Л.р. №4 " Измерение электрического напряжения и сопротивления проводника"
Цель: познакомиться с основными характеристиками вольтметра и способом измерения электрического напряжения; научиться измерять сопротивление проводника.
Оборудование: источник тока, амперметр, вольтметр, лампочка на подставке, резистор на панельке, ключ, соединительные провода.
Проверьте себя
Ответьте письменно на вопросы.
Как включается в цепь вольтметр и что он измеряет?
Вольтметр предназначен для измерения напряжения между двумя точками цепи и подключается параллельно к участку, на котором измеряет напряжение. При подключении следует соблюдать полярность подключения клемм "+" и "-" по отношению к источнику.
2. Какую зависимость выражает закон Ома?
Сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника
Ход работы
I. Знакомство с основными характеристиками вольтметра (рассмотрим на примере вольтметра, приведенного на рисунке)
Расмотрите внимательно вольтметр и ответьте на вопросы.
Какова цена деления вольтметра?
С = (4В-3В)/5дел. = 0,2 В/дел
Какие минимальное и максимальное напряжения можно измерять данным вольтметром?
Umin = 0,2В, Umax = 6В . Будьте внимательны. Могут использоваться вольтметры с двумя шкалами измерения. В зависимости от того, какая из шкал подключена (верхняя или нижняя) и указывается цена деления и пределы измерения. Не забудьте уточнить у учителя, какую шкалу следует подключить.
Каким должно быть сопротивление вольтметра по сравнению с сопротивлением амперметра? Почему они так сильно различаются?
Сопротивление вольтметра должно быть максимально большим, чтобы электрический ток шел через участок цепи, а не через вольтметр. Амперметр подключается последовательно и его сопротивление должно быть очень маленьким, чтобы не влиять на силу тока в цепи.
II. Измерение напряжения
Соберите электрическую цепь согласно рисунку. После проверки учителем замкните ключ, определите и запишите в таблицу значение силы тока I₁ в резисторе
2. Разомкнув цепь, включите параллельно резистору вольтметр. Замкните цепь, определите и запишите в таблицу значения напряжения U на резисторе и силы тока I₂ в нем. Начертите схему данной электрической цепи.
3. Сравните значения силы тока I₁ и I₂ в опытах 1 и 2. Как отразилась на силе тока включение в цепь вольтметра? Почему?
Включение в цепь вольтметра не изменило значение силы тока I в цепи. Это связано с высоким значением сопротивления вольтметра
III. Измерение сопротивления проводника.
Используя результаты предыдущего опыта, определите по закону Ома и запишите в таблицу значение сопротивления R резистора.
2. Запишите в таблицу паспортное значение сопротивления Rн резистора, указанное на панельке. Сравните Rн и R, найденное по закону Ома, сделайте вывод
Сопротивление резистора - величина постоянная, оно указано на самом резисторе (паспортное значение сопротивления). У вас должно получиться приблизительно одинаковое значение рассчитанного по закону Ома и паспортного значения. То, что они приблизительно равные можно объяснить погрешностью приборов и наличием дополнительного сопротивления в местах контактов и в соединительных проводах.
3. Замените в цепи резистор лампочкой. Измерьте и запишите в таблицу значения силы тока Iл в спирали лампочки, напряжения Uл на ней. Определите и запишите в таблицу значение сопротивления Rл спирали лампочки
4. Запишите в таблицу номинальное значения силы тока Iн и напряжения Uн, указанные на цоколе данной лампочки. Вычислите по этим данным и запишите в таблицу значение номинального сопротивления Rл спирали лампочки
На цоколе лампочки указаны номинальные значения силы тока Iн и Uн. Это значения силы тока и напряжения, при которых рекомендуется использовать лампочку. если подключить ее к большему напряжению, вольфрамовая нить лампочки может перегореть.
5. Сравните определенное экспериментально Rл и номинальное Rн сопротивление спирали лампочки, сделайте вывод.
Если сопротивление Rл, полученное в п.3 и сопротивление Rн, полученное в п.4 практически совпадут, то напряжение, подаваемое на лампочку и ее номинальное напряжение совпадают.
Если сопротивление Rл, полученное в п.3 значительно меньше сопротивление Rн, полученного в п.4 , можно сделать вывод, что напряжение, подаваемое на лампочку было ниже номинального и лампочка не нагрелась до рабочей температуры. Если наоборот - поданное напряжение было выше номинального и перегрев лампочки привел к повышению ее сопротивления.
ВЫВОДЫ:
В ходе работы изучены характеристики вольтметра (указать полученные параметры). Собрали электрическую цепь и измерили параметры: (указать полученные значения силы тока и напряжения), рассчитаны значения сопротивлений резистора и лампочки (указать полученные экспериментально и паспортное и номинальное). Указать, отличается ли полученный результат от паспортного. Работала ли лампочка в номинальном режиме (температура накала была меньше, равной, или больше рекомендуемой)
IV. Суперзадание
Измерьте сопротивление резистора, используя измененную схему. Сравните результат с результатом, полученным в п.1. Оцените достоинства и недостатки применяемых методов.
Вероятно, вы получите значение сопротивления несколько выше, чем определенное ранее. Это связано с тем, что амперметр обладает незначительным сопротивлением, но оно есть. Этот метод можно использовать для измерения больших сопротивлений и нельзя для маленьких (в сравнении с сопротивлением амперметра)
U = ... В I = ... А R = .... Ом. Полученное сопротивление оказалось несколько больше сопротивления, полученного в п.1. Это объясняется тем, что амперметр обладает небольшим внутренним сопротивлением. Эта схема подходит для измерения больших сопротивлений (значительно больше сопротивления амперметра). Для измерения небольших сопротивлений (сравнимых с сопротивлением амперметра) эта схема не подходит.