Проектная работа: Исследование закона Ома

МБОУ ГИМНАЗИЯ №11

Исследовательская работа

на тему:

Исследование закона Ома

Выполнила: ученица 10 «А» класса МБОУ гимназии №11 и Детского оздоровительно-образовательного центра г. Ельца, Липецкой обл.

Нагорная Александра Игоревна

Научный руководитель:

учитель физики

Австриевских Наталья Михайловна

2014

План

I. Вступление

II. Основная часть

1. Исторические факты из жизни Георга Ома.

2. Первые эксперименты Ома.

3. Магнитное поле термоэлектрического тока.

4. Экспериментальная установка Ома.

5. Что нужно, чтобы доказать закон Ома?

6. Прибор для эксперимента.

7. Экспериментальное обоснование закона Ома.

8.Экспериментальная часть.

III. Заключение

IV. Список использованной литературы

Цель:

Исследовать с какими трудностями столкнулся Георг Ом, и как он сумел их преодолеть, провести эксперимент и научиться применять полученные знания при решении различных задач: на практике, в жизни и поделиться с этим с одноклассниками.

Задачи:

1. Провести эксперименты по наблюдению физических явлений.

2. Произвести математический расчет силы тока различными способами.

3.Проанализировать различные способы измерения.

4.На примере отдельно взятого физического оборудования

(изготовленного самостоятельно с помощью знаний электротехники) доказать взаимосвязь физических явлений, доказывающие справедливость закона Ома.

Гипотеза:

Действительно ли Георг Ом столкнулся с трудностями своего бессмертного открытия?

Методы:

• Эксперимент и наблюдение

• Математический расчёт при изучении результатов работы измерения, а так же теоретический анализ научной литературы по данной проблеме.

I. Вступление

Предложенный учебный вариант классических экспериментов по обоснованию закона Ома для полной цепи постоянного тока все знают. Не будем делать вид, что мы внезапно забыли его и вместе с вами хотим заново открыть этот закон. Просто познакомимся с интересными явлениями, которые когда-то помогли замечательному учёному сделать своё бессмертное открытие, и постараемся, используя современные средства, повторить его исследование. Нам важно понять, с какими трудностями столкнулся Ом, и как он сумел их преодолеть. Теперь оставим лирические настроения и вникнем в суть дела. Для существования электрического тока, то есть направленного движения зарядов, необходимо наличие электрического поля и свободных носителей зарядов.

Экспериментальное обоснование этого положения для проводников мы видели на уроках физики или химии. Опыт для металлов и полупроводников поставить возможно всегда, поскольку при нормальных условиях свободные носители зарядов в них всегда есть. Наша работа освещает изучение физических явлений на более глубоком уровне. Новизна, актуальность и сложность данной научно-исследовательской работы была в том, что данная тема является основным, но с более детальным изучением данного закона в курсе физики, приобретенный опыт позволит проводить фронтальный эксперимент наиболее удобным способом, изучение данной темы помогает более глубоко подготовиться к выпускным экзаменам ЕГЭ и ГИА.

В своей работе мы использовали различные источники информации (научная и учебная литература, Интернет). Проводя эксперимент, мы пришли к выводу, что Георг Ом, используя в своих опытах крутильные весы и ртутные контакты, преодолел трудности эксперимента с термопетлей для исследования своего закона. Оригинальность нашей работы была в создании модели по схеме, в интеграции предметов (физики, электротехнике и математики). Создав модель и проводя эксперименты, мы более глубоко изучили техническое содержание темы, более детально изучили некоторые физические явления (электрический ток в металлах). То есть была доказана взаимосвязь теории с практикой. Знания и умения, которые мы получили в ходе работы с измерениями оставили огромный след в нашей жизни и чувство эстетического наслаждения. То есть была доказана взаимосвязь теории с практикой.

1.Исторические факты из жизни Георга Ома.

Хотя Георг Ом - уже далеко не юноша, но в его первых письмах из Кельна домой - юношеская восторженность. Он пишет о большой коллекции физических приборов, о благожелательном отношении коллег, об удобном расписании его уроков (всю первую половину дня он свободен, да и вся педагогическая нагрузка сравнительно невелика). Можно заняться наукой, и Ом пользуется этой драгоценной возможностью.

Первым делом Георг проводит обследование всего парка приборов. Здесь обнаруживается, что многие приборы требуют ремонта, а то и замены. Но Ом не зря был прилежным учеником своего отца, который остается его первым советчиком. Ом многое умеет.

