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

Номер измерения

R, Ом

V, В

I, А

Примечание

1

1

0.60

0.60

= 8 В

r = 2.4 Ом

= 10 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

= 8 В

= -5.5 B

r = 2.4 Ом

= 10 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

()_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.