Лабораторная работа 5, страница 29 - гдз по физике 8 класс тетрадь для лабораторных работ Исаченкова, Громыко

Проверьте себя

1. Какое соединение потребителей называют последовательным?

Последовательное соединение потребителей – это такое соединение, при котором элементы цепи подключаются друг за другом, так что конец одного элемента соединяется с началом следующего. В такой цепи ток течет по одному пути через все элементы, не разветвляясь. Это означает, что сила тока одинакова во всех частях последовательной цепи.

2. Какие основные закономерности выполняются при последовательном соединении потребителей?

При последовательном соединении потребителей выполняются следующие основные закономерности:

1. Сила тока во всех элементах цепи одинакова: $I = I_1 = I_2 = ... = I_n$.
2. Общее напряжение в цепи равно сумме напряжений на каждом элементе: $U = U_1 + U_2 + ... + U_n$.
3. Общее (эквивалентное) сопротивление цепи равно сумме сопротивлений каждого элемента: $R = R_1 + R_2 + ... + R_n$.

Ход работы

1. Соберите цепь без вольтметра согласно рисунку 1. После проверки цепи учителем замкните ключ.

Данный пункт является инструкцией для выполнения лабораторной работы. Для его выполнения необходимо физически собрать указанную электрическую цепь, состоящую из источника тока, двух резисторов, амперметра и ключа, соединенных последовательно.

2. Измерьте и запишите в таблицу значение силы тока $I_0$ в цепи. Поменяйте место включения амперметра в данной цепи. Сделайте вывод о значениях силы тока в резисторах 1 и 2 и источнике тока.

При последовательном соединении элементов сила тока одинакова во всех участках цепи. Поэтому, независимо от того, в какой точке цепи будет включен амперметр (до резисторов, между ними, или после них), его показания должны быть одинаковыми. Это подтверждает закон, что сила тока в последовательной цепи одинакова по всей ее длине: $I_0 = I_1 = I_2$.

3. Измерьте поочередно и запишите в таблицу значения напряжения $U_1$ на первом резисторе, $U_2$ на втором резисторе, напряжения $U_0$ на двух резисторах, включив вольтметр так, как показано на схеме пунктирными линиями (рис. 2).

Данный пункт является инструкцией для выполнения измерений напряжения в различных частях цепи с использованием вольтметра. Вольтметр должен быть подключен параллельно тому участку, напряжение на котором измеряется.

4. Сравните $U_1$, $U_2$ и $U_0$, сделайте вывод.

Согласно законам последовательного соединения, общее напряжение на всем участке цепи равно сумме напряжений на отдельных элементах. Таким образом, если измерения были проведены корректно, должно выполняться соотношение: $U_0 = U_1 + U_2$. Это означает, что напряжение источника тока распределяется между последовательно соединенными резисторами.

5. Примените закон Ома к участку из двух проводников. Вычислите и запишите в таблицу значение сопротивления этого участка $R_0 = \frac{U_0}{I_0}$.

Дано:

Для выполнения данного пункта требуются экспериментальные значения $U_0$ (общее напряжение на двух резисторах) и $I_0$ (общая сила тока в цепи), полученные в предыдущих шагах. Поскольку конкретные числовые значения не предоставлены, будет приведено теоретическое описание вычисления.

Перевод в СИ:

Все величины (напряжение в вольтах, ток в амперах) уже находятся в системе СИ.

Найти:

Эквивалентное сопротивление участка $R_0$.

Решение:

Согласно закону Ома для участка цепи, сопротивление участка равно отношению напряжения на этом участке к силе тока, протекающего через него. Для участка, состоящего из двух последовательно соединенных резисторов, общее сопротивление $R_0$ вычисляется по формуле: $R_0 = \frac{U_0}{I_0}$. Подставив измеренные значения $U_0$ и $I_0$ в данную формулу, можно получить численное значение $R_0$.