Тщательность работы, стремление как можно детальнее продумывать постановку экспериментов и готовить для них аппаратуру стало основой будущих успехов. Ом, который прежде уделял основное внимание математике, решительно и воодушевленно переключился на физику. Ома увлекли проблемы, связанные с протеканием электрических токов по проводникам. Этот выбор отчасти определялся тем, что этими вопросами физики тогда занимались мало, и Ом надеялся, что у него не будет конкурентов.

Школьникам наших дней, изучающим закон Ома, может показаться, что это - один из простейших законов физики: сила тока в проводнике прямо пропорциональна падению напряжения в нем и обратно пропорциональна сопротивлению. Но попробуйте мысленно перенестись в двадцатые годы 19 века! Тогда электрические токи в проводниках были, правда, уже известны, уже существовали источники тока, в частности, батареи гальванических элементов, датский физик Ханс Кристиан Эрстед открыл даже, что электрический ток оказывает воздействие на стрелку компаса, но что собой представляет этот ток, как его измерять, от чего он зависит - об этом физики почти ничего не знали. Не было не только никаких измерительных приборов, но даже еще и необходимой терминологии.

Путь, по которому пошел Георг Ом, определялся ясным пониманием того, что первым делом нужно научиться количественно исследовать физическое явление. Для измерения тока уже раньше пытались использовать тот факт, что он вызывает нагревание проводника. Однако Г. Ом избрал для измерения тока не тепловое, а именно его магнитное действие, открытое Эрстедом. В приборе Ома ток, протекавший по проводнику, вызывал поворот магнитной стрелки, подвешенной на упругой расплющенной золотой проволочке. Экспериментатор, поворачивая микрометрический винт, к которому крепился верхний конец проволочки, добивался компенсации поворота, вызванного магнитным воздействием, и угол поворота этого винта и являлся мерилом тока.

Первоначально Ом использовал гальванические источники тока, но вскоре он обнаружил, что они создают ток, быстро убывающий со временем. Это обстоятельство даже явилось причиной неточностей в первой из публикаций Ома. Он нашел выход из этого положения, перейдя к использованию открытого Томасом Иоганном Зеебеком явления - возникновения тока в цепи из двух различных проводов, если спаи между ними имеют различные температуры. Ом в качестве источника тока использовал термоэлемент из висмута и из меди, один из спаев которых находился в кипящей воде, а другой - в тающем снеге.

2. Первые эксперименты Ома

Закон Ома заключается, как известно, в том, что сила электрического тока через проводник прямо пропорциональна напряжению на нём и обратно пропорциональна сопротивлению проводника. Школьные опыты, в которых измеряются сила тока и напряжение при различных значениях сопротивления проводника, на первый взгляд, показывают, что это действительно так. Однако в этих опытах используются

вольтметр и амперметр, отградуированные фактически один по другому в полном соответствии с законом Ома, поэтому такие опыты вряд ли можно признать доказательными.

Итак, Георг Ом, немецкий учёный, исследуя в 1825-1827 годах прохождение электрического тока в цепи, пытался выявить количественные закономерности, характеризующие это явление. В те далёкие времена привычные нам понятия силы тока,

напряжения, электродвижущей силы, сопротивления ещё только зарождались или вообще отсутствовали. Не было и электроизмерительных приборов. Учёные интуитивно ощущали необходимость количественных измерений в электрических цепях. Но как их провести, если неизвестно, что именно нужно измерять и каким именно образом это можно сделать?!

Ом в первую очередь понял, что силу электрического тока нужно определять по его магнитному действию. Он составил замкнутую цепь из батареи гальванических элементов и двух различных проводников, которые по-разному разогревались проходящим по ним током. Помещая над этими проводниками магнитную стрелку, Ом убедился, что она отклоняется на одинаковые утлы, несмотря на различное тепловое действие тока (рис. 1). Так учёный получил надёжный измеритель силы тока. Включая в цепь металлические провода одного диаметра, но различной длины, он определял, как меняется при этом сила тока.

Первые опубликованные им выводы были ошибочны: в экспериментах не удалось сразу установить правильный закон. Основной причиной этого явилось использование гальванического источника тока с большим внутренним сопротивлением, ЭДС которого быстро изменялась с течением времени и сильно зависела от включаемой нагрузки. Поэтому в последующих опытах Ом использовал в качестве источника тока термоэлемент.

