Условие

Республиканская олимпиада 2026 9 класс № Э2

Приборы и материалы: исследуемый маломощный резистор (примерно 1,0 Ом); эталонный резистор 0,51 Ом (считайте, что это значение точное); проволочный реостат примерно 50,0 Ом; полосковый переменный резистор примерно 22,0 кОм; лампочка накаливания, цифровой мультиметр; источник постоянного напряжения примерно 4,5 В; соединительные провода, кусочек пластилина.

Внимание!

1. В данной работе используются токи, сила которых достигает 1 А. При таких значениях силы тока, батарейки достаточно быстро разряжаются. Поэтому тщательно продумывайте методику проведения всех необходимых измерений: подключайте источник к цепи только во время проведения измерений. При проведении измерений одной зависимости (п. 1.6 и п. 2.2) отключать источник не следует.

На корпусе блока питания имеется выключатель. Используйте его в своей работе.

Повторно источники тока выдаваться не будут!

2. С другой стороны, при изменении силы тока при протекании его через лампочку накаливания через маломощный резистор требуется некоторое время (порядка 20 - 30 секунд) для установления теплового равновесия. Учитывайте это обстоятельство при проведении измерений. При большем времени ожидания изменения показаний могут быть связаны с разрядкой батарейки.

3. Убедитесь, что ЭДС выданного источника (до начала работы) превышает 4,0 В, в противном случае, требуйте его замены.

4. Для изменения точек подключения мультиметра в ходе измерений используйте зажимы «крокодил».

5. Концы соединительных проводов зачищены -- используйте их для соединения методом скручивания. Старайтесь использовать минимальное количество проводов, т.к. они вносят небольшие дополнительные сопротивления, что в данной работе может повлиять на результаты измерений.

6. Скользящие контакты проволочного резистора могут немного отходить от проволочной обмотки -- в этом случае прижмите их рукой.

7. Ползунковый реостат имеет три вывода. Самостоятельно разберитесь со схемой их подключения, используя для этого мультиметр в режиме измерения сопротивления.

8. Оценка погрешностей в данной работе не требуется.

Каждый резистор промышленного производства рассчитан на определенную мощность протекающего тока. При превышении этой номинальной мощности резистор начинает разогреваться, при этом его сопротивление изменяется. В данном задании Вам необходимо исследовать характеристики маломощного резистора при превышении допустимой мощности протекающего тока. Для того, чтобы освоить методику проведения эксперимента в первой части работы исследуется изменение сопротивления лампочки накаливания, для которой этот эффект более заметен.

Часть 1. Изучение лампочки накаливания

Сначала, используя предоставленное оборудование, измерьте с максимальной точностью сопротивления маломощного резистора (примерно 1 Ом) при минимальной силе тока через нее. Отметим, что точности мультиметра в данном случае недостаточно.

  1. Нарисуйте схему, использованную Вами для проведения измерений.
  2. Укажите, какие величины Вы измеряли, приведите формулу для расчета сопротивления.

1.3 Приведите результаты измерений и значение сопротивление маломощного резистора

1.4 Используя мультиметр в режиме омметра, измерьте сопротивление «холодной» лампочки

Соберите схему, показанную на рисунке. Здесь - лампочка накаливания, -

постоянный «эталонный» резистор. В этой части в качестве «эталонного» резистора используйте маломощный резистор . В этой цепи его сопротивление можно считать постоянным и равным измеренному Вами пп. 1.1 -- 1.3 значению. Эта схема позволяет измерять с помощью переключателя напряжения на исследуемом резисторе и эталонном резисторе . Предложите схему блока питания. содержащую источник тока и переменный резистор 50 Ом, позволяющую регулировать силу тока в исследуемой цепи в максимальных пределах.

1.5 Нарисуйте схему блока питания.

1.6 Измерьте значения напряжений на эталонном резисторе и лампочке накаливания при различных значениях силы тока в цепи.

1.7 Рассчитайте и постройте график зависимости силы тока через исследуемую лампочку накаливания от напряжения на ней (ВАХ). Приведите формулы, по которым был проведен расчет.

1.8 Рассчитайте и постройте график зависимости изменения сопротивления исследуемой лампочки накаливания от мощности тока , протекающего через неё.

