Лабораторная работа № 10, страница 234 - гдз по физике 8 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 7. Электрический ток. Параграф 56. Последовательное соединение проводников. Задание 53 - страница 234.

Условие.

Лабораторная работа № 10

Изучение последовательного соединения проводников

Цель работы:

экспериментально исследовать взаимосвязи между силой тока, напряжением и сопротивлением проводников при их последовательном соединении.

Приборы и материалы:

лабораторный источник питания, два проводника, амперметр, вольтметр, ключ, соединительные провода.

Порядок выполнения работы

Определите самостоятельно последовательность действий при выполнении данного исследования и составьте план работы. Если вы затрудняетесь, то используйте план, приведённый ниже.

1. Начертите схему электрической цепи, которую вы будете собирать.

2. Соберите электрическую цепь.

3. Измерьте силу тока, включив амперметр сначала между источником тока и одним из проводников $I_1$, затем между источником тока и другим проводником $I_2$, а затем между проводниками $\text{I}$. Запишите в таблицу 35 результаты измерений с учётом абсолютной погрешности измерений.

4. Измерьте напряжение сначала на одном из проводников $U_1$, затем на другом проводнике $U_2$, а затем на двух проводниках $\text{U}$. Результаты с учётом абсолютной погрешности измерений запишите в таблицу 35.

5. Вычислите сопротивление первого проводника $R_1$, второго проводника $R_2$, найдите их сумму; запишите результаты в таблицу 35.

6. Вычислите сопротивление двух проводников $\text{R}$, зная напряжение на них и силу тока в цепи; запишите результат в таблицу 35.

7. Сделайте выводы.

Таблица 35

$I_1$, А	$I_2$, А	$\text{I}$, А	$U_1$, В	$U_2$, В	$\text{U}$, В	$R_1$, Ом	$R_2$, Ом	$(R_1 + R_2)$, Ом	$\text{R}$, Ом

Решение.

1. Начертите схему электрической цепи, которую вы будете собирать.

Схема электрической цепи для исследования последовательного соединения проводников состоит из источника питания, ключа, амперметра и двух проводников (резисторов) $R_1$ и $R_2$, соединенных последовательно. Вольтметр подключается параллельно для измерения напряжения на участках цепи. На схеме показаны различные варианты подключения вольтметра: для измерения напряжения $U_1$ на первом проводнике, $U_2$ на втором проводнике и общего напряжения $\text{U}$ на двух проводниках вместе.

Ответ:

2. Соберите электрическую цепь.

Сборка цепи производится в соответствии со схемой из пункта 1. Элементы цепи соединяются последовательно:
1. Один полюс источника питания соединяется с клеммой ключа.
2. Вторая клемма ключа соединяется с клеммой амперметра с соблюдением полярности.
3. Вторая клемма амперметра соединяется с выводом первого проводника $R_1$.
4. Второй вывод проводника $R_1$ соединяется с первым выводом проводника $R_2$.
5. Второй вывод проводника $R_2$ соединяется с другим полюсом источника питания, замыкая цепь.
Перед подачей напряжения необходимо убедиться в правильности сборки цепи.

Ответ: Электрическая цепь собрана в соответствии со схемой для изучения последовательного соединения проводников.

3. Измерьте силу тока, включив амперметр сначала между источником тока и одним из проводников $I_1$, затем между источником тока и другим проводником $I_2$, а затем между проводниками $\text{I}$. Запишите в таблицу 35 результаты измерений с учётом абсолютной погрешности измерений.

Согласно закону для последовательного соединения проводников, сила тока во всех участках цепи должна быть одинаковой. Это означает, что измерения $I_1$, $I_2$ и $\text{I}$ должны дать одинаковый результат в пределах погрешности измерений. Для примера примем, что в результате измерений были получены следующие значения, которые занесены в таблицу.

Ответ: Измеренная сила тока во всех участках цепи одинакова и составляет $I_1 = I_2 = I = 0.5$ А.

4. Измерьте напряжение сначала на одном из проводников $U_1$, затем на другом проводнике $U_2$, а затем на двух проводниках $\text{U}$. Результаты с учётом абсолютной погрешности измерений запишите в таблицу 35.

