Режим тренировки Edu
Баллы скрыты. Решайте по частям: открывайте подсказки и ответ только когда застряли, отмечайте решённое.Часть 1. Сопротивление линии передачи
Соедините два проволочных резистора последовательно.
Рис. 1
1.1 Измерьте сопротивления всех звеньев резисторов
В дальнейших частях задачи расчет погрешности не требуется!
Исследованные вами проволочные резисторы далее используются как модель линии электропередач.
Источник напряжения всегда подключайте к «нулевым» клеммам.
Напряжение источника обозначим
В качестве моделей потребителей используются реостаты. Их также подключайте симметрично. В Части 2 изучается схема с одним потребителем (Рис. 2). Вы можете изменять сопротивление нагрузки
Под величиной
Рис. 2
В Части 3 исследуется схема с двумя потребителями (она также может быть не симметричной)
На рис.3 показано, как собрать такую установку, и приведена ее эквивалентная схема. В данной схеме вы
Рис. 3
Будьте внимательны! Схемы на рис. 2-3 приведены для примера, читайте условия соответствующих частей задачи, в которых указаны значения параметров, при которых вы должны проводить измерения!
IX класс. Экспериментальный тур. Вариант 1
10
Померь все отдельные звенья и представь, что разброс значений объясняется случайными погрешностями измерений и отклонениями изготовления.
Запиши среднее арифметическое и стандартное отклонение набора измерений (формулы для среднего и для s есть в статистике). Стандартную погрешность среднего оценивают через s и число измерений N.
- Запиши все измеренные значения
в таблицу и вычисли среднее . - Вычисли выборочное стандартное отклонение
по классической формуле через отклонения от . - Оцени стандартную погрешность среднего как отношение
к функции от числа измерений. - Вырази искомое значение погрешности
из полученной системы
2.1 Приведите схему измерений, на которой укажите, как вы подключали проволочные реостаты линии передачи. Также на схеме укажите положение ключа, позволяющего, не изменяя подключения омметра, измерять напряжение на нагрузке и ее сопротивление (конечно, вам необходимо переключать режим работы омметра: «измерение напряжения», «измерение сопротивления»).
Подумай, как менять режим омметра, не нарушая подключения остальной цепи; ключ должен изолировать измеряемый реостат от цепи при измерении его сопротивления.
Нарисуй полную электрическую схему с источником, линейными реостатами и нагрузкой; на схеме отметь два положения ключа: «измерение напряжения» и «измерение сопротивления» и покажи, куда подключается омметр в каждом положении.
- Нарисуй источники и последовательные участки линии, обозначь выбранный участок
. - Добавь реостат-нагрузку и покажи две позиции ключа: контакт для измерения
(включённый в цепь как в опыте) и контакт для измерения (изолирует нагрузку от остальной цепи). - Покажи на схеме, куда подключается омметр в каждом из положений ключа.
- Вырази на схеме итоговые положения ключа и подключения омметра
2.1 Ключ должен быть подключен таким образом, чтобы при измерении сопротивления резистор отключался от остальной цепи.
2.2 Измерьте и укажите напряжение источника
Найди способ измерить напряжение источника так, чтобы оно не нагружалось цепью.
Установи омметр в режим измерения напряжения и подключи его непосредственно к клеммам источника при разомкнутой нагрузке; это даст напряжение холостого хода
- Переключи ключ в положение, при котором нагрузка разомкнута (чтобы исключить потребление).
- Установи мультиметр в режим измерения постоянного напряжения и подключи его к клеммам источника.
- Считай показание, при необходимости повтори несколько раз и усредни.
- Вырази измеренное значение
2.2 Измерения проведены при
2.3 Проведите измерения зависимости напряжения на нагрузке
2.3 – 2.6 Результаты требуемых измерения, а также расчетов приведены в Таблице 2.
Измерения проведены при сопротивлении линии
При расчетах использованы следующие формулы.
Напряжение на нагрузке
Мощность на нагрузке
IX класс. Экспериментальный тур. Вариант 1.
4
Таблица 2.
| теория | измерения | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| R | U, мВ | P, мВт | R | U, мВ | P, мкВт | |
| 0 | 0,0 | 0,0 | 0,2 | 8 | 0,3 | |
| 1 | 1 | 208,5 | 43,5 | 0,9 | 158 | 27,7 |
| 2 | 2 | 364,7 | 66,5 | 1,5 | 249 | 41,3 |
| 3 | 3 | 486,1 | 78,8 | 2,1 | 327 | 50,9 |
| 4 | 4 | 583,2 | 85,0 | 3,3 | 478 | 69,2 |
| 5 | 5 | 662,6 | 87,8 | 4,3 | 553 | 71,1 |
| 6 | 6 | 728,7 | 88,5 | 5,4 | 646 | 77,3 |
| 7 | 7 | 784,7 | 88,0 | 6 | 680 | 77,1 |
| 8 | 8 | 832,6 | 86,7 | 7,3 | 756 | 78,3 |
| 9 | 9 | 874,2 | 84,9 | 8,2 | 797 | 77,5 |
| 10 | 10 | 910,5 | 82,9 | 9,3 | 847 | 77,1 |
| 11 | 11 | 942,6 | 80,8 | 10,2 | 880 | 75,9 |
| 12 | 12 | 971,1 | 78,6 | 11,9 | 928 | 72,4 |
| 13 | 13 | 996,6 | 76,4 | 12,8 | 956 | 71,4 |
| 14 | 14 | 1 019,5 | 74,2 | 14 | 982 | 68,9 |
| 15 | 15 | 1 040,3 | 72,1 | 14,6 | 1001 | 68,6 |
| 15,4 | 1014 | 66,8 |
Эти данные также представлены в виде графиков.
IX класс. Экспериментальный тур. Вариант 1.
5
Экспериментальные точки легли ниже теоретических кривых, что объясняется пренебрежением внутренним сопротивлением источника в теоретических расчетах. Т.е. занижено значение величины
2.4 Используя полученные экспериментальные данные, постройте график зависимости мощности, выделяющейся на нагрузке
2.5 Приведите теоретическую формулу
2.6 Объясните возможные причины расхождений между теоретической и экспериментальными зависимостями.
Сравни экспериментальные и теоретические кривые и проанализируй, какие реальные факторы могли сместить точки вниз или исказить форму кривой.
Основные причины — внутреннее сопротивление источника, дополнительное контактное сопротивление, погрешности и нагрузка измерительного прибора, нагрев элементов и неточность установки значений
- Проверь, как включение внутреннего сопротивления источника изменит эффективный суммарный
и форму теоретической кривой. - Оцени влияние контактных сопротивлений и погрешности в измерениях
и на вычисление . - Укажи возможные систематические сдвиги (например, завышение/занижение
) и их влияние на кривые. - Выразите, какое влияние каждый перечисленный фактор оказывает на рассогласование теории и эксперимента
3.1 Нарисуйте схему измерений, на которой укажите, где необходимо поместить ключ, чтобы при измерениях не отключать элементы от цепи.
Укажите на схеме, где необходимо подключать мультиметр, для измерения напряжений на нагрузках обоих потребителей и сопротивление нагрузки первого потребителя.
Для двух потребителей ключ должен позволять изолировать первый реостат при измерении его сопротивления, не разрывая общую цепь питания.
Нарисуй схему с двумя ответвлениями: отметь последовательные участки
- Изобрази источник, участок линии до первого потребителя
, участок между потребителями и две ветви с нагрузками и . - На схеме пометь положение ключа, при котором
отключён от цепи для измерения омметром, и положение для нормальной работы при измерении напряжений. - Укажи точки подключения мультиметра для измерений
, и сопротивления . - Выразите на схеме итоговые положения ключа и подключения мультиметра
3.2 Измерьте и укажите напряжение источника
Измерь напряжение источника при тех же условиях, при которых будешь проводить измерения двух потребителей.
Подключи мультиметр к клеммам источника при разомкнутом первом реостате (или в положении, исключающем нагрузку), считай напряжение холостого хода
- Переключи ключ так, чтобы первая нагрузка была отключена и не тянула ток.
- Установи мультиметр в режим измерения напряжения и подключи к клеммам источника.
- Считай показание и запиши
. - Вырази измеренное значение
3.3 Измерьте зависимости напряжений у первого
3.4 Рассчитайте мощность, выделяемые у каждого из потребителей
По измеренным напряжениям и известным сопротивлениям найди мощности на каждом потребителе и построй их графики.
Воспользуйся формулой мощности для резистивной нагрузки
- Для каждой записи из таблицы вычисли
по и , и по и заданному . - Заполни соответствующие колонки с
и и проверь единицы измерения. - Построй графики
и на одном бланке для сравнения. - Выразите зависимости
и из полученных данных
3.5 При каком соотношении между сопротивлениями цепи мощности у обоих потребителей будут равны? Выполняется ли это условие в вашем эксперименте?
IX класс. Экспериментальный тур. Вариант 1
12
Экспериментальный тур
Найди условие, при котором мощности на двух потребителях станут равны, сравнивая выражения для их мощностей.
Запиши теоретические выражения
- Выпиши выражения мощности на первом и втором потребителях через соответствующие напряжения и сопротивления, подставь выражения для напряжений через
, , , , . - Приведи уравнение равенства
и упрость его алгебраически. - Реши полученное уравнение относительно
и сравни с экспериментальными значениями. - Выразите искомое значение
из полученной системы



