Перейти к содержанию

Лабораторная работа № 5 «Изучение последовательного соединения проводников»

Как собрать цепь с двумя последовательно соединёнными проводниками, измерить ток и напряжения, рассчитать сопротивления и по собственным данным проверить две закономерности и следствие для сопротивления.

Открыт · Презентация · Методичка

Конспект урока

Два резистора включены один за другим. Станет ли сила тока меньше после первого резистора? Сначала запиши прогноз, а ответ получи только из собственных измерений.

Комплект для исследования последовательного соединения

Безопасность. Работай только с исправным учебным источником низкого напряжения. До первого включения проверь полярность и выбери наибольший предел измерения; уменьшай предел только при разомкнутом ключе и отключённом источнике. Так же выполняй любую перестановку проводов. Если стрелка прибора уходит за шкалу или влево, появились нагрев, запах или искрение — немедленно разомкни ключ и сообщи учителю.

Цель и результат

Цель работы — собрать последовательную цепь с двумя проводниками и по фактическим показаниям своего комплекта проверить закономерности силы тока и напряжения, а затем получить следствие для сопротивления.

На пару нужны: учебный источник постоянного напряжения, ключ, два разных резистора, амперметр, вольтметр и соединительные провода.

Результат работы — заполненный протокол с I1I_1, I2I_2, I3I_3, U1U_1, U2U_2, UU, рассчитанными R1R_1, R2R_2, RR и выводом. Готовых лабораторных чисел ниже нет: тренировочная задача помечена отдельно.

Что значит «последовательно»

Схема цепи с одним путём и без узлов

При последовательном соединении элементы образуют один путь без разветвлений. Если разомкнуть цепь в любом месте, ток прекращается во всей цепи.

Не путай положение элемента на рисунке со способом соединения. Главный признак — отсутствие узла, в котором путь тока делится.

Опыт 1. Сила тока в разных местах

Перед измерением выбери прогноз: после первого резистора сила тока меньше, такая же или больше? Запиши объяснение, но пока не проверяй ответ по формуле.

Три последовательных положения амперметра

Амперметр каждый раз включают в разрыв единственного пути. Это три последовательных измерения одним прибором, а не три амперметра одновременно.

  1. Собери цепь при разомкнутом ключе и покажи её учителю.
  2. Измерь I1I_1 до первого резистора и разомкни ключ.
  3. Отключи источник, переставь амперметр между резисторами, проверь схему и измерь I2I_2.
  4. Тем же безопасным способом измерь I3I_3 после второго резистора.
  5. Запиши выбранный предел, цену деления, показания и единицы.

Сравни результаты с учётом точности прибора. Для последовательной цепи ожидается:

I1=I2=I3.I_1=I_2=I_3.

Небольшое расхождение последних цифр не опровергает закон, если оно укладывается в точность отсчёта. Ток не «расходуется» в первом резисторе: в установившемся режиме заряд не накапливается между элементами.

Опыт 2. Напряжение на участках

Три последовательных подключения вольтметра

Вольтметр подключают параллельно выбранному участку. Сначала измерь U1U_1 на первом резисторе, затем U2U_2 на втором и UU на участке из двух резисторов. Перед каждым переносом прибора разомкни ключ и отключи источник.

Сравни общее напряжение с суммой:

U=U1+U2.U=U_1+U_2.

При одном и том же токе на проводнике с большим сопротивлением падение напряжения больше.

Опыт 3. Сопротивления

Если три показания согласуются в пределах точности, найди их среднее:

Iср=I1+I2+I33.I_{\text{ср}}=\frac{I_1+I_2+I_3}{3}.

По измерениям одного режима вычисли:

R1=U1Iср,R2=U2Iср,R=UIср.R_1=\frac{U_1}{I_{\text{ср}}},\qquad R_2=\frac{U_2}{I_{\text{ср}}},\qquad R=\frac{U}{I_{\text{ср}}}.

Затем проверь следствие для сопротивления:

R=R1+R2.R=R_1+R_2.

В реальном опыте сравнивают значения с учётом цены деления и округления, поэтому в протоколе допустимо писать RR1+R2R\approx R_1+R_2. Числа не подгоняют под формулу.

Тренировочная задача — не результат опыта

Дано: I=0,20 АI=0{,}20\ \text{А}, U1=1,2 ВU_1=1{,}2\ \text{В}, U2=1,8 ВU_2=1{,}8\ \text{В}, U=3,0 ВU=3{,}0\ \text{В}. Найди три сопротивления. Стоп: сначала запиши решение полностью. Проверка расположена после лабораторного протокола.

