Лабораторные работы — с. 235
Лабораторная работа № 7. Измерение сопротивления проводника. Изучение принципа действия реостата. Цель работы: Изучить устройство реостата. Измерить сопротивление проводника с помощью амперметра и вольтметра. Проверить возможность изменения силы тока в цепи при помощи реостата. Приборы и материалы: Лабораторный источник питания (ЛИП), реостат, ключ, амперметр, вольтметр, соединительные провода. Указания к работе:
1. Рассмотрите реостат. Сделайте предположение о том, как изменяется сопротивление реостата при изменении положения ползунка (от крайнего левого до крайнего правого).
2. Начертите схему электрической цепи, показанной на рисунке 179. [на рисунке 179: ЛИП, реостат, амперметр и ключ соединены последовательно.] 3. Соберите электрическую цепь по схеме. Подключите вольтметр так, чтобы он измерял напряжение на реостате.
4. Поставьте ползунок реостата в положение, при котором его сопротивление максимально. Замкните цепь, снимите показания амперметра и вольтметра.
5. Обработка результатов измерений. Результаты прямых измерений с учётом абсолютной погрешности, равной цене деления шкалы прибора, и вычислений записывайте в таблицу 17. [Таблица 17: № опыта; Сила тока I, А; Напряжение U, В; Сопротивление R, Ом.] 6. Передвиньте ползунок реостата приблизительно на четверть длины обмотки, затем на половину, затем на три четверти. В каждом случае записывайте показания приборов. Примечание. Перед замыканием цепи проверяйте положение ползунка реостата: нельзя, чтобы его сопротивление было минимальным. Это может привести к поломке амперметра.
7. Рассчитайте сопротивление реостата в каждом случае.
8. Проанализируйте результаты измерений и сделайте вывод о назначении реостата.
Ход работы (реостат на 10 Ом, ЛИП установлен на 4 В).
1. Устройство и предположение. Реостат — керамический цилиндр с намотанной на него проволокой из сплава с большим удельным сопротивлением; по проволоке скользит ползунок, соединённый со стержнем. Ток идёт по той части обмотки, которая находится между зажимом и ползунком. Предположение: при перемещении ползунка так, чтобы в цепь включалась всё меньшая часть обмотки, сопротивление уменьшается (R = ρl/S, длина включённой проволоки l уменьшается); при увеличении включённой длины сопротивление растёт.
2. Схема (см. рисунок). ЛИП, реостат, амперметр и ключ — последовательно, вольтметр — параллельно реостату, клеммы «+» приборов — со стороны положительного полюса.
3. Цены деления: амперметр (предел 2 А) — 0,1 А, вольтметр (предел 6 В) — 0,2 В; погрешности ΔI = 0,1 А, ΔU = 0,2 В.
4. Опыты. Перед каждым замыканием проверяем, что ползунок не стоит в положении нулевого сопротивления. Положение 1 (сопротивление максимально, в цепь включена вся обмотка): I = 0,4 А, U = 3,8 В. Затем сдвигаем ползунок на четверть длины, на половину, на три четверти; показания в таблице 17.
5. Расчёт по закону Ома R = U/I:
R₁ = 3,8 В / 0,4 А = 9,5 Ом; R₂ = 3,8 В / 0,5 А = 7,6 Ом; R₃ = 3,8 В / 0,8 А ≈ 4,8 Ом; R₄ = 3,6 В / 1,4 А ≈ 2,6 Ом.
Относительная погрешность ε = ΔI/I + ΔU/U, абсолютная ΔR = R·ε: опыт 1: ε ≈ 0,25 + 0,05 = 0,30, ΔR ≈ 2,9 Ом; опыт 2: ε ≈ 0,25, ΔR ≈ 1,9 Ом; опыт 3: ε ≈ 0,18, ΔR ≈ 0,8 Ом; опыт 4: ε ≈ 0,13, ΔR ≈ 0,3 Ом. Итак, R₁ = 9,5 ± 2,9; R₂ = 7,6 ± 1,9; R₃ = 4,8 ± 0,8; R₄ = 2,6 ± 0,3 Ом. Ожидаемые значения 10; 7,5; 5; 2,5 Ом лежат внутри интервалов, предположение подтверждается. Погрешность велика при малой силе тока (шкала амперметра грубая).
