Фізика. 8 клас. Засєкіна

Лабораторна робота № 5. Дослідження електричного кола з паралельним з’єднанням провідників

Мета роботи: дослідити електричні кола з паралельним з’єднанням провідників, перевірити закони паралельного з’єднання провідників.

Прилади і матеріали: батарея акумуляторів, дві електролампи, амперметр постійного струму на 2 А, вольтметр постійного струму на 4 В, вимикач, з’єднувальні провідники.

Вказівки щодо виконання роботи

1. Накресліть схему електричного кола, що складається із джерела струму, двох електричних ламп, з’єднаних паралельно, вольтметра та вимикача.

2. Складіть коло за накресленою схемою для вивчення паралельного з’єднання елементів.

Номер досліду

Сила струму, А

Напруга, В

Опір, Ом

І1

І2

І

U1

U2

U

R1

R2

R

1

2

3. Визначте напругу U за показаннями вольтметра, що підключений до клем джерела струму. Підключіть вольтметр до клем лампи Л1, виміряйте напругу U1, а потім до клем лампи Л2, виміряйте напругу U2. Результати вимірювань запишіть до таблиці.

4. Амперметр підключіть послідовно: а) з лампою Л1 і виміряйте силу струму І1; б) з лампою Л2 і виміряйте силу струму І2; в) у загальну ділянку кола й виміряйте силу струму І. Результати вимірювань запишіть до таблиці.

5. Обчисліть опори ламп R1, R2 та загальний опір паралель но з’єднаних елементів R.

6. Зробіть висновок про виконання чи невиконання законів паралельного з’єднання елементів.

ВЧИМОСЯ РОЗВ’ЯЗУВАТИ ЗАДАЧІ

Розв’язування задач на змішане з’єднання провідників

Електричні кола, з якими доводиться мати справу на практиці, складаються з кількох різних споживачів, які можуть бути з’єднані між собою послідовно, паралельно або послідовно й паралельно (змішане з’єднання).

Такі електричні кола розраховують за допомогою еквівалентних схем. Для побудови еквівалентної схеми виділяють ділянку кола на якій резистори з'єднані тільки послідовно, або тільки паралельно, тобто опір цієї ділянки можна розрахувати. Далі таку ділянку кола замінюють одним резистором, опір якого дорівнює розрахованому. Вибудовуючи таким чином кілька еквівалентних схем, визначають загальний опір кола. Якщо задана напруга джерела струму, можна визначити загальну силу струму. Далі вже можна розрахувати напруги і сили струму на окремих резисторах.

Покажемо, як використовувати методику еквівалентної схеми, на окремих прикладах.

Задача 1. У коло, що зображено на мал. 163, подано напругу 55 В. Опори всіх резисторів однакові й дорівнюють 2 Ом. Визначте загальний опір кола, а також силу струму й напругу на кожному резисторі.

Мал. 163

З малюнка видно, що на схемі лише три резистори з’єднані певним чином — це резистори R4, R5, R6, і з’єднані вони між собою послідовно. Визначимо їхній загальний опір:

R456 = R4 + R5 + R6 = 6 Ом.

Тепер можна накреслити еквівалентну схему, замінивши ці резистори еквівалентним R456 (мал. 164).

Мал. 164

Тепер добре видно, що резистори R3 і R456 з’єднані між собою паралельно, отже, опір цієї ланки:

Після цього можна накреслити еквівалентну схему (мал. 165, с. 206), замінивши паралельно з’єднані резистори еквівалентним R3456.

Мал. 165

Чітко видно, що тепер усі резистори з’єднані послідовно, отже, загальний опір кола (мал. 166):

R = R1-6 = R1 + R2 + R3456 = 2 Ом + 2 Ом + 1,5 Ом = 5,5 Ом.

Мал. 166

Тоді загальний струм:

А тепер будемо розглядати еквівалентні схеми у зворотному напрямі: від простіших до складніших, тобто в напрямі до початкової схеми. Спочатку розглянемо малюнок 165. Загальна сила струму, що проходить через резистори R1, R2, R3456 (І = І1 = І2 = І3456 = 10 А). Отже, можна обрахувати напруги U1, U2, U3456:

U1 = І1R1 = IR1 = 10 А • 2 Ом = 20 В;

Зрозуміло, що U2 = 20 В, дійсно:

U2 = І2R2 = IR2= 10 А • 2 Ом = 20 В.

U3456 = І3456 • R3456 = І • R3456 = 10 А • 1,5 Ом = 15 В.

Перевіримо тепер рівність: U = U1 + U2 + U3456 (закон напруг для послідовного з’єднання):

U = 20 В + 20 В + 15 В = 55 В.

Така перевірка показує, правильно чи ні ми розв’язуємо задачу. Якби цей закон не підтвердився, то потрібно було б повернутися до початку розв’язку і шукати помилку.

Обчислимо тепер силу струму в R3 і R456 (мал. 164, с. 205). Напруга на паралельній ланці U3456 = U3 = U456 (закон напруг для паралельного з’єднання).

Отже, U3 = U456 = 15 В;

Контролюємо себе, перевіряючи, чи I = І3 + І456:

I = 7,5 А + 2,5 А = 10 А.

Отже, ми робимо все правильно!

Струм через R456 протікає насправді через резистори R4, R5, R6 (мал. 163, с. 205). Отже, І456 = І4 = І5 = І6 = 2,5 А.

Тоді зрозуміло, що оскільки R4 = R5 = R6 , то U4 = U5 = U6 = 2,5 А • 2 Ом = 5 В.

Дійсно, в сумі U456 = U4 + U5 + U6 = 15 В.

Відповідь: R = 5,5 Ом; І1 = І2 = 10 А; І3 = 7,5 А; І4 = І5 = І6 = 2,5 А; U1 = U2 = 20 В; U3 = 15 В; U4 = U5 = U6 = 5 В.

Задача 2. Визначте загальний опір ділянки кола та силу струму в кожному резисторі (мал. 167), якщо напруга між точками А і D дорівнює 26 В; R1 = 2 Ом, R2 = 3 Ом, R3 = 6 Ом, R4 = 1 Ом, R5 = 2 Ом, R6 = 2 Ом, R7 = 4 Ом, R8 = 12 Ом.

Мал. 167

Вправа 16

1. Чотири провідники з опором по 1,5 Ом кожний необхідно з’єднати так, щоб отримати загальний опір 2 Ом. Як це здійснити?

2. Який опір можна одержати за допомогою трьох резисторів опором по 2 Ом кожен?

3. Визначте показання амперметра А, якщо амперметр A1 показує 2 А (мал. 168).

Мал. 168. До завдання 3

4. Як зміняться показання приладів, якщо повзунок реостата посунути вліво (мал. 169)?

Мал. 169. До завдання 4

5*. Чотири однакові провідники з опорами по 10 Ом кожний з’єднані, як показано на малюнку 170. Яким буде загальний опір, якщо струм підвести до точок А і С ? До точок А і D ?

Мал. 170. До завдання 5

6*. Чотири провідники з’єднані, як показано на малюнку 171. Напруга між точками A і В дорівнює 18 В. Визначте загальний опір і силу струму в окремих провідниках.

Мал. 171. До завдання 6

7*. Два провідники за послідовного з’єднання мають опір 5 Ом, за паралельного з’єднання — 0,8 Ом. Визначте опір цих провідників.