Методическая разработка лабораторной работы Последовательное соединение резисторов (10 класс). Профильный уровень

Методическая разработка

лабораторной работы «Последовательное соединение резисторов»

для учащихся 10 профильного

(политехнического, физико-математического) класса

Цель: изучение законов последовательного соединения резисторов.

Приборы и материалы: источник тока; два резистора с сопротивлением 4 Ом и 2 Ом; лампочка 6,3 В; соединительные провода; вольтметр лабораторный; амперметр лабораторный; ключ замыкания тока; микрокалькулятор.

Материал для повторения:

1. Какое соединение элементов в электрической цепи считается последовательным?

2. Что такое электрический узел? Дайте определение узла.

3. Какое соединение элементов цепи считается ветвью?

4. Как определяется суммарное электрическое сопротивление при последовательном соединении элементов электрической цепи?

5. Как определяется напряжение при последовательном соединении элементов электрической цепи?

6. Что можно сказать о силе тока в элементах цепи при их последовательном соединении?

7. Объясните правила включения измерительных приборов при изучении последовательного соединения элементов электрической цепи.

8. Как определить цену деления измерительного прибора, абсолютную и относительную погрешность измерения?

9. Приведите пример использования последовательного соединения элементов электрической цепи.

В Н И М А Н И Е !

Сборку электрической цепи необходимо проводить при отключенном источнике питания. Собранную электрическую цепь ОБЯЗАТЕЛЬНО следует показать учителю.

Инструкция выполнения эксперимента:

1. Определите цену деления измерительных приборов: амперметра и вольтметра:

2. Вычислите абсолютную погрешность измерительных приборов:

∆I = Ca/2; ∆U = C_v /2.

3. Соберите электрическую цепь Рис.1., состоящую из двух последовательно соединенных резисторов, лампочки, ключа замыкания тока, измерительных приборов, фиксирующих падение напряжения и силу тока в резисторе R₁.

4. Покажите собранную электрическую цепь учителю. Включите источник питания, замкните ключ, запишите показания приборов с учетом абсолютной погрешности измерения: I₁ = I₁ ± ∆I; U₁ = U₁ ± ∆U

5. Отключите источник питания, разберите принципиальную схему.

6. Соберите электрическую цепь Рис. 2. Вычислите электрическое сопротивление R₂, выполняя действия п. 3, п.4, п.5. настоящей инструкции.

7. Соберите электрическую цепь Рис. 3. Вычислите электрическое сопротивление R_л, выполняя действия п. 3, п.4, п.5. настоящей инструкции.

8. Соберите электрическую цепь Рис. 4. Вычислите электрическое сопротивление R_общ, выполняя действия п. 3, п.4, п.5. настоящей инструкции.

9. Используя показания амперметра и вольтметра, вычислите численное значение сопротивления R₁: , рассчитайте относительные погрешности измерения

амперметра: и вольтметра: . Зная ε_I и ε_U, вычислите относительную и абсолютную погрешности измерения сопротивления резистора R₁: ε_R и ∆R₁: ε_R = ε_I + ε_U, ∆R₁ = R₁ ^. ε_R Результат измерений силы тока и напряжения на резисторе R₁ представьте с учетом абсолютной погрешности измерения или:

R₁ = R₁ ± ∆ R₁.. Аналогично, найдите относительные и абсолютные погрешности измерений резисторов R₂ ;R₃;R_общ и ∆R₂ ;∆R₃ ;∆R_общ., в соответствии с показаниями приборов в схемах их включения, приведенных на Рис. 1,2,3,4.

ε_R = ε_I + ε_U, где: , отсюда:

∆R₁ = R₁ ^. ε_R или: R₁ = R₁ ± ∆ R₁.

Рис. 1

ε_R = ε_I + ε_U , где: , отсюда:

∆R₂ = R₂ ^. ε_R или: R₂ = R₂ ± ∆ R₂.

Рис. 2

ε_R = ε_I + ε_{U ,} где: , отсюда:

∆R₃ = R₃ ^. ε_R или: R₃ = R₃ ± ∆ R₃.

Рис. 3

ε_R = ε_I + ε_U , где: , отсюда:

∆R_общ = R_общ ^. ε_R или: R_общ = R_общ ± ∆ R_общ.

Рис. 4

_10. Проверьте справедливость законов последовательного соединения резисторов:

а) Сравните, измеренные в процессе эксперимента, численные значения силы тока в отдельных элементах цепи и силу тока в общей цепи с учетом абсолютной погрешности измерения, т.е. проверьте верность равенств :

I₁ ± ∆ I₁ = I₂ ± ∆ I₂ = I₃ ± ∆ I₃ = I_общ ± ∆ I_общ .

О

тметьте на числовой оси интервалы значений следующим образом:

б) Проверьте верность равенства для падений напряжения на отдельных элементах цепи:

U₁ + U₂ + U₃ ± ( ∆ U₁ + ∆ U₂ + ∆ U₃) = U_общ ± ∆ U_общ .

Покажите на числовой оси интервалы значений следующим образом:

в) Проверьте верность равенства для электрических сопротивлений резисторов в последовательной электрической цепи с учетом вычисленных абсолютных погрешностей:

R₁ + R₂ + R₃ ± (∆ R₁ + ∆ R₂ + ∆ R₃) = R_общ± ∆ R_общ .

Покажите на числовой оси интервалы значений следующим образом:

Примечание. Если вычисленные и измеренные численные значения силы тока, падения напряжения и электрического сопротивления оказываются в перекрываемом диапазоне значений физических величин с учетом абсолютной погрешности измерения, то это свидетельствует о выполнении законов последовательного соединения резисторов и о правильном выполнении эксперимента.

11. На основании полученных в эксперименте данных, расчетов, вычислений погрешностей измерения, сравнения полученных величин сделайте вывод по работе.