Страница 237 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

№ 8 Изучение параллельного соединения проводников

Цель работы Выявить закономерности параллельного соединения проводников.

Приборы и материалы Лабораторный источник питания (ЛИП), два резистора, ключ амперметр, вольтметр, соединительные провода.

Указания к работе

1. Начертите схему электрической цепи, состоящей из источника тока, ключа, двух параллельно соединённых резисторов R1 и R2. Добавьте в схему амперметр и вольтметр так, чтобы они измеряли силу тока и напряжение на резисторе R1.

2. Соберите электрическую цепь по схеме.

3. Замкните цепь, измерьте силу тока и напряжение на резисторе R1.

4. Обработка результатов измерений. Результаты прямых измерений с учётом абсолютной погрешности, равной цене деления шкалы прибора, записывайте в таблицу 18.

5. Начертите схему цепи, изменив расположение измерительных приборов таким образом, чтобы они измеряли силу тока и напряжение на резисторе R2.

6. Переподключите измерительные приборы в соответствии со схемой. Определите силу тока и напряжение на резисторе R2.

7. Начертите схему цепи, изменив расположение измерительных приборов таким образом, чтобы они измеряли силу тока на неразветвлённом участке цепи и напряжение на участке цепи, содержащем оба резистора.

8. Переподключите измерительные приборы в соответствии со схемой. Определите силу тока и напряжение.

9. Проанализируйте результаты измерений и сделайте вывод о закономерностях параллельного соединения проводников.

1. Начертите схему электрической цепи, состоящей из источника тока, ключа, двух параллельно соединённых резисторов R1 и R2. Добавьте в схему амперметр и вольтметр так, чтобы они измеряли силу тока и напряжение на резисторе R1.

Схема электрической цепи для измерения силы тока и напряжения на резисторе R1:

На данной схеме показаны: источник тока, ключ, два параллельно соединенных резистора R1 и R2. Амперметр A включен последовательно в ветвь с резистором R1 для измерения силы тока $I_1$, протекающего через него. Вольтметр V подключен параллельно резистору R1 для измерения напряжения $U_1$ на его концах.

Ответ: Схема электрической цепи представлена на рисунке выше.

2. Соберите электрическую цепь по схеме.

Электрическая цепь собирается в соответствии с принципиальной схемой, представленной в пункте 1.

Ответ: Электрическая цепь собрана согласно схеме.

3. Замкните цепь, измерьте силу тока и напряжение на резисторе R1.

После замыкания ключа производятся измерения. Для дальнейшего анализа предположим, что были получены следующие значения (с учетом погрешностей, которые будут обсуждаться в п.4):

• Сила тока через резистор R1: $I_1 = 3.0$ А
• Напряжение на резисторе R1: $U_1 = 6.0$ В

Эти данные соответствуют первому опыту и будут занесены в таблицу 18.

Ответ: Измеренные значения для резистора R1: сила тока $I_1 = 3.0$ А, напряжение $U_1 = 6.0$ В.

4. Обработка результатов измерений. Результаты прямых измерений с учётом абсолютной погрешности, равной цене деления шкалы прибора, записывайте в таблицу 18.

Результаты всех измерений, проведенных в ходе опытов (п.3, п.6, п.8), сводятся в итоговую таблицу 18. Абсолютная погрешность принимается равной цене деления шкалы приборов. Допустим, для амперметра она составляет $\Delta I = 0.1$ А, а для вольтметра $\Delta U = 0.2$ В. Заполненная таблица представлена после пункта 8.

Ответ: Результаты измерений с учетом погрешностей заносятся в таблицу 18.

5. Начертите схему цепи, изменив расположение измерительных приборов таким образом, чтобы они измеряли силу тока и напряжение на резисторе R2.

Схема электрической цепи для измерения силы тока и напряжения на резисторе R2:

На этой схеме амперметр A перемещен в ветвь с резистором R2 (включен последовательно с R2) для измерения силы тока $I_2$. Вольтметр V подключен параллельно резистору R2 для измерения напряжения $U_2$. Остальные элементы цепи остаются без изменений.

Ответ: Схема электрической цепи с измененным положением приборов представлена на рисунке выше.

6. Переподключите измерительные приборы в соответствии со схемой. Определите силу тока и напряжение на резисторе R2.

Производятся измерения для второго опыта. Предположим, что были получены следующие значения:

• Сила тока через резистор R2: $I_2 = 2.0$ А
• Напряжение на резисторе R2: $U_2 = 6.0$ В

Эти данные заносятся в таблицу 18.

