Цель работы: определить внутреннее сопротивление источника тока и его ЭДС.

Оборудование:
Пояснения к работе

Электрический ток в проводниках вызывают так называемые источники постоянного тока. Силы, вызывающие перемещение электрических зарядов внутри источника постоянного тока против направления действия сил электростатического поля, называются сторонними силами . Отношение работы А стор. , совершаемой сторонними силами по перемещению заряда Q вдоль цепи, к значению этого заряда называется электродвижущей силой  источника (ЭДС):

ЭДС источника измеряется вольтметром, сила тока – амперметром.

Согласно закону Ома сила тока в замкнутой цепи с одним источником определяется выражением:

Таким образом, сила тока в цепи равна отношению электродвижущей силы источника к сумме сопротивлений внешнего и внутреннего участков цепи. Пусть известны значения сил токов I 1 и I 2 и падения напряжений на реостате U 1 и U 2 . Для ЭДС можно записать:
= I 1 (R 1 + r) и

I 2 (R 2 + r)

Приравнивая правые части этих двух равенств, получим

I 1 (R 1 + r) = I 2 (R 2 + r)

I 1 R 1 + I 1 r = I 2 R 2 + I 2 r

I 1  r – I 2 r = I 2 R 2 - I 1 R 1

Т.к. I 1 R 1 = U 1 и I 2 R 2 = U 2 , то можно последнее равенство записать так

r(I 1 – I 2) = U 2 – U 1 ,

Задания

Рисунок 1

1. 
   При помощи мультиметра определите напряжение на батарейке при разомкнутом ключе. Это и будет ЭДС батарейки
2. 
   Замкните ключ и измерьте силу тока I 1 и напряжение U 1 на реостате. Запишите показания приборов.
3. 
   Измените сопротивление реостата и запишите другие значения силы тока I 2 и напряжения U 2 .
4. 
   Повторите измерения силы тока и напряжения еще для 4 различных положений ползунка реостата и запишите полученные значения в таблицу:

1. 
   Рассчитайте внутреннее сопротивление по формуле:

1. 
   Определите абсолютную и относительную погрешность измерения ЭДС (∆ℇ и δ
2. 
   ) и внутреннего сопротивления (∆r и δ r) батарейки.
3. 
   
4. 
   

Контрольные вопросы

1. 
   Сформулируйте закон Ома для полной цепи.
2. 
   Чему равна ЭДС источника при разомкнутой цепи?
3. 
   Чем обусловлено внутреннее сопротивление источника тока?
4. 
   Чем определяется сила тока короткого замыкания батарейки?

Литература

Работа рассчитана на 2 часа

Лабораторная работа № 8

Тема: Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника напряжения

Цель работы: измерить ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока.

Оборудование: источник питания, проволочный резистор, амперметр, ключ, вольтметр, соединительные провода.

Пояснения к работе

Схема электрической цепи показана на рисунке 1. В качестве источника тока в схеме используется аккумулятор или батарейка.

Рисунок 1

При разомкнутом ключе ЭДС источника тока равна напряжению на внешней цепи. В эксперименте источник тока замкнут на вольтметр, сопротивление которого должно быть много больше внутреннего сопротивления источника тока r. Обычно сопротивление источника тока мало, поэтому для измерения напряжения можно использовать вольтметр со шкалой 0–6 В и сопротивлением R в = 900 Ом. Так как сопротивление источника обычно мало, то действительно R в r. При этом отличие Е от U на превышает десятых долей процента, поэтому погрешность измерения ЭДС равна погрешности измерения напряжения.

Внутреннее сопротивление источника тока можно измерить косвенно, сняв показания амперметра и вольтметра при замкнутом ключе.

Действительно, из Закона Ома для замкнутой цепи получаем: Е=U+Ir, где U=IR – напряжение на внешней цепи. Поэтому

Для измерения силы тока в цепи можно использовать амперметр со шкалой 0 – 5 А.
Задания

1. 
   