1.9 Используя полученный график, обоснованно ответьте на вопрос: «Можно ли считать, что сопротивление лампочки линейно зависит от его температуры, а мощность теплоты, уходящей от лампочки в окружающую, среду пропорциональная разности температур резистора и окружающей среды?»

Часть 2. Изучение маломощного резистора

В данной части работы Вам необходимо исследовать изменение сопротивления маломощного резистора при протекании электрического тока.

В этой части работы исследуемый резистор сильно разогревается -- будьте аккуратны, не обожгитесь. При проведении измерений резистор не должен касаться стола, закрепите его над столом, используя кусочек пластилина так, чтобы резистор не касался пластилина.

Для точного измерения малых изменений сопротивления этого резистора используется мостиковая схема, показная на этом рисунке. В качестве реостата используется полосковый резистор 22 кОм. Используйте схему блока питания, предложенную Вами в п. 1.4. В качестве эталонного резистора используйте резистор Ом, сопротивление которого можно считать постоянным, не зависящим от силы протекающего тока.

Данная схема позволяет измерять напряжение на эталонном резисторе и малое напряжение между средними точками моста и , которое далее обозначается . Для измерения этих напряжения можно использовать диапазон мультиметра 200 мВ.

Для измерения с помощью этой схемы необходимо сначала добиться, так называемой, балансировки моста.

Для этого:

  • задайте с помощью регулировки блока питания минимальный ток;

  • изменяя положение движка реостата, добейтесь, чтобы напряжение между точками и равнялось нулю . Далее это положение движка не изменяйте.

После этого можно проводить измерения изменения сопротивления маломощного резистора .

2.1 Покажите, что напряжение между точками и связано с изменением сопротивления резистора простым соотношением

(1)

Формула (1) является приближенной, ее можно использовать, если относительное изменение сопротивления не превышает 20%.

Добрый совет: Не тратьте слишком много времени на вывод этой формулы. Если Вам не удается ее получить быстро, лучше приступайте к измерениям, и пользуйтесь этой формулой для обработки результатов.

2.2 Проведите измерения значений напряжений и при различных значения силы тока в цепи блока питания (измерять значение силы этого тока не требуется).

2.3 Рассчитайте по полученным данным и постройте график зависимости изменения сопротивления резистора от мощности выделяющейся на нем.

2.4 Используя полученный график, обоснованно ответьте на вопрос: «Можно ли считать, что сопротивление маломощного резистора линейно зависит от его температуры, а мощность теплоты, уходящей от резистора в окружающую, среду пропорциональная разности температур резистора и окружающей среды?»

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 Изучение источников тока

Приборы и оборудование: две батарейки, мультиметр, резистор с известным сопротивлением, переменный резистор, ключ двух полюсный, соединительные …

 РеспубликанскаяРесп. 2016 10 кл. Правила Кирхгофа и методы расчёта цепейЭДС и внутреннее сопротивление источникаЗакон Ома для полной цепи 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 Э1 Растекание токов и распределение потенциала

По закону Ома (записанному в дифференциальной форме)

распределение вектора плотности тока при его …

 РеспубликанскаяРесп. 2022 11 кл. Потенциал и его связь с напряжённостьюЗакон ОмаГрафик как физический инструмент: наклон, площадь, пересечение и касательная У Р Б П ≈3/5 Э2 «Закороченный» реостат

Оборудование: амперметр, вольтметр, реостат трёхклеммный с полным сопротивлением Ом, два источника питания (батарейка квадратная, В, 2шт) …

 Городская3-й этап 2024 9 кл. Закон ОмаГрафик как физический инструмент: наклон, площадь, пересечение и касательнаяРасчёт резистивных цепей У Р Б П ≈3/5 Э2 Балансировка электрического моста

Оборудование: мультиметр, два одинаковых постоянных резистора, проволочный резистор, источник постоянного напряжения 4,5 В, соединительные провода …

 Городская3-й этап 2020 10 кл. Закон ОмаЭлектрическое сопротивление, удельное сопротивлениеПравила Кирхгофа и методы расчёта цепей У Р Б П ≈3/5
Нужна подсказка? →