проектная работа:"Исследование закона Ома."

 

МБОУ ГИМНАЗИЯ №11

Исследовательская работа

на тему:

 

 

Выполнила:                                                                            ученица 10 «А» класса МБОУ гимназии №11 и Детского оздоровительно-образовательного центра г. Ельца, Липецкой обл.

Нагорная Александра Игоревна                                                                                 

Научный руководитель:

учитель физики

Австриевских Наталья Михайловна

 

 

 

 

 

 

 

 

2014

 

 

                                      

                                            План

I. Вступление                                                                                        

II. Основная часть                                                                               

1. Исторические факты из жизни Георга Ома.

2. Первые эксперименты Ома.

3. Магнитное поле термоэлектрического тока.

4. Экспериментальная установка Ома.

5. Что нужно, чтобы доказать закон Ома?

6. Прибор для эксперимента.

7. Экспериментальное обоснование закона Ома.

8.Экспериментальная часть.

III.  Заключение                                                                                     

IV. Список использованной литературы                                            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

               

 

 

Цель:

Исследовать с какими трудностями столкнулся Георг Ом, и как он сумел их преодолеть, провести эксперимент и научиться применять полученные знания  при решении различных задач: на практике, в жизни и поделиться с этим с одноклассниками.

Задачи:

1. Провести эксперименты по наблюдению физических явлений. 

2. Произвести математический расчет силы тока различными способами. 

3.Проанализировать различные способы измерения.

4.На примере отдельно взятого физического оборудования

(изготовленного самостоятельно с помощью знаний электротехники) доказать взаимосвязь физических явлений, доказывающие справедливость закона Ома.

Гипотеза:

Действительно ли Георг Ом столкнулся с трудностями своего бессмертного открытия?

Методы:

•   Эксперимент и наблюдение

• Математический расчёт при изучении результатов работы измерения, а так же теоретический анализ научной литературы по данной проблеме.

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                     I. Вступление

        Предложенный учебный вариант классических экспериментов по обоснованию закона Ома для полной цепи постоянного тока все знают.  Не будем делать вид, что мы внезапно забыли его и вместе с вами хотим заново от­крыть этот закон. Просто познако­мимся с интересными явлениями, которые когда-то помогли замеча­тельному учёному сделать своё бес­смертное открытие, и постараемся, используя современные средства, повторить его исследование. Нам важ­но понять, с какими трудностями столкнулся Ом, и как он сумел их пре­одолеть. Теперь оставим лирические настроения и вникнем в суть дела. Для существования электрического тока, то есть направленного движения зарядов, необходимо наличие электрического поля и свободных носителей зарядов.

        Экспериментальное обоснование этого положения для проводников мы видели на уроках физики или химии. Опыт для металлов и полупроводников поставить возможно всегда, поскольку при нормальных условиях свободные носители зарядов в них всегда есть. Наша работа освещает изучение физических явлений на более глубоком уровне. Новизна, актуальность и сложность данной научно-исследовательской работы была в том, что данная тема является основным, но с более детальным изучением данного закона в курсе физики, приобретенный опыт позволит проводить фронтальный эксперимент наиболее удобным способом, изучение данной темы помогает более глубоко подготовиться к выпускным экзаменам ЕГЭ и ГИА.

В своей работе мы использовали различные источники информации (научная и учебная литература, Интернет). Проводя эксперимент, мы пришли к выводу, что Георг Ом, используя в своих опытах крутильные весы и ртутные контакты, преодолел трудности эксперимента с термопетлей для исследования своего закона. Оригинальность нашей работы была в создании  модели по схеме, в интеграции предметов (физики, электротехнике и математики). Создав модель и проводя эксперименты, мы более глубоко изучили техническое содержание темы, более детально изучили некоторые физические явления (электрический ток в металлах). То есть была доказана взаимосвязь теории с практикой. Знания и умения, которые мы получили в ходе работы с измерениями оставили огромный след в нашей жизни и чувство эстетического наслаждения. То есть была доказана взаимосвязь теории с практикой.        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Исторические факты из жизни Георга Ома.

 

 

 

Хотя Георг Ом — уже далеко не юноша, но в его первых письмах из Кельна домой — юношеская восторженность. Он пишет о большой коллекции физических приборов, о благожелательном отношении коллег, об удобном расписании его уроков (всю первую половину дня он свободен, да и вся педагогическая нагрузка сравнительно невелика). Можно заняться наукой, и Ом пользуется этой драгоценной возможностью.