2. 
   Соберите электрическую цепь согласно рисунку 1.
3. 
   Измерьте вольтметром ЭДС источника тока при разомкнутом ключе:

1. 
   Запишите класс точности вольтметра k v и предел измерения U max его шкалы.
2. 
   Найдите абсолютную погрешность измерения ЭДС источника тока:

1. 
   Запишите окончательный результат измерения ЭДС источника тока:

1. 
   Отключите вольтметр. Замкните ключ. Измерьте амперметром силу тока I в цепи.
2. 
   Запишите класс точности амперметра k А и предел измерения I max его шкалы.
3. 
   Найдите абсолютную погрешность измерения силы тока:

1. 
   Рассчитайте внутреннее сопротивление источника тока по формуле:

1. 
   Найдите абсолютную погрешность измерения внутреннего сопротивления источника тока:

1. 
   Запишите окончательный результат измерения внутреннего сопротивления источника тока:

1. 
   Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу:

1. 
   Подготовьте отчет, он должен содержать: наименование темы и цели работы, перечень необходимого оборудования, формулы искомых величин и их погрешностей, таблицу с результатами измерений и вычислений, вывод по работе.
2. 
   Устно ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. 
   Почему показания вольтметра при разомкнутом и замкнутом ключе различны?
2. 
   Как повысить точность измерения ЭДС источника тока?
3. 
   Какое сопротивление называют внутренним сопротивлением?
4. 
   От чего зависит разность потенциалов между полюсами источника тока?

Литература

1. 
   Дмитриева В. Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля: учебник для образовательных учреждений нач. и сред. проф. образования. - М.: Издательский центр «Академия», 2014;
2. 
   Самойленко П.И. Физика для профессий и специальностей социально-экономического профиля: учебник для образовательных учреждений начального и среднего проф. образования. - М.: Издательский центр «Академия», 2013;
3. 
   Касьянов В.Д.Тетрадь для лабораторных работ. 10 класс.- М.: Дрофа, 2014.

Работа рассчитана на 2 часа

Лабораторная работа № 9

Тема: Исследование явления электромагнитной индукции

Цель работы: изучить явление электромагнитной индукции и свойства вихревого электрического поля, установить и сформулировать правило определения индукционного тока.

Оборудование: миллиамперметр, катушка-моток, магнит дугообразный, источник питания, катушка с железным сердечником от разборного электромагнита, ключ, соединительные провода.

Пояснения к работе

Электромагнитной индукцией называется возникновение электродвижущей силы в проводнике при его перемещении в магнитном поле в замкнутом проводящем контуре вследствие его движения в магнитном поле или изменения самого поля. Эта электродвижущая сила называется электродвижущей силой электромагнитной индукции. Под ее влиянием в замкнутом проводнике возникает электрический ток, называемый индукционным током.

Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея-Максвелла): ЭДС электромагнитной индукции в контуре пропорционально и противоположно по знаку скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, натянутую на контур:

Знак минус в правой части закона электромагнитной индукции соответствует правилу Ленца: при всяком изменении магнитного потока сквозь поверхность, натянутую на замкнутый проводящий контур, в контуре возникает индукционный ток такого направления, что его собственное магнитное поле противодействует изменению магнитного потока, вызвавшему индукционный ток.
Задания