Вывод. При перемещении ползунка так, что включённая часть обмотки уменьшается, сопротивление реостата убывает (9,5 → 7,6 → 4,8 → 2,6 Ом), а сила тока в цепи растёт (0,4 → 0,5 → 0,8 → 1,4 А) при почти неизменном напряжении источника. Реостат — прибор для плавного изменения сопротивления цепи, то есть для регулирования силы тока (и напряжения) в ней. Его нельзя ставить в положение нулевого сопротивления, чтобы не перегрузить амперметр.
Оговорка: числовые значения получены для типичного оборудования и могут отличаться (R реостата и напряжение ЛИП приняты 10 Ом и 4 В; напряжение чуть падает при росте тока из-за внутреннего сопротивления источника и проводов).
1. Устройство и предположение. Реостат — керамический цилиндр с намотанной на него проволокой из сплава с большим удельным сопротивлением; по проволоке скользит ползунок, соединённый со стержнем. Ток идёт по той части обмотки, которая находится между зажимом и ползунком. Предположение: при перемещении ползунка так, чтобы в цепь включалась всё меньшая часть обмотки, сопротивление уменьшается (R = ρl/S, длина включённой проволоки l уменьшается); при увеличении включённой длины сопротивление растёт.
2. Схема (см. рисунок). ЛИП, реостат, амперметр и ключ — последовательно, вольтметр — параллельно реостату, клеммы «+» приборов — со стороны положительного полюса.
3. Цены деления: амперметр (предел 2 А) — 0,1 А, вольтметр (предел 6 В) — 0,2 В; погрешности ΔI = 0,1 А, ΔU = 0,2 В.
4. Опыты. Перед каждым замыканием проверяем, что ползунок не стоит в положении нулевого сопротивления. Положение 1 (сопротивление максимально, в цепь включена вся обмотка): I = 0,4 А, U = 3,8 В. Затем сдвигаем ползунок на четверть длины, на половину, на три четверти; показания в таблице 17.
5. Расчёт по закону Ома R = U/I:
R₁ = 3,8 В / 0,4 А = 9,5 Ом; R₂ = 3,8 В / 0,5 А = 7,6 Ом; R₃ = 3,8 В / 0,8 А ≈ 4,8 Ом; R₄ = 3,6 В / 1,4 А ≈ 2,6 Ом.
Относительная погрешность ε = ΔI/I + ΔU/U, абсолютная ΔR = R·ε: опыт 1: ε ≈ 0,25 + 0,05 = 0,30, ΔR ≈ 2,9 Ом; опыт 2: ε ≈ 0,25, ΔR ≈ 1,9 Ом; опыт 3: ε ≈ 0,18, ΔR ≈ 0,8 Ом; опыт 4: ε ≈ 0,13, ΔR ≈ 0,3 Ом. Итак, R₁ = 9,5 ± 2,9; R₂ = 7,6 ± 1,9; R₃ = 4,8 ± 0,8; R₄ = 2,6 ± 0,3 Ом. Ожидаемые значения 10; 7,5; 5; 2,5 Ом лежат внутри интервалов, предположение подтверждается. Погрешность велика при малой силе тока (шкала амперметра грубая).
Вывод. При перемещении ползунка так, что включённая часть обмотки уменьшается, сопротивление реостата убывает (9,5 → 7,6 → 4,8 → 2,6 Ом), а сила тока в цепи растёт (0,4 → 0,5 → 0,8 → 1,4 А) при почти неизменном напряжении источника. Реостат — прибор для плавного изменения сопротивления цепи, то есть для регулирования силы тока (и напряжения) в ней. Его нельзя ставить в положение нулевого сопротивления, чтобы не перегрузить амперметр.
Оговорка: числовые значения получены для типичного оборудования и могут отличаться (R реостата и напряжение ЛИП приняты 10 Ом и 4 В; напряжение чуть падает при росте тока из-за внутреннего сопротивления источника и проводов).