Лабораторна робота № 4 Дослідження електричного кола з послідовним з’єднанням провідників

• До змісту

Тема: Дослідження електричного кола з послідовним з’єднанням провідників

Мета: експериментально перевірити закономірності послідовного з’єднання провідників.

Обладнання: джерело постійного струму, амперметр, вольтметр, два провідники (резистори), реостат, ключ, з’єднувальні дроти.

Хід роботи

1. Накресліть схему електричного кола, що складається з послідовно з’єднаних джерела постійного струму, амперметра, досліджуваних провідників, реостата, ключа.

Схема складається з гальванічного елемента, ключа, амперметра, двох резисторів та реостата, з’єднаних один за одним у замкнене коло.

2. За схемою складіть електричне коло.

Коло складено згідно зі схемою.

3. Виміряйте силу струму в колі, приєднуючи амперметр у різних ділянках кола: між джерелом струму і першим провідником (I), між першим і другим провідником (I1), між другим провідником і ключем (I2).

Вимірювання показали, що сила струму однакова на всіх ділянках:

4. Порівняйте виміряні значення сил струмів і зробіть висновок.

Значення сил струмів однакові ($I = I_1 = I_2$). Це підтверджує властивість послідовного з’єднання: сила струму в будь-якій частині кола однакова.

6. Приєднайте вольтметр почергово до кінців досліджуваних провідників. Виміряйте напруги (U1) та (U2) на кожному з них.

7. Приєднайте вольтметр до кінців ділянки кола з двох послідовно з’єднаних провідників. Виміряйте напругу (U) на цій ділянці кола.

8. Перевірте правильність рівняння: U = U1 + U2. Зробіть висновок.

Перевірка:

Рівність виконується. Загальна напруга на послідовно з’єднаних провідниках дорівнює сумі напруг на кожному з них.

10. Використавши закон Ома, визначте опір кожного провідника (R1) та (R2), загальний опір ділянки кола з двох послідовно з’єднаних провідників (R).

11. Перевірте правильність рівняння: R = R1 + R2. Зробіть висновок.

Перевірка:

Рівність виконується. Загальний опір послідовного з’єднання дорівнює сумі опорів окремих провідників.

13. Повторіть дослід, змінивши опір кола за допомогою реостата.

(Зменшуємо силу струму за допомогою реостата. Опори резисторів не змінюються, але зміняться напруги).

Нові значення:

5, 9, 12, 14. Результати вимірювань та обчислень запишіть у таблицю 1.

Проаналізуйте результати експерименту. Зробіть висновок.

Під час лабораторної роботи ми експериментально перевірили закони послідовного з’єднання провідників.

1. Ми встановили, що сила струму однакова в усіх ділянках кола: $I = I_1 = I_2$.
2. Ми підтвердили, що загальна напруга дорівнює сумі напруг на окремих провідниках: $U = U_1 + U_2$.
3. Розрахунки показали, що загальний опір кола дорівнює сумі опорів провідників: $R = R_1 + R_2$.

Результати експерименту можна вважати достатньо точними, оскільки похибки вимірювань були незначними. Набуті знання можна використати при розрахунку ялинкових гірлянд, де лампочки з’єднані послідовно.

Додаткове завдання

Розгляньте електричне коло (мал. 1). Визначте загальну напругу, опори лампочок і загальний опір.

Дано:

Знайти:

Розв’язок:

1. Загальна напруга при послідовному з’єднанні:

   $U = U_1 + U_2$
   $U = 3.00 \text{ В} + 6.00 \text{ В} = 9.00 \text{ В}$

2. Опір першої лампочки за законом Ома:

   $R_1 = \dfrac{U_1}{I} = \dfrac{3.00 \text{ В}}{0.30 \text{ А}} = 10 \text{ Ом}$

3. Опір другої лампочки:

   $R_2 = \dfrac{U_2}{I} = \dfrac{6.00 \text{ В}}{0.30 \text{ А}} = 20 \text{ Ом}$

4. Загальний опір ділянки:

   $R_{zag} = R_1 + R_2$
   $R_{zag} = 10 \text{ Ом} + 20 \text{ Ом} = 30 \text{ Ом}$

Поясніть причину різної яскравості світіння лампочок у колі.

Яскравість залежить від потужності $P = U \cdot I$. При однаковій силі струму яскравіше світить та лампочка, на якій більша напруга (або яка має більший опір). Друга лампочка ($6.00 \text{ В}$) світить яскравіше за першу ($3.00 \text{ В}$).