1. 
   Самостоятельно изучите методическое указание по выполнению лабораторной работы.
2. 
   Подключите катушку-моток к зажимам миллиамперметра.
3. 
   Наблюдая за показаниями миллиамперметра, подводите один из полюсов магнита к катушке, потом на несколько секунд остановите магнит, а затем вновь приближайте его к катушке, вдвигая в нее.
4. 
   Запишите, менялся ли магнитный поток, пронизывающий катушку, во время движения магнита? Во время его остановки?
5. 
   На основании ваших ответов на предыдущий вопрос сделайте и запишите вывод о том, при каком условии в катушке возникает индукционный ток.
6. 
   О направлении тока в катушке можно судить по тому, в какую сторону от нулевого деления отклоняется стрелка миллиамперметра. Проверьте, одинаковым или различным будет направление индукционного тока в катушке при приближении к ней и удалении от нее одного и того же полюса магнита.
7. 
   Приближайте полюс магнита к катушке с такой скоростью, чтобы стрелка миллиамперметра отклонялась не более чем на половину предельного значения его шкалы.
8. 
   Повторите тот же опыт, но при большей скорости движения магнита, чем в первом случае. При большей или меньшей скорости движения магнита относительно катушки магнитный поток, пронизывающий эту катушку, меняется быстрее? При быстром или медленном изменении магнитного потока сквозь катушку в ней возникал больший по модулю ток? На основании вашего ответа на последний вопрос сделайте и запишите вывод о том, как зависит модуль силы индукционного тока, возникающего в катушке, от скорости изменения магнитного потока, пронизывающего эту катушку.
9. 
   Соберите электрическую цепь:

Рисунок 1

1. 
   Проверьте, возникает ли в катушке-мотке 1 индукционный ток в следующих случаях:

б) при протекании через катушку 2 постоянного тока;

в) при увеличении и уменьшении силы тока, протекающего через катушку 2 путем перемещения в соответствующую сторону движка реостата.

11. В каких из перечисленных в пункте 9 случаях меняется магнитный поток, пронизывающий катушку 1? Почему он меняется?

12. Подготовьте отчет, он должен содержать: наименование темы и цели работы, перечень необходимого оборудования, схемы опытов, вывод по работе.

13. Устно ответьте на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы

1. 
   Почему для обнаружения индукционного тока замкнутый проводник лучше брать в виде катушки, а не в виде одного витка провода?
2. 
   Сформулируйте закон электромагнитной индукции.
3. 
   Назовите приборы и устройства, работа которых основана на индукционных токах.
4. 
   В чем состоит явление электромагнитной индукции?
5. 
   Изменение каких физических величин может привести к изменению магнитного потока?

Литература

1. 
   Дмитриева В. Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля: учебник для образовательных учреждений нач. и сред. проф. образования. - М.: Издательский центр «Академия», 2014;
2. 
   Самойленко П.И. Физика для профессий и специальностей социально-экономического профиля: учебник для образовательных учреждений начального и среднего проф. образования. - М.: Издательский центр «Академия», 2013;
3. 
   Касьянов В.Д.Тетрадь для лабораторных работ. 10 класс.- М.: Дрофа, 2014.

Работа рассчитана на 2 часа

Лабораторная работа № 10

При использовании материалов этого сайта - и размещение баннера -ОБЯЗАТЕЛЬНО!!!

Творческая лаборатория по теме «Графическое изучение закона Ома для полной цепи »

Материалы предоставил: Юрий Максимов

email: [email protected]

Цели урока:

• дидактические – создать условия для усвоения нового учебного материала, используя исследовательский метод обучения;
• образовательные - формировать понятия о ЭДС, внутреннем сопротивлении и токе короткого замыкания.
• развивающие – развивать графические умения учащихся, формировать навыки обращения с источниками тока.
• воспитательные – прививать культуру умственного труда.

Тип урока : урок усвоения нового материала.

Оборудование: комплект «Электричество-1 и 2» из набора оборудования «L – микро», источник тока – плоская батарейка.

ХОД УРОКА.

1.Оргмомент.(1-2 мин.)

2.Актуализация знаний.(5 мин.)

Для достижения целей сегодняшнего урока нам необходимо вспомнить изученный ранее материал. В ходе ответов на вопросы мы будем записывать основные выводы и формулы в тетрадях и на доске.

• Закон Ома для участка цепи и его график.
• Понятие вольт – амперной характеристики.
• Понятие ЭДС, внутреннего сопротивления, тока короткого замыканияЗакон Ома для замкнутой цепи.
• Формула для вычисления внутреннего сопротивления.
• Формула для вычисления ЭДС через силу тока и сопротивления резисторов (задача 2 на стр.40 после §11)
• Формула для вычисления ЭДС через напряжение и сопротивления резисторов.