Первым делом Георг проводит обследование всего парка приборов. Здесь обнаруживается, что многие приборы требуют ремонта, а то и замены. Но Ом не зря был прилежным учеником своего отца, который остается его первым советчиком. Ом многое умеет.

Тщательность работы, стремление как можно детальнее продумывать постановку экспериментов и готовить для них аппаратуру стало основой будущих успехов. Ом, который прежде уделял основное внимание математике, решительно и воодушевленно переключился на физику. Ома увлекли проблемы, связанные с протеканием электрических токов по проводникам. Этот выбор отчасти определялся тем, что этими вопросами физики тогда занимались мало, и Ом надеялся, что у него не будет конкурентов.

Школьникам наших дней, изучающим закон Ома, может показаться, что это — один из простейших законов физики: сила тока в проводнике прямо пропорциональна падению напряжения в нем и обратно пропорциональна сопротивлению. Но попробуйте мысленно перенестись в двадцатые годы 19 века! Тогда электрические токи в проводниках были, правда, уже известны, уже существовали источники тока, в частности, батареи гальванических элементов, датский физик Ханс Кристиан Эрстед открыл даже, что электрический ток оказывает воздействие на стрелку компаса, но что собой представляет этот ток, как его измерять, от чего он зависит — об этом физики почти ничего не знали. Не было не только никаких измерительных приборов, но даже еще и необходимой терминологии.

Путь, по которому пошел Георг Ом, определялся ясным пониманием того, что первым делом нужно научиться количественно исследовать физическое явление. Для измерения тока уже раньше пытались использовать тот факт, что он вызывает нагревание проводника. Однако Г. Ом избрал для измерения тока не тепловое, а именно его магнитное действие, открытое Эрстедом. В приборе Ома ток, протекавший по проводнику, вызывал поворот магнитной стрелки, подвешенной на упругой расплющенной золотой проволочке. Экспериментатор, поворачивая микрометрический винт, к которому крепился верхний конец проволочки, добивался компенсации поворота, вызванного магнитным воздействием, и угол поворота этого винта и являлся мерилом тока.

Первоначально Ом использовал гальванические источники тока, но вскоре он обнаружил, что они создают ток, быстро убывающий со временем. Это обстоятельство даже явилось причиной неточностей в первой из публикаций Ома. Он нашел выход из этого положения, перейдя к использованию открытого Томасом Иоганном Зеебеком явления — возникновения тока в цепи из двух различных проводов, если спаи между ними имеют различные температуры. Ом в качестве источника тока использовал термоэлемент из висмута и из меди, один из спаев которых находился в кипящей воде, а другой — в тающем снеге.

 

 

 

2. Первые эксперименты Ома

Закон Ома заключается, как из­вестно, в том, что сила элек­трического тока через проводник прямо пропорциональна напряжению на нём и обратно пропорциональна сопротивлению проводника. Школь­ные опыты, в которых измеряются сила тока и напряжение при различ­ных значениях сопротивления про­водника, на первый взгляд, показы­вают, что это действительно так. Од­нако в этих опытах используются

вольтметр и амперметр, отградуиро­ванные фактически один по другому в полном соответствии с законом Ома, поэтому такие опыты вряд ли можно признать доказательными.

Итак, Георг Ом, немецкий учё­ный, исследуя в 1825-1827 годах про­хождение электрического тока в це­пи, пытался выявить количественные закономерности, характеризующие это явление. В те далёкие времена привычные нам понятия силы тока,

напряжения, электродвижущей силы, сопротивления ещё только зарождались или вообще отсутство­вали. Не было и электроизмеритель­ных приборов. Учёные интуитивно ощущали необходимость количест­венных измерений в электрических цепях. Но как их провести, если неизвестно, что именно нужно из­мерять и каким именно образом это можно сделать?!

Ом в первую очередь понял, что силу электрического тока нужно оп­ределять по его магнитному дейст­вию. Он составил замкнутую цепь из батареи гальванических элементов и двух различных проводников, кото­рые по-разному разогревались про­ходящим по ним током. Помещая над этими проводниками магнитную стрел­ку, Ом убедился, что она отклоняется на одинаковые утлы, несмотря на раз­личное тепловое действие тока (рис. 1). Так учёный получил надёжный изме­ритель силы тока. Включая в цепь ме­таллические провода одного диаметра, но различной длины, он определял, как меняется при этом сила тока.