Рис. 1. Магнитное действие тока на стрелку одинаково, независимо от теплового действия: последовательно соединены друг с другом многожильный медный провод в белой изоляции и нихромовый провод; а - источник питания выключен, б - по цепи идёт ток силой около 5 А.

3. Магнитное поле термоэлектрического тока

В 1821 году, то есть за несколько лет до исследований Ома, немецкий физик Т. Зеебек открыл явление термоэлектричества. Он провёл детальное исследование этого явления, но в результате пришёл к неверному выводу, что разность температур в разнородных проводниках, соединённых между собой, приводит к выделению свободного магнетизма. Проще всего понять открытие и заблуждение Зеебека, если повторить его опыт.

Вам потребуются медный и константановый проводники. Медный, надеемся, вы сможете найти самостоятельно, а константановый можно взять от старого реостата в школьном физическом кабинете. Чтобы убедиться, что вы имеете дело именно с константаном, измерьте мультиметром сопротивление «подозрительного» провода длиной около 2 м и затем сопоставьте получившееся значение с вычисленным по хорошо известной вам формуле

(1)

где р - удельное сопротивление, I - длина и S - площадь поперечного сечения проводника. Напомним,' что удельные сопротивления константана и меди соответственно равны:

Дальше нужно изготовить термопетлю. Допустим, в вашем распоряжении имеется константановый провод диаметром 0,9 мм. Сделайте 6 одинаковых отрезков этого провода длиной по 20 см и концы каждого из них (длиной примерно по 2 см) тщательно очистите острым ножом от слоя оксида. Затем, пользуясь канифолью или иным флюсом, аккуратно облудите зачищенные концы проводов оловом или оловянно-свинцовым припоем. От медного провода диаметром 0,7 мм отрежьте кусок длиной 30 см и, очистив от изоляции концы длиной по 5 см, также облудите их.

Концами медного провода плотно виток к витку обмотайте концы сложенных в пучок отрезков константанового провода. Места скруток хорошенько пропаяйте, используя в качестве флюса канифоль. Если вы не умеете или боитесь паять, то сможете повторить описанный ниже опыт, даже если зачищенные концы проводов просто плотно скрутите между собой. Впрочем, лучший вариант - это научиться паять, пока не поздно.

Придайте медному проводу 11- образную форму и зажмите один из спаев в лапке штатива так, чтобы получившаяся термопетля расположилась горизонтально и медный провод оказался над константановыми. Между ними на пучок константановых проводов поместите компас. Магнитная стрелка компаса установится вдоль направления горизонтальной составляющей магнитного поля Земли. Разверните штатив так, чтобы термопетля оказалась параллельной стрелке компаса.

Спиртовкой или газовой зажигалкой нагрейте незакреплённый спай термопетли. По мере роста его температуры стрелка компаса начинает отклоняться, причём максимальный угол отклонения её может достигнуть 50-80° (рис. 2).

Итак, вы нагреваете один из спаев термопетли, и возникает магнитное поле, отклоняющее стрелку компаса. Теперь понятно, почему Зеебек решил, что имеет дело с термомагнетизмом! В действительности, конечно, нагревание спая приводит к появлению термоэлектрического тока, а уже проходящий по замкнутой цепи ток создаёт магнитное поле.

Рис. 2. Наблюдение магнитного действия термоэлектрического тока

4. Экспериментальная установка Ома.

Электрическая схема и внешний вид экспериментальной установки, созданной Омом, представлены на рис. 3. Термоэлектрический источник состоял из висмутовой ветви 1 и двух плотно прикрученных к её концам винтами медных ветвей 2. Один из концов получившейся термопары был погружен в сосуд 3 с тающим льдом, второй - в сосуд 4 с кипящей водой. Над медной ветвью термопары на проволочном подвесе под стеклянным колпаком располагалась магнитная стрелка 5, причём верхний конец подвеса был прикреплён к вращающейся головке, снабжённой указателем и шкалой. Это устройство представляло собой магнитные крутильные весы, подобные электростатическим крутильным весам Кулона. Выводы термоэлектрического источника через ртутные контакты 6 соединялись с отрезками металлического провода 7 одинакового диаметра, но разных длин. Когда по цепи проходил электрический ток, магнитная стрелка отклонялась, вращением головки крутильных весов Ом возвращал её в исходное положение и по углу поворота головки определял силу тока в цепи.

