Лабораторная работа №5, страница 284 - гдз по физике 8 класс учебник Закирова, Аширов

Лабораторная работа № 5.

Изучение последовательного соединения проводников

Цель работы: убедиться в выполнении законов последовательного соеди-нения: $I = I_1 = I_2$; $U = U_1 + U_2$; $R = R_1 + R_2$; $\frac{U_1}{U_2} = \frac{R_1}{R_2}$.

Оборудование: источник тока, ключ, соединительные провода, два ампер-метра, три вольтметра.

Указания к работе

1. Соберите цепь, схема которой изображена на рисунке 7. Замкните цепь, снимите пока-зания амперметров $I_1$, $I_2$ и вольтметров $\text{U}$, $U_1$ и $U_2$. Результаты запишите в таблицу.

2. Убедитесь в выполнении законов последова-тельного соединения проводников $I = I_1 = I_2$, $U = U_1 + U_2$.

3. На основании закона Ома рассчитайте сопро-тивление резисторов $R_1$ и $R_2$ и их общее сопротивление $\text{R}$ : $R_1 = \frac{U}{I_1}$; $R_2 = \frac{U}{I_2}$; $R = \frac{U}{I}$.

Результаты расчетов внесите в таблицу.

Рис. 7. Схема подключения вольтметров и амперметров в цепь

Измерено Вычислено $U_1, B$ $U_2, B$ $U, B$ $I_1, A$ $I_2, A$ $R_1, Ом$ $R_2, Ом$ $R, Ом$

4. Сравните полученное значение $\text{R}$ с суммой сопротивлений $R_1 + R_2$.

5. Проверьте выполнение соотношения напряжений и сопротивлений: $\frac{U_1}{U_2} = \frac{R_1}{R_2}$.

6. Сделайте выводы по результатам выполненных расчетов.

Для выполнения лабораторной работы смоделируем её проведение, задав исходные данные измерений, которые могли бы быть получены в ходе реального эксперимента. На основе этих данных выполним все требуемые расчёты и сделаем выводы.

Дано:

Предположим, что в ходе измерений были получены следующие значения:

Напряжение на первом резисторе: $U_1 = 4.1 \text{ В}$

Напряжение на втором резисторе: $U_2 = 6.2 \text{ В}$

Общее напряжение в цепи: $U = 10.3 \text{ В}$

Сила тока, измеренная амперметром A₁: $I_1 = 2.05 \text{ А}$

Сила тока, измеренная амперметром A₂: $I_2 = 2.04 \text{ А}$

Все величины представлены в системе СИ, перевод не требуется.

Найти:

1. Проверить выполнение законов последовательного соединения для силы тока и напряжения.

2. Рассчитать сопротивления $R_1$, $R_2$ и общее сопротивление $R$.

3. Сравнить вычисленное общее сопротивление $R$ с суммой $R_1 + R_2$.

4. Проверить выполнение соотношения $U_1/U_2 = R_1/R_2$.

5. Сделать выводы.

Решение:

1. Соберите цепь, схема которой изображена на рисунке 7. Замкните цепь, снимите показания амперметров I₁, I₂ и вольтметров U, U₁ и U₂. Результаты запишите в таблицу.

Результаты измерений и последующих вычислений сведены в таблицу. На данном этапе заполняем только измеренные значения.

Ответ: Показания приборов сняты и занесены в графы "Измерено" таблицы.

2. Убедитесь в выполнении законов последовательного соединения проводников I = I₁ = I₂; U = U₁ + U₂.

Проверка закона для силы тока:

Согласно закону, при последовательном соединении сила тока на всех участках цепи одинакова: $I = I_1 = I_2$.

Наши измерения: $I_1 = 2.05 \text{ А}$ и $I_2 = 2.04 \text{ А}$.

Значения очень близки друг к другу. Небольшое различие можно объяснить погрешностью измерительных приборов. Таким образом, можно считать, что закон $I_1 \approx I_2$ выполняется. Для дальнейших расчетов будем использовать среднее значение тока: $I = (I_1 + I_2) / 2 = (2.05 + 2.04) / 2 = 2.045 \text{ А}$.

Проверка закона для напряжения:

Согласно закону, общее напряжение в цепи равно сумме напряжений на её отдельных участках: $U = U_1 + U_2$.

