Лабораторная работа 6, страница 232 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

№ 6 ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ НА РАЗЛИЧНЫХ УЧАСТКАХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ

Цель работы

Собрать электрическую цепь. Измерить напряжение на различных участках цепи с помощью вольтметра. Выявить закономерности последовательного соединения проводников.

Приборы и материалы

Лабораторный источник питания (ЛИП), лампа на подставке, резистор, ключ, вольтметр, соединительные провода.

УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ

1. Начертите схему электрической цепи, содержащей источник тока, резистор, лампочку и ключ, соединённые последовательно. Покажите схему учителю.

2. Соберите электрическую цепь по схеме.

3. Подключите вольтметр так, чтобы он измерял напряжение $U_1$ на лампочке. Обозначьте положение вольтметра на схеме в этом случае $V_1$.

4. Замкните цепь и измерьте напряжение.

Примечание При сборке цепи ключ должен быть разомкнут. Обязательно проверьте правильность подключения вольтметра в цепь: клемма, обозначенная знаком «$+$», должна быть соединена с проводом, идущим от положительного полюса источника тока.

5. Обработка результатов прямых измерений. Результаты измерений напряжения с учётом абсолютной погрешности, равной цене деления шкалы вольтметра, запишите в таблицу 15.

Таблица 15

Напряжение $U_1$, В Напряжение $U_2$, В Напряжение $U$, В

6. Подключите вольтметр так, чтобы он измерял напряжение $U_2$ на резисторе. Обозначьте положение вольтметра на схеме в этом случае $V_2$.

7. Замкните цепь и измерьте напряжение.

8. Подключите вольтметр так, чтобы он измерял напряжение $U$ на участке цепи, содержащем лампочку и резистор. Обозначьте положение вольтметра на схеме в этом случае $V$.

9. Замкните цепь и измерьте напряжение.

10. Проанализировав полученные результаты, сделайте вывод о соотношении напряжений на различных участках цепи. Опровергните или подтвердите гипотезу: при последовательном соединении лампочки и резистора общее напряжение на участке цепи равно сумме напряжений на отдельных элементах этого участка.

11. По итогам лабораторных работ № 5 и 6 сформулируйте закономерности для силы токов и напряжений при последовательном соединении проводников.

1. Начертите схему электрической цепи, содержащей источник тока, резистор, лампочку и ключ, соединённые последовательно. Покажите схему учителю.

Схема электрической цепи, состоящей из последовательно соединенных источника тока, ключа, резистора и лампочки:

Ответ: Схема электрической цепи представлена на рисунке выше.

2. Соберите электрическую цепь по схеме.

Ответ: Электрическая цепь собирается в соответствии со схемой, представленной в пункте 1. Все элементы соединяются последовательно с помощью соединительных проводов.

3. Подключите вольтметр так, чтобы он измерял напряжение $U_1$ на лампочке. Обозначьте положение вольтметра на схеме в этом случае $V_1$.

Схема с подключенным вольтметром для измерения напряжения на лампочке. Вольтметр подключается параллельно лампочке.

Ответ: Схема с подключенным вольтметром $V_1$ для измерения напряжения на лампочке приведена выше.

4. Замкните цепь и измерьте напряжение.

Ответ: После замыкания ключа вольтметр $V_1$ показывает напряжение на лампочке. Записываем показание в таблицу.

5. Обработка результатов прямых измерений. Результаты измерений напряжения с учётом абсолютной погрешности, равной цене деления шкалы вольтметра, запишите в таблицу 15.

Для выполнения расчетов примем, что используется вольтметр с ценой деления $C_V = 0.2 \text{ В}$. Согласно условию, абсолютная погрешность измерения $\Delta U$ равна цене деления, то есть $\Delta U = 0.2 \text{ В}$. Результаты измерений (включая последующие пункты) занесены в таблицу.

Ответ: Таблица 15 с результатами измерений (будет заполнена в ходе выполнения пунктов 7 и 9):

6. Подключите вольтметр так, чтобы он измерял напряжение $U_2$ на резисторе. Обозначьте положение вольтметра на схеме в этом случае $V_2$.

Схема с подключенным вольтметром для измерения напряжения на резисторе. Вольтметр подключается параллельно резистору.

