Страница 234 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

№ 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, лампу и ключ, соединённые последовательно. Покажите схему учителю.

2. Соберите электрическую цепь по схеме.

3. Подключите вольтметр так, чтобы он измерял напряжение U₁ на лампе. Обозначьте положение вольтметра на схеме в этом случае V₁.

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 измерений. Результаты прямых измерений с учётом абсолютной погрешности, равной цене деления шкалы вольтметра, запишите в таблицу 16.

6. Подключите вольтметр так, чтобы он измерял напряжение U₂ на резисторе. Обозначьте положение вольтметра на схеме в этом случае V₂.

7. Замкните цепь и измерьте напряжение.

8. Подключите вольтметр так, чтобы он измерял напряжение U на участке цепи, содержащем лампу 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 элементов 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 тока и напряжения при последовательном соединении проводников.

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

Электрическая цепь состоит из источника тока, ключа (выключателя), резистора и лампы, которые соединены последовательно, то есть один за другим, образуя единый контур для протекания тока.

Ответ: Схема электрической цепи начерчена выше.

2. Соберите электрическую цепь по схеме.

Используя лабораторный источник питания, резистор, лампу на подставке, ключ и соединительные провода, собираем цепь в соответствии с начерченной схемой. При сборке ключ должен быть разомкнут.

Ответ: Электрическая цепь собрана согласно схеме.

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

Вольтметр для измерения напряжения на элементе цепи подключается параллельно этому элементу. Для измерения напряжения на лампе ($U_1$) вольтметр $V_1$ подключается к клеммам лампы. Положительная клемма вольтметра соединяется с проводом, идущим от положительного полюса источника тока.

Ответ: Схема подключения вольтметра $V_1$ для измерения напряжения на лампе показана на рисунке.

4. Замкните цепь и измерьте напряжение.

Замыкаем ключ K. Ток начинает течь по цепи, лампа загорается. Снимаем показания вольтметра $V_1$.

Ответ: Измеренное напряжение на лампе $U_1 = 1.5 \text{ В}$.

5. Обработка результатов измерений. Результаты прямых измерений с учётом абсолютной погрешности, равной цене деления шкалы вольтметра, запишите в таблицу 16.

Решение

Предположим, что используется вольтметр со шкалой до 6 В и 30 делениями. Цена деления ($ЦД$) такого вольтметра:$ЦД = \frac{6 \text{ В}}{30 \text{ дел.}} = 0.2 \text{ В/дел.}$Абсолютная погрешность измерения, согласно условию, равна половине цены деления:$\Delta U = \frac{ЦД}{2} = \frac{0.2 \text{ В}}{2} = 0.1 \text{ В}$Результат измерения напряжения на лампе записывается в виде $U_1 = (1.5 \pm 0.1) \text{ В}$.

Ответ: Результат измерения напряжения на лампе с учетом погрешности $U_1 = (1.5 \pm 0.1) \text{ В}$ занесен в таблицу.

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

Вольтметр $V_2$ подключается параллельно резистору R для измерения напряжения на нем.

Ответ: Схема подключения вольтметра $V_2$ для измерения напряжения на резисторе показана на рисунке.

7. Замкните цепь и измерьте напряжение.

Замыкаем ключ и измеряем напряжение на резисторе. Результат измерения: $U_2 = 3.0 \text{ В}$. Заносим результат в таблицу 16: $U_2 = (3.0 \pm 0.1) \text{ В}$.

Ответ: Измеренное напряжение на резисторе $U_2 = (3.0 \pm 0.1) \text{ В}$.

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

Вольтметр $V$ подключается параллельно участку цепи, содержащему последовательно соединенные резистор и лампу.

Ответ: Схема подключения вольтметра $V$ для измерения общего напряжения на резисторе и лампе показана на рисунке.

9. Замкните цепь и измерьте напряжение.

Замыкаем ключ и измеряем общее напряжение на резисторе и лампе. Результат измерения: $U = 4.5 \text{ В}$. Заносим результат в таблицу 16: $U = (4.5 \pm 0.1) \text{ В}$.

Итоговая таблица измерений:

Ответ: Измеренное общее напряжение $U = (4.5 \pm 0.1) \text{ В}$.

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

Дано:

Напряжение на лампе: $U_1 = (1.5 \pm 0.1) \text{ В}$

Напряжение на резисторе: $U_2 = (3.0 \pm 0.1) \text{ В}$

Общее напряжение на участке: $U = (4.5 \pm 0.1) \text{ В}$

Найти:

Проверить гипотезу $U = U_1 + U_2$.

Решение

1. Вычислим сумму напряжений на лампе и резисторе:$U_{_ \Sigma} = U_1 + U_2 = 1.5 \text{ В} + 3.0 \text{ В} = 4.5 \text{ В}$

2. Найдем погрешность суммы. При сложении абсолютные погрешности складываются:$\Delta U_{_ \Sigma} = \Delta U_1 + \Delta U_2 = 0.1 \text{ В} + 0.1 \text{ В} = 0.2 \text{ В}$

Таким образом, расчетное значение суммы напряжений: $U_{_ \Sigma} = (4.5 \pm 0.2) \text{ В}$.

3. Сравним измеренное общее напряжение $U = (4.5 \pm 0.1) \text{ В}$ с расчетной суммой $U_{_ \Sigma} = (4.5 \pm 0.2) \text{ В}$.

Интервал для измеренного значения $U$: $[4.5 - 0.1, 4.5 + 0.1] = [4.4, 4.6]$ В.

Интервал для расчетной суммы $U_{_ \Sigma}$: $[4.5 - 0.2, 4.5 + 0.2] = [4.3, 4.7]$ В.

Поскольку измеренное значение $U = 4.5 \text{ В}$ совпадает с центральным значением суммы $U_{_ \Sigma} = 4.5 \text{ В}$, и интервалы погрешностей пересекаются, можно сделать вывод, что гипотеза подтверждается в рамках погрешности эксперимента.

Ответ: Вывод: Общее напряжение на участке цепи с последовательно соединенными лампой и резистором равно сумме напряжений на лампе и на резисторе ($U = U_1 + U_2$). Гипотеза подтверждена результатами эксперимента.

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

На основании результатов лабораторной работы № 5 (измерение силы тока) и № 6 (измерение напряжения) можно сформулировать следующие закономерности для последовательного соединения проводников:

1. Сила тока во всех участках последовательной цепи одинакова.$I_{общ} = I_1 = I_2 = \dots = I_n$
2. Полное напряжение в цепи (или на ее участке) равно сумме напряжений на отдельных участках цепи.$U_{общ} = U_1 + U_2 + \dots + U_n$

Ответ: При последовательном соединении проводников сила тока во всех проводниках одинакова, а общее напряжение на всем соединении равно сумме напряжений на каждом из проводников.