Лабораторная работа 4, страница 112 - гдз по физике 8 класс учебник Изергин

Глава III. Постоянный электрический ток. Параграф 18. Электрическое напряжение - страница 112.

Условие.

Лабораторная работа 4

Измерение напряжения на отдельных проводниках

Цель работы: научиться измерять напряжение на отдельных проводниках и сравнивать напряжение на участке электрической цепи из двух проводников с напряжениями на отдельных проводниках.

Приборы и материалы: источник тока, реостат (его назначение и устройство рассмотрим в § 25), низковольтная лампа на подставке, ключ, шесть соединительных проводков.

Порядок выполнения работы

1. Рассмотрите вольтметр и определите цену его деления. Поставьте движок реостата примерно на середину обмотки и соберите электрическую цепь согласно рисунку 104.

2. Запишите, чему равно напряжение на реостате с учётом абсолютной погрешности измерения ($\Delta U = 0,2 \text{ В}$). Результаты измерений занесите в таблицу 14.

3. Начертите схему электрической цепи для измерения напряжения на лампочке. Соберите эту цепь. Измерьте напряжение на лампочке. Результаты измерений занесите в таблицу 14.

Рис. 104. К заданию 1

Таблица 14

№ п/п	Напряже- ние $U_1$ на реоста- те, В	$\Delta U_1'$, В	Напряже- ние $U_2$ на лампоч- ке, В	$\Delta U_2'$, В	Напряже- ние $U_0$ на участке цепи, В	$\Delta U_0'$, В
1		0,2		0,2		0,2
2		0,2		0,2		0,2

4. Начертите схему для измерения напряжения на участке цепи, включающем реостат и лампочку. Результаты измерений занесите в таблицу 14.

5. Передвиньте движок реостата примерно на 2 см и повторите измерения. Результаты измерений занесите в таблицу 14.

6. Сделайте вывод с учётом погрешностей измерений.

Решение.

В ходе выполнения лабораторной работы были проведены измерения и сделаны расчеты, описанные ниже по пунктам.

1. Рассмотрите вольтметр и определите цену его деления. Поставьте движок реостата примерно на середину обмотки и соберите электрическую цепь согласно рисунку 104.

Для выполнения работы используется школьный вольтметр с пределом измерения 6 В. Рассмотрим его шкалу. Например, между отметками 2 В и 3 В находится 10 делений. Цена деления $C_V$ такого вольтметра рассчитывается по формуле: $C_V = \frac{3 \text{ В} - 2 \text{ В}}{10 \text{ дел.}} = 0,1 \text{ В/дел.}$ Электрическая цепь была собрана в соответствии со схемой, представленной на рисунке 104. Движок реостата установлен в среднее положение.

Ответ: Цена деления вольтметра составляет $0,1$ В/дел. Цепь собрана.

2. Запишите, чему равно напряжение на реостате с учётом абсолютной погрешности измерения ($\Delta U = 0,2$ В). Результаты измерений занесите в таблицу 14.

Для измерения напряжения на реостате вольтметр был подключен параллельно клеммам реостата. Измеренное значение напряжения на реостате $U_1$ для первого опыта составило $2,0$ В. С учетом погрешности результат записывается как $U_1 = (2,0 \pm 0,2)$ В. Данные занесены в первую строку таблицы 14.

Ответ: Напряжение на реостате $U_1 = (2,0 \pm 0,2)$ В.

3. Начертите схему электрической цепи для измерения напряжения на лампочке. Соберите эту цепь. Измерьте напряжение на лампочке. Результаты измерений занесите в таблицу 14.

Схема для измерения напряжения на лампочке полностью соответствует рисунку 104 в задании. Вольтметр подключается параллельно лампочке. Измеренное значение напряжения на лампочке $U_2$ для первого опыта составило $1,5$ В. С учетом погрешности результат: $U_2 = (1,5 \pm 0,2)$ В. Данные занесены в таблицу 14.

Ответ: Напряжение на лампочке $U_2 = (1,5 \pm 0,2)$ В.

4. Начертите схему для измерения напряжения на участке цепи, включающем реостат и лампочку. Результаты измерений занесите в таблицу 14.

Для измерения общего напряжения на участке цепи, состоящем из последовательно соединенных реостата и лампочки, вольтметр подключается параллельно этому участку: один щуп к входу реостата, другой — к выходу лампочки. Измеренное значение общего напряжения $U_0$ для первого опыта составило $3,5$ В. С учетом погрешности: $U_0 = (3,5 \pm 0,2)$ В. Данные занесены в таблицу 14.

