Лабораторная работа №4. Исследование зависимости силы тока от напряжения на участке цепи
В работе с помощью реостата меняют напряжение на резисторе и для каждого значения измеряют силу тока амперметром и напряжение вольтметром. По результатам строят график зависимости I(U) — вольт-амперную характеристику — и находят сопротивление резистора. Так на опыте получают закон Ома для участка цепи.
Цель работы. Исследовать зависимость силы тока в металлическом проводнике (резисторе) от напряжения на нём при постоянной температуре, построить и объяснить вольт-амперную характеристику и определить сопротивление проводника с учётом погрешностей.
Сделать ҚМЖ по этой темеЦели обучения
- 8.4.2.5строить и объяснять вольт-амперную характеристику металлического проводника при постоянной температуре
- 8.1.3.1собирать, анализировать экспериментально полученные данные и записывать их с учетом погрешностей
- 8.1.3.3знать и соблюдать технику безопасности в кабинете физики
Оборудование
- источник тока (4–6 В)
- ключ
- реостат
- резистор (проволочный)
- амперметр
- вольтметр
- соединительные провода
- миллиметровая бумага для графика
Ход работы
- 1
Начерти схему: источник, ключ, реостат, резистор и амперметр соединены последовательно, вольтметр подключён параллельно резистору.
- 2
Определи цену деления и погрешность амперметра и вольтметра.
- 3
Собери цепь при разомкнутом ключе; ползунок реостата поставь в положение наибольшего сопротивления.
- 4
После проверки учителем замкни ключ и запиши показания вольтметра U и амперметра I.
- 5
Передвигая ползунок реостата, установи ещё 4–5 разных значений напряжения и для каждого запиши U и I.
- 6
Между измерениями размыкай ключ, чтобы резистор не нагревался.
- 7
Построй график I(U): по горизонтальной оси откладывай U, по вертикальной — I; проведи прямую через начало координат.
- 8
Для каждого опыта вычисли R = U / I, найди среднее значение и оцени погрешность.
Краткая теория
Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах участка и обратно пропорциональна его сопротивлению: I = U / R. Это закон Ома для участка цепи. Сопротивление R измеряют в омах (Ом): 1 Ом = 1 В / 1 А. Сопротивление металлического проводника зависит от материала, длины, площади поперечного сечения и температуры.
График зависимости силы тока от напряжения называют вольт-амперной характеристикой. Для металлического проводника при постоянной температуре это прямая, проходящая через начало координат. Чем больше сопротивление, тем меньше наклон прямой к оси напряжения. Если проводник сильно нагревается, как нить лампы, его сопротивление растёт и график отклоняется от прямой, поэтому в опыте берут резистор и небольшие токи.
Реостат, включённый последовательно с резистором, позволяет плавно менять силу тока в цепи и напряжение на резисторе. Каждое измерение содержит погрешность: у стрелочного прибора она равна половине цены деления. Из-за погрешностей точки на графике ложатся не строго на прямую, поэтому прямую проводят через начало координат как можно ближе ко всем точкам.
Виртуальный опыт
В симуляции «Электрическая лаборатория» открой схему «Закон Ома: I(U) на резисторе». Меняй сопротивление реостата и для каждого положения записывай показания амперметра и вольтметра — всего 5–6 пар значений. По ним построй график I(U) в тетради и вычисли сопротивление резистора.
Ещё одна симуляция по теме: Закон Ома для участка цепи
Таблица измерений
Лабораторная работа №4 · Физика, 8 класс. Исследование зависимости силы тока от напряжения на участке цепи
Фамилия, имя, класс: ____________________ Дата: __________
| № опыта | U, В | I, А | R = U / I, Ом |
|---|---|---|---|
| 1 | |||
| 2 | |||
| 3 | |||
| 4 | |||
| 5 |
Расчёт и вывод
Сопротивление: R = U / I. Например, при U = 1,0 В и I = 0,20 А получаем R = 1,0 / 0,20 = 5,0 Ом; при U = 2,0 В и I = 0,40 А тоже R = 5,0 Ом.
Среднее значение сопротивления находят как сумму всех R, делённую на число опытов: (R₁ + R₂ + … + Rₙ) / n.
Погрешность. Например, при ΔU = 0,1 В и ΔI = 0,01 А относительная погрешность ε ≈ ΔU / U + ΔI / I = 0,1 / 2,0 + 0,01 / 0,40 = 0,075, то есть около 8 %. Тогда ΔR ≈ 0,075 · 5,0 ≈ 0,4 Ом и R = (5,0 ± 0,4) Ом.
Если все точки в пределах погрешностей лежат на прямой, проходящей через начало координат, сила тока прямо пропорциональна напряжению.
Шаблон вывода: В ходе работы я исследовал(а) зависимость силы тока от напряжения на резисторе. График I(U) получился … , проходящей через … . Значит, сила тока … напряжению, и закон Ома … . Сопротивление резистора R = (… ± …) Ом.
Контрольные вопросы
Как формулируется закон Ома для участка цепи?
Показать ответ
Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на его концах и обратно пропорциональна сопротивлению участка: I = U / R.
Почему вольт-амперная характеристика резистора — прямая?
Показать ответ
При постоянной температуре сопротивление металлического проводника не меняется, поэтому сила тока растёт пропорционально напряжению.
Как изменится график, если взять резистор с большим сопротивлением?
Показать ответ
Прямая пойдёт положе, ближе к оси U: при том же напряжении сила тока будет меньше.
Зачем в цепи реостат?
Показать ответ
Он позволяет плавно менять силу тока в цепи и напряжение на резисторе, чтобы получить несколько точек графика.
Почему вольт-амперная характеристика лампы накаливания не прямая?
Показать ответ
С ростом тока нить сильно нагревается, её сопротивление увеличивается, и сила тока растёт медленнее, чем напряжение.
Техника безопасности
- Собирай и меняй цепь только при разомкнутом ключе, замыкай — после проверки учителем.
- Не касайся оголённых проводов и клемм при замкнутой цепи.
- Не оставляй цепь замкнутой надолго: резистор и реостат нагреваются.
- Если стрелка прибора дошла до конца шкалы, сразу разомкни ключ и уменьши напряжение реостатом.
Учителю
ҚМЖ и СОР по теме этой работы ИИ собирает в кабинете Bilim Plus Ұстаз по кодам целей обучения. Симуляцию можно выдать классу или вывести на доску.
Вопросы
- Можно ли выполнить работу без приборов?
- Да, можно провести виртуальную лабораторную работу в симуляции «Электрическая лаборатория» со схемой «Закон Ома: I(U) на резисторе». Результаты в журнал записывай так, как требует учитель.
- Как записать вывод?
- Опиши вид графика I(U), скажи, как сила тока зависит от напряжения, и запиши сопротивление резистора с погрешностью.
- Почему точки на графике не лежат точно на прямой?
- Из-за погрешностей приборов и неточного отсчёта. Прямую проводят через начало координат так, чтобы точки лежали по обе стороны от неё как можно ближе.