Вольтметр подключается параллельно участку цепи, на котором измеряется напряжение. При последовательном соединении общее напряжение на концах всего участка равно сумме напряжений на отдельных проводниках ($U = U_1 + U_2$). Для примера примем, что в результате измерений были получены следующие значения, которые занесены в таблицу. При этом выполняется равенство: $2.0 \text{ В} + 3.0 \text{ В} = 5.0 \text{ В}$.

Ответ: Измерены следующие значения напряжений: $U_1 = 2.0$ В, $U_2 = 3.0$ В, $U = 5.0$ В.

Результаты измерений и последующих вычислений занесены в таблицу 35:

$I_1$, А	$I_2$, А	$\text{I}$, А	$U_1$, В	$U_2$, В	$\text{U}$, В	$R_1$, Ом	$R_2$, Ом	$(R_1 + R_2)$, Ом	$\text{R}$, Ом
0.5	0.5	0.5	2.0	3.0	5.0	4.0	6.0	10.0	10.0

5. Вычислите сопротивление первого проводника $R_1$, второго проводника $R_2$, найдите их сумму; запишите результаты в таблицу 35.

Дано:

$I = 0.5$ А
$U_1 = 2.0$ В
$U_2 = 3.0$ В

Найти:

$R_1$, $R_2$, $R_1 + R_2$

Решение:

Сопротивление каждого проводника вычисляется по закону Ома для участка цепи: $R = U / I$.
Сопротивление первого проводника:
$R_1 = \frac{U_1}{I} = \frac{2.0 \text{ В}}{0.5 \text{ А}} = 4.0$ Ом.
Сопротивление второго проводника:
$R_2 = \frac{U_2}{I} = \frac{3.0 \text{ В}}{0.5 \text{ А}} = 6.0$ Ом.
Сумма сопротивлений:
$R_1 + R_2 = 4.0 \text{ Ом} + 6.0 \text{ Ом} = 10.0$ Ом.

Ответ: Сопротивление первого проводника $R_1 = 4.0$ Ом, второго проводника $R_2 = 6.0$ Ом, их сумма $R_1 + R_2 = 10.0$ Ом.

6. Вычислите сопротивление двух проводников $\text{R}$, зная напряжение на них и силу тока в цепи; запишите результат в таблицу 35.

Дано:

$U = 5.0$ В
$I = 0.5$ А

Найти:

$\text{R}$

Решение:

Общее сопротивление двух последовательно соединенных проводников находится по закону Ома, используя общее напряжение $\text{U}$ и силу тока в цепи $\text{I}$:
$R = \frac{U}{I} = \frac{5.0 \text{ В}}{0.5 \text{ А}} = 10.0$ Ом.

Ответ: Общее сопротивление двух проводников $R = 10.0$ Ом.

7. Сделайте выводы.

На основе проведенных измерений и вычислений можно сделать следующие выводы о закономерностях последовательного соединения проводников:
1. Сила тока. При последовательном соединении сила тока одинакова во всех участках цепи: $I = I_1 = I_2$. Эксперимент подтверждает это ($0.5 \text{ А} = 0.5 \text{ А} = 0.5 \text{ А}$).
2. Напряжение. Общее напряжение на последовательно соединенных проводниках равно сумме напряжений на каждом из них: $U = U_1 + U_2$. Эксперимент подтверждает это ($5.0 \text{ В} = 2.0 \text{ В} + 3.0 \text{ В}$).
3. Сопротивление. Общее сопротивление цепи при последовательном соединении равно сумме сопротивлений отдельных проводников: $R = R_1 + R_2$. Сравнение результатов вычислений (общее сопротивление $R=10.0$ Ом и сумма сопротивлений $R_1+R_2=10.0$ Ом) подтверждает этот вывод.
В реальном эксперименте из-за погрешностей измерений равенства могут выполняться не строго, а приблизительно.

Ответ: В ходе работы были экспериментально исследованы и подтверждены законы последовательного соединения проводников: равенство силы тока во всех участках цепи, сложение напряжений на отдельных участках и сложение сопротивлений.