Постановка учебной задачи. Формулировка темы и цели урока.

1. Измерит ЭДС, внутреннее сопротивление и ток короткого замыкания несколькими способами.
2. Изучить физический смысл ЭДС.
3. Найти наиболее точный способ определения ЭДС

Выполнение работы.

Первый способ – прямое измерение ЭДС.

Основано на законе Ома для замкнутой цепи, после преобразования которой получим следующую формулу:

U= E - I r.

При I=0 получим формулу расчета ЭДС: E=U . Вольтметр, подключенный к зажимам источника тока показывает значение ЭДС.

По показанию вольтметра, запишем значение ЭДС: Е=4,9 В. и ток короткого замыкания: Iк.з = 2, 6 А

Внутреннее сопротивление вычислим по формуле:

r = (E – U) / I = 1, 8 Ом

Второй способ – косвенное вычисления

1.по показаниям амперметра.

Соберем электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных источника тока, амперметра, резистора (сначала 2 Ом, потом 3 Ом) и ключа, как показано на рисунке.

По формуле: r = (I2R2 – I1R1) / (I1 – I2) вычислим внутреннее сопротивление: r = 3 Ом

По формуле: Е = I1R1 – I1 r находим ЭДС: Е =6 В.

По формуле Iкз. = Е / r определяем ток короткого замыкания: Iкз =2 А.

2.по показаниям вольтметра.

По показаниям вольтметра и учитывая значения сопротивлений резисторов, получим следующие результаты:

r = 1 Ом, Е =3 , 8 В. Iкз =3 , 8 А.

Третий способ – графическое определение.

В задаче 5 (стр.40) домашнего задания спрашивается построить графики зависимости силы тока от сопротивления и электрического напряжения от сопротивления. Данная задача приводит к идее изучения закона Ома для полной цепи через график зависимости величины, обратной силе тока от внешнего сопротивления.

Перепишем данную формулу в другом виде:

1 / I = (R+ r) / Е.

Из данной записи видно, что зависимость 1 / I от R является линейной функцией, т.е. графиком является прямая.

Соберем электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных источника тока, амперметра, резистора и ключа. Меняя резисторы, запишем их значения и показания амперметра в таблицу. Вычисляем величину, обратную силе тока.

Построим график зависимости величины, обратной силе тока от внешнего сопротивления и продолжим его до пересечения с осью R.

Анализ полученного графика.

• Точка А на графике соответствует условию 1 / I = 0 , или R= ∞, которое возможно при R= r
• Точка В получена при сопротивлении R=0, т.е. она показывает ток короткого замыкания.
• Отрезок АД равен сумме сопротивлений R+ r
• Отрезок КД - это 1 / I.

Из преобразованной в начале работы формулы: 1 / I = (R+ r) / Е, находим:

1 / Е = (1 / I) / (R + r) = tg α

Отсюда находим ЭДС:

Е = сtg α = (АД) / (КД)

Результаты вычислений:

r = 1, 9 Ом, Е =4, 92 В. Iкз =2, 82 А.

Обобщение результатов измерений.

Основные выводы и анализ результатов.

• ЭДС источника тока равна сумме падений напряжений на внешнем и внутреннем участках цепи: Е = IR + Ir =Uвнеш + Uвнутр.
• ЭДС измеряют высокоомным вольтметром без внешней нагрузки: U =E при R .
• Ток короткого замыкания опасно при малом значении внутреннего сопротивления источника тока.
• Более точные результаты получаются при прямом измерении и графическом определении.
• При выборе источника питания необходимо учитывать ряд факторов, определяемых условиями эксплуатации, свойствами нагрузки, временем разрядки.

Творческая лаборатория по теме «Графическое изучение закона Ома для полной цепи»

Понравилось? Отблагодарите, пожалуйста, нас! Для Вас это бесплатно, а нам - большая помощь! Добавьте наш сайт в свою социальную сеть:

Тема: «Изучение закона Ома для участка цепи»

Цель работы : установить на опыте зависимость силы тока от напряжения и сопротивления.

