равенство $I = I_1 + I_2$ выполняется с учётом погрешности измерений. Таким образом, гипотеза исследования подтвердилась.

Ответ: Гипотеза исследования о том, что сила тока в неразветвлённом участке цепи равна сумме сил токов в параллельных ветвях, подтвердилась, так как результаты измерений согласуются в пределах погрешностей.