Первые опубликованные им вы­воды были ошибочны: в эксперимен­тах не удалось сразу установить правильный закон. Основной причи­ной этого явилось использование гальванического источника тока с большим внутренним сопротивлени­ем, ЭДС которого быстро изменялась с течением времени и сильно зави­села от включаемой нагрузки. Поэто­му в последующих опытах Ом ис­пользовал в качестве источника тока термоэлемент.

 

 

Рис. 1. Магнитное действие тока на стрелку одинаково, независимо от теплового действия: последовательно соединены друг с другом многожиль­ный медный провод в белой изоляции и нихромовый провод; а - источник питания выключен, б - по цепи идёт ток силой около 5 А.

 

3.  Магнитное поле термоэлектрического тока

 

В 1821 году, то есть за несколько лет до исследований Ома, немецкий физик Т. Зеебек открыл явление термоэлектричества. Он провёл детальное исследование этого явле­ния, но в результате пришёл к невер­ному выводу, что разность темпера­тур в разнородных проводниках, со­единённых между собой, приводит к выделению свободного магнетизма. Проще всего понять открытие и за­блуждение Зеебека, если повторить его опыт.

Вам потребуются медный и константановый проводники. Медный, надеемся, вы сможете найти само­стоятельно, а константановый можно взять от старого реостата в школьном физическом кабинете. Чтобы убедить­ся, что вы имеете дело именно с константаном, измерьте мультиметром сопротивление «подозрительного» про­вода длиной около 2 м и затем сопос­тавьте получившееся значение с вы­численным по хорошо известной вам формуле

(1)

где р - удельное сопротивление, I - длина и S - площадь поперечного се­чения проводника. Напомним,' что удельные сопротивления константана и меди соответственно равны:

Дальше нужно изготовить тер­мопетлю. Допустим, в вашем рас­поряжении имеется константано­вый провод диаметром 0,9 мм. Сде­лайте 6 одинаковых отрезков этого провода длиной по 20 см и концы каждого из них (длиной примерно по 2 см) тщательно очистите острым ножом от слоя оксида. Затем, пользу­ясь канифолью или иным флюсом, аккуратно облудите зачищенные концы проводов оловом или оловян­но-свинцовым припоем. От медного провода диаметром 0,7 мм отрежьте кусок длиной 30 см и, очистив от изо­ляции концы длиной по 5 см, также облудите их.

Концами медного провода плотно виток к витку обмотайте концы сло­женных в пучок отрезков константанового провода. Места скруток хоро­шенько пропаяйте, используя в каче­стве флюса канифоль. Если вы не умеете или боитесь паять, то сможете повторить описанный ниже опыт, даже если зачищенные концы прово­дов просто плотно скрутите между собой. Впрочем, лучший вариант - это научиться паять, пока не поздно.

Придайте медному проводу 11- образную форму и зажмите один из спаев в лапке штатива так, чтобы по­лучившаяся термопетля расположи­лась горизонтально и медный провод оказался над константановыми. Ме­жду ними на пучок константановых проводов поместите компас. Магнит­ная стрелка компаса установится вдоль направления горизонтальной составляющей магнитного поля Зем­ли. Разверните штатив так, чтобы термопетля оказалась параллельной стрелке компаса.

Спиртовкой или газовой зажи­галкой нагрейте незакреплённый спай термопетли. По мере роста его температуры стрелка компаса начи­нает отклоняться, причём макси­мальный угол отклонения её может достигнуть 50-80° (рис. 2).

Итак, вы нагреваете один из спа­ев термопетли, и возникает магнит­ное поле, отклоняющее стрелку ком­паса. Теперь понятно, почему Зеебек решил, что имеет дело с термомагне­тизмом! В действительности, конеч­но, нагревание спая приводит к появ­лению термоэлектрического тока, а уже проходящий по замкнутой цепи ток создаёт магнитное поле.

 

Рис. 2. Наблюдение магнитного действия термоэлектрического тока

 

4.      Экспериментальная установка Ома.

