Введение
Целью работы является:
- знакомство с компьютерным моделированием цепей постоянного тока;
- экспериментальная проверка закона Ома для неоднородного участка цепи.
1. Описание установки и методики измерений
Рис. 1.1 – электрическая цепь (один источник тока)
Рис. 1.2 – электрическая цепь (два источника тока)
1.1. На рабочем столе монитора найдите ярлык программы «Открытая физика 1.1»
.
Щелкните по ярлыку и запустите программу.
1.2. Выберите: «Электричество и магнетизм»
, «Цепи постоянного тока».
1.3. Внимательно ознакомьтесь с окном эксперимента. В левом нижнем
углы находятся кнопки «Элементы»
- соединительный проводник, -
источник тока, - резистор, - вольтметр, - амперметр, - кнопка
для установки значений резисторов и источников Э.Д.С.
Внизу в средней части расположены кнопки «Счет»
- для измерения силы тока и
разности потенциалов в элементах цепи, «Очистить»
- для очистки окна эксперимента.
1.4. При собранной электрической цепи в окне эксперимента (Рис. 1.1, Рис. 1.2) можно
выделить элемент цепи – источник тока или резистор. Для этого нужно нажать кнопку
, подвести курсор в виде руки к элементу и щелкнуть по нему. При этом изменяется
цвет элемента и в нижней части окна появляется окно с регулятором для установки значений
параметра элемента. Регулятор можно перемещать, если подвести к нему курсор мыши и
перемещать, удерживая нажатой левую кнопку мыши или, щелкая по соответствующей
стрелке в окне регулятора.
2. Основные расчётные формулы
Закон Ома для неоднородного участка 1-2 имеет вид
I∙(
+ r) = (
) +
(2.1)
Обозначим V = (
) показания вольтметра. Выражение (2.1) принимает следующий вид:
I∙(
+ r) =V+
(2.2)
Запишем
V= I∙(
+ r) -
(2.3)
=
+ r (2.4)
V= I∙
-
(2.5)
График зависимости V
=f
(I
) должен представлять прямую линию, причем угловой
коэффициент прямой равен сопротивлению
участка цепи 1-2.
Координата точки пересечения продолжения прямой графика с осью ординат равна
значению Э.Д.С. на этом же участке
=
(2.6)
I= 0, V=
(2.7)
С учетом полярности вольтметра на схемах Рис. 2.2, Рис. 2.3 следует записать
V= (
-
) (2.8)
(
) = -V (2.9)
При этом выражения (2.5) – (2.7) принимают вид
V= -I∙
+
(2.10)
= -
(2.11)
I= 0, V=
(2.12)
(
)эксп
= -
(2.13)
Относительная погрешность сопротивления
ε(
)эксп
=
(2.14)
Выберите на графике произвольную точку, например, М. Определите ее координаты
,
. Подставьте значения
,
в формулу (2.10). Вычислите значение (
)эксп
и относительную погрешность ε(
)эксп
по формулам
(
)эксп
=
+
∙(
)эксп
(2.15)
ε(
)эксп
=
(2.16)
3. Результаты работы и их анализ
Таблица 3.1
Номер измерения |
R, Ом |
V, В |
I, А |
Примечание |
1 |
1 |
0.60 |
0.60 |
= 8 В
r = 2.4 Ом
= 10 Ом
|
2 |
2 |
1.11 |
0.56 |
3 |
3 |
1.56 |
0.52 |
4 |
4 |
1.95 |
0.49 |
5 |
5 |
2.30 |
0.46 |
6 |
6 |
2.61 |
0.43 |
7 |
7 |
2.89 |
0.41 |
8 |
8 |
3.14 |
0.39 |
9 |
9 |
3.36 |
0.37 |
10 |
10 |
3.57 |
0.36 |
(
)эксп
= 12.5 Ом |
ε(
)эксп
= 0.008 |
(
)эксп
=7.95 В |
ε(
)эксп
= 0.006 |
=
+ r = 10 + 2.4 = 12.4 Ом
(
)эксп
= -
∆V = 3.4 – 0.9 = 2.5 B
∆I = 0.37 – 0.57 = - 0.2 A
(
)эксп
= -
= 12.5 Ом
ε(
)эксп
=
=
=
= 0.008
(
)эксп
=
+
∙(
)эксп
=1.2 В
= 0.54 А
(
)эксп
= 1.2 + 0.54 ∙ 12.5 = 7.95 В
ε(
)эксп
=
=
=
= 0.006
Таблица 3.2
Номер измерения |
R, Ом |
V, В |
I, А |
Примечание |
1 |
1 |
-4.49 |
1.01 |
= 8 В
= -5.5 B
r = 2.4 Ом
= 10 Ом
|
2 |
2 |
-3.62 |
0.94 |
3 |
3 |
-2.87 |
0.88 |
4 |
4 |
-2.21 |
0.82 |
5 |
5 |
-1.62 |
0.78 |
6 |
6 |
-1.10 |
0.73 |
7 |
7 |
-0.63 |
0.70 |
8 |
8 |
-0.21 |
0.66 |
9 |
9 |
0.18 |
0.63 |
10 |
10 |
0.53 |
0.6 |
(
)эксп
= 12 Ом |
ε(
)эксп
= 0.03 |
(
)эксп
= 7.6 В |
ε(
)эксп
= 0.05 |
(
)эксп
= -
∆V = - 4.4 – (- 2.6) = - 1.8 В
∆I = 1 – 0.85 = 0.15 А
(
)эксп
= -
= 12 Ом
ε(
)эксп
=
=
=
= 0.03
(
)эксп
=
+
∙(
)эксп
= -2 В
= 0.8 А
(
)эксп
= - 2 + 0.8∙12 = - 2 + 9.6 = 7.6 В
ε(
)эксп
=
=
=
= 0.05
4.Заключение
В результате проделанной работы мы убедились в справедливости закона Ома для неоднородного участка цепи I∙(
+ r) = (
) +
, так как убедились, что графики являются прямыми линиями.
Были экспериментально определены: (
)эксп
= 12.5 Ом
(
)эксп
=7.95 В для одного источника тока;
(
)эксп
= 12 Ом
(
)эксп
= 7.6 В для двух источников тока.
|