Лабораторная работа по Физике
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 расчетные 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
| Номер измерения | R, Ом | V, В | I, А | Примечание |
| 1 | 1 | 0.60 | 0.60 |
R = 2.4 Ом
|
| 2 | 2 | 1.11 | 0.56 | |
| 3 | 3 | 1.56 | 0.52 | |
| 4 | 4 | 1.95 | 0.49 | |
| 5 | 5 | 2.30 | 0.46 | |
| 6 | 6 | 2.61 | 0.43 | |
| 7 | 7 | 2.89 | 0.41 | |
| 8 | 8 | 3.14 | 0.39 | |
| 9 | 9 | 3.36 | 0.37 | |
| 10 | 10 | 3.57 | 0.36 | |
| ()эксп = 12.5 Ом | ε()эксп = 0.008 | |||
| ()эксп =7.95 В | ε()эксп = 0.006 |
= + 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
| Номер измерения | R, Ом | V, В | I, А | Примечание |
| 1 | 1 | -4.49 | 1.01 |
R = 2.4 Ом
|
| 2 | 2 | -3.62 | 0.94 | |
| 3 | 3 | -2.87 | 0.88 | |
| 4 | 4 | -2.21 | 0.82 | |
| 5 | 5 | -1.62 | 0.78 | |
| 6 | 6 | -1.10 | 0.73 | |
| 7 | 7 | -0.63 | 0.70 | |
| 8 | 8 | -0.21 | 0.66 | |
| 9 | 9 | 0.18 | 0.63 | |
| 10 | 10 | 0.53 | 0.6 | |
| ()эксп = 12 Ом | ε()эксп = 0.03 | |||
| ()эксп = 7.6 В | ε()эксп = 0.05 |
= -5.5 B()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.