Режим тренировки Edu
Баллы скрыты. Решайте по частям: открывайте подсказки и ответ только когда застряли, отмечайте решённое.Введение.
Во всех пунктах данного задания Вам необходимо измерять вольтамперные характеристики (ВАХ) различных устройств – зависимость силы тока от приложенного напряжения. Разработайте и нарисуйте схему электрической цепи, позволяющей проводить такие измерения: то есть изменять напряжение на исследуемом элементе и измерять как это напряжение, так силу тока.
При разработке схемы подключения учитывайте, что вам необходимо измерять напряжение и силу тока с помощью одного вольтметра, который рекомендуем для экономии времени подключать по схеме, показанной на рисунке (внизу – трехполюсный ключ, для цифрового вольтметра полярность подключения не существенна).
Для изменения напряжения, подаваемого на исследуемые элементы, рекомендуем использовать следующую схему подключения.
1.1 Измерьте зависимость силы тока через лампочку накаливания от напряжения на лампочке.
1.2 Постройте график полученной зависимости, дайте его качественное объяснение.
Построй график зависимости снятых значений силы тока от напряжения на лампочке; взгляни на форму кривой — как меняется накал нити при росте тока?
Воспользуйся представлением ВАХ: отложи по оси абсцисс
- Нанеси на бумагу точки
, полученные в пункте 1.1. - Соедини точки гладкой кривой, отметь характерную нелинейность (замедленный рост
при больших ). - Проанализируй, как увеличение температуры нити влияет на её сопротивление и, следовательно, на форму ВАХ.
- Выразите
на графике как полученную экспериментальную зависимость.
2.1 Измерьте зависимость силы тока через светодиод от приложенного к нему напряжения.
Подключи светодиод так, чтобы можно было плавно увеличивать приложенное напряжение и наблюдать момент его свечения; соблюдай полярность.
Измеряй пары значений: напряжение на светодиоде
- Собери цепь с эталонным резистором
и светодиодом, переключая вольтметр для снятия и как в пункте 1.1. - Плавно увеличивай напряжение источника и фиксируй при каждом положении
и ; особенно внимательно следи за порогом свечения около 1 В. - Вычисли токы
по измеренным и известному . - Выразите
из полученной системы измерений.
2.2 Постройте график полученной зависимости.
Внимание! Соблюдайте полярность подключения светодиода – он должен загораться при напряжении около 1 В.
Построй график ВАХ светодиода и обрати внимание на пороговое поведение: при малых напряжениях ток практически нулевой, затем резко растёт.
Отложи по оси абсцисс напряжение
- Нанеси точки
, полученные в пункте 2.1. - Соедини точки, выделив область порога (практически нулевой ток) и область быстрого роста тока.
- Оцени пороговое напряжение и крутизну ВАХ в включённом состоянии как характеристику диода.
- Выразите
как полученную экспериментальную зависимость.
3.1 Соедините лампочку накаливания и светодиод параллельно. Измерьте зависимость суммарной силы тока через лампочку и светодиод от напряжения, приложенного к ним. Постройте график полученной экспериментальной зависимости.
Соедини лампочку и светодиод параллельно и измерь суммарный ток при разных напряжениях на общей ветви; сравни показания с предыдущими отдельными измерениями.
Помни: при параллельном соединении напряжение на каждом элементе одинаково, а суммарный ток равен сумме токов по ветвям,
- Собери параллельную схему лампочки и светодиода и при разных положениях реостата измерь общее
на ветви и на эталонном резисторе, чтобы найти суммарный . - Вычисли суммарный ток из измерений
и для каждого значения . - Построй экспериментальную ВАХ: точки
и соедини их кривой. - Выразите
из полученной системы измерений.
3.2 Используя данные, полученные в частях 1 и 2 рассчитайте зависимость суммарной силы тока через параллельно соединенные лампочку накаливания и светодиод от напряжения на них. Постройте график этой рассчитанной зависимости на том же бланке, что и график экспериментальной зависимости. Сравните полученные результаты.
Используй отдельные ВАХ лампочки и светодиода: при одном и том же напряжении просто суммируй соответствующие токи и сравни с экспериментом.
Применяй правило суперпозиции для параллели: для каждого
- На том же бланке построй отдельные ВАХ лампочки и светодиода, интерполируя значения тока для общих точек
. - Для каждого выбранного
просуммируй вертикально соответствующие значения и . - Нанеси полученную рассчитанную кривую на график с экспериментальной кривой из пункта 3.1 и сравни их.
- Выразите рассчитанную
из полученной системы.
3.3 Объясните причины возможных расхождений.
Подумай, какие факторы могут изменить токи при сборке параллельной цепи по сравнению с отдельными измерениями: точность приборов и изменение параметров элементов при нагреве.
Укажи возможные причины расхождений: погрешности измерений, нагрев проволочного резистора и нити лампы (изменение сопротивления), а также погрешность установки полярности и контактов.
- Сравни разброс между экспериментальной и рассчитанной кривыми как функцию
. - Оцени вклад инструментальной погрешности и систематических эффектов (нагрев, контактные сопротивления, непостоянство характеристик).
- Проверь, не сдвинулись ли рабочие точки лампочки и диода из‑за изменения температуры или источника напряжения.
- Выразите разность
из полученной системы наблюдений.
4.1 Соедините лампочку накаливания и светодиод последовательно. Измерьте зависимость силы тока через лампочку и светодиод от суммарного напряжения, приложенного к ним. Постройте график полученной экспериментальной зависимости.
Соедини лампочку и светодиод последовательно и измеряй при разных общих напряжениях силу тока, проходящую через обе — ток в последовательной цепи один и тот же.
Записывай пары измерений общего напряжения
- Собери последовательную цепь: источник — эталонный резистор
— лампочка — светодиод. - При разных положениях реостата снимай
на соединении лампочки и диода и на эталонном резисторе. - Вычисли
в каждом измерении по и и построй экспериментальную ВАХ: . - Выразите
из полученной системы измерений.
4.2 Используя данные, полученные в частях 1 и 2 рассчитайте зависимость силы тока через последовательно соединенные лампочку накаливания и светодиод от общего напряжения на них. Постройте график этой рассчитанной зависимости на том же бланке, что и график экспериментальной зависимости. Сравните полученные результаты.