Решение

Республиканская олимпиада 2019 10 класс № Э2
  1. Для проведения измерений используется традиционная схема с делителем напряжения, позволяющая измерять напряжения на резисторе и диоде .

2.1

2.1. Требуемые величины рассчитываются по очевидным формулам

2.2

2.2 – 2.3 В этой серии использовался резистор с сопротивлением Ом
График зависимости силы тока в цепи от общего напряжения показан на рисунке.
Таблица результатов измерений приведена на следующей странице.

При возрастании напряжения сила тока изменяется по «траектории» , при уменьшении - . Главной особенностью полученной зависимости является наличие области бистабильности (ветви и ) – в этой области при одном и том же напряжении сила тока может принимать разные значения.

Таблица 1. Измерения при Ом.

При увеличении напряжения При уменьшении напряжения
, мВ , мВ , мВ , мкА , мВ , мВ , мВ , мкА
0 5 5 0,05 985 530 1515 5,25
6 84 90 0,83 958 458 1416 4,54
8 100 108 0,99 947 432 1379 4,28
10 132 142 1,31 942 420 1362 4,16
13 167 180 1,66 925 383 1308 3,80
16 195 211 1,93 919 371 1290 3,68
21 258 279 2,56 907 348 1255 3,45
23 273 296 2,71 901 337 1238 3,34
26 304 330 3,01 894 325 1219 3,22
29 334 363 3,31 881 303 1184 3,00
30 354 384 3,51 874 292 1166 2,89
35 395 430 3,91 860 271 1131 2,69
36 410 446 4,06 846 252 1098 2,50
39 440 479 4,36 838 242 1080 2,40
41 455 496 4,51 822 223 1045 2,21
42 470 512 4,66 814 214 1028 2,12
44 485 529 4,81 806 205 1011 2,03
46 500 546 4,96 797 196 993 1,94
46 521 567 5,16 789 187 976 1,85
51 544 595 5,39 780 179 959 1,77
56 588 644 5,83 761 164 925 1,63
60 617 677 6,11 742 149 891 1,48
62 632 694 6,26 737 146 883 1,45
66 662 728 6,56 732 142 874 1,41
71 691 762 6,85 721 135 856 1,34
73 706 779 7,00 711 128 839 1,27
78 734 812 7,27 695 119 814 1,18
81 749 830 7,42 689 116 805 1,15
88 785 873 7,78 671 108 779 1,07
92 805 897 7,98 659 103 762 1,02
99 832 931 8,25 653 100 753 0,99
788 185 973 1,83 637 94 731 0,93
799 196 995 1,94 628 91 719 0,90
808 206 1014 2,04 614 87 701 0,86
819 217 1036 2,15 601 83 684 0,82
830 229 1059 2,27 587 80 667 0,79
837 239 1076 2,37 580 78 658 0,77
858 265 1123 2,63 558 75 633 0,74
871 285 1156 2,82 542 73 615 0,72
877 294 1171 2,91 526 73 599 0,72
887 309 1196 3,06 508 73 581 0,72
893 320 1213 3,17 46 501 547 4,97
899 330 1229 3,27 43 472 515 4,68
911 352 1263 3,49 41 457 498 4,53
917 364 1281 3,61 39 443 482 4,39
921 372 1293 3,69 38 428 466 4,24
933 396 1329 3,92 35 398 433 3,94
939 409 1348 4,05 33 383 416 3,80
949 434 1383 4,30 32 368 400 3,65
955 448 1403 4,44 30 353 383 3,50
2.4

2.4 Выделенные линейные
участки отдельно показаны
на следующем рисунке. Для
упрощения построена
«перевернутая зависимость»
напряжение – сила тока.
Коэффициенты наклона на
этих графиках равны
сопротивлениям цепи
(дифференциальным).
Расчет этих значений дает
следующие значения:
На ветви АВ:
Ом
На ветви CD:
Ом

2.5

2.5 Качественное
объяснение полученной
зависимости может быть
дано на основании ВАХ
диода (см рис) На этом же
графике построены
зависимости силы тока через
резистор (которая,
естественно, равна силе тока
через диод) от напряжения
на диоде

Точки пересечения этих
графиков дают значения
силы тока в цепи. Видно, что в диапазоне напряжений от до таких точек 3.
Легко показать, что средняя ветвь в данном случае является неустойчивой, поэтому в
эксперименте не проявляется. При возрастании напряжения сила тока изменяется по
левой ветви, при убывании по правой ветви ВАХ диода.

  1. Вторая серия измерений проведена с резистором с сопротивлением Ом.
    Результаты измерений приведены в Таблице 2 и показаны на графике.

Таблица 2. Измерения при Ом.