 

Электрическая схема и внешний вид экспериментальной установки, созданной Омом, представлены на рис. 3. Термоэлектрический источник состоял из висмутовой ветви 1 и двух плотно прикрученных к её концам винтами медных ветвей 2. Один из концов получившейся термопары был погружен в сосуд 3 с тающим льдом, второй - в сосуд 4 с кипящей водой. Над медной ветвью термопары на проволочном подвесе под стеклян­ным колпаком располагалась магнит­ная стрелка 5, причём верхний конец подвеса был прикреплён к вращаю­щейся головке, снабжённой указа­телем и шкалой. Это устройство представляло собой магнитные кру­тильные весы, подобные электроста­тическим крутильным весам Кулона. Выводы термоэлектрического источ­ника через ртутные контакты 6 со­единялись с отрезками металличе­ского провода 7 одинакового диамет­ра, но разных длин. Когда по цепи проходил электрический ток, маг­нитная стрелка отклонялась, враще­нием головки крутильных весов Ом возвращал её в исходное положение и по углу поворота головки опреде­лял силу тока в цепи.

 

Рис. 3. Экспериментальная уста­новка Георга Ома

Ничего подобного в этой установке мы, конечно, делать не будем. Думается, сам Георг Симон Ом - прекрасный школьный учитель и один из первых специалистов в сфере методики физики - живи он в наши дни, от души посме­ялся бы над нами, услыхав о желании скопировать его опыт. Мы воспользуем­ся только идеей эксперимента, но это «только» и есть самое главное, что мож­но позаимствовать у учёного.

 

5.  Что нужно, чтобы доказать закон Ома?

 

В принципе можно разорвать медный проводник в термопетле, изображённой на рис. 2, и в разрыв включать проводники разного сопро­тивления.

В самом деле, термопетля в опыте расположена так, что её маг­нитное поле возле стрелки направ­лено перпендикулярно горизон­тальной составляющей магнитного поля Земли. Стрелка отклоняется, показывая направление результи­рующего поля.

Для одного проводника петли си­туация изображена на рис. 4: Во -

горизонтальная составляющая ин­дукции магнитного поля Земли, В₁ - индукция магнитного поля на рас­стоянии г от прямого проводника с током I, модуль которой, как извест­но, равен

Из рисунка вид­

но, что В₁ =В₀ tg α, где α - угол от­клонения стрелки из первоначаль­ного положения,

 

параллельного проводнику. Отсюда сила тока в проводнике

Рис. 4. К опыту по отклонению магнитной стрелки в магнитном поле тока в прямом проводнике

Термопетля состоит из двух па­раллельных проводников, по кото­рым один и тот же ток идёт в проти­воположных направлениях. По пра­вилу правого винта легко определить, что создаваемые этим током поля в промежутке между проводниками складываются. Поэтому стрелка от­клонится на тот же угол а при силе тока в термопетле в два раза мень­шей, чем в одиночном проводнике:

В условиях эксперимента все ве­личины этой формулы, кроме угла α, неизменны.

Таким образом, ток в термопетле пропорционален тангенсу угла от­клонения стрелки компаса от магнит­ного меридиана:

(2)

Этот факт позволяет простым способом измерять силу тока.

Мы действительно попробовали поставить опыт в соответствии с из­ложенной идеей и в целом получили неплохие результаты. Но и не слиш­ком хорошие: хотя ток оказался об­ратно пропорционален сопротивле­нию, но получающееся в опыте внут­реннее сопротивление источника не совпадало с расчётным. Мы посчита­ли, что всё дело в неоднородности магнитного поля, созданного термо­петлей: при сравнительно больших токах стрелка отклоняется на значи­тельные углы и попадает в более сла­бое поле. Поэтому она отклоняется меньше, чем могла бы отклониться, если бы поле было однородным. По­нятно, что чем больше ток, тем ощу­тимее эта ошибка, поскольку при ма­лом токе стрелка выходит из термо­петли не так значительно. Получает­ся, что большие значения силы тока оказываются более заниженными. Кроме того, выяснилось, что при больших токах важно обеспечить хо­рошие контакты во всех местах со­единений элементов цепи.

Очевидно, что Ом, используя в своих опытах крутильные весы и ртутные контакты, преодолел эти трудности эксперимента.

