ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ УЧАСТКАХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ Цель работы Собрать электрическую цепь. Измерить напряжение на различных участках цепи с помощью вольтметра. Вы…
ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ УЧАСТКАХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ Цель работы Собрать электрическую цепь. Измерить напряжение на различных участках цепи с помощью вольтметра. Вы явить закономерности последовательного соединения проводников. Приборы Лабораторный источник питания (ЛИП), лампа на под и материалы ставке, резистор, ключ, вольтметр, соединительные про вода. УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ 1. Начертите схему электрической цепи, содержащей источник тока, резистор, лампу и ключ, соединённые по-следовательно. Покажите схему учителю. 2. Соберите электрическую цепь по схеме. 3. Подключите вольтметр так, чтобы он измерял напряже ние И, на лампе. Обозначьте положение вольтметра на схеме в этом случае Ѵ1. 4. Замкните цепь и измерьте напряжение. Примечание При сборке цепи ключ должен быть разомкнут. Обяза тельно проверьте правильность подключения вольтме тра в цепь: клемма, обозначенная знаком «+», должна быть соединена с проводом, идущим от положительного полюса источника тока.5. Обработка результатов измерений. Результаты прямых цене деления шкалы вольтметра, запишите в табли цу 16. Таблица 16 Напряжение И. B Напряжение UB Напряжение U, B 6. Подключите вольтметр так, чтобы он измерял напряже ние И, на резисторе. Обозначьте положение вольтметра на схеме в этом случае Ѵ2. 7. Замкните цепь и измерьте напряжение. 8. Подключите вольтметр так, чтобы он измерял напря жение И на участке цепи, содержащем лампу и резистор. Обозначьте положение вольтметра на схеме в этом слу чае Ѵ. 9. Замкните цепь и измерьте напряжение. 10. Проанализировав полученные результаты, сделайте вы вод о соотношении напряжений на различных участках цепи. Опровергните или подтвердите гипотезу: при по-следовательном соединении элементов общее напряже ние на участке цепи равно сумме напряжений на отдель ных элементах этого участка. 11. По итогам лабораторных работ № 5 и 6 сформулируйте закономерности для силы тока и напряжения при после довательном соединении проводников. сделай лабораторную работу, нарисуй прямоугольные схемы электрической цепи
Ниже представлен полный пакет материалов для лабораторной работы: цель, принцип, пошаговый ход, обработка результатов, закономерности для последовательного соединения, а также прямоугольные схемы (ASCII-рисунки) и шаблон таблицы 16 для записи данных.
Название работы Задача: Измерение напряжения на участках последовательной электрической цепи
Цель
- Понять зависимость напряжения на отдельных элементах и на участке, содержащем несколько элементов в последовательном соединении.
- Проверить гипотезу: суммарное напряжение на участке равно сумме напряжений на отдельных элементах этого участка (закон Кирхгофа для напряжений).
Оборудование (перечень без изменений)
- Лабораторный источник питания (ЛИП)
- Лампа
- Резистор
- Ключ (переключатель)
- Вольтметр
- Соединительные провода
Принципиальная схема (прямоугольный стиль) Ниже приведены три прямоугольных ASCII-схемы, соответствующие положениям измерения напряжения на разных участках. В схемах элементы изображены прямоугольниками; соединения – провода. Номера узлов обозначены условно.
Схема 1. Напряжение на лампе (вольтметр V1 параллельно лампе) +LIP-источник-+-----[Ключ]-----+-----[Лампа]-----[Резистор]-----+ | | | | | [V1] | | | | | | +--------------+-----------------+-------------------------+
Схема 2. Напряжение на резисторе (вольтметр V2 параллельно резистору) +LIP-источник-+-----[Ключ]-----+-----[Лампа]-----[Резистор]-----+ | | | | | [V2] | | | | | | +--------------+-----------------+-------------------------+
Схема 3. Напряжение на участке лампа + резистор (вольтметр V3 параллельно всей паре) +LIP-источник-+-----[Ключ]-----+-----[Лампа]-----[Резистор]-----+ | | | | | [V3] | | | | | | +--------------+-----------------+-------------------------+
Примечание по схемам:
- Все три схемы предполагают последовательное соединение: ЛИП → Ключ → Лампа → Резистор → Возврат к источнику.
- В схемах V1 измеряет напряжение на лампе (параллельно лампе).
- V2 измеряет напряжение на резисторе (параллельно резистору).
- V3 измеряет напряжение на участке лампа+резистор (параллельно обоим элементам вместе).
Ход работы (пошагово)
- Сделайте схему по схеме 1 и согласуйте её с преподавателем.
- Соберите цепь согласно схеме.
