Страница 235 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

№ 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 179.

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 с учётом абсолютной погрешности, равной цене деления шкалы прибора, и вычислений записывайте в таблицу 17.

6. Передвиньте ползунок реостата приблизительно на четверть длины обмотки, затем на половину, затем на три четверти. В каждом случае записывайте 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 устройство, предназначенное для регулирования силы тока и напряжения в электрической цепи. Конструктивно он состоит из керамического цилиндра, на который плотно намотана проволока из материала с высоким удельным сопротивлением (например, нихром). Над обмоткой расположен металлический стержень, по которому может перемещаться ползунок с контактом. Реостат имеет три клеммы: две на концах обмотки и одну, соединенную с ползунком.

Сопротивление проводника определяется по формуле $R = \rho \frac{l}{S}$, где $\rho$ – удельное сопротивление материала, $l$ – длина проводника, $S$ – площадь его поперечного сечения.

При перемещении ползунка реостата изменяется длина участка проволочной обмотки, через который проходит электрический ток. Если подключить реостат в цепь, используя одну из крайних клемм и клемму ползунка, то при движении ползунка от этой клеммы к другой концу обмотки, длина $l$ активной части проводника будет увеличиваться.

Предположение: При перемещении ползунка от крайнего левого положения (минимальная длина включенной в цепь обмотки) к крайнему правому положению (максимальная длина), сопротивление реостата будет плавно увеличиваться.

Ответ: Сопротивление реостата прямо пропорционально длине включенной в цепь части его обмотки. При перемещении ползунка от левого края к правому, длина активной части обмотки увеличивается, что приводит к увеличению сопротивления.

2. Начертите схему электрической цепи, показанной на рисунке 179.

Электрическая схема для проведения лабораторной работы включает в себя последовательно соединенные источник питания, ключ, амперметр и реостат. Вольтметр подключается параллельно реостату для измерения напряжения на нем.

Ответ: Схема электрической цепи представлена выше.

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

Для сборки цепи необходимо выполнить следующие шаги:
1. Соединить положительную клемму источника питания с одной из клемм ключа с помощью провода.
2. Другую клемму ключа соединить с положительной клеммой амперметра.
3. Отрицательную клемму амперметра соединить с одной из нижних клемм реостата.
4. Клемму ползунка реостата соединить с отрицательной клеммой источника питания. Таким образом, источник питания, ключ, амперметр и реостат оказываются соединены последовательно.
5. Для измерения напряжения на реостате, вольтметр подключается параллельно ему. Для этого клеммы вольтметра соединяются с теми же клеммами реостата, которые используются в основной цепи (нижняя клемма и клемма ползунка).

Ответ: Цепь собирается путем последовательного соединения источника, ключа, амперметра и реостата. Вольтметр подключается параллельно клеммам реостата, включенным в цепь.

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

Ползунок реостата установлен в крайнее положение, соответствующее максимальной длине обмотки, включенной в цепь. После замыкания ключа были сняты показания приборов. Эти данные являются первым опытом и занесены в таблицу результатов.

Ответ: Показания приборов для максимального сопротивления реостата сняты и будут представлены в таблице в следующем пункте.

5. Обработка результатов измерений. Результаты прямых измерений с учётом абсолютной погрешности, равной цене деления шкалы прибора, и вычислений записывайте в таблицу 17.

В ходе эксперимента были проведены измерения силы тока $I$ и напряжения $U$ для четырех различных положений ползунка реостата. Абсолютная погрешность измерений принята равной цене деления шкалы приборов: для амперметра $\Delta I = 0.05$ А, для вольтметра $\Delta U = 0.1$ В. Результаты измерений и последующих вычислений сведены в таблицу.

Ответ: Результаты измерений и вычислений представлены в Таблице 17.

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

Были проведены еще три измерения при установке ползунка реостата в положения, соответствующие примерно 1/4, 1/2 и 3/4 от его полной длины. Показания амперметра и вольтметра для каждого случая были сняты и записаны.

Ответ: Результаты измерений для указанных положений ползунка занесены в Таблицу 17 (опыты № 2, 3, 4).

7. Рассчитайте сопротивление реостата в каждом случае.

Сопротивление $R$ для каждого опыта вычисляется по закону Ома для участка цепи: $R = \frac{U}{I}$.

Дано:
Опыт 1: $I_1 = 0.55$ А, $U_1 = 4.2$ В
Опыт 2: $I_2 = 1.80$ А, $U_2 = 3.6$ В
Опыт 3: $I_3 = 1.00$ А, $U_3 = 4.0$ В
Опыт 4: $I_4 = 0.70$ А, $U_4 = 4.1$ В

Найти:
$R_1, R_2, R_3, R_4$

Решение:

1. Для опыта № 1:
$R_1 = \frac{U_1}{I_1} = \frac{4.2 \text{ В}}{0.55 \text{ А}} \approx 7.64 \text{ Ом}$

2. Для опыта № 2:
$R_2 = \frac{U_2}{I_2} = \frac{3.6 \text{ В}}{1.80 \text{ А}} = 2.00 \text{ Ом}$

3. Для опыта № 3:
$R_3 = \frac{U_3}{I_3} = \frac{4.0 \text{ В}}{1.00 \text{ А}} = 4.00 \text{ Ом}$

4. Для опыта № 4:
$R_4 = \frac{U_4}{I_4} = \frac{4.1 \text{ В}}{0.70 \text{ А}} \approx 5.86 \text{ Ом}$

Результаты вычислений занесены в последний столбец Таблицы 17.

Ответ: $R_1 \approx 7.64$ Ом; $R_2 = 2.00$ Ом; $R_3 = 4.00$ Ом; $R_4 \approx 5.86$ Ом.

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

Анализ результатов, представленных в таблице, показывает следующее:
1. Перемещение ползунка реостата приводит к изменению его электрического сопротивления. При увеличении длины активной части обмотки реостата (переход от опыта 2 к 3, 4 и 1) его сопротивление возрастает (от 2.00 Ом до 7.64 Ом).
2. Изменение сопротивления реостата, включенного в цепь, вызывает изменение силы тока в этой цепи. При увеличении сопротивления реостата сила тока уменьшается (от 1.80 А до 0.55 А), а при уменьшении сопротивления — увеличивается. Это соответствует закону Ома для полной цепи $I = \frac{\mathcal{E}}{R+r}$, где $R$ - сопротивление реостата.

Вывод:
Лабораторная работа подтвердила, что реостат является прибором, позволяющим плавно изменять сопротивление в электрической цепи. Основное назначение реостата заключается в регулировании (плавном изменении) силы тока в цепи. Увеличивая сопротивление реостата, мы уменьшаем силу тока, и наоборот, уменьшая его сопротивление, мы увеличиваем силу тока.

Ответ: Реостат предназначен для плавного регулирования силы тока в электрической цепи путем изменения своего сопротивления.