 

6.  Прибор для эксперимента

 

Чтобы получить однородное маг­нитное поле, нужно сделать соленоид. Тогда прибор для выполнения экспе­римента может выглядеть так, как показано на рис. 5. Из медного прово­да, имеющего диаметр 1,4 мм и длину 1 м, изготовлена прямоугольная ка­тушка 1 размером 12 х 40 х 40 мм, со­держащая 5 витков. Концы этого про­хода очищены от изоляции и облужены. К ним тонкой медной облуженной проволокой виток к витку плотно прикручены об луженные концы шес­ти отрезков константанового провода 2 диаметром 1,0 мм и длиной 20 см каждый. Места соединений спаяны оловом. Медный провод разрезан, на него надеты изолирующие хлорвини­ловые трубки, участки провода с трубками скручены, и выступающие из трубок концы провода 3 тщательно очищены от изоляции. С этими полю­сами термоисточника соединяются исследуемые проводники 4 различ­ной длины. Катушка 1 несколькими витками изоленты прочно закрепле­на на подставке 5 из изолятора. Внутрь катушки введён компас 6. В качестве исследуемых проводников можно использовать отрезки медного провода в лаковой изоляции диамет­ром 0,3-0,5 мм, имеющие, например, такие длины: 25, 50, 75 и 100 см. Их нужно свернуть в колечки 7.

Изготовив прибор, мы расположили его так, чтобы ось катушки оказалась перпендикулярна стрелке компаса, и повернули корпус компаса так, чтобы один из концов стрелки указывал на нуль шкалы. Мы проверили, что рядом с прибором нет ферромагнитных пред­метов, влияющих на ориентацию магнитной стрелки.

Соединив разомкнутые полюса источника, плотно скрутив их мед­ным проводом без изоляции, и на­грев один из спаев термопары в пламени спиртовки, мы проверили,  если при этом стрелка отклонится на угол порядка 80° и будет устойчиво находиться в этом положении, то изготовленный нами прибор готов к работе.

Рис. 5. Прибор для эксперимен­тального обоснования закона Ома

 

7.  Экспериментальное обоснование закона Ома

Не убирая пламени спиртовки, мы разомкнули полюса термоэлектри­ческого источника и подсоединитли к ним один из подготовленных нами проводов. Записав угол отклонения стрелки, вместо первого подсоедини­те второй провод и т. д. В наших опы­тах для медного провода диаметром 0,425 мм получились результаты, приведённые в первой и второй стро­ках табл. 1. В третьей строке даны соответствующие значения танген­са угла а отклонения стрелки ком­паса, пропорциональные согласно фор­муле (2) силе тока в цепи.

Таблица 1

 

X, см	0	25	50	75	100
α	78	71	60	55	48
t gα	4,70	2,90	1,73	1,43	1,11
ctgα	0,21	0,34	0,58	0,70	0,90

Построив график зависимости силы тока I (в экзотических еди­ницах tgα) от длины проводах, мы получим кривую, подобную той, ко­торая изображена на рис. 6 а и по­строена по данным табл. 1. Эта кри­вая очень похожа на гиперболу, уравнение которой в курсе матема­тики мы привыкли записывать в виде

(3)

если учесть, что гипербола может быть растянута или сжата в а раз по вертикали и смещена на величину b по горизонтали.

Допустим, что представленная гра­фически на рис. 6 а зависимость силы тока I от длины провода L действитель­но выражается аналитически формулой

(з)

 

Рис. 6 а. Графическое представ­ление закона Ома. Зависимость силы тока от длины провода внешне напо­минает ветвь гиперболы

Но как убедиться в справедливо­сти этой формулы, если величины а и b неизвестны?

Очевидно, нужно построить такой график, глядя на который, можно сразу сказать, какой именно являет­ся выраженная им зависимость. Та­ким графиком, который мы узнаём сразу и точно, является только пря­мая линия. Значит, нужно из зави­симости (3) получить линейную за­висимость. Сделать это можно очень просто: достаточно вместо тока I взять в качестве функции величину, обратную току:

  (4)

 

Рис. 6 б. Графическое представле­ние закона Ома. Зависимость величи­ны, обратно пропорциональной силе тока, от длины проводника линейна.

В таблице 1 имеется четвёртая строка, в которой приведены значе­ния величины, обратной силе тока 1/I ,в единицах ctg α. Построив график зависимости1/I  - от длины х про­водника, получаем прямую линию (рис. 6 б)! Это значит, что формула (4) и, следовательно, формула (3) спра­ведливы. Осталось выяснить физиче­ский смысл входящих в них констант.

