"Физика", Андрюшечкин С.М.
Сопротивление участка цепи находят экспериментально: измеряют напряжение на его концах и силу тока через него, а затем применяют закон Ома. Для работы нужны источник тока, ключ, амперметр и вольтметр. Приборы подключают по-разному: амперметр — последовательно, вольтметр — параллельно исследуемому участку. Повторение измерений помогает проверить результат и оценить точность опыта.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Сопротивление участка цепи — физическая величина, которую в работе определяют по напряжению на участке и силе тока через него. Обычно её обозначают буквой R, напряжение — U, а силу тока — I. Это определение подсказывает, какие показания нужно получить в опыте: без измерений U и I рассчитать R нельзя.
Амперметр — прибор для измерения силы тока; его включают последовательно с исследуемым участком. При последовательном соединении через прибор и участок проходит один и тот же ток. Поэтому амперметр позволяет узнать именно силу тока в выбранной части цепи, а не в каком-то другом ответвлении.
Вольтметр — прибор для измерения напряжения; его подключают параллельно исследуемому участку. Его контакты соединяют с двумя концами участка, чтобы измерить напряжение между ними. Такое подключение нужно, чтобы показание относилось именно к сопротивлению, которое требуется найти.
Закон Ома для участка цепи — соотношение между напряжением, силой тока и сопротивлением: R = U/I. Здесь U показывает напряжение на участке, а I — ток через него. Формула нужна, чтобы по измеренным значениям вычислить сопротивление; результат записывают в омах, обозначение единицы — Ом.
Цель работы — определить сопротивление выбранного участка цепи, измерив напряжение на нём и силу тока через него. Эти две величины можно получить с помощью приборов, а затем связать формулой закона Ома. Так расчёт опирается не на предположение о сопротивлении, а на показания собранной цепи.
Перед сборкой цепи нужно проверить схему: амперметр включить последовательно, а вольтметр — параллельно участку, сопротивление которого определяют. Амперметр ставят в разрыв цепи, чтобы через него шёл измеряемый ток. Вольтметр присоединяют к обоим концам участка, потому что напряжение характеризует разность между этими точками; неверное соединение даст неправильное измерение и может повредить прибор.
После проверки замыкают ключ и снимают показания приборов. Сначала определяют, на какие деления указывает стрелка или цифровой экран, а для шкального прибора учитывают цену деления — значение одного шага шкалы. Запись единиц тоже необходима: она помогает понять, в каких величинах выполнен расчёт, и вовремя заметить несоответствие.
Сопротивление рассчитывают по закону Ома, разделив измеренное напряжение на силу тока: R = U/I. Например, если U дано в вольтах, а I — в амперах, частное выражается в омах. Если ток записан в миллиамперах, его сначала переводят в амперы, иначе численное значение сопротивления получится неверным.
Повторные измерения и сравнение полученных результатов помогают оценить точность работы и обнаружить возможную ошибку. Для каждого опыта отдельно вычисляют отношение U/I, после чего проверяют, насколько близки результаты. Если одно значение сильно отличается от остальных, стоит проверить схему, показания и арифметику, а не просто включать это число в среднее.
Заполняй таблицу сразу после каждого опыта: заноси в неё измеренные напряжение и силу тока, а затем найденное сопротивление. Для строки «Среднее сопротивление» сложи результаты отдельных опытов и раздели сумму на их количество. По таблице удобно сравнить измерения и проверить, не выделяется ли одно из них.
| Опыт | Напряжение U, В | Сила тока I, А | Сопротивление R = U/I, Ом |
|---|---|---|---|
| Первое измерение | |||
| Второе измерение | |||
| Третье измерение | |||
| Среднее сопротивление |
Задача 1. На участке цепи напряжение 3 В, сила тока 0,5 А. Определим сопротивление участка. Поскольку известны обе величины из закона Ома, применим формулу R = U/I.