Оборудование : амперметр лабораторный, вольтметр лабораторный, источник питания, набор из трёх резисторов сопротивлениями 1 Ом, 2 Ом, 4 Ом, реостат, ключ замыкания тока, соединительные провода.

Ход работы.

Краткие теоритические сведения

Электрический ток - упорядоченное движение заряженных частиц

Количественной мерой электрического тока служит сила тока I

Сила тока - – скалярная физическая величина, равная отношению заряда q, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени t, к этому интервалу времени:

В Международной системе единиц СИ сила тока измеряется в амперах [А] .

Прибор для измерения силы тока Амперметр. Включается в цепь последовательно

Напряжение – это физическая величина, характеризующая действие электрического поля на заряженные частицы, численно равно работе электрического поля по перемещению заряда из точки с потенциалом φ 1 в точку с потенциалом φ 2

U 12 = φ 1 – φ 2

U – напряжение

A – работа тока

q – электрический заряд

Единица напряжения – Вольт [В]

Прибор для измерения напряжения – Вольтметр. Подключается в цепь параллельно тому участку цепи, на котором измеряется разность потенциалов.

На схемах электрических цепей амперметр обозначается .

Величина, характеризующая противодействие электрическому току в проводнике, которое обусловлено внутренним строением проводника и хаотическим движением его частиц, называется электрическим сопротивлением проводника.

Электрическое сопротивление проводника зависит от размеров и формы проводника и от материала , из которого изготовлен проводник .

S – площадь поперечного сечения проводника

l – длина проводника

ρ – удельное сопротивление проводника

В СИ единицей электрического сопротивления проводников служит ом [Ом].

Графическая зависимость силы тока I от напряжения U - вольт-амперная характеристика

Закон Ома для однородного участка цепи : сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

Назван в честь его первооткрывателя Георга Ома .

Практическая часть

1. Для выполнения работы соберите электрическую цепь из источника тока, амперметра, реостата, проволочного резистора сопротивлением 2 Ом и ключа. Параллельно проволочному резистору присоедините вольтметр (см. схему).

2. Опыт 1.

Таблица 1 . Сопротивление участка 2 Ом

3.

4. Опыт 2 .

Таблица 2.

5.

6. Ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Что такое электрический ток?

2. Дайте определение силы тока. Как обозначается? По какой формуле находится?

3. Какова единица измерения силы тока?

4. Каким прибором измеряется сила тока? Как он включается в электрическую цепь?

5. Дайте определение напряжения. Как обозначается? По какой формуле находится?

6. Какова единица измерения напряжения?

7. Каким прибором измеряется напряжение? Как он включается в электрическую цепь?

8. Дайте определение сопротивления. Как обозначается? По какой формуле находится?

9. Какова единица измерения сопротивления?

10. Сформулируйте закон Ома для участка цепи.

Вариант выполнения измерений.

Опыт 1. Исследование зависимости силы тока от напряжения на данном участке цепи . Включите ток. При помощи реостата доведите напряжение на зажимах проволочного резистора до 1 В, затем до 2 В и до 3 В. Каждый раз при этом измеряйте силу тока и результаты записывайте в табл. 1.

Таблица 1 . Сопротивление участка 2 Ом

По данным опытов постройте график зависимости силы тока от напряжения. Сделайте вывод.

Опыт 2. Исследование зависимости силы тока от сопротивления участка цепи при постоянном напряжении на его концах . Включите в цепь по той же схеме проволочный резистор сначала сопротивлением 1 Ом, затем 2 Ом и 4 Ом. При помощи реостата устанавливайте на концах участка каждый раз одно и то же напряжение, например, 2 В. Измеряйте при этом силу тока, результаты записывайте в табл 2.

Таблица 2. Постоянное напряжение на участке 2 В

По данным опытов постройте график зависимости силы тока от сопротивления. Сделайте вывод.

Презентация: "Лабораторная работа: "Изучение закона Ома для участка цепи" .

{edocs}fizpr/lr7f.pptx,800,600{/edocs}