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
= + 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
()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.
|