Сумма измеренных напряжений: $U_1 + U_2 = 4.1 \text{ В} + 6.2 \text{ В} = 10.3 \text{ В}$.

Измеренное общее напряжение: $U = 10.3 \text{ В}$.

В данном случае измеренное общее напряжение точно совпало с суммой напряжений на участках.

Ответ: Законы последовательного соединения выполняются: сила тока на участках цепи практически одинакова ($I_1 \approx I_2$), а общее напряжение равно сумме напряжений на резисторах ($U = U_1 + U_2$), что подтверждается экспериментальными данными с учетом погрешности измерений.

3. На основании закона Ома рассчитайте сопротивление резисторов R₁ и R₂ и их общее сопротивление R. Результаты расчетов внесите в таблицу.

Расчеты производятся по закону Ома для участка цепи $R = U/I$.

Сопротивление первого резистора: $R_1 = U_1 / I_1 = 4.1 \text{ В} / 2.05 \text{ А} = 2.0 \text{ Ом}$.

Сопротивление второго резистора: $R_2 = U_2 / I_2 = 6.2 \text{ В} / 2.04 \text{ А} \approx 3.04 \text{ Ом}$.

Общее сопротивление цепи (используя общее напряжение и средний ток): $R = U / I = 10.3 \text{ В} / 2.045 \text{ А} \approx 5.04 \text{ Ом}$.

Заполненная таблица:

Ответ: Вычислены сопротивления: $R_1 = 2.0 \text{ Ом}$, $R_2 = 3.04 \text{ Ом}$, $R = 5.04 \text{ Ом}$. Результаты внесены в таблицу.

4. Сравните полученное значение R с суммой сопротивлений R₁ + R₂.

Теоретически, при последовательном соединении общее сопротивление равно сумме сопротивлений: $R = R_1 + R_2$.

Найдем сумму вычисленных сопротивлений: $R_1 + R_2 = 2.0 \text{ Ом} + 3.04 \text{ Ом} = 5.04 \text{ Ом}$.

Сравним это значение с общим сопротивлением, вычисленным по общим показаниям $U$ и $I$: $R = 5.04 \text{ Ом}$.

Значения полностью совпали: $5.04 \text{ Ом} = 5.04 \text{ Ом}$.

Ответ: Вычисленное по общим параметрам цепи сопротивление $R$ равно сумме сопротивлений $R_1 + R_2$. Это подтверждает справедливость формулы $R = R_1 + R_2$ для последовательного соединения.

5. Проверьте выполнение соотношения напряжений и сопротивлений: U₁/U₂ = R₁/R₂.

Это соотношение является следствием законов последовательного соединения. Проверим его на наших данных.

Найдем отношение напряжений: $U_1 / U_2 = 4.1 \text{ В} / 6.2 \text{ В} \approx 0.661$.

Найдем отношение сопротивлений: $R_1 / R_2 = 2.0 \text{ Ом} / 3.04 \text{ Ом} \approx 0.658$.

Сравним полученные отношения: $0.661 \approx 0.658$.

Значения очень близки. Расхождение составляет менее 0.5%, что находится в пределах погрешности измерений.

Ответ: Соотношение $U_1/U_2 \approx R_1/R_2$ выполняется, что подтверждает, что при последовательном соединении напряжение на проводниках прямо пропорционально их сопротивлениям.

6. Сделайте выводы по результатам выполненных расчетов.

На основе проведенных измерений и расчетов можно сделать следующие выводы:

1. В электрической цепи с последовательным соединением проводников сила тока на разных участках цепи одинакова ($I_1 \approx I_2$).

2. Общее напряжение на последовательно соединенных проводниках равно сумме напряжений на каждом из них ($U = U_1 + U_2$).

3. Общее сопротивление цепи при последовательном соединении равно сумме сопротивлений её отдельных участков ($R = R_1 + R_2$).

4. Отношение напряжений на последовательно соединенных проводниках равно отношению их сопротивлений ($U_1/U_2 = R_1/R_2$).

Ответ: В ходе лабораторной работы были экспериментально проверены и подтверждены все основные законы и следствия для последовательного соединения проводников. Небольшие расхождения в значениях объясняются погрешностью измерений, свойственной любому физическому эксперименту.