Экспериментальное задание 8.1, страница 36 - гдз по физике 8 класс учебник Кабардин

Экспериментальное задание 8.1

Работаем в паре

Исследование зависимости силы тока на участке цепи от напряжения

Оборудование: источник постоянного тока 4 В, реостат, проволочный резистор,
амперметр, вольтметр, соединительные провода, электрический ключ.

Исследуйте зависимость силы тока, протекающего через резистор, от напряжения на нём.

Порядок выполнения задания

1. Соберите электрическую цепь по схеме (см. рис. 8.1). Провод от источника тока соедините со средним из трёх контактов реостата $\text{R1}$, один крайний контакт реостата соедините с амперметром. Проверьте правильность сборки цепи по рисунку 8.2.

2. Вращением ручки реостата установите силу тока $\text{I}$ в цепи 0,3 А. Измерьте напряжение $\text{U}$ на резисторе $\text{R2}$ при этом значении силы тока в цепи. Запишите результаты измерений в таблицу.

3. С помощью реостата установите силу тока в цепи 0,4 А. Измерьте напряжение $\text{U}$ на резисторе $\text{R2}$ при этом значении силы тока в цепи. Затем измерьте напряжения при силе тока в цепи 0,5 и 0,6 А. Запишите результаты измерений в таблицу.

Рис. 8.2

4. Вычислите отношения значений напряжения и силы тока в каждом опыте. Запишите результаты вычислений в таблицу. Остаётся ли постоянным отношение напряжения на участке электрической цепи к силе тока при различных значениях напряжения?

Таблица 8.1

Дано:

$I_1 = 0,3$ А

$I_2 = 0,4$ А

$I_3 = 0,5$ А

$I_4 = 0,6$ А

Все предоставленные значения находятся в системе СИ.

Найти:

1. Напряжение $\text{U}$ на резисторе для каждого значения силы тока $\text{I}$.

2. Отношение $U/I$ для каждого опыта.

3. Выяснить, остается ли отношение $U/I$ постоянным.

Решение:

Данное задание является экспериментальным. Поскольку мы не можем провести реальные измерения, мы смоделируем их результаты, основываясь на теоретических знаниях – законе Ома для участка цепи. Закон Ома гласит, что сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению:

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

Из этого закона следует, что напряжение $\text{U}$ можно вычислить по формуле:

$U = I \cdot R$

Для проволочного резистора его сопротивление $\text{R}$ является постоянной величиной (при условии, что его температура не меняется значительно). Для выполнения расчетов примем гипотетическое значение сопротивления резистора, например, $R = 5$ Ом.

Теперь выполним шаги, описанные в задании.

2. Вычислим напряжение $U_1$ при силе тока $I_1 = 0,3$ А:

$U_1 = I_1 \cdot R = 0,3 \, А \cdot 5 \, Ом = 1,5 \, В$

3. Вычислим напряжения для остальных значений силы тока:

При $I_2 = 0,4$ А:

$U_2 = I_2 \cdot R = 0,4 \, А \cdot 5 \, Ом = 2,0 \, В$

При $I_3 = 0,5$ А:

$U_3 = I_3 \cdot R = 0,5 \, А \cdot 5 \, Ом = 2,5 \, В$

При $I_4 = 0,6$ А:

$U_4 = I_4 \cdot R = 0,6 \, А \cdot 5 \, Ом = 3,0 \, В$

Занесем полученные значения напряжений в таблицу.

4. Теперь вычислим отношение $U/I$ для каждого из четырех опытов.

Опыт 1: $\frac{U_1}{I_1} = \frac{1,5 \, В}{0,3 \, А} = 5 \, Ом$

Опыт 2: $\frac{U_2}{I_2} = \frac{2,0 \, В}{0,4 \, А} = 5 \, Ом$

Опыт 3: $\frac{U_3}{I_3} = \frac{2,5 \, В}{0,5 \, А} = 5 \, Ом$

Опыт 4: $\frac{U_4}{I_4} = \frac{3,0 \, В}{0,6 \, А} = 5 \, Ом$

Заполним итоговую таблицу:

Анализируя результаты, мы видим, что отношение напряжения к силе тока $U/I$ остается постоянным во всех опытах. Это отношение равно сопротивлению резистора $\text{R}$. Таким образом, мы экспериментально подтверждаем прямую пропорциональную зависимость силы тока от напряжения на постоянном резисторе, что является следствием закона Ома.

Ответ:

Результаты измерений и вычислений сведены в таблицу. Отношение напряжения на участке цепи к силе тока ($U/I$) остается постоянным при различных значениях напряжения и равно сопротивлению резистора (в нашем расчете $\text{5}$ Ом). Это подтверждает, что сила тока, протекающего через резистор, прямо пропорциональна напряжению на нём.