Режим тренировки Edu
Баллы скрыты. Решайте по частям: открывайте подсказки и ответ только когда застряли, отмечайте решённое.Задание 5. «Мультиметр Мюнхгаузена»
Согласно устоявшемуся и правдивому мнению барон навсегда останется символом борьбы за достижение невозможного, за преодоление с помощью смекалки стоящих перед нами ограничений, за решительное взятие немыслимых пределов и смелое расширение доступных диапазонов. По неоднократным признаниям самого барона (не будет же он нагло врать членам жюри республиканской олимпиады!) это и есть самый главный результат его скромных деяний...
Обычный амперметр с помощью нехитрых приспособлений можно превратить в т.н. многопредельный многофункциональный электроизмерительный прибор. Для этого необходимо, предварительно рассчитав величины сопротивления вспомогательных резисторов, определенным образом подсоединить их к амперметру. Считайте, что в вашем распоряжении имеется набор резисторов любых сопротивлений.
Электрическое сопротивление амперметра
5.1 «Амперметр – амперметр»
Нарисуйте схему подключения амперметра для выполнения поставленной задачи.
В каких пределах может изменяться сопротивление цепи
Какова погрешность измерения тока, связанная с наличием сопротивления у амперметра?
Как «модифицировать» амперметр, чтобы им можно было измерять силу тока, в
Подумай, как должен быть включён амперметр, чтобы он действительно измерял ток в цепи, а не напряжение или что‑то ещё. Нарисуй простую цепь источник — резистор R — амперметр и отметь, что меняется при подключении прибора.
Воспользуйся законом Ома для всей цепи: ток через последовательно включённые сопротивления определяется напряжением источника и суммарным сопротивлением
- Нарисуй схему с последовательным включением амперметра и резистора.
- Запиши выражения для начального тока
и для тока после подключения амперметра (закон Ома). - Вычисли абсолютную погрешность
и определи для каких R она максимальна, подставив границы шкалы амперметра ( и ) чтобы найти и . - Для увеличения верхнего предела измеряемого тока подключи шунт параллельно амперметру, запиши соотношение падений напряжения на шунте и амперметре и выразите
и из полученной системы.
5.1 «Амперметр – амперметр» Для измерения силы тока амперметр следует подключать в цепь последовательно. Минимальное
Соответственно пределы изменения сопротивления цепи в этом случае
До включения амперметра сила тока на участке цепи, подлежащая измерению, была
Изменение силы тока
Для расчета по формуле (5) из возможного диапазона сопротивлений выберем
Для «модификации» амперметра с целью измерения токов, превышающих
Тогда суммарную тока в цепи
где
С силу параллельного включения падение напряжения на амперметре
В рассматриваемом случае
5.2 «Амперметр – вольтметр»
Как «модифицировать» амперметр, чтобы им можно было измерять напряжение на резисторе?
Нарисуйте схему подключения амперметра для выполнения поставленной задачи.
Установите связь между показаниями амперметра и измеряемым напряжением.
В каких пределах может изменяться сопротивление резистора
5.2 «Амперметр – вольтметр» В случае использования источника тока, дающего фиксированное значение силы тока
При таком подключении измеряемое напряжение
С учетом правила деления тока
выражение (8) можем переписать в виде
Подставляя в (9) для
Соответственно
5.3 «Амперметр – омметр»
С помощью амперметра необходимо измерять сопротивления неизвестных резисторов. В вашем распоряжении имеется источник (батарейка) постоянного напряжения
Нарисуйте схему подключения амперметра для выполнения поставленной задачи.
Какие сопротивления можно измерять с помощью имеющегося прибора?
Установите связь между показаниями амперметра и измеряемым сопротивлением.
Республиканская физическая олимпиада
2005 год.
г. Гродно
Теоретический тур
Как лучше соединить батарейку, амперметр и неизвестный резистор, чтобы по току определить сопротивление? Нарисуй последовательную схему и отметь все падения напряжения.
Применяй закон Ома к последовательной цепи: при известном напряжении источника ток через последовательно включенные сопротивления равен
- Нарисуй последовательную схему: батарейка
, неизвестный резистор и амперметр в одной цепи. - Запиши выражение для тока через прибор
(закон Ома для всей цепи). - Преобразуй это выражение, чтобы получить формулу для
через , и ; используй крайние показания шкалы и для поиска пределов измерений. - Выразите
из полученной формулы.
5.3 «Амперметр – омметр» Для измерения сопротивления
Из (14) выразим неизвестное сопротивление
Для вычисления диапазона
Следует заметить, что в данном случае категорически запрещено подключение амперметра параллельно резистору, т.к. ток через него составит
{width=100%}