лабораторные работы по физике

Л/р № 11. Исследование зависимости напряжения источника тока от нагрузки.

Цель работы: Найти, как напряжение U на зажимах реального источника тока зависит от сопротивления нагрузки R.

Оборудование: Источник тока, реостат, амперметр, вольтметр, ключ, соединительные провода.

Вводная часть: Меняя сопротивление цепи R (сопротивление реостата), измеряя при этом напряжение U, можно будет узнать, как

напряжение U меняется при изменении

сопротивления R (нагрузки на источник тока). Сопротивление цепи найдем по закону Ома для участка цепи: R = U/I. (Для этого нужно будет помимо напряжения U измерять и силу тока I.) Откладывая по горизонтальной оси значения R, а по вертикальной оси значения U, получим нужный нам график зависимости U(R), т.е. достигнем цели нашей работы.

Ход работы:

1.  Соберите электрическую цепь по схеме. Ключ перед началом работы должен быть разомкнут, а реостат выведен на максимальное сопротивление.

2.  Начертите в отчетном листе таблицу для записи результатов:

3.  Приготовьтесь быстро снять показания амперметра и вольтметра. Еще раз проверьте положение реостата (он должен быть установлен на максимальное сопротивление). Включите на короткое время цепь и быстро снимите показания приборов. Выключите цепь. Запишите значения тока I и напряжения U в первый столбец таблицы.

4.  Передвиньте движок реостата в сторону уменьшения сопротивления примерно на 1/8 его рабочей длины. Замкните ключ, быстро снимите новые показания приборов, выключите цепь, запишите эти показания в соседний столбец таблицы.

5.  Повторяйте пункт 4, каждый раз уменьшая сопротивление реостата на 1/8, пока не останется последняя 1/8 его длины. Старайтесь не включать цепь надолго, снимайте показания приборов как можно быстрее. Экономьте ресурс батареи особенно на последних этапах измерений! Это даст вам наилучший результат.

6.  Зная силу тока I и напряжение U в каждом случае, подсчитайте значение сопротивления реостата R, занесите эти данные в таблицу.

7.  По полученным данным постройте график зависимости U(R). По горизонтальной оси отложите сопротивление цепи R, а по вертикальной напряжение U. Соедините точки графика плавной линией.

Примечание! Много лучше, если при построении графика вы учтете погрешности измерений и вместо точек на графике нанесете прямоугольники отклонений вокруг точек по оси R и по

оси U (см. инструкцию по вычислению погрешностей) и с учетом ваших погрешностей сможете построить более точный вид графика. Эти отклонения могут быть рассчитаны следующим образом.

По горизонтальной оси R: так как R = U/I, то ε_R = ∆U/U + ∆I/I, где ∆U равно половине цены деления вольтметра, а ∆I - половине цены деления амперметра. Рассчитав ε_R для каждого R, находят среднее ε_{R ср}. Тогда отклонение от каждой точки графика по горизонтали будет

∆R =ε_{R ср}·R_ср, где R_ср надо найти как среднее сопротивление во всех ваших опытах. По вертикальной оси: ∆U равно половине цены деления вольтметра.

8.  Рассмотрите особенности полученной кривой. Сделайте подробный вывод, о характере полученной зависимости, используя знания об анализе функций из математики. Ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1.  Зная, что U = IR и I = ε/(R + r), выведите формулу зависимости U(R).

2.  Покажите, что полученный вами график полностью соответствует графику функции

U(R) =R·ε/(R + r). Привлеките свои познания из математики.

3.  Каков физический смысл асимптоты вашего графика?

4.  Как добиться наибольшего напряжения U_max на зажимах источника тока. Каково значение ε вашего источника тока.

5.  Найдите внутреннее сопротивление r вашего источника тока.