При увеличении напряжения При уменьшении напряжения
, мВ , мВ , мВ , мВ , мВ , мВ , мВ , мВ
1,0 4,0 5,0 0,1333 1235,0 183,1 1418,1 6,1033
18,0 50,0 68,0 1,6667 1197,0 136,2 1333,2 4,5400
28,0 74,0 102,0 2,4667 1169,0 111,9 1280,9 3,7300
33,0 88,0 121,0 2,9333 1136,0 90,8 1226,8 3,0267
38,0 100,0 138,0 3,3333 1100,0 73,7 1173,7 2,4567
48,0 123,0 171,0 4,1000 1075,0 64,0 1139,0 2,1333
57,0 148,0 205,0 4,9333 1048,0 55,0 1103,0 1,8333
68,0 165,0 233,0 5,5000 1003,0 43,3 1046,3 1,4433
75,0 178,0 253,0 5,9333 965,0 35,2 1000,2 1,1733
90,0 206,0 296,0 6,8667 935,0 30,1 965,1 1,0033
98,0 219,0 317,0 7,3000 920,0 27,6 947,6 0,9200
109,0 235,0 344,0 7,8333 883,0 22,5 905,5 0,7500
116,0 244,0 360,0 8,1333 858,0 19,7 877,7 0,6567
123,0 252,0 375,0 8,4000 826,0 16,6 842,6 0,5533
134,0 263,0 397,0 8,7667 810,0 15,3 825,3 0,5100
150,0 274,0 424,0 9,1333 794,0 14,1 808,1 0,4700
262,0 203,0 465,0 6,7667 786,0 13,6 799,6 0,4533
294,0 181,0 475,0 6,0333 753,0 4,7 757,7 0,1567
346,0 161,0 507,0 5,3667 727,0 10,5 737,5 0,3500
392,0 152,0 544,0 5,0667 703,0 9,7 712,7 0,3233
458,0 140,0 598,0 4,6667 676,0 9,1 685,1 0,3033
694,0 9,0 703,0 0,3000 642,0 8,7 650,7 0,2900
705,0 10,2 715,2 0,3400 442,0 143,7 585,7 4,7900
742,0 12,0 754,0 0,4000 417,0 142,0 559,0 4,7333
787,0 14,3 801,3 0,4767 375,0 148,5 523,5 4,9500
844,0 19,0 863,0 0,6333 313,0 178,6 491,6 5,9533
869,0 21,8 890,8 0,7267 211,0 246,0 457,0 8,2000
909,0 26,6 935,6 0,8867 148,0 272,0 420,0 9,0667
921,0 28,7 949,7 0,9567 139,0 265,0 404,0 8,8333
951,0 33,6 984,6 1,1200 133,0 261,0 394,0 8,7000
980,0 39,2 1019,2 1,3067 122,0 250,0 372,0 8,3333
1017,0 47,8 1064,8 1,5933 108,0 233,0 341,0 7,7667
1036,0 52,6 1088,6 1,7533 97,0 217,0 314,0 7,2333
1062,0 60,5 1122,5 2,0167 90,0 204,0 294,0 6,8000
1113,0 79,7 1192,7 2,6567 73,0 174,0 247,0 5,8000
1127,0 86,7 1213,7 2,8900 66,0 159,0 225,0 5,3000
1158,0 104,4 1262,4 3,4800 60,0 148,0 208,0 4,9333
1187,0 126,8 1313,8 4,2267 52,0 131,0 183,0 4,3667
1235,0 183,1 1418,1 6,1033 37,0 98,0 135,0 3,2667
28,0 74,0 102,0 2,4667
23,0 62,0 85,0 2,0667
1,0 4,0 5,0 0,1333

В этом случае области бистабильности нет – значения сил токов при возрастании и при убывании напряжения повторяются.
Качественное объяснение этой зависимости дает следующий график (аналогичный тому, который был рассмотрен при объяснении бистабильности). Из этого рисунка видно, что при малых сопротивлениях ВАХ диода и ВАХ резистора имеют одну точку пересечения при любых значениях общего напряжения. Поэтому в данном случае зависимость получается однозначной.

  1. На следующем рисунке на график нанесены все точки, значений сил токов от напряжения на диоде – эти точки и дают

сопротивлениях слегка расходятся.

  1. Значения сил токов и напряжений в критических точка оказываются равными:
    В пике: мВмкА;
    В провале вмВмкА.
Э2 Чем и как питаться?

Оборудование: Источник питания (ЛИП или батарейка), два реостата 6 Ом, амперметр, вольтметр, ключ электрический, соединительные провода.
Для изучения …

 Городская3-й этап 2013 9 кл. МощностьЗакон ОмаЭДС и внутреннее сопротивление источника У Р Б П ≈3/5 Э1 Вольтамперная характеристика воды

Приборы и оборудование: сосуд с чистой водой и двумя электродами (медный и алюминиевый), мультиметр, реостат, постоянный резистор с известным …

 Городская3-й этап 2015 11 кл. Закон ОмаЭДС и внутреннее сопротивление источникаНелинейные элементы, ВАХ У Р Б П ≈4/5 Э2 ВАХ – какие графики!

Приборы и оборудование: источник питания 4,5 В, мультиметр, реостат 6 Ом, лампочка от новогодней гирлянды, ключ, резистор с неизвестным …

 Городская3-й этап 2017 9 кл. Закон ОмаНелинейные элементы, ВАХГрафик как физический инструмент: наклон, площадь, пересечение и касательная У Р Б П ≈4/5 Э2 Горячий резистор

Приборы и материалы: исследуемый маломощный резистор (примерно 1,0 Ом); эталонный резистор 0,51 Ом (считайте, что это значение точное); проволочный …

 РеспубликанскаяРесп. 2026 9 кл. МощностьЗакон ОмаПравила Кирхгофа и методы расчёта цепей У Р Б П ≈3/5 Э2 Правду ли нам говорят?

Приборы и материалы: источник питания В, амперметр стрелочный А, вольтметр стрелочный В, пять последовательно соединенных проволочных …

 Городская3-й этап 2016 9 кл. Закон ОмаЭлектрическое сопротивление, удельное сопротивлениеПравила Кирхгофа и методы расчёта цепей У Р Б П ≈4/5 Э1 Мостовые схемы

Список оборудования:*
Источник питания В (ЛИП, или батарейка), мультиметр, резисторы кОм, кОм, кОм, кОм, реостат Ом (л …

 Городская3-й этап 2014 11 кл. Закон ОмаПравила Кирхгофа и методы расчёта цепейРасчёт резистивных цепей У Р Б П ≈4/5
← Подсказки Режим тренировки →