Режим тренировки Edu
Баллы скрыты. Решайте по частям: открывайте подсказки и ответ только когда застряли, отмечайте решённое.В электрических схемах часто встречаются соединения трех резисторов, которые называются «звездой» и «треугольником» (см. рис.). Каждая из этих схем имеет три резистора и три вывода. Сопротивления резисторов в «звезде» будем обозначать большими буквами
Схемы называются эквивалентными, если сопротивления меду выводами равны:
1.1 Выразите сопротивления между выводами через сопротивления элементов схемы (для «звезды» и для «треугольника») через сопротивления элементов схемы.
Нарисуй обе схемы с пометкой выводов и подумай, какие резисторы оказываются последовательно или параллельно при измерении между двумя выводами.
Запиши правило для последовательного соединения (сопротивления складываются) и для параллельного соединения (общее сопротивление задаётся суммой обратных величин).
- Выбери пару выводов, например 1–2, и отметь, какие элементы между ними оказываются в последовательности или в параллели.
- Применяй правило последовательного сложения к тем резисторам, которые идут подряд, и правило параллельного сложения к тем, которые соединены между теми же узлами.
- Повтори для всех трёх пар выводов 12, 23 и 31 отдельно для «звезды» и для «треугольника».
- Вырази искомые сопротивления между выводами через сопротивления элементов из полученной системы.
1.2 Проведите измерения, доказывающие правильность полученных вами формул.
Для этого:
Подумай, какие измерения нужно сделать, чтобы сравнить теорию и опыт: какие величины будут по теории зависеть от чего и какие нужно записать.
Запиши, какие зависимые и независимые переменные будут у графиков и используй закон электрических соединений для построения теоретических кривых.
- Определи, какие сопротивления ты будешь изменять и какие между какими выводами измерять (всего 6 зависимостей).
- Запиши план измерений: порядок изменения третьего резистора, число точек, порядок снятия показаний мультиметра.
- Обработай данные в виде таблиц для каждой зависимости и подготовь набор точек для построения графиков.
- Сравни экспериментальные точки с теоретическими кривыми, вырази выводы о соответствии по полученной системе данных.
1.2 Экспериментальные измерения в данном случае предельно просты. Однако, численные значения зависят от сопротивлений предоставленных приборов. Результаты измерений соответствуют записанным теоретическим зависимостям, поэтому их легко проверять «на глаз». Незначительные отклонения от теоретических зависимостей могут быть обусловлены сопротивлением соединительных проводов. Поэтому желательно их проверить, перед тем как выдавать участникам олимпиады.
1.2.1 Измерьте сопротивления выданных вам резисторов (одного постоянного и двух реостатов – для них измерьте полное сопротивление).
Проверь мультиметр и подумай, какие показания он будет давать при измерении постоянного резистора и при измерении полного сопротивления реостата.
Измерь сопротивление каждого отдельного резистора и полное сопротивление каждого реостата с помощью омметра, учитывая возможное влияние контактов.
- Подключи омметр к выводам каждого элемента в стабильных условиях и зафиксируй показание.
- Повтори измерение для каждого реостата между крайними выводами (полное сопротивление).
- Замерь несколько раз для оценки разброса показаний и вычисли среднее и приближённую погрешность.
- Вырази полученные сопротивления и их погрешности из серии измерений.
1.2.2 В качестве резисторов
1.2.3 На тех же бланках постройте графики соответствующих теоретических зависимостей.
Нарисуй в тех же системах координат теоретические кривые, которые следуют из формул, полученных в пункте 1.1, при подставленных значениях фиксированных резисторов.
Подставь в теоретические выражения значения постоянного резистора и фиксированного реостата и построй зависимости теории от переменного сопротивления третьего реостата.
- Для каждой из трёх пар выводов выпиши теоретическую зависимость от переменного сопротивления третьего резистора.
- Построй на одних и тех же осях экспериментальные точки и теоретические кривые для наглядного сравнения.
- Укажи области, где наблюдается расхождение между теорией и опытом и величину этого расхождения.
- Вырази теоретические функции и построй графики по ним для сравнения с экспериментальными данными.
1.2.4 Если экспериментальные и теоретические зависимости совпадают, то объясните причины возможных расхождений между ними.
9 класс. Экспериментальный тур.
2
Подумай, какие реальные факторы могут вызвать расхождения: контакты, сопротивление проводов, точность мультиметра, температурная зависимость.
Перечисли возможные источники систематической и случайной погрешности и укажи, как они влияют на измеренные значения по закону сложения сопротивлений.
- Оцени вклад контактных и проводниковых сопротивлений в общее значение и сравни с величиной измеряемых сопротивлений.
- Проанализируй влияние неточности установки реостата и разброса повторных измерений на точки графика.
- Сформулируй способы уменьшения расхождений (коррекция на сопротивление проводов, улучшение контактов, большее число точек).
- Вырази величины возможных погрешностей и их влияние на соответствие экспериментальных и теоретических зависимостей.
2.1 Пусть вам известны сопротивления резисторов в схеме «треугольник»
Нарисуй обе схемы, пронумеруй выводы 1,2,3 и подумай, какие резисторы входят в путь тока между двумя выбранными выводами, если третий вывод не задействован. Сначала пойми, какие соединения идут последовательно, а какие — параллельно.
Запиши явные выражения для сопротивлений между выводами в «треугольнике» (например, для пары 1–2:
- Выпиши три уравнения равенства сопротивлений между соответствующими выводами:
, , . - Подставь в них выражения для
из «треугольника» и для в «звезде» (например, и т.д.). - Приведи полученную систему уравнений к виду, где в левой части стоят суммы
, , , выраженные через . - Выразите
из полученной системы.
2.1 Формулы для пересчета «треугольника» в «звезду» следуют из определения эквивалентности, приведенными в условии задачи. После небольших алгебраических усилий, можно получить формулы пересчета:
2.2 Соберите две схемы - «звезду» и «треугольник» с такими сопротивлениями, чтобы обе схемы были эквивалентными. Приведите результаты измерений сопротивлений отдельных резисторов (6 значений) в каждой схеме (6 значений), а также сопротивлений между выводами схем (еще 6 значений).
9 класс. Экспериментальный тур.
3
Выбери удобные для сборки значения для одной из схем (например, для «треугольника») и рассчитай по формулам соответствующие сопротивления для «звезды».
Используй формулы пересчёта (полученные в 2.1) для вычисления
- Выбери конкретные значения для одной тройки (например, для
), заранее убедившись, что полученные реалистичны для твоих реостатов и резистора. - Собери «треугольник» и измерь сопротивления отдельных резисторов и сопротивления между выводами; затем собери «звезду» с рассчитанными
и проделай те же измерения. - Сравни измеренные значения между схемами и вычисли относительные расхождения; учти погрешности измерений.
- Вырази рассчитанные
и сравни их с измеренными значениями, отметь соответствие по полученной системе.
2.2 Вариантов подбора необходимых сопротивлений бесконечно много, поэтому следует просто приведенные участниками олимпиады данные проверить по формулам (2), соответствуют ли они им. Заметим, что подобрать нужные сопротивления схем методом «научного тыка» достаточно сложно, необходимы предварительные теоретические оценки.

