Лабораторна робота "Визначення ЕРС і внутрішнього опору джерела струму".

О. В. Сокотнюк

Опис і алгоритм виконання лабораторнщї робіт з фізики для 11 класу (профільний  рівень), складених відповідно до чинної програми з фізики для 11-річної школи. Робота містить перелік необхідного обладнання, теоретичні відомості та докладний опис послідовності дій. Контрольні питання та завдання дозволяють більш глибоко перевірити рівень засвоєння матеріалу, диференційовано підійти до оцінювання роботи і дають можливість учням творчо застосовувати набуті знання на практиці. Розробка містить достатню кількість таблиць для упорядкування поточних експериментальних вимірювань та обчислень.

Лабораторна робота № 2

Визначення ЕРС і внутрішнього опору джерела струму.

Мета роботи: закріпити знання про закон Ома для повного кола; оволодіти методом визначення ЕРС і внутрішнього опору джерела через вимірювання сили струму і напруги.

Обладнання: лабораторний вольтметр, лабораторний амперметр, магазин опорів, вимикач, лабораторне джерело струму.

Теоретичні відомості

За законом Ома в повному колі ЕРС дорівнює сумі всіх спадів напруги на внутрішній і зовнішній ділянках кола

ε = U_зовн + U_вн. 

Якщо врахувати закон Ома для ділянки кола, то — U_зовн.= І ·R_зовн., a U_вн = / · r,

 де r — внутрішній опір джерела струму.

Отже, ε = I R_зовн + Ir.

У цьому рівнянні дdа невідомих, а тому для їх знаходження за правилами алгебри потрібно щонайменше два рівняння, в які входять ці невідомі.

Для отримання таких двох рівнянь проведемо дослідження експериментального кола за двома етапами.

1) Складемо електричне коло, в яке входять джерела струму, амперметр, вимикач і магазин опорів, у якому відомі значення всіх опорів, що до нього входять. Оберемо деяке середнє значення опору R₁ і замкнемо коло. Стрілка амперметра покаже деяке значення сили струму I_1. Тоді

ε = I₁R₁ + І₁r.

2) Повторимо дослід, замінивши резистор у магазині опорів на деяке значення R₂. Для цього випадку

ε = I₂R₂ + І₂r.

Розв’язавши сумісно два рівняння, матимемо: 

Підставивши значення r в одне із рівнянь, матимемо значення ЕРС:

 або 

Хід роботи

1. Накреслимо послідовне коло з джерела струму, амперметра, магазина опорів і вимикача.

2. За накресленою схемою складемо електричне коло.

3. У магазині опорів увімкнемо резистор опором 2 Ом.

4. Замкнемо коло і знімемо показання, амперметра І₁.

5. Увімкнемо резистор в магазині опорів на 5 Ом.

6. Замкнемо коло і знімемо покази амперметра І₂.

7. Результати вимірювань занесемо до таблиці.

8. Знайдемо значення ЕРС і внутрішній опір джерела.

9. За розімкнутого кола виміряємо напругу U на клемах джерела.

10. Розрахувати відносну похибку вимірювань, скориставшись співвідношенням .

Контрольні запитання

1. Який фізичний зміст ЕРС?

2. Сформулюйте закон Ома для ділянки кола в інтегральній та диференціальній формі та закон Ома для повного кола.

3. Дайте означення вольта.

4. Що таке “коротке замикання”?

5. Яка швидкість струму у провіднику?

6. Яка швидкість напрямленого руху електронів у провіднику при проходженні в ньому струму?

Лабораторна робота № 2 ( 2 спосіб)

Визначення ЕРС і внутрішнього опору джерела струму.

Мета роботи: закріпити знання про закон Ома для повного кола; оволодіти методом визначення ЕРС і внутрішнього опору джерела через вимірювання сили струму і напруги.

Обладнання: лабораторний вольтметр, лабораторний амперметр, магазин опорів, вимикач, лабораторне джерело струму.

ХІД РОБОТИ

1.Зберіть електричне коло, у якому реостат приєднаний через ключ до джерела струму, амперметр вимірює силу струму в колі, а вольтметр — напругу на полюсах джерела струму.

2.За допомогою повзунка реостата встановіть максимальний опір реостата. Замкніть ключ, занесіть у таблицю в зошиті для лабораторних робіт показання приладів.

3.Пересуваючи потроху повзунка реостата, занесіть у таблицю показання приладів, які відповідають меншим значенням опору реостата.

4.Накресліть систему координат: на осі абсцис відкладайте значення сили струму І, на осі ординат — значення напруги U. Позначте точки, які відповідають результатам ваших вимірів.

5.Отримані точки повинні лежати поблизу однієї прямої. Проведіть цю пряму так, щоб якнайбільше отриманих точок лежали на прямій або дуже близько від неї. Якщо це вдалося зробити, то дослід підтверджує лінійний зв’язок між силою струму й напругою.

6.Продовжте пряму до перетинання з осями координат. Координата точки перетинання з віссю ординат відповідає ЕРС   джерела струму. Координата точки перетинання з віссю абсцис — силі струму короткого замикання  

7.Запишіть отримані значення:

 ________________ ,   ___________________ .

Визначте внутрішній опір джерела струму:

______________________________________ .

8.Запишіть у зошиті для лабораторних робіт висновок: що ви вимірювали і який отримали результат.
 

Рекомендації для вчителя

ε₁ = 2 · 1,2 + 1,2 · 1 = 2,4 + 1,2 = 3,6 (В

ε₂ = 5 · 0,6 + 0,6 · 1 = 3 + 0,6 = 3,6 (В)