Рис. 3. Экспериментальная установка Георга Ома

Ничего подобного в этой установке мы, конечно, делать не будем. Думается, сам Георг Симон Ом - прекрасный школьный учитель и один из первых специалистов в сфере методики физики - живи он в наши дни, от души посмеялся бы над нами, услыхав о желании скопировать его опыт. Мы воспользуемся только идеей эксперимента, но это «только» и есть самое главное, что можно позаимствовать у учёного.

5. Что нужно, чтобы доказать закон Ома?

В принципе можно разорвать медный проводник в термопетле, изображённой на рис. 2, и в разрыв включать проводники разного сопротивления.

В самом деле, термопетля в опыте расположена так, что её магнитное поле возле стрелки направлено перпендикулярно горизонтальной составляющей магнитного поля Земли. Стрелка отклоняется, показывая направление результирующего поля.

Для одного проводника петли ситуация изображена на рис. 4: Во -

горизонтальная составляющая индукции магнитного поля Земли, В₁ - индукция магнитного поля на расстоянии г от прямого проводника с током I, модуль которой, как известно, равен

Из рисунка вид

но, что В₁ =В₀ tg α, где α - угол отклонения стрелки из первоначального положения,

параллельного проводнику. Отсюда сила тока в проводнике

Рис. 4. К опыту по отклонению магнитной стрелки в магнитном поле тока в прямом проводнике

Термопетля состоит из двух параллельных проводников, по которым один и тот же ток идёт в противоположных направлениях. По правилу правого винта легко определить, что создаваемые этим током поля в промежутке между проводниками складываются. Поэтому стрелка отклонится на тот же угол а при силе тока в термопетле в два раза меньшей, чем в одиночном проводнике:

В условиях эксперимента все величины этой формулы, кроме угла α, неизменны.

Таким образом, ток в термопетле пропорционален тангенсу угла отклонения стрелки компаса от магнитного меридиана:

(2)

Этот факт позволяет простым способом измерять силу тока.

Мы действительно попробовали поставить опыт в соответствии с изложенной идеей и в целом получили неплохие результаты. Но и не слишком хорошие: хотя ток оказался обратно пропорционален сопротивлению, но получающееся в опыте внутреннее сопротивление источника не совпадало с расчётным. Мы посчитали, что всё дело в неоднородности магнитного поля, созданного термопетлей: при сравнительно больших токах стрелка отклоняется на значительные углы и попадает в более слабое поле. Поэтому она отклоняется меньше, чем могла бы отклониться, если бы поле было однородным. Понятно, что чем больше ток, тем ощутимее эта ошибка, поскольку при малом токе стрелка выходит из термопетли не так значительно. Получается, что большие значения силы тока оказываются более заниженными. Кроме того, выяснилось, что при больших токах важно обеспечить хорошие контакты во всех местах соединений элементов цепи.

Очевидно, что Ом, используя в своих опытах крутильные весы и ртутные контакты, преодолел эти трудности эксперимента.

6. Прибор для эксперимента

Чтобы получить однородное магнитное поле, нужно сделать соленоид. Тогда прибор для выполнения эксперимента может выглядеть так, как показано на рис. 5. Из медного провода, имеющего диаметр 1,4 мм и длину 1 м, изготовлена прямоугольная катушка 1 размером 12 х 40 х 40 мм, содержащая 5 витков. Концы этого прохода очищены от изоляции и облужены. К ним тонкой медной облуженной проволокой виток к витку плотно прикручены об луженные концы шести отрезков константанового провода 2 диаметром 1,0 мм и длиной 20 см каждый. Места соединений спаяны оловом. Медный провод разрезан, на него надеты изолирующие хлорвиниловые трубки, участки провода с трубками скручены, и выступающие из трубок концы провода 3 тщательно очищены от изоляции. С этими полюсами термоисточника соединяются исследуемые проводники 4 различной длины. Катушка 1 несколькими витками изоленты прочно закреплена на подставке 5 из изолятора. Внутрь катушки введён компас 6. В качестве исследуемых проводников можно использовать отрезки медного провода в лаковой изоляции диаметром 0,3-0,5 мм, имеющие, например, такие длины: 25, 50, 75 и 100 см. Их нужно свернуть в колечки 7.

Изготовив прибор, мы расположили его так, чтобы ось катушки оказалась перпендикулярна стрелке компаса, и повернули корпус компаса так, чтобы один из концов стрелки указывал на нуль шкалы. Мы проверили, что рядом с прибором нет ферромагнитных предметов, влияющих на ориентацию магнитной стрелки.

