6. цепь постоянного тока

Лабораторная работа № 6
Постоянный электрический ток (на 2 часа)
Оборудование: источник
соединительные провода.
постоянного
тока,
вольтметр,
амперметр,
два
резистора,
Задание: Вычислите ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока по результатам
измерений силы тока в цепи и напряжения на участке цепи.
I. Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока.
Метод выполнения работы: согласно закону Ома для полной цепи ЭДС источника, его
внутреннее сопротивление, сила тока в цепи и сопротивление внешней цепи связаны соотношением:

I
.
Rr
Если к исследуемому источнику тока поочередно подключать два резистора с разными
сопротивлениями, то, измеряя при этом силу тока в обоих случаях, можно записать два уравнения, из
которых легко вычислить ЭДС и внутреннее сопротивление источника.
Порядок выполнения работы:
1. Соберите электрическую цепь с резистором R1 по схеме. Измерьте
силу тока в ней.
2. Замените резистор R1 на резистор R2 и измерьте новую силу тока.
3. Вычислите внутреннее сопротивление источника тока и его ЭДС.
4. Отключите от источника тока резистор и амперметр. Подключите
вольтметр к источнику тока и снимите его показания.
5. Сделайте вывод, согласуются ли между собой результаты вычислений ЭДС источника и
результаты прямых измерений напряжения на выводе источника. Результаты измерений и вычислений
занесите в отчетную таблицу, Оцените границы погрешностей измерений.
Отчетная таблица
I1, А
I2, А
R1, Ом
R2, Ом
r, Ом
ξ, В
Δr, Ом
Δξ, В
II. Исследование зависимости напряжения на участке цепи от протекающего через него
тока.
Задание: 1. Определить характер зависимости силы тока на участке цепи от приложенного
напряжения. 2. Измерить сопротивление проводника при помощи амперметра и вольтметра двумя
способами: аналитически и графически.
Оборудование: источник электропитания, амперметр, вольтметр, резистор R = 6 Ом, переменный
резистор (реостат), ключ, соединительные провода.
Порядок выполнения работы:
1. Соберите установку, схема которой показана на рисунке.
2. Установите ползунок реостата в одно из крайних положений.
3. Замкните ключ, измерьте силу тока и напряжение на
сопротивлении, разомкните ключ, запишите в тетрадь результат измерений.
4. Повторите опыт (см. предыдущий пункт) 10 раз, каждый раз
изменяя произвольным образом величину сопротивления переменного
резистора.
5. Отключите источник питания. Разберите схему. Аккуратно уложите элементы в ящик.
6. Результаты измерений и вычислений занесите в отчетную таблицу.
Отчетная таблица
№
I, А
U, В
Rср, Ом
ΔRcp, Ом
R, Ом
Ri  Ri  Rñð
U
Ri  i , Ом
опыта
Ii
R1  R2  ...  Rn
.
n
8. Для каждого измерения (с номером i ) определите абсолютную погрешность рассеяния Ri – Rср
и запишите это значение со знаком (+ или –)
R1  R2  ...  Rn
9. Вычислите Ri 
.
n
10. Запишите в отчет измеренное сопротивление проводника с учетом погрешности. (Пример R
= 10,4 ± 0,7 Ом)..
11. Пользуясь миллиметровой бумагой, нанесите точки из таблицы на график зависимости
напряжения на элементе цепи от протекающей через него силы тока.
12. Используя масштаб графика, определите тангенс угла его наклона. Таким образом найдите
сопротивление резистора. Запишите это значение.
13. Сопоставьте полученное значение с вычисленным средним значением сопротивления.
14. Сделайте вывод о том, совпадают ли найденные вами значения тангенса угла и среднего
значения и о том, укладывается ли значение сопротивления, найденное графически в пределы
найденной погрешности?
7. Определите среднее значение величины Rcp 
III. Измерение мощности и КПД источника тока.
Цель работы: Изучить зависимость КПД, полной и полезной мощности источника тока от
величины внешнего сопротивления.
Приборы и принадлежности: Источник постоянного тока, магазин сопротивлений,
миллиамперметр, однополюсный ключ, дополнительное «внутреннее» сопротивление источника тока,
вольтметр.
Порядок выполнения работы:
1. Составьте цепь согласно схеме. Для удобства проведения
эксперимента внутреннее сопротивление батареи увеличено включением
добавочного сопротивления
2. Запишите показания вольтметра для разомкнутой цепи.
Напряжение на зажимах батареи в этом случае можно принять равным
ЭДС батареи ξ.
3. Замкнув цепь ключом К, введите в цепь такое сопротивление магазина R, при котором
установится минимальный ток для данной цепи и запишите соответствующее показание вольтметра и
величину сопротивления.
4. Уменьшая сопротивление в цепи, проведите не менее 15 измерений тока в цепи (I) и
напряжение на внешнем участке цепи (U). Измерения следует проводить следующим образом: от
минимального тока 50 мА до 750 мА через каждые 50 мА, записывая значения напряжения и
сопротивления. Все данные измерений занесите в таблицу.
Отчетная таблица
ЭДС источника ξ =
В, r =
Ом (по результатам опыта 1)
Pполная,
№№
U, В
I, А
R, Ом
Pполезн, Вт
КПД
Вт
5. Для каждого замера напряжения U и тока I определите величину полной и полезной
мощности, величину внешнего сопротивления R, пользуясь законом Ома для участка цепи
U
Ri  i .
Ii
6. По найденным значениям R и r найдите КПД .
7. Вычислите величины Pполн max и Pполезн max
8. Постройте графики зависимости полной мощности Р, полезной мощности Р1, обратив особое
внимание на область вблизи максимума кривой, и кпд  от внешнего сопротивления цепи R.
9. Постройте графики зависимости полной мощности Р, полезной мощности Р1 и кпд  от силы
тока в цепи I.
Контрольные вопросы:
- Какие силы называют сторонними?
- Что такое ЭДС?
- Чем ЭДС отличается от разности потенциалов?
- Почему для поддержания тока в замкнутой цепи недостаточно одного только
электростатического поля?
- Полезная мощность максимальна, когда R=Rвнутр. Означает ли это, что источник тока лучше
всего эксплуатировать в режиме, когда R=Rвнутр?