Понятно, что величина b должна иметь тот же смысл, что и х, так как в знаменателе формулы (3) стоит сум­ма этих величин. Опыт показал, что чем больше длина провода х, тем меньше сила тока I, текущего по це­пи (см. табл. 1), следовательно, длина провода характеризует сопротивле­ние цепи, подключаемой к термоис­точнику. Однако от опыта к опыту величина b оставалась постоянной, следовательно, она является сопро­тивлением той части цепи, которая не изменялась в опытах.

Итак, можно считать, что b - это внутреннее сопротивление ис­точника, а х - сопротивление внешней цепи и обозначить их при­вычными буквами b = г и x = R.

Кроме этого, опыт показал, что ток в цепи тем больше, чем больше раз­ность температур спаев термопары - вы видели, что пока один из спаев тер­моисточника нагревался, магнитная стрелка отклонялась всё сильнее. Зна­чит, величина а в формуле харак­теризует способность самого источника создавать в цепи электрический ток,

 

Хочу обратить внимание на то, что мы не вывели закон Ома из более или менее правдо­подобных умозрительных рассужде­ний, которым нужно поверить на слово, а прямым экспериментом доказа­ли его справедливость. Тем самым по­лучено обоснование справедливости всех тех теоретических рассуждений относительно явлений в цепях по­стоянного тока, которые обычно приво­дятся в школьных учебниках.

Понятно, что возможны самые различные варианты учебных опы­тов, подтверждающих закон Ома. Но среди них одно из почётных мест дол­жен занимать эксперимент, постав­ленный в соответствии с идеей, обес­смертившей имя Георга Симона Ома.

 

 

 

 

8.  Экспериментальная часть 

Отличную исследовательскую работу по применению закона Ома для участка цепи можно сделать, если изготовить специальный стенд, выполненный по схеме, рис.1.

В Детском оздоровительно-образовательном центре города Ельца в объединении радиоконструирования научным руководителем педагогом дополнительного образования Поваляевым  Борисом Алексеевичем разработан и изготовлен стенд, который состоит из стабилизатора-регулятора напряжения, выполненного на стабилитроне VD1 и транзистора средней мощности VT1. Стабилитрон VD1 и резистор R1  в комплексе являются элементами задающего параметрического стабилизатора. Стабилитрон VD1(КС 168А) рассчитан на стабилизацию напряжения  6,8 В, дополнительный (балластный) резистор R1 75 Ом - на ограничение тока в цепи стабилитрона 35-40 мА. В связи с тем, что стабилитрон  КС 168А (по справочнику) имеет напряжение стабилизации от 6,2 В до 7,2 В, резистор  R1 подбирается по номиналу сопротивления. Параллельно стабилитрону устанавливается переменный резистор R2, с которого регулируемое напряжение подаётся на усилитель постоянного тока, выполненный на резисторе VТ1. От возможного возбуждения, а так же компенсации малого тока утечки транзистора в схему введены конденсатор С1 и резистор R4. Далее регулируемое напряжение подаётся на тумблеры SA2 и SA3. Тумблером SA2 можно замыкать и размыкать цепь подачи напряжения на сопротивления нагрузок Rн1, НL1. Тумблером SA3 – переключать сопротивления нагрузок. В схеме предусмотрены штыревые разъёмы для подключения измерительных приборов: миллиамперметра и вольтметра. Питается  стенд от двух батарей 4,5 В типа КБС, соединённых последовательно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Конструкция.

Конструктивно стенд выполнен в виде прямоугольного деревянного подиума, на котором закреплены батареи питания  и печатная плата со всеми радиоэлементами схемы, за исключением измерительных приборов, которые подключаются отдельно к плате с помощью проводов. Транзистор VТ1 установлен на алюминиевом радиаторе площадью 30см2.

Радиоэлементы:

Резисторы: R1, R3-R5, Rн1- МЛТ

                      R2-                      СПЗ-4АМ, 220 Ом

Конденсатор: C1-                   К10-17, 0,47 мкФ

Стабилитрон:VD1-                КС 168А (КС 468А)

Светодиод: VD2-                     АЛ 336

Транзистор: VТ1-                   КТ 817Б (КТ 815Б)

Лампочка накаливания миниатюрная: НL1- МН6,3V-0,3А(МН6,5V-0,34А)

Тумблеры: SA1-SA3-               ТП1-2

Предохранитель: FU1-            1А

Измерительные приборы:

Вольтметр постоянного напряжения 0-10V, кл 1,5

Миллиамперметр постоянного тока – 0-500мА, кл 1,5

Примечание: С целью дополнительной подготовки учащихся по пользованию измерительными приборами рекомендуется вместо вольтметра и миллиамперметра воспользоваться двумя мультиметрами.