Соединив разомкнутые полюса источника, плотно скрутив их медным проводом без изоляции, и нагрев один из спаев термопары в пламени спиртовки, мы проверили, если при этом стрелка отклонится на угол порядка 80° и будет устойчиво находиться в этом положении, то изготовленный нами прибор готов к работе.

Рис. 5. Прибор для экспериментального обоснования закона Ома

7. Экспериментальное обоснование закона Ома

Не убирая пламени спиртовки, мы разомкнули полюса термоэлектрического источника и подсоединитли к ним один из подготовленных нами проводов. Записав угол отклонения стрелки, вместо первого подсоедините второй провод и т. д. В наших опытах для медного провода диаметром 0,425 мм получились результаты, приведённые в первой и второй строках табл. 1. В третьей строке даны соответствующие значения тангенса угла а отклонения стрелки компаса, пропорциональные согласно формуле (2) силе тока в цепи.

Таблица 1

X, см

0

25

50

75

100

α

78

71

60

55

48

t gα

4,70

2,90

1,73

1,43

1,11

ctgα

0,21

0,34

0,58

0,70

0,90

Построив график зависимости силы тока I (в экзотических единицах tgα) от длины проводах, мы получим кривую, подобную той, которая изображена на рис. 6 а и построена по данным табл. 1. Эта кривая очень похожа на гиперболу, уравнение которой в курсе математики мы привыкли записывать в виде

(3)

если учесть, что гипербола может быть растянута или сжата в а раз по вертикали и смещена на величину b по горизонтали.

Допустим, что представленная графически на рис. 6 а зависимость силы тока I от длины провода L действительно выражается аналитически формулой

(з)

Рис. 6 а. Графическое представление закона Ома. Зависимость силы тока от длины провода внешне напоминает ветвь гиперболы

Но как убедиться в справедливости этой формулы, если величины а и b неизвестны?

Очевидно, нужно построить такой график, глядя на который, можно сразу сказать, какой именно является выраженная им зависимость. Таким графиком, который мы узнаём сразу и точно, является только прямая линия. Значит, нужно из зависимости (3) получить линейную зависимость. Сделать это можно очень просто: достаточно вместо тока I взять в качестве функции величину, обратную току:

(4)

Рис. 6 б. Графическое представление закона Ома. Зависимость величины, обратно пропорциональной силе тока, от длины проводника линейна.

В таблице 1 имеется четвёртая строка, в которой приведены значения величины, обратной силе тока 1/I ,в единицах ctg α. Построив график зависимости1/I - от длины х проводника, получаем прямую линию (рис. 6 б)! Это значит, что формула (4) и, следовательно, формула (3) справедливы. Осталось выяснить физический смысл входящих в них констант.

Понятно, что величина b должна иметь тот же смысл, что и х, так как в знаменателе формулы (3) стоит сумма этих величин. Опыт показал, что чем больше длина провода х, тем меньше сила тока I, текущего по цепи (см. табл. 1), следовательно, длина провода характеризует сопротивление цепи, подключаемой к термоисточнику. Однако от опыта к опыту величина b оставалась постоянной, следовательно, она является сопротивлением той части цепи, которая не изменялась в опытах.

Итак, можно считать, что b - это внутреннее сопротивление источника, а х - сопротивление внешней цепи и обозначить их привычными буквами b = г и x = R.

Кроме этого, опыт показал, что ток в цепи тем больше, чем больше разность температур спаев термопары - вы видели, что пока один из спаев термоисточника нагревался, магнитная стрелка отклонялась всё сильнее. Значит, величина а в формуле характеризует способность самого источника создавать в цепи электрический ток,

Хочу обратить внимание на то, что мы не вывели закон Ома из более или менее правдоподобных умозрительных рассуждений, которым нужно поверить на слово, а прямым экспериментом доказали его справедливость. Тем самым получено обоснование справедливости всех тех теоретических рассуждений относительно явлений в цепях постоянного тока, которые обычно приводятся в школьных учебниках.

Понятно, что возможны самые различные варианты учебных опытов, подтверждающих закон Ома. Но среди них одно из почётных мест должен занимать эксперимент, поставленный в соответствии с идеей, обессмертившей имя Георга Симона Ома.

8. Экспериментальная часть

Отличную исследовательскую работу по применению закона Ома для участка цепи можно сделать, если изготовить специальный стенд, выполненный по схеме, рис.1.