Ответ: Измеренные значения для резистора R2: сила тока $I_2 = 2.0$ А, напряжение $U_2 = 6.0$ В.

7. Начертите схему цепи, изменив расположение измерительных приборов таким образом, чтобы они измеряли силу тока на неразветвлённом участке цепи и напряжение на участке цепи, содержащем оба резистора.

Схема электрической цепи для измерения общей силы тока и общего напряжения:

На данной схеме амперметр A включен в неразветвленную часть цепи (до точки разветвления тока) для измерения общей силы тока $I$. Вольтметр V подключен параллельно всему участку, содержащему параллельно соединенные резисторы R1 и R2, для измерения общего напряжения $U$.

Ответ: Схема электрической цепи для измерения общих параметров представлена на рисунке выше.

8. Переподключите измерительные приборы в соответствии со схемой. Определите силу тока и напряжение.

Производятся измерения для третьего опыта. Предположим, что были получены следующие значения:

• Общая сила тока в цепи: $I = 5.0$ А
• Общее напряжение на участке: $U = 6.0$ В

Эти данные заносятся в таблицу 18.

Ответ: Измеренные общие значения: сила тока $I = 5.0$ А, напряжение $U = 6.0$ В.

Таблица 18. Результаты измерений

9. Проанализируйте результаты измерений и сделайте вывод о закономерностях параллельного соединения проводников.

Решение

Анализ результатов измерений:

1. Сравнение напряжений. Из данных таблицы видно, что напряжение на первом резисторе $U_1 = 6.0$ В, на втором резисторе $U_2 = 6.0$ В и общее напряжение на параллельном участке $U = 6.0$ В. Все три значения совпадают, что подтверждает первую закономерность параллельного соединения: напряжение на всех параллельных ветвях одинаково.

$U_1 = U_2 = U$

2. Сравнение сил тока. Сила тока в первой ветви $I_1 = 3.0$ А, во второй ветви $I_2 = 2.0$ А. Общая сила тока в неразветвленной части цепи $I = 5.0$ А. Найдем сумму токов в параллельных ветвях:

$I_1 + I_2 = 3.0 \text{ А} + 2.0 \text{ А} = 5.0 \text{ А}$

Эта сумма равна измеренному общему току $I$. Это подтверждает вторую закономерность: общий ток равен сумме токов в ветвях.

$I = I_1 + I_2$

3. Расчет и сравнение сопротивлений. Используя закон Ома ($R=U/I$), рассчитаем сопротивления каждого резистора и общее сопротивление участка.

$R_1 = \frac{U_1}{I_1} = \frac{6.0 \text{ В}}{3.0 \text{ А}} = 2.0 \text{ Ом}$

$R_2 = \frac{U_2}{I_2} = \frac{6.0 \text{ В}}{2.0 \text{ А}} = 3.0 \text{ Ом}$

$R_{общ} = \frac{U}{I} = \frac{6.0 \text{ В}}{5.0 \text{ А}} = 1.2 \text{ Ом}$

Проверим третью закономерность, согласно которой величина, обратная общему сопротивлению, равна сумме обратных величин сопротивлений ветвей:

$\frac{1}{R_{общ}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} = \frac{1}{2.0 \text{ Ом}} + \frac{1}{3.0 \text{ Ом}} = \frac{3+2}{6.0} \text{ Ом}^{-1} = \frac{5}{6.0} \text{ Ом}^{-1}$

Отсюда теоретическое значение общего сопротивления:

$R_{общ} = \frac{6.0}{5} \text{ Ом} = 1.2 \text{ Ом}$

Это значение полностью совпадает с вычисленным по экспериментальным данным, что подтверждает третью закономерность.

Вывод:

В ходе лабораторной работы были экспериментально проверены и подтверждены основные закономерности параллельного соединения проводников:

1. Напряжение на концах всех параллельно соединенных проводников одинаково: $U = U_1 = U_2 = \dots$
2. Сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме сил токов в отдельных ветвях: $I = I_1 + I_2 + \dots$
3. Общее сопротивление цепи определяется соотношением: $\frac{1}{R_{общ}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \dots$

Ответ: В результате анализа данных были сформулированы и экспериментально подтверждены три основные закономерности параллельного соединения проводников, касающиеся напряжений, сил токов и сопротивлений.