Тема. Дослідження електричного кола з паралельним з’єднанням провідників.
Мета: експериментально перевірити, що сила струму в нерозгалуже-ній частині кола дорівнює сумі сил струмів у відгалуженнях; довести, що загальний опір провідників, з’єднаних паралельно, менший за опір кожного з них.
Обладнання: джерело струму, вольтметр амперметр, ключ, дві електричні лампи на підставках, з’єднувальні проводи.
ВКАЗІВКИ ДО РОБОТИ
Підготовка до експерименту
1. Перш ніж виконувати роботу, переконайтеся, що ви знаєте вимоги безпеки під час роботи з електричними колами.
2. Накресліть схему електричного кола, що містить два паралельно з’єднані резистори, які через ключ з’єднані з джерелом струму.
Експеримент
Суворо дотримуйтесь інструкції з безпеки (див форзац підручника).
Результати вимірювань відразу заносьте до таблиці.
1. Зберіть електричне коло за накресленою вами схемою.
2. Замкніть вимикач і виміряйте силу струму І, що проходить у нерозгалуженій частині кола, потім силу струму І1(для її вимірювання поміняйте місцями амперметр і провідник 1), який тече в резисторі 1,та силу струму І2(для її вимірювання поміняйте місцями амперметр і провідник 2), який тече в резисторі 2.
3. Виміряйте напругу U на резисторах, приєднавши до нижнього резистора вольтметр.
4. Накресліть схеми відповідних електричних кіл.
Опрацювання результатів експерименту
1. Використовуючи результати вимірювань і закон Ома, обчисліть опір резисторів 1 (R1) і 2 (R2), а також опір ділянки кола, що містить обидва резистори (R).
2. Результати обчислень занесіть до таблиці.
І, А І1, А І, А U, В R1, Ом R2, Ом R, Ом
Аналіз експерименту та його результатів
Проаналізувавши експеримент і його результати, зробіть висновок, у якому зазначте:
1) які співвідношення для паралельно з’єднаних провідників ви перевіряли та які результати отримали;
2) які чинники могли вплинути на точність отриманих результатів.
Творче завдання
Запишіть план проведення експерименту, за до якого можна визначити опір резистора, якщо наявні амперметр, джерело струму, резистор відомого опору та з’єднувальні проводи. Проведіть відповідний експеримент.
ответ: Задача 1. U = 20 В.
Задача 2. х = 3,5 м
Объяснение:
Задача 1. Электрическая цепь составлена из двух резисторов сопротивлением по 4 Ома каждый и резистор сопротивлением 8 Ом, соединенных параллельно. К ним последовательно подключен резистор сопротивлением 2,4 Ом. Какое напряжение подведено к цепи, если через резистор сопротивлением 8 Ом идёт ток 1 ампер?
R₁ = R₂ = 4 Ом, R₃ = 8 Ом, R₄ = 2,4 Ом
I₃ = 1 А.
Решение
Имеем три резистора R₁, R₂, R₃ включенные в параллельно.
Ток в резисторе R₃ равен 1 А, поэтому напряжение на нем и резисторах R₁ и R₂ по закону Ома
U₃ = R₃·I₃ = 8·1 = 8 В.
Эквивалентное сопротивление(обозначим R₅) параллельного соединения определим по формуле
R₅ = 8/5 = 1,6 Ом
Ток параллельного соединения равного току всей цепи по закону Ома
I = I₅ = U₅/R₅ = 8/1,6 = 5А
(ток можно и по другому, как сумму токов во всех трех ветвях. Ток одной ветви мы знаем 1А. В остальных ветвях ток равен U₃/R₁=U₃/R₂=8/4 =2А. Следовательно ток равен I = I₁+I₂+I₃= 2+2+1=5А(по первому закону Кирхгофа))
Эквивалентное сопротивление(обозначим R) всей цепи
R = R₄ + R₅ = 2,4 + 1,6 = 4 Ом
Напряжение подведенное к цепи
U = I·R = 5·4 = 20 В.
Упругий резиновый шнур жесткостью 10 Н/м и длиной L=4м разрезали на две равные части длиной L/2, каждая. Затем одну половинку шнура так же разрезали на две равные части. Получившиеся части шнура длиной L/4, соединили параллельно и к ним последовательно подсоединили оставшуюся часть длиной L/2. Какой станет длина полученной конструкции резинок, если удерживая один её конец неподвижным, к другому приложить вдоль шнура растягивающую силу 8Н?
k₁ = 10Н/м, L= 4м, L₁ = L₂ = L/2 = 2 м, L₃ = L₄ = L₂/2=1 м, F = 8Н.
Решение
Известно, что коэффициент жесткости выражается формулой
k = E·S/l
где Е -модуль Юнга, S -площадь сечения пружины, l -ее длина.
При уменьшении длины в 2 раза коэффициент жесткости увеличиться в два раза. т.е.
k₁ = k₂ = 2·k = 2·10 = 20 Н/м
k₃ = k₄ = 2·k₂ = 2·20 = 40 Н/м
При параллельном соединении пружин одинаковой длины L/4 коэффициенты жесткости суммируются
k₅ = k₃ + k₄ = 2·k₃ = 2·40 = 80 Н/м
(Или так. Из формулы для коэффициента жесткости увеличив сечение в два раза при одинаковой длине коэффициент жесткости увеличится в 2 раза. k₅ = 2·k₃ = 2·40 = 80 Н/м)
Для нахождения общего коэффициента жесткости( обозначим k₆) при последовательном соединении двух разных пружин с разными коэффициентами жесткости применяем формулу
1/k₆ = 1/k₅ + 1/k₁ = 1/20 + 1/80 = 5/80 = 1/16
k₆ = 16 Н/м
Найдем удлинение пружин
Δl = F/k₆ = 8/16 = 0,5 м
Общая длина конструкции пружин станет равна
х = L₁ + L₃ + Δl = 2 + 1 + 0,5 = 3,5 м
m = 70 килограмм - масса космонавта;
a = 40 метра в секунду в квадрате - ускорение космического корабля, движущегося вертикально вверх;
g = 9,8 метров в секунду в квадрате - ускорение свободного падения.
Требуется определить P (Ньютон) - с какой силой космонавт давит на кресло кабины космического корабля.
Так как по условию задачи космический корабль движется вертикально вверх, то для того, чтобы определить вес тела, необходимо воспользоваться следующей формулой:
P = m * (g + a);
P = 70 * (9,8 + 40) = 70 * 49,8 = 3486 Ньютон (примерно 3,5 кН).
ответ: космонавт будет давить на спинку кресла кабины космического корабля с силой, равной 3486 Ньютон.