Экспериментальное задание 10.1, страница 44 - гдз по физике 8 класс учебник Кабардин

Экспериментальное задание 10.1

Работаем в паре

Исследование связи между напряжениями на последовательно соединённых элементах цепи постоянного тока

Оборудование: источник постоянного тока, два резистора, вольтметр, соединительные провода.

Подключите два резистора последовательно к источнику постоянного тока и сравните сумму напряжений на двух резисторах с общим напряжением на них.

Рис. 10.2

Порядок выполнения задания

1. Соберите электрическую цепь из источника постоянного тока, двух резисторов, вольтметра и соединительных проводов по схеме, представленной на рисунке 10.2. Сравните собранную цепь с цепью, представленной на рисунке 10.3, и, если обнаружите ошибку, устраните её.

2. Измерьте напряжение $U_1$ на первом резисторе. Результаты измерения запишите в таблицу.

3. Подключите вольтметр к концам второго резистора и измерьте напряжение $U_2$ на втором резисторе. Результаты измерения запишите в таблицу.

Рис. 10.3

4. Подключите вольтметр к концам двух резисторов и измерьте общее напряжение $\text{U}$. Результаты измерения запишите в таблицу.

5. Найдите сумму напряжений $U_1$ и $U_2$ и сравните её с измеренным общим напряжением $\text{U}$. Сделайте вывод о результатах выполненного эксперимента.

Таблица 10.1

$U_1$, B $U_2$, B $U_1 + U_2$, B $\text{U}$, B

1. Соберите электрическую цепь из источника постоянного тока, двух резисторов, вольтметра и соединительных проводов по схеме, представленной на рисунке 10.2. Сравните собранную цепь с цепью, представленной на рисунке 10.3, и, если обнаружите ошибку, устраните её.

В электрической цепи, изображенной на рисунке 10.3, допущена грубая ошибка: вольтметр включен в цепь последовательно с резисторами и источником тока. Вольтметр обладает очень большим внутренним сопротивлением, и его правильное подключение — параллельно тому участку цепи, напряжение на котором необходимо измерить. При последовательном включении (как на рис. 10.3) общее сопротивление цепи становится очень большим, ток в цепи будет пренебрежимо мал, и приборы не будут работать в штатном режиме. Вольтметр в такой схеме покажет напряжение, близкое к ЭДС источника тока. Правильная схема сборки для измерения напряжения на первом резисторе $R_1$ показана на рисунке 10.2, где вольтметр подключен параллельно резистору $R_1$. Для исправления ошибки на рисунке 10.3 необходимо разорвать цепь в точках подключения вольтметра, восстановить последовательное соединение резисторов с источником тока, а затем подключить клеммы вольтметра к выводам того элемента, напряжение на котором измеряется.

Ответ: Ошибка на рисунке 10.3 заключается в том, что вольтметр подключен последовательно, а должен подключаться параллельно измеряемому участку цепи.

2. Измерьте напряжение $U_1$ на первом резисторе. Результаты измерения запишите в таблицу.

Поскольку мы не можем провести реальный эксперимент, воспользуемся гипотетическими данными, которые могли бы быть получены в ходе измерений. Допустим, после сборки правильной цепи и подключения вольтметра параллельно первому резистору $R_1$, прибор показал напряжение $U_1 = 2$ В.

Ответ: $U_1 = 2$ В.

3. Подключите вольтметр к концам второго резистора и измерьте напряжение $U_2$ на втором резисторе. Результаты измерения запишите в таблицу.

Переключив вольтметр так, чтобы он был подключен параллельно второму резистору $R_2$, проведем измерение. Предположим, что сопротивления резисторов равны, тогда напряжение на втором резисторе будет таким же, как и на первом. Пусть измеренное значение составило $U_2 = 2$ В.

Ответ: $U_2 = 2$ В.

4. Подключите вольтметр к концам двух резисторов и измерьте общее напряжение U. Результаты измерения запишите в таблицу.

Теперь подключим вольтметр параллельно обоим последовательно соединенным резисторам. Проведем измерение общего напряжения на этом участке цепи. Ожидается, что оно будет равно сумме напряжений на каждом из резисторов. Предположим, измерение дало результат $U = 4$ В.

Ответ: $U = 4$ В.

Заполненная таблица на основе гипотетических измерений:

5. Найдите сумму напряжений $U_1$ и $U_2$ и сравните её с измеренным общим напряжением U. Сделайте вывод о результатах выполненного эксперимента.

Найдем сумму напряжений на первом и втором резисторах, используя данные из таблицы: $U_1 + U_2 = 2 \text{ В} + 2 \text{ В} = 4 \text{ В}$.

Сравним полученную сумму с измеренным общим напряжением $U=4$ В. Мы видим, что сумма напряжений на отдельных резисторах равна общему напряжению на них: $U_1 + U_2 = U$.

Вывод: В результате проведенного эксперимента было установлено, что при последовательном соединении проводников общее напряжение на всем участке равно сумме напряжений на его отдельных частях. Это подтверждает второй закон Кирхгофа для последовательной цепи: $U = U_1 + U_2$. Небольшие расхождения между суммой $U_1 + U_2$ и измеренным $\text{U}$ в реальном эксперименте могут быть обусловлены погрешностью измерений вольтметра.

Ответ: Сумма напряжений $U_1 + U_2 = 4$ В равна измеренному общему напряжению $U = 4$ В. Это доказывает, что при последовательном соединении общее напряжение на участке цепи равно сумме напряжений на каждом из его элементов.