Номер 3, страница 150 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

Обсуди с товарищем. § 40. Электрическое сопротивление проводника. Закон Ома для участка цепи. Глава 2. Электрические явления - номер 3, страница 150.

3*. Принцип действия вольтметра, изображённого на рисунке 98, такой же, как и амперметра: угол поворота стрелки прямо пропорционален силе тока. Градуируют такой вольтметр на основе закона Ома для участка цепи. Означает ли это, что рассмотренный в параграфе опыт (см. рис. 98) нельзя считать доказательством справедливости закона Ома? Какие приборы вы предложили бы использовать для экспериментальной проверки закона Ома?

Означает ли это, что рассмотренный в параграфе опыт нельзя считать доказательством справедливости закона Ома?

Да, такой опыт нельзя считать строгим доказательством справедливости закона Ома. Проблема заключается в так называемом "порочном круге" в доказательстве. Вольтметр, о котором идет речь, по сути является гальванометром (чувствительным амперметром) с последовательно подключенным большим сопротивлением. Угол поворота его стрелки пропорционален силе тока $I_V$, протекающего через вольтметр. Шкала прибора градуируется в вольтах с использованием закона Ома: напряжение $U$ на клеммах вольтметра определяется как $U = I_V \cdot R_V$, где $R_V$ — это постоянное и известное внутреннее сопротивление вольтметра. Когда мы проводим эксперимент для проверки закона Ома для некоторого проводника, мы измеряем силу тока $I$ в нем и напряжение $U$ на нем. Если для измерения напряжения $U$ используется вольтметр, проградуированный на основе закона Ома, то мы фактически проверяем закон с помощью прибора, который работает благодаря этому же закону. Эксперимент покажет, что отношение $U/I$ постоянно, но это будет лишь следствием того, что $U$ по определению пропорционально току $I_V$, а токи $I$ и $I_V$ связаны друг с другом по законам для электрических цепей. Таким образом, эксперимент подтвердит не фундаментальный закон природы, а лишь правильность градуировки прибора в соответствии с этим законом. Для настоящего доказательства требуется измерять напряжение методом, не зависящим от закона Ома.

Ответ: Да, это означает, что такой опыт нельзя считать строгим доказательством справедливости закона Ома, так как возникает логическая ошибка "порочного круга": закон проверяется с помощью прибора, который сам проградуирован на основе этого же закона.

Какие приборы вы предложили бы использовать для экспериментальной проверки закона Ома?

Для корректной экспериментальной проверки закона Ома необходимо использовать измерительные приборы, принцип действия которых не основан на этом законе. В частности, нужен независимый способ измерения напряжения (разности потенциалов).

1. Электростатический вольтметр. Принцип его действия основан на явлении электростатического взаимодействия (притяжения или отталкивания) заряженных проводников. Сила взаимодействия между пластинами вольтметра зависит от приложенной разности потенциалов $U$ (например, пропорциональна $U^2$), а не от протекающего тока. Такой прибор позволяет измерить напряжение напрямую, не опираясь на закон Ома.

2. Компенсационный метод измерения напряжения (потенциометр). Этот метод позволяет измерить неизвестное напряжение путем его сравнения (компенсации) с известным напряжением от эталонного источника. В момент измерения ток через гальванометр в измерительной цепи равен нулю, поэтому измерение не вносит искажений в исследуемую цепь и не зависит от ее сопротивления. Это также является независимым методом измерения напряжения.

Следовательно, для проверки закона Ома можно собрать цепь из источника тока, исследуемого проводника (резистора) и амперметра (его принцип действия основан на магнитном действии тока и не зависит от закона Ома), а напряжение на проводнике измерять с помощью электростатического вольтметра или потенциометра.

Ответ: Для экспериментальной проверки закона Ома следует использовать приборы, принцип действия которых не основан на этом законе. В качестве вольтметра можно использовать электростатический вольтметр, измеряющий напряжение по силе взаимодействия заряженных тел, или применить компенсационный метод измерения напряжения с помощью потенциометра.