Лабораторная работа №10 «Исследование смешанного соединения проводников»

Цель работы: Экспериментально изучить характеристики смешанного соединения проводников.

Оборудование, средства измерения: 1) источник питания, 2) ключ, 3) реостат, 4) амперметр, 5) вольтметр, 6) соединительные провода, 7) три проволочных резистора сопротивлениями 1 Ом, 2 Ом и 4 Ом приведено на рисунке 1, а.

Резисторы R₂ и R₃ соединены между собой параллельно , поэтому сопротивление между точками 2 и 3

(1)

Кроме того, при параллельном соединении суммарная сила тока I₁, втекающего в узел 2, равна сумме сил токов, вытекающих из него.

I₁=I₂+I₃ . (2)

Учитывая, что сопротивления R₁ и эквивалентное сопротивление R₂₃ соединены последовательно (рис. 1, б), а общее сопротивление цепи между точками 1 и 3 ( рис. 1, в)

(3)

Электрическая цепь для изучения характеристик смешанного сопротивления проводников состоит из источника питания 1 ( рис. 2), к которому через ключ 2 подключены реостат 3, амперметр 4 и смешанное соединение трёх проволочных резисторов R_1, R₂ и R₃ . Вольтметром 5 измеряют напряжение между различными парами точек цепи. Схема электрической цепи приведена на рисунке 3. Последующие измерения силы тока и напряжения в электрической цепи позволяют проверить соотношения (1) – (4).

Измерение силы тока I, протекающего через резистор R_1, и разности потенциалов на нем U₁₂ позволяет определить сопротивление R₁ и сравнить его с заданным значением.

(4)

Сопротивлением _, R₂₃ можно найти из закона Ома, измерив вольтметром разность потенциалов U₂₃:

(5)

Этот результат можно сравнить со значением R₂₃, полученным из формулы (1). Справедливость формулы (3) проверяется дополнительным измерением с помощью вольтметра напряжения U₁₃ (между точками 1 и 3).

Это измерение позволит также оценить сопротивление R₁₃ (между точками 1 и 3)

(6)

Экспериментальные значения сопротивлений , полученных формулам (4)-(6), должны удовлетворять соотношению (4) для данного смешанного соединения проводников.

Порядок выполнения работы:

1. Соберите электрическую цепь (см. рис. 3).

2. При помощи реостата установите в цепи определенную силу тока I₁, измеряемую амперметром. I₁=

3. Запишите класс точности амперметра k_a , указанный на шкале прибора, и предел измерения силы тока I_max=

4. Найдите абсолютную погрешность измерения силы тока

5. Запишите результат измерения силы тока I₁.

I₁±∆I=

6. Подключите вольтметр к точкам 1 и 2 и измерьте напряжение U₁₂ между этими точками.

7. Запишите класс точности вольтметра k_v, указанный на шкале прибора, и предел измерения напряжения U_max=

8. Найдите абсолютную погрешность измерения напряжения ∆U.

9. Запишите результат измерения напряжения U₁₂.

10. Рассчитайте сопротивление R₁.

11. Найдите абсолютную погрешность измерения сопротивления ∆R₁

12.Запишите результат измерения сопротивления R₁ и сравните его с сопротивлением резистора R₁ (номинал сопротивления указан на резисторе).

R₁±∆R₁₌

13. Подключите вольтметр к точкам 2 и 3 и измерьте напряжение U₂₃ между этими точками.

U₂₃=

14. Запишите результат измерения напряжения U₂₃.

U₂₃±∆U=

15. Рассчитайте сопротивление R₂₃=

16. Найдите абсолютную погрешность измерения сопротивления ∆R₂₃.

17. Запишите результат измерения сопротивления R₂₃ и сравните его с сопротивлением R₂₃ (формула 1).

18. Подключите вольтметр к точкам 1 и 3 и измерьте напряжение U₁₃ между этими точками.

19. Запишите результат измерения напряжения U₁₃

U₁₃±∆U=

20. Рассчитайте сопротивление R_13.

R₁₃=U₁₃/I₁=.....

21. Проверьте справедливость формул (3) и (4).

U₁₃=U₁+U₂₃=........

R₁₃=R₁+R₂₃=…….

Вывод:

Дополнительное задание:

Докажем, что при параллельном соединении сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме сил токов в отдельных ветвях электрической цепи.

I=I₂+I₃

Соберем электрическую цепь по схеме

Возьмём резистор R₂ и через реостат устоновим с помощью мультиметра напряжение на нём 1 В.

Измерим силу тока с помощью последовательно включенного амперметра I₂=.......

Возьмём резистор R₃ и через реостат установим с помощью мультиметра напряжение 1 В.

Измерим силу тока с помощью последовательно включенного амперметра I₃=

Собираем следующую схему

С помощью реостата устанавливаем напряжение на резисторах 1 В и измеряем силу тока в цепи:

I=.......

Из полученных результатов делаем вывод.

Вывод:_____________

Требование к отчету:

1) Название работы

2) цель работы

3) оборудование

4) теория

5) задачи

6) ответы на вопросы

Вопросы:

1. Дайте определение последовательному, параллельному и смешанному соединению резисторов.

2. Почему при параллельном соединении проводников общее сопротивление уменьшается, а при параллельном - увеличивается?

3. Как сопротивление зависит от температуры?

4. Вывести формулу для определения эквивалентного сопротивления последовательного / параллельного соединения резисторов.