Исследовательская работа.

Приборы

1. Мультиметр DТ 9202А- 2(возможны другие)

2.Стенд специальный-1

Порядок выполнения работы.

Проверим работоспособность стенда. Установим стенд на лабораторном столе. Тумблер SA2 поставим в положение «вкл», тумблер SA3 в положение II, регулятор напряжения R2 ручкой выведем в крайнее левое положение на 0 В. Включим тумблер SA1 (положение «вкл»). Загоревшийся светодиод сигнализирует о подаче напряжения питания на схему. Вращая ручку регулятора напряжения R2 вправо, постепенно увеличиваем напряжение на лампочке. При исправном стенде лампочка будет постепенно увеличивать свечение. При вращении ручки влево- свечение уменьшается. Стенд исправен.

Выключим напряжение питания тумблером SA1. Установим ручку регулятора в положение 0 В. Включим тумблер SA2, тумблер SA3 установим в положение I. Подключим миллиамперметр с помощью разъёмов Х1(+), Х2(-) к стенду. Вольтметр подключим так же к Х2(+), Х2(-). Включим тумблером SA1 напряжение питания. Регулятором напряжения с помощью вольтметра установим на сопротивление нагрузки Rн1с линейной зависимостью 1В. Увеличивая напряжение на 1 вольт, дойдём до конечного -6 В. Полученные данные занесём в таблицу 1.

 

 

Табл.1 Зависимость силы тока и сопротивления от напряжения на линейном элементе(резисторе).

 

R(Ом)=U(В)/I(мА)*1000

Сравним расчетное сопротивление с номиналом резистора Rн1, установленным на плате. Rрасссётное=62 Ом Rрезистора=62 Ом. Они равны.

 

По шести контрольным точкам построим график зависимости тока от напряжения.

 

 

По построенному графику делаем вывод, что зависимость тока от напряжения на нагрузке( активном сопротивлении) линейная.

 

Выведем регулятор в крайнее левое положение на 0 В. Переключим тумблер SA3 в положение II. Вольтметр переключим к Х3(+), Х3(-).Проведём измерения повторно. Только в этом случае активным сопротивлением нагрузки будет миниатюрная лампочка накаливания на 6,3В, 0,3А (нагревательный световой элемент). Занесём результаты в таблицу 2.

 

 

 

 

Табл.2 Зависимость силы тока и сопротивления от напряжения на нелинейном элементе(лампе)

 По данным таблицы построим график.

 

 

По графику делаем вывод, что зависимость тока от напряжения на активном сопротивлении нити накала лампочки нелинейная. Сопротивление лампочки увеличивается с увеличением напряжения, близкому к номинальному, с  прогревом нити.

Примечание: 1При неоднократном проведении опыта рекомендуется менять номиналы резистора  Rн1 от 56 Ом до 100 Ом, лампочку МН 6,3V-0,34А на МН 6,5V-0,34А с целью получения других неодинаковых результатов.

2Погрешность измерений определяется классом точности приборов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                    

 

 

 

 

III.Заключение

 

     В данной работе мы рассмотрели устройства исследования закона Ома по специальной схеме . а также возможности и принцип работы представленных устройств.

     Основой нашей работы был научный труд доктора педагогических наук Майера Валерия Вильгельмовича, профессора,  заведующего кафедрой физики и дидактики физики, декана физического факультета Глазовского государственного педагогического института и ассистента кафедры физики Вараксиной Екатерины Ивановны. В своей работе мы рассмотрели принцип действия, конструкцию, технологию изготовления приборов для исследования справедливости закона Ома.

    Знания и умения, которые мы получили в ходе исследовательской работы, оставили значимый след в нашей жизни и принесли  положительные эмоции от  проделанной работы.

 

IV. Список литературы.

 

1.   Журнал для старшекласников и учителей «Потенциал» №2 -2008

2.   О.Ф.Кабардин  «Физика-8»,Москва «Просвещение» 2010

3.   Ю.И. Дик, О.Ф. Кабардин, В.А. Орлов «Физика-10», под редакцией А.А. Пинского, Москва «Просвещение» 2010

4.   ru.wikipedia.org

5.   http://slovari.yandex.ru