Страница 233 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

№ 7 ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКА. ИЗУЧЕНИЕ ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ РЕОСТАТА

Цель работы

Изучить устройство реостата. Измерить сопротивление проводника с помощью амперметра и вольтметра. Проверить возможность изменения силы тока в цепи при помощи реостата.

Приборы и материалы

Лабораторный источник питания (ЛИП), реостат, ключ, амперметр, вольтметр, соединительные провода.

УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ

1. Рассмотрите реостат. Сделайте предположение о том, как изменяется сопротивление реостата при изменении положения ползунка (от крайнего левого до крайнего правого).

2. Начертите схему электрической цепи, показанной на рисунке 169.

Рис. 169

3. Соберите электрическую цепь по схеме. Подключите вольтметр так, чтобы он измерял напряжение на реостате.

4. Поставьте ползунок реостата в положение, при котором его сопротивление максимально. Замкните цепь, снимите показания амперметра и вольтметра.

5. Обработка результатов измерений. Результаты прямых измерений силы тока и напряжения с учётом абсолютной погрешности, равной цене деления шкалы прибора, и вычислений запишите в таблицу 16.

Таблица 16

№ опытаСила тока $I$, АНапряжение $U$, ВСопротивление $R$, Ом

6. Передвиньте ползунок реостата приблизительно на четверть длины обмотки, затем на половину, затем на три четверти. В каждом случае снимите показания приборов.

Примечание Перед замыканием цепи проверяйте положение ползунка реостата: нельзя, чтобы его сопротивление было минимальным. Это может привести к поломке амперметра.

7. Рассчитайте сопротивление реостата в каждом случае.

8. Проанализируйте результаты измерений и сделайте вывод о назначении реостата.

1. Рассмотрите реостат. Сделайте предположение о том, как изменяется сопротивление реостата при изменении положения ползунка (от крайнего левого до крайнего правого).

Реостат представляет собой прибор, предназначенный для изменения сопротивления в электрической цепи. Его конструкция включает в себя керамический цилиндр, на который намотана проволока из материала с высоким удельным сопротивлением (например, нихром или константан), и подвижный контакт (ползунок), который может перемещаться вдоль этой обмотки. Сопротивление проводника зависит от его длины, удельного сопротивления материала и площади поперечного сечения по формуле $R = \rho \frac{l}{S}$.

В данной лабораторной работе реостат подключается к цепи с помощью одной из нижних клемм и клеммы на ползунке. Когда ползунок перемещается, изменяется длина $l$ участка проволочной обмотки, включенного в цепь. Если смотреть на схему подключения на рисунке 169, ток входит в реостат через левую клемму и выходит через ползунок. Следовательно, при перемещении ползунка слева направо длина проволоки, по которой идет ток, увеличивается.

Предположение: При перемещении ползунка реостата от крайнего левого положения к крайнему правому, его электрическое сопротивление будет плавно возрастать, так как прямо пропорционально зависит от длины проводника, включенного в цепь.

Ответ: При перемещении ползунка от крайнего левого к крайнему правому положению длина задействованной в цепи части обмотки реостата увеличивается, что приводит к увеличению его сопротивления.

2. Начертите схему электрической цепи, показанной на рисунке 169.

Электрическая цепь состоит из источника тока, ключа, амперметра, реостата. Согласно пункту 3, для измерения напряжения на реостате к нему параллельно подключается вольтметр. Все элементы, кроме вольтметра, соединены последовательно.

Ответ: Принципиальная электрическая схема цепи изображена ниже.

3. Соберите электрическую цепь по схеме. Подключите вольтметр так, чтобы он измерял напряжение на реостате.

Данный пункт является практической частью работы. Для его выполнения необходимо физически собрать цепь, используя лабораторное оборудование: источник питания, ключ, амперметр, реостат, вольтметр и соединительные провода. Сборка производится в соответствии со схемой из пункта 2: источник тока, ключ, амперметр и реостат соединяются последовательно, а вольтметр подключается параллельно к тем клеммам реостата, между которыми измеряется сопротивление.

Ответ: Цепь собирается путем последовательного соединения источника тока, ключа, амперметра и реостата. Вольтметр подключается параллельно реостату.

4-7. Проведение измерений, обработка результатов и расчеты.

В ходе выполнения работы были проведены измерения силы тока и напряжения при четырех различных положениях ползунка реостата. Погрешность прямых измерений принималась равной цене деления шкалы приборов.

Параметры измерительных приборов:

- Амперметр: цена деления $C_I = 0.05$ А. Абсолютная погрешность $\Delta I = 0.05$ А.

- Вольтметр: цена деления $C_U = 0.1$ В. Абсолютная погрешность $\Delta U = 0.1$ В.

Сопротивление реостата $R$ в каждом опыте вычислялось по закону Ома для участка цепи: $R = \frac{U}{I}$.

Таблица 16. Результаты измерений и вычислений

Примеры расчетов сопротивления:

Опыт 1: $R_1 = \frac{5.5 \, \text{В}}{0.46 \, \text{А}} \approx 11.96 \, \text{Ом} \approx 12.0 \, \text{Ом}$

Опыт 3: $R_3 = \frac{5.2 \, \text{В}}{0.86 \, \text{А}} \approx 6.05 \, \text{Ом} \approx 6.0 \, \text{Ом}$

Ответ: Результаты прямых измерений силы тока и напряжения, а также вычисленные значения сопротивления реостата для разных положений ползунка, внесены в таблицу 16.

8. Проанализируйте результаты измерений и сделайте вывод о назначении реостата.

Анализируя данные таблицы, можно заметить обратную зависимость между сопротивлением реостата и силой тока в цепи. При максимальном сопротивлении реостата ($R_1 = 12.0$ Ом) сила тока была минимальной ($I_1 = 0.46$ А). По мере уменьшения сопротивления реостата путем передвижения ползунка, сила тока в цепи плавно возрастала и достигла своего максимального значения ($I_4 = 1.50$ А) при минимальном сопротивлении ($R_4 = 3.0$ Ом). Это полностью согласуется с законом Ома для полной цепи $I = \frac{\mathcal{E}}{R_{общ} + r}$, где уменьшение сопротивления реостата $R$ ведет к уменьшению общего сопротивления цепи $R_{общ}$ и, как следствие, к увеличению силы тока $I$.

Вывод: Реостат является устройством, которое позволяет плавно изменять сопротивление электрической цепи. Основное назначение реостата — регулирование силы тока в цепи. Изменяя его сопротивление, можно управлять величиной тока, протекающего через нагрузку.

Ответ: Назначение реостата заключается в регулировании (плавном изменении) силы тока в электрической цепи за счет изменения ее сопротивления.