Лабораторная работа по физике на тему "Измерение линейных и нелинейных сопротивлений методом вольтметра-амперметра""

Лабораторная работа
Тема: ИЗМЕРЕНИЕ ЛИНЕЙНЫХ И НЕЛИНЕЙНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ МЕТОДОМ ВОЛЬТМЕТРА-АМПЕРМЕТРА

 Цель работы: изучить методы прямых и косвенных измерений основных электрических величин: напряжения, тока и сопротивления.

Приборы и принадлежности: источник постоянного напряжения (0-5в), миллиамперметр, вольтметр, лампочка накаливания, резистор, соединительные провода, сборочная панель, 2 листа миллиметровой бумаги формата А4.

Теоретическое обоснование эксперимента

Для прямых измерений сопротивления используются специальные приборы – омметры. Однако в ряде случаев, например при измерении нелинейных элементов, возникает необходимость использовать косвенный способ измерения сопротивления – метод вольтметра-амперметра, который вытекает непосредственно из закона Ома и согласно которому сопротивление

R=.                                                                (2.1)

Измеряя напряжение U и силу тока I, можно вычислить R. Вольт-амперной характеристикой (ВАХ) (рис.2.1) называют зависимость силы тока, протекающего через сопротивление, от напряжения, приложенного к нему. Если зависимость I от U, т.е. функция I =f(U), линейна (рис.2.1), то это означает, что величина R=const, и такое сопротивление называют линейным. Если же сопротивление зависит от напряжения, R=f(U), то сопротивление называют нелинейным, т.к. зависимость I от U криволинейна (рис.2.2). ВАХ позволяет найти сопротивление нелинейного элемента при любых значениях напряжения и тока. В общем случае величина сопротивления нелинейного элемента,

,                                                          (2.2)

                          Рис.2.1                                                          Рис.2.2

которое в данном случае называется дифференциальным сопротивлением и в разных точках ВАХ может иметь различное значение.

В данной  работе изучается ВАХ резистора R и лампочки накаливания Л, нить накала которой при  прохождении через неё тока разогревается, вследствие чего происходит изменение её сопротивления.

Проведение измерения и обработка результатов

Экспериментальная установка (рис.2.3) включает в себя: ε ─ блок питания  с регулируемым выходным напряжением; mA ─многопредельный амперметр; V ─ многопредельный вольтметр; R ─ резистор; Л ─ лампочка накаливания.

Проведение эксперимента сводится к измерению напряжений на каждом элементе при разной силе тока в цепи (рис.2.3): напряжения U_R ─ на резисторе R и напряжения U_Л  на лампочке накаливания. Результаты измерений занесите в таблицу 2.1. Напряжение измеряется вольтметром (V), который поочередно подключается к резистору и лампочке, а сила тока измеряется с помощью миллиамперметра (mA).

                                    Рис.2.3

Сведения, необходимые для работы с приборами

Цена деления , где X - предел измерения измерительного прибора, а N – полное число делений на шкале измерительного прибора. Тогда сила тока I=C_I ^. n_I , где  C_I  – цена деления и n_I – число делений, отмечаемых стрелкой миллиамперметра, а напряжения на резисторе U_R и на лампочке U_Л вычисляются по  формулам: U_R =C_U ^. n_R  и U_Л  =C_U ^. n_Л , где C_U – цена деления вольтметра, а n_R и ^. n_Л – числа деления вольтметра при измерении на резисторе и лампочке соответственно.

Задание 1.Измерение линейного сопротивления резистора.

1.     Подключив вольтметр к резистору и постепенно увеличивая силу тока в цепи, каждый раз записывать показания вольтметра U_R и амперметра I_R в таблицу 2.1.

Таблица 2.1

C_I=                        (mA/дел);            C_U=                                 (В/дел)

N	IR= CI . nI 10-3 (A)	UR =CU . nR   (B)	R(Ом)	(Ом) ,	IЛ= CI . nI (A)	UЛ =CU . nЛ (B)
1				=
2
3
4
5
6				=
7
8
9
10				=
11
12
13

                                                                                            (2.3)

2.     Вычислить сопротивление резистора R при разной силе тока.

3.     Определить среднее значение , абсолютную  и относительную погрешности.

4.     Построить график I(U) и по графику определить сопротивление резистора, заменив в формуле (2.2) дифференциалы конечными приращениями ΔU, ΔI (формула 2.3).

5.     Сравнивать оба значения сопротивления и сделать выводы.

Результаты и выводы ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задание 2. Изучение ВАХ лампочки накаливания

1.      Подключив вольтметр к лампочке и постепенно увеличивая силу тока в цепи, каждый раз записывать показания вольтметра U_Л и амперметра I_Л в таблицу 2.1.

2.     Построить вольт-амперную характеристику лампочки накаливания.

3.     Определить с помощью построенного графика дифференциальное сопротивление лампочки в нескольких точках  ВАХ, заменив дифференциалы конечными приращениями ΔU, ΔI. Для этого в указанных преподавателем точках графика  необходимо провести касательную и вычислить отношение  .

Результаты и выводы

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы

1.     Понятия электрических величин: напряжения, силы тока, сопротивления и единицы их измерения.

2.     Закон Ома.

3.     Нелинейное сопротивление.

4.     Вольт-амперная характеристика.

5.     Дифференциальное сопротивление и его вычисление.

6.  Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца.