Лабораторная работа №5. Изучение последовательного соединения проводников
В работе два проводника (резистора или лампы) соединяют последовательно, измеряют амперметром силу тока, а вольтметром — напряжение на каждом проводнике и на обоих вместе. По результатам проверяют три закономерности последовательного соединения: для силы тока, напряжения и сопротивления.
Цель работы. Экспериментально получить закономерности последовательного соединения проводников: сравнить силу тока в разных участках цепи, напряжения на проводниках и общее сопротивление с сопротивлениями отдельных проводников.
Сделать ҚМЖ по этой темеЦели обучения
- 8.4.2.9экспериментально получить закономерности последовательного соединения проводников
- 8.1.3.3знать и соблюдать технику безопасности в кабинете физики
Оборудование
- источник тока (4–6 В)
- ключ
- два резистора (например, 2 Ом и 4 Ом) или две лампы на подставках
- амперметр
- вольтметр
- соединительные провода
Ход работы
- 1
Начерти схему: источник, ключ, амперметр и два проводника соединены последовательно.
- 2
Определи цену деления амперметра и вольтметра и их погрешности.
- 3
Собери цепь при разомкнутом ключе и покажи её учителю.
- 4
Замкни ключ и запиши силу тока I. Перенеси амперметр между проводниками и убедись, что показание не изменилось.
- 5
Подключи вольтметр параллельно первому проводнику и запиши U₁.
- 6
Подключи вольтметр параллельно второму проводнику и запиши U₂.
- 7
Подключи вольтметр к обоим проводникам сразу и запиши общее напряжение U.
- 8
Повтори измерения с другой парой проводников или при другом напряжении источника и запиши результаты во вторую строку таблицы.
- 9
Разомкни ключ, вычисли R₁, R₂ и общее сопротивление R и проверь закономерности.
Краткая теория
При последовательном соединении проводники включают друг за другом без разветвлений: конец первого соединён с началом второго. Через каждый проводник проходит один и тот же заряд за одно и то же время, поэтому сила тока на всех участках одинакова: I = I₁ = I₂.
Работа электрического поля на всём участке равна сумме работ на отдельных проводниках, поэтому общее напряжение равно сумме напряжений: U = U₁ + U₂. Подставив закон Ома U = I·R для каждого проводника, получаем общее сопротивление: R = R₁ + R₂. Общее сопротивление последовательной цепи больше сопротивления любого из проводников. Если последовательно соединены n одинаковых проводников сопротивлением R₁ каждый, то R = n·R₁.
Из одинаковости тока следует ещё одно свойство: напряжения на проводниках пропорциональны их сопротивлениям, U₁ / U₂ = R₁ / R₂. На проводнике с бо́льшим сопротивлением напряжение больше. Если цепь разорвать в любом месте, ток прекратится во всей цепи — поэтому последовательно с потребителем включают выключатель и предохранитель. У ламп сопротивление зависит от нагрева нити, но соотношения для тока и напряжений выполняются и для них.
Виртуальный опыт
В симуляции «Электрическая лаборатория» открой схему «Две лампы последовательно». Измерь силу тока, ставя амперметр в разные места цепи, и напряжение вольтметром на каждой лампе и на обеих вместе. Запиши результаты в таблицу и проверь, выполняются ли равенства I = I₁ = I₂ и U = U₁ + U₂.
Ещё одна симуляция по теме: Последовательное и параллельное соединение
Таблица измерений
Лабораторная работа №5 · Физика, 8 класс. Изучение последовательного соединения проводников
Фамилия, имя, класс: ____________________ Дата: __________
| № опыта | I, А | U₁, В | U₂, В | U, В | R₁, Ом | R₂, Ом | R, Ом |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | |||||||
| 2 | |||||||
| 3 |
Расчёт и вывод
Сопротивления: R₁ = U₁ / I, R₂ = U₂ / I, общее R = U / I.
Например, I = 0,50 А, U₁ = 1,0 В, U₂ = 2,0 В, U = 3,0 В. Тогда R₁ = 1,0 / 0,50 = 2,0 Ом, R₂ = 2,0 / 0,50 = 4,0 Ом, R = 3,0 / 0,50 = 6,0 Ом, и R₁ + R₂ = 6,0 Ом = R.
Проверка: U₁ + U₂ = 3,0 В = U; U₁ / U₂ = 0,5 и R₁ / R₂ = 0,5.
Погрешность прибора — половина цены деления. Если сумма U₁ + U₂ отличается от U не больше, чем на погрешности приборов, закономерность считают подтверждённой.
Шаблон вывода: В ходе работы я изучил(а) последовательное соединение проводников. Сила тока во всех участках цепи … (I = … А). Общее напряжение U = … В, а сумма U₁ + U₂ = … В, значит … . Общее сопротивление R = … Ом, R₁ + R₂ = … Ом, следовательно … .
Контрольные вопросы
Какие закономерности выполняются при последовательном соединении?
Показать ответ
Сила тока одинакова: I = I₁ = I₂; напряжения складываются: U = U₁ + U₂; сопротивления складываются: R = R₁ + R₂.
Что произойдёт, если одна из двух последовательно соединённых ламп перегорит?
Показать ответ
Цепь разомкнётся, ток прекратится, и вторая лампа тоже погаснет.
На каком проводнике напряжение больше?
Показать ответ
На том, у которого больше сопротивление, так как U₁ / U₂ = R₁ / R₂ при одинаковой силе тока.
Чему равно общее сопротивление двух последовательно соединённых резисторов по 10 Ом?
Показать ответ
R = 10 Ом + 10 Ом = 20 Ом.
Где в быту используют последовательное соединение?
Показать ответ
Выключатель и предохранитель включают последовательно с прибором, чтобы они могли разомкнуть всю цепь.
Техника безопасности
- Собирай и меняй цепь только при разомкнутом ключе, замыкай — после проверки учителем.
- Не касайся оголённых проводов и клемм при замкнутой цепи.
- Лампы и резисторы нагреваются — не трогай их во время опыта и сразу после него.
- Если стрелка прибора зашкаливает или появился запах, разомкни ключ и сообщи учителю.
- Не подключай источник с напряжением больше того, что назвал учитель.
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 «Две лампы последовательно». Результаты в журнал записывай так, как требует учитель.
- Как записать вывод?
- Запиши три закономерности последовательного соединения и подтверди каждую своими числами: силу тока, сумму напряжений и сумму сопротивлений.
- Почему U₁ + U₂ не точно равно U?
- Мешают погрешности приборов, неточный отсчёт по шкале и небольшое сопротивление соединительных проводов. Разница в пределах погрешности допустима.