Протокол лабораторной работы

Пустой протокол последовательного соединения

ВеличинаI1I_1I2I_2I3I_3U1U_1U2U_2UUR1R_1R2R_2RR
Значение
ЕдиницаАААВВВОмОмОм

В выводе запиши:

  1. совпали ли I1I_1, I2I_2, I3I_3 в пределах точности;
  2. совпало ли UU с U1+U2U_1+U_2;
  3. совпало ли RR с R1+R2R_1+R_2;
  4. что ограничивало точность и как выполнялись безопасные перестройки.

Проверка тренировочной задачи

R1=1,20,20=6 Ом,R_1=\frac{1{,}2}{0{,}20}=6\ \text{Ом}, R2=1,80,20=9 Ом,R_2=\frac{1{,}8}{0{,}20}=9\ \text{Ом}, R=3,00,20=15 Ом.R=\frac{3{,}0}{0{,}20}=15\ \text{Ом}.

Проверка: 6 Ом+9 Ом=15 Ом6\ \text{Ом}+9\ \text{Ом}=15\ \text{Ом}.

Частые ошибки

ОшибкаКоррекция
«Ток частично израсходован в R1R_1»Сравни три показания амперметра: в установившейся последовательной цепи ток одинаков.
Вольтметр включён в разрыв цепиПодключи его параллельно концам выбранного участка.
Амперметр переставлен при замкнутом ключеРазомкни ключ, отключи источник, переставь прибор и снова получи допуск.
UU приравнено к U1U_1 или U2U_2Общее напряжение сравнивают с суммой U1+U2U_1+U_2.
Для R1R_1 использовано U2U_2В числителе должно быть напряжение того же участка.
Числа подогнаны до точного равенстваСохрани показания и оцени расхождение по точности приборов.

Проверь себя

  1. Как по схеме узнать последовательное соединение?
  2. Почему амперметр можно переставить в разные места цепи для проверки закона?
  3. Что нужно сделать перед каждой перестановкой проводов?
  4. Как связаны UU, U1U_1 и U2U_2?
  5. При I=0,30 АI=0{,}30\ \text{А}, U1=1,5 ВU_1=1{,}5\ \text{В} и U2=2,4 ВU_2=2{,}4\ \text{В} найди R1R_1, R2R_2 и RR.
  6. Почему реальные равенства иногда записывают со знаком \approx?

Итог

  • В последовательной цепи один путь без узлов.
  • Сила тока одинакова во всех её местах: I1=I2=I3I_1=I_2=I_3.
  • Общее напряжение равно сумме напряжений: U=U1+U2U=U_1+U_2.
  • Общее сопротивление равно сумме сопротивлений: R=R1+R2R=R_1+R_2.
  • Законы подтверждают собственными измерениями и оценивают с учётом точности приборов.

Ответы

  1. Все элементы лежат на одном пути, узлов и разветвлений нет.
  2. Через каждое поперечное сечение единственного пути проходит один и тот же ток; прибор последовательно проверяет разные позиции.
  3. Разомкнуть ключ, отключить источник, переставить провод, проверить схему и только затем кратко включить цепь.
  4. U=U1+U2U=U_1+U_2.
  5. R1=1,5/0,30=5 ОмR_1=1{,}5/0{,}30=5\ \text{Ом}; R2=2,4/0,30=8 ОмR_2=2{,}4/0{,}30=8\ \text{Ом}; U=3,9 ВU=3{,}9\ \text{В}, поэтому R=3,9/0,30=13 ОмR=3{,}9/0{,}30=13\ \text{Ом}. Проверка: 5+8=135+8=13.
  6. Приборы имеют конечную цену деления, а отсчёт и округление дают ограниченную точность; сравнивать нужно в пределах этой точности.

Материалы урока

Скачать и открыть

Учителю

2 материала

Презентация · для учителей

Презентация «Лабораторная работа № 5. Изучение последовательного соединения проводников»

Практический сценарий: один путь без узлов, безопасные перестройки, измерение тока в трёх позициях и напряжения на трёх участках, расчёт сопротивлений, проверка двух закономерностей и следствия для сопротивления.

Скачать PPTX

Методичка · для учителей

Поурочное планирование и опорная схема (РБ)

Фронтальная лабораторная работа № 5: топология последовательной цепи, безопасная перестройка приборов, измерения I и U, расчёт R, проверка двух закономерностей и следствия, рабочий лист, ключи и адаптация.

Скачать DOCX

Поурочное планирование и опорная схема (РБ)

DOCX

Комментарии

Войдите, чтобы оставлять комментарии.

Пока нет комментариев. Будьте первым!