Ответ: Схема с подключенным вольтметром $V_2$ для измерения напряжения на резисторе приведена выше.

7. Замкните цепь и измерьте напряжение.

Ответ: После замыкания ключа вольтметр $V_2$ показывает напряжение на резисторе. Записываем показание в таблицу.

8. Подключите вольтметр так, чтобы он измерял напряжение $U$ на участке цепи, содержащем лампочку и резистор. Обозначьте положение вольтметра на схеме в этом случае $V$.

Схема с подключенным вольтметром для измерения общего напряжения на участке с резистором и лампочкой. Вольтметр подключается параллельно обоим элементам.

Ответ: Схема с подключенным вольтметром $V$ для измерения общего напряжения на лампочке и резисторе приведена выше.

9. Замкните цепь и измерьте напряжение.

Ответ: После замыкания ключа вольтметр $V$ показывает общее напряжение на участке цепи. Заполненная таблица 15 с результатами всех измерений:

10. Проанализировав полученные результаты, сделайте вывод о соотношении напряжений на различных участках цепи. Опровергните или подтвердите гипотезу: при последовательном соединении лампочки и резистора общее напряжение на участке цепи равно сумме напряжений на отдельных элементах этого участка.

Для проверки гипотезы сравним общее измеренное напряжение $U$ с суммой напряжений на отдельных элементах цепи $U_1 + U_2$.

Измеренные значения:

$U_1 = 2.5 \text{ В}$

$U_2 = 3.5 \text{ В}$

$U = 6.0 \text{ В}$

Рассчитаем сумму напряжений на лампочке и резисторе:

$U_{12} = U_1 + U_2 = 2.5 \text{ В} + 3.5 \text{ В} = 6.0 \text{ В}$

Сравним полученную сумму $U_{12}$ с измеренным общим напряжением $U$.

$U_{12} = 6.0 \text{ В}$

$U = 6.0 \text{ В}$

Полученные значения совпадают: $U = U_1 + U_2$.

Проведем проверку с учетом погрешности. Погрешность суммы равна сумме абсолютных погрешностей слагаемых: $\Delta U_{12} = \Delta U_1 + \Delta U_2 = 0.2 \text{ В} + 0.2 \text{ В} = 0.4 \text{ В}$.

Таким образом, расчетное значение суммы напряжений: $U_{12} = (6.0 \pm 0.4) \text{ В}$.

Измеренное общее напряжение: $U = (6.0 \pm 0.2) \text{ В}$.

Интервал для измеренного значения $U$ - $[5.8, 6.2]$. Интервал для расчетной суммы $U_{12}$ - $[5.6, 6.4]$. Эти интервалы пересекаются, и измеренное значение $U=6.0$ В полностью согласуется с расчетным значением $U_{12}=6.0$ В.

Вывод: Гипотеза подтверждается. При последовательном соединении проводников общее напряжение на всем участке цепи равно сумме напряжений на отдельных его участках.

Ответ: На основе анализа результатов можно сделать вывод, что гипотеза верна. Общее напряжение на участке цепи с последовательно соединенными лампочкой и резистором равно сумме напряжений на лампочке и на резисторе, с учетом погрешности измерений: $U = U_1 + U_2$.

11. По итогам лабораторных работ № 5 и 6 сформулируйте закономерности для силы токов и напряжений при последовательном соединении проводников.

На основе результатов лабораторной работы №5 (об измерении силы тока) и данной лабораторной работы №6 (об измерении напряжения) можно сформулировать следующие закономерности для последовательного соединения проводников:

1. Сила тока во всех участках последовательной цепи одинакова. Если $I$ - общая сила тока, а $I_1, I_2, ..., I_n$ - сила тока на отдельных проводниках, то:

   $I = I_1 = I_2 = ... = I_n$

2. Общее напряжение в последовательной цепи равно сумме напряжений на каждом из ее участков. Если $U$ - общее напряжение, а $U_1, U_2, ..., U_n$ - напряжения на отдельных проводниках, то:

   $U = U_1 + U_2 + ... + U_n$

Ответ: Закономерности при последовательном соединении проводников: сила тока во всех частях цепи одинакова ($I = I_1 = I_2 = ...$), а общее напряжение на всем участке равно сумме напряжений на отдельных проводниках ($U = U_1 + U_2 + ...$).