Ответ: сопротивление участка равно 6 Ом.
Задача 2. Амперметр показывает 0,2 А, а вольтметр — 4 В. Найдём сопротивление и укажем правильное подключение приборов. Сначала важно определить, какие показания относятся к току через участок, а какие — к напряжению между его концами.
Ответ: сопротивление равно 20 Ом; амперметр подключают последовательно, вольтметр — параллельно.
Задача 3. В трёх опытах получены пары значений U и I: (2 В; 0,4 А), (3 В; 0,6 А), (4 В; 0,8 А). Рассчитаем сопротивление в каждом опыте и среднее значение. Для честного сравнения каждую пару подставим в одну и ту же формулу, сохраняя порядок U/I.
Ответ: сопротивления равны 5 Ом, 5 Ом и 5 Ом; среднее сопротивление — 5 Ом.
Амперметр иногда включают параллельно участку, хотя ему место в последовательной цепи. Такая ошибка возникает, когда оба прибора считают одинаковыми измерителями и не учитывают, какую величину каждый показывает; неправильное подключение может повредить амперметр. Проверь себя: ток через участок должен проходить и через амперметр, значит прибор ставят в разрыв цепи.
Вольтметр могут подключить последовательно, по аналогии с амперметром. Но тогда он не измеряет напряжение между концами нужного участка, ведь для этого контакты прибора должны находиться на этих концах. Проверка простая: вольтметр должен образовывать отдельную параллельную ветвь, соединённую с двумя концами участка.
При вычислении иногда переставляют величины и получают I/U вместо U/I. Это происходит, если формулу запомнили как набор букв, не связывая каждую из них с измерением. Проверь себя по закону Ома: искомое сопротивление равно напряжению, делённому на силу тока, то есть R = U/I.
Ещё одна ошибка — записать ответ без единицы или подставить миллиамперы как амперы. Например, число 200 мА нельзя использовать в формуле так, будто это 200 А: сначала нужно перевести ток в амперы, разделив значение в миллиамперах на 1000. Перед ответом проверь обозначения всех величин и запиши сопротивление в омах.
Перед работой нужно уметь измерять силу тока и напряжение, а также знать, как включать амперметр и вольтметр. Эти навыки позволяют собрать цепь так, чтобы показания относились к нужному участку. Если порядок подключения приборов непонятен, результаты опыта нельзя считать надёжными.
Работа опирается на закон Ома для участка цепи и помогает закрепить связь между U, I и R. Вместо готовых чисел используются показания приборов, поэтому формула становится способом обработать эксперимент. Сравнение нескольких измерений показывает, насколько согласуются теория и опыт.
Навык измерения сопротивления пригодится при изучении электрических цепей и расчёте их параметров. Зная сопротивление, можно описывать поведение участка при заданных напряжении и токе. Важно при этом следить за единицами и за тем, к какой части цепи относятся измерения.
Зачем в работе измерять и напряжение, и силу тока?
Сопротивление нельзя определить только по одному из этих показаний. Закон Ома связывает его с напряжением и силой тока формулой R = U/I, поэтому нужны обе величины.
Почему амперметр включают последовательно?
Так через амперметр проходит тот же ток, что и через исследуемый участок. При последовательном соединении ток не разделяется между прибором и участком.
Почему вольтметр подключают параллельно участку?
Вольтметру нужно измерить разность потенциалов между концами участка. При параллельном подключении его контакты оказываются именно на этих двух концах.
Как вычислить сопротивление по показаниям приборов?
Раздели напряжение, измеренное в вольтах, на силу тока, измеренную в амперах: R = U/I. Результат получится в омах.
Почему результаты нескольких измерений могут немного отличаться?
На результат влияют точность приборов, считывание шкалы и возможные небольшие изменения в цепи. Сравнение повторных измерений помогает заметить отклонение и получить более надёжную оценку.
§ 22. Лабораторная работа «Определение сопротивления участка цепи»