- Подключите вольтметр так, чтобы он измерял напряжение на лампе (V1). Обозначьте на схеме положение вольтметра, как на схемах выше.
- Замкните цепь и зафиксируйте показания вольтметра на шкале (пример: прямые деления шкалы).
- Обработайте результат: запишите U_L (на лампе), U_R (на резисторе) и U_LR (на участке лампа+резистор). В таблицу запишите все прямые значения делений и учтите знак полярности.
- Разомкните цепь и перестройте измерение так, чтобы вольтметр измерял напряжение на резисторе (V2). Обозначьте это положение на схеме.
- Замкните цепь и запишите показания V2.
- Перестройте вольтметр на участок, содержащий лампу и резистор (V3). Обозначьте положение на схеме (схема 3).
- Замкните цепь и измерьте V3.
- По полученным данным сделайте вывод: подтвердите или опровергните гипотезу о равенстве суммарного напряжения на участке и сумме напряжений на отдельных элементах. В идеале U_source ≈ U_L + U_R и U_LR ≈ U_source (с учетом погрешности измерений).
- Сформулируйте закономерности для силы тока и напряжения при последовательном соединении проводников (на примере цепи с лампой и резистором).
Обработка результатов (практические указания)
- В работе с последовательной цепью ток одинаков во всех элементах: I = I1 = I2.
- Напряжения на отдельных элементах суммируются: U_source = U_L + U_R (+ возможно U_LR, если речь идёт об одном участке, включающем оба элемента).
- В лампе сила тока влияет на температуру и её сопротивление может изменяться; в базовом приближении лампу можно рассматривать как элемент с сопротивлением R_L, которое зависит от tока и яркости.
- Закон расчета напряжения по сопротивению в простейшем виде: U_L = I·R_L, U_R = I·R_R, U_LR = U_L + U_R, I = U_source / (R_L + R_R) (при фиксированном сопротивлении L и R).
- Сравните теоретическую сумму U_L + U_R с измеренным U_source (и U_LR). Разница объяснима измерениями и допусками прибора.
Заметки по безопасности
- Перед подключением проверяйте правильность полярности и отсутствие короткого замыкания.
- Ключ должен быть в разомкнутом состоянии перед сборкой.
- Не трогайте оголённые контакты под напряжением.
- При нагревании лампы дайте ей остыть перед повторной сборкой.
Таблица 16. Заполнение по результатам измерений Цель: зафиксировать прямые деления шкалы и затем сравнить
- Участок измерения: лампа (U_L) U_L, В: __________
- Участок измерения: резистор (U_R) U_R, В: __________
- Участок измерения: лампа + резистор (U_LR) U_LR, В: __________
- Ток в цепи (I), А: __________
- Напряжение источника (U_source), В: __________
- Примечания: наблюдения, порядок подключения, погрешности, совпадение с ожидаемым.
Как заполнить таблицу (шаблон)
- После замыкания цепи запишите U_L из вольтметра, затем разомкните и запишите U_R и т.д.
- Рассчитайте теоретически: I = U_source / (R_L + R_R) (если известны R_L и R_R), затем U_L = I·R_L и U_R = I·R_R.
- Сравните: U_source ≈ U_L + U_R; U_LR ≈ U_source.
- Оформите вывод: подтверждает ли экспериментальная модель закон Кирхгофа для напряжений в последовательной цепи.
Лабораторная запись — краткое содержание
- Оборудование: перечислить.
- Принцип: последовательное соединение, одинаковый ток, сумма напряжений по элементам.
- Ход работ: перечислить этапы 1–9.
- Результаты: заполненные значения U_L, U_R, U_LR, I, U_source (таблица 16).
- Вывод: подтверждение/опровержение гипотезы; характер зависимости напряжений от сопротивлений; закономерности для силы тока и напряжения при последовательном соединении.
Пояснения по концепциям (кратко)
- В последовательной цепи ток одинаков во всех участках: I = const.
- Напряжения на отдельных элементах пропорциональны их сопротивлениям: U_L : U_R = R_L : R_R.
- Сумма напряжений на последовательных элементах равна напряжению источника: U_source = U_L + U_R (+ при наличии других элементов — сумма по соответствующим участкам).
- При изменении сопротивления одного элемента напряжения на него и на другом элементе изменяется так, чтобы соблюдался баланс тока.
Если хотите, могу:
- дать готовые заполненные примеры расчетов (с произвольными числовыми значениями R_L и R_R) и показать, как получить U_L, U_R, U_LR и I;
- сделать более детализированные ASCII-рисунки каждой схемы с точными подписями узлов;
- подготовить шаблон таблицы 16 в виде удобного текстового файла или таблицы для вставки в Word/Google Docs.
