Экспериментальное задание 11.1, страница 48 - гдз по физике 8 класс учебник Кабардин

Экспериментальное задание 11.1

Работаем в паре

Исследование связи между силой тока в параллельно соединённых элементах цепи постоянного тока и силой тока в общей цепи

Оборудование: источник постоянного тока, два резистора, ключ, три амперметра, соединительные провода.

Подключите два резистора параллельно к источнику постоянного тока и сравните сумму сил токов через резисторы с силой тока в общей цепи.

Порядок выполнения задания

1. Соберите электрическую цепь по схеме, изображённой на рисунке 11.2.

Сравните свою цепь с цепью, представленной на рисунке 11.3, и, если обнаружите ошибку, устраните её.

2. Замкните ключ и измерьте силу тока $I_1$ через первый резистор, силу тока $I_2$ через второй резистор и силу тока $\text{I}$ в общей цепи. Результаты измерения запишите в таблицу.

3. Найдите сумму сил токов $I_1$ и $I_2$ и сравните её с силой тока $\text{I}$ в общей цепи. Сделайте вывод о результатах выполненного эксперимента.

Рис. 11.2

Рис. 11.3

Таблица 11.1

$I_1$, A $I_2$, A $I_1 + I_2$, A $\text{I}$, A

Дано:

Оборудование: источник постоянного тока, два резистора ($R_1$ и $R_2$), ключ, три амперметра, соединительные провода.

Схема электрической цепи для исследования параллельного соединения резисторов (рис. 11.2).

Найти:

Экспериментально проверить связь между силой тока в общей цепи ($\text{I}$) и суммой сил токов в отдельных ветвях ($I_1$ и $I_2$) при параллельном соединении.

Решение:

1. Соберите электрическую цепь по схеме, изображённой на рисунке 11.2. Сравните свою цепь с цепью, представленной на рисунке 11.3, и, если обнаружите ошибку, устраните её.

Для выполнения задания необходимо собрать электрическую цепь, в которой источник тока, ключ и один из амперметров (для измерения общего тока $\text{I}$) соединены последовательно. К этой цепи параллельно подключаются две ветви. Первая ветвь содержит последовательно соединенные резистор $R_1$ и амперметр для измерения тока $I_1$. Вторая ветвь содержит последовательно соединенные резистор $R_2$ и амперметр для измерения тока $I_2$.

При сравнении данной схемы с изображением реальной установки на рисунке 11.3 можно заметить ошибку. Амперметр, предназначенный для измерения тока $I_2$ (на рисунке 11.3 это прибор внизу справа), подключен параллельно резистору $R_2$, а не последовательно. Амперметр обладает очень малым внутренним сопротивлением, и его параллельное подключение к элементу цепи эквивалентно короткому замыканию этого элемента. Это приведёт к неверным измерениям и может повредить амперметр. Для исправления ошибки необходимо разорвать цепь во второй ветви (например, отсоединить один из проводов от резистора $R_2$) и включить амперметр в этот разрыв последовательно с резистором.

Ответ: Ошибка на рисунке 11.3 заключается в том, что амперметр для измерения тока $I_2$ подключен параллельно резистору $R_2$. Правильное подключение — последовательное, то есть амперметр должен быть включен в разрыв цепи в той ветви, где находится резистор $R_2$.

2. Замкните ключ и измерьте силу тока $I_1$ через первый резистор, силу тока $I_2$ через второй резистор и силу тока $\text{I}$ в общей цепи. Результаты измерения запишите в таблицу.

После сборки правильной электрической цепи и проверки всех соединений, замыкаем ключ. Снимаем показания со всех трех амперметров. Поскольку реальный эксперимент не проводится, приведем примерные результаты измерений, которые могли бы быть получены, и занесем их в таблицу.

Пусть измерения дали следующие результаты:

Сила тока в первой ветви: $I_1 = 0.30 \text{ А}$

Сила тока во второй ветви: $I_2 = 0.20 \text{ А}$

Сила тока в общей цепи: $I = 0.51 \text{ А}$

Заполним таблицу 11.1 на основе этих данных.

Таблица 11.1

Ответ: Результаты гипотетических измерений занесены в таблицу: сила тока через первый резистор $I_1 = 0.30 \text{ А}$, сила тока через второй резистор $I_2 = 0.20 \text{ А}$, сила тока в общей цепи $I = 0.51 \text{ А}$.

3. Найдите сумму сил токов $I_1$ и $I_2$ и сравните её с силой тока $\text{I}$ в общей цепи. Сделайте вывод о результатах выполненного эксперимента.

На основе данных из таблицы найдем сумму сил токов в параллельных ветвях:

$I_1 + I_2 = 0.30 \text{ А} + 0.20 \text{ А} = 0.50 \text{ А}$.

Теперь сравним это значение с измеренной силой тока в общей цепи: $I = 0.51 \text{ А}$.

Сумма токов в ветвях ($0.50 \text{ А}$) и общий ток в цепи ($0.51 \text{ А}$) практически совпадают. Небольшая разница ($0.01 \text{ А}$) объясняется погрешностями измерений, которые неизбежны в любом физическом эксперименте (инструментальная погрешность приборов, погрешность считывания показаний и т.д.).

Вывод: На основании проведенного эксперимента можно заключить, что сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме сил токов в отдельных ветвях при их параллельном соединении. Это подтверждает первый закон Кирхгофа (закон для узла цепи).

Ответ: Сумма токов в параллельных ветвях $I_1 + I_2 = 0.50 \text{ А}$. Это значение практически равно измеренному общему току в цепи $I = 0.51 \text{ А}$ (расхождение находится в пределах погрешности измерений). Вывод: эксперимент подтверждает, что при параллельном соединении проводников сила тока в общей цепи равна сумме сил токов в её разветвлениях: $I \approx I_1 + I_2$. Теоретически это соотношение является точным: $I = I_1 + I_2$.