Ответ: Напряжение на участке цепи $U_0 = (3,5 \pm 0,2)$ В.

5. Передвиньте движок реостата примерно на 2 см и повторите измерения. Результаты измерений занесите в таблицу 14.

Движок реостата был передвинут, что привело к изменению его сопротивления и, как следствие, токов и напряжений в цепи. Были проведены повторные измерения напряжений $U_1$, $U_2$ и $U_0$. Результаты обоих опытов сведены в итоговую таблицу.

Таблица 14. Результаты измерений

№ п/п	Напряжение $U_1$ на реостате, В	$\Delta U_1$, В	Напряжение $U_2$ на лампочке, В	$\Delta U_2$, В	Напряжение $U_0$ на участке цепи, В	$\Delta U_0$, В
1	2,0	0,2	1,5	0,2	3,5	0,2
2	1,4	0,2	2,1	0,2	3,5	0,2

Ответ: Результаты измерений занесены в таблицу.

6. Сделайте вывод с учётом погрешностей измерений.

Цель работы — сравнить напряжение на участке цепи из двух последовательно соединенных проводников с суммой напряжений на каждом из них. Проверим, выполняется ли равенство $U_0 = U_1 + U_2$ с учётом погрешностей.

Дано:

Опыт 1:

$U_1 = 2,0$ В; $\Delta U_1 = 0,2$ В

$U_2 = 1,5$ В; $\Delta U_2 = 0,2$ В

$U_0 = 3,5$ В; $\Delta U_0 = 0,2$ В

Опыт 2:

$U_1 = 1,4$ В; $\Delta U_1 = 0,2$ В

$U_2 = 2,1$ В; $\Delta U_2 = 0,2$ В

$U_0 = 3,5$ В; $\Delta U_0 = 0,2$ В

Найти:

Проверить справедливость соотношения $U_0 = U_1 + U_2$ для обоих опытов.

Решение:

При последовательном соединении проводников общее напряжение на них равно сумме напряжений на каждом проводнике. Найдем сумму напряжений $U_{1+2} = U_1 + U_2$ и сравним ее с измеренным общим напряжением $U_0$. Погрешность суммы равна сумме абсолютных погрешностей слагаемых: $\Delta U_{1+2} = \Delta U_1 + \Delta U_2$.

Для опыта 1:

Найдем сумму напряжений: $U_{1+2} = 2,0 \text{ В} + 1,5 \text{ В} = 3,5 \text{ В}$.
Найдем погрешность суммы: $\Delta U_{1+2} = 0,2 \text{ В} + 0,2 \text{ В} = 0,4 \text{ В}$.
Таким образом, расчетное значение общего напряжения: $U_{1+2} = (3,5 \pm 0,4)$ В. Измеренное значение общего напряжения: $U_0 = (3,5 \pm 0,2)$ В.
Сравниваем результаты. Интервал для расчетного значения $[3,1; 3,9]$ В, а для измеренного — $[3,3; 3,7]$ В. Так как интервалы значений пересекаются, можно считать, что равенство $U_0 = U_1 + U_2$ выполняется в пределах погрешности измерений.

Для опыта 2:

Найдем сумму напряжений: $U_{1+2} = 1,4 \text{ В} + 2,1 \text{ В} = 3,5 \text{ В}$.
Погрешность суммы остается прежней: $\Delta U_{1+2} = 0,2 \text{ В} + 0,2 \text{ В} = 0,4 \text{ В}$.
Расчетное значение общего напряжения: $U_{1+2} = (3,5 \pm 0,4)$ В. Измеренное значение общего напряжения: $U_0 = (3,5 \pm 0,2)$ В.
Сравниваем результаты. Интервал для расчетного значения $[3,1; 3,9]$ В, а для измеренного — $[3,3; 3,7]$ В. Интервалы снова пересекаются, что подтверждает выполнение равенства.

Вывод: В ходе лабораторной работы было экспериментально установлено, что при последовательном соединении двух проводников (реостата и лампочки) общее напряжение на этом участке цепи равно сумме напряжений на каждом из проводников. Это подтверждается тем, что в обоих опытах измеренное общее напряжение $U_0$ совпало с расчетной суммой напряжений $U_1 + U_2$ в пределах погрешности измерений.

Ответ: Выполнено сравнение напряжений, которое подтвердило, что общее напряжение на участке с последовательно соединенными проводниками равно сумме напряжений на этих проводниках, с учётом погрешности измерений.