6. Запишите в таблицу паспортные значения сопротивлений резисторов 1 и 2. Сравните сумму $R_1 + R_2$ и $R_0$, сделайте вывод.

Согласно теории последовательного соединения, общее (эквивалентное) сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных элементов. Таким образом, если $R_1$ и $R_2$ – это паспортные значения сопротивлений первого и второго резисторов, а $R_0$ – это экспериментально вычисленное общее сопротивление участка, то должно выполняться соотношение: $R_0 \approx R_1 + R_2$. Небольшие расхождения могут быть обусловлены погрешностями измерений и точностью самих резисторов. Этот результат подтверждает теоретический закон сложения сопротивлений при последовательном соединении.

II. Контрольные вопросы.

1. Почему последовательное соединение потребителей практически не используют в бытовых электрических цепях?

Последовательное соединение потребителей практически не используют в бытовых электрических цепях по нескольким причинам:

1. При выходе из строя (обрыве цепи) одного из элементов (например, перегорании лампочки), вся цепь размыкается, и все остальные элементы также перестают работать.
2. Напряжение источника тока распределяется между всеми последовательно соединенными элементами. Если элементов много, напряжение на каждом из них будет низким, что может быть недостаточно для их нормальной работы. Например, лампочки будут гореть тускло.
3. При добавлении новых потребителей общее сопротивление цепи увеличивается, что приводит к уменьшению общего тока в цепи (при постоянном напряжении источника) и, как следствие, к снижению мощности и яркости свечения, или скорости работы других приборов.
4. Невозможно включать и выключать отдельные приборы независимо друг от друга.

2. Чему равно сопротивление участка цепи из N одинаковых резисторов сопротивлением $R_1$ каждый, соединенных последовательно?

Сопротивление участка цепи из $N$ одинаковых резисторов, соединенных последовательно, равно сумме сопротивлений каждого резистора. Поскольку резисторы одинаковые и каждый имеет сопротивление $R_1$, общее сопротивление $R_{общ}$ будет равно: $R_{общ} = N \cdot R_1$.

III. Суперзадание.

Рассматривая амперметр как третий проводник, соединенный последовательно с резисторами $R_1$ и $R_2$, измерьте напряжение $U$ на нем. Начертите схему цепи, запишите и объясните результаты измерения.

Если рассматривать амперметр как третий проводник, соединенный последовательно с резисторами $R_1$ и $R_2$, то электрическая схема будет представлять собой источник тока, ключ, резисторы $R_1$ и $R_2$, и амперметр, соединенные последовательно. Для измерения напряжения на амперметре, вольтметр необходимо подключить параллельно к клеммам амперметра.

Ожидаемые результаты измерения и объяснение:

Идеальный амперметр имеет нулевое внутреннее сопротивление ($R_A = 0$). В реальных условиях амперметр имеет очень малое, но не нулевое сопротивление. При последовательном соединении сила тока, протекающего через амперметр, будет равна силе тока во всей цепи ($I_A = I_0$). Напряжение на амперметре $U_A$ можно найти по закону Ома: $U_A = I_A \cdot R_A$.

Поскольку сопротивление амперметра $R_A$ очень мало, напряжение $U_A$ на нем также будет очень малым, близким к нулю. В идеальном случае $U_A$ было бы равно нулю. Если амперметр имеет значительное внутреннее сопротивление, это сопротивление добавится к общему сопротивлению цепи, и показания всех приборов могут измениться (ток уменьшится, напряжения на резисторах также изменятся). Однако в контексте лабораторной работы предполагается, что амперметр имеет пренебрежимо малое сопротивление, и поэтому напряжение на нем будет стремиться к нулю.

Вывод: Напряжение, измеренное на амперметре, будет очень маленьким, практически равным нулю, поскольку амперметр предназначен для измерения тока и имеет очень низкое внутреннее сопротивление, чтобы не вносить значительных изменений в измеряемую цепь.