В Детском оздоровительно-образовательном центре города Ельца в объединении радиоконструирования научным руководителем педагогом дополнительного образования Поваляевым Борисом Алексеевичем разработан и изготовлен стенд, который состоит из стабилизатора-регулятора напряжения, выполненного на стабилитроне VD1 и транзистора средней мощности VT1. Стабилитрон VD1 и резистор R1 в комплексе являются элементами задающего параметрического стабилизатора. Стабилитрон VD1(КС 168А) рассчитан на стабилизацию напряжения 6,8 В, дополнительный (балластный) резистор R1 75 Ом - на ограничение тока в цепи стабилитрона 35-40 мА. В связи с тем, что стабилитрон КС 168А (по справочнику) имеет напряжение стабилизации от 6,2 В до 7,2 В, резистор R1 подбирается по номиналу сопротивления. Параллельно стабилитрону устанавливается переменный резистор R2, с которого регулируемое напряжение подаётся на усилитель постоянного тока, выполненный на резисторе VТ1. От возможного возбуждения, а так же компенсации малого тока утечки транзистора в схему введены конденсатор С1 и резистор R4. Далее регулируемое напряжение подаётся на тумблеры SA2 и SA3. Тумблером SA2 можно замыкать и размыкать цепь подачи напряжения на сопротивления нагрузок Rн1, НL1. Тумблером SA3 - переключать сопротивления нагрузок. В схеме предусмотрены штыревые разъёмы для подключения измерительных приборов: миллиамперметра и вольтметра. Питается стенд от двух батарей 4,5 В типа КБС, соединённых последовательно.

Конструкция.

Конструктивно стенд выполнен в виде прямоугольного деревянного подиума, на котором закреплены батареи питания и печатная плата со всеми радиоэлементами схемы, за исключением измерительных приборов, которые подключаются отдельно к плате с помощью проводов. Транзистор VТ1 установлен на алюминиевом радиаторе площадью 30см2.

Радиоэлементы:

Резисторы: R1, R3-R5, Rн1- МЛТ

R2- СПЗ-4АМ, 220 Ом

Конденсатор: C1- К10-17, 0,47 мкФ

Стабилитрон:VD1- КС 168А (КС 468А)

Светодиод: VD2- АЛ 336

Транзистор: VТ1- КТ 817Б (КТ 815Б)

Лампочка накаливания миниатюрная: НL1- МН6,3V-0,3А(МН6,5V-0,34А)

Тумблеры: SA1-SA3- ТП1-2

Предохранитель: FU1- 1А

Измерительные приборы:

Вольтметр постоянного напряжения 0-10V, кл 1,5

Миллиамперметр постоянного тока - 0-500мА, кл 1,5

Примечание: С целью дополнительной подготовки учащихся по пользованию измерительными приборами рекомендуется вместо вольтметра и миллиамперметра воспользоваться двумя мультиметрами.

Исследовательская работа.

Приборы

1. Мультиметр DТ 9202А- 2(возможны другие)

2.Стенд специальный-1

Порядок выполнения работы.

Проверим работоспособность стенда. Установим стенд на лабораторном столе. Тумблер SA2 поставим в положение «вкл», тумблер SA3 в положение II, регулятор напряжения R2 ручкой выведем в крайнее левое положение на 0 В. Включим тумблер SA1 (положение «вкл»). Загоревшийся светодиод сигнализирует о подаче напряжения питания на схему. Вращая ручку регулятора напряжения R2 вправо, постепенно увеличиваем напряжение на лампочке. При исправном стенде лампочка будет постепенно увеличивать свечение. При вращении ручки влево- свечение уменьшается. Стенд исправен.

Выключим напряжение питания тумблером SA1. Установим ручку регулятора в положение 0 В. Включим тумблер SA2, тумблер SA3 установим в положение I. Подключим миллиамперметр с помощью разъёмов Х1(+), Х2(-) к стенду. Вольтметр подключим так же к Х2(+), Х2(-). Включим тумблером SA1 напряжение питания. Регулятором напряжения с помощью вольтметра установим на сопротивление нагрузки Rн1с линейной зависимостью 1В. Увеличивая напряжение на 1 вольт, дойдём до конечного -6 В. Полученные данные занесём в таблицу 1.

Табл.1 Зависимость силы тока и сопротивления от напряжения на линейном элементе(резисторе).

R(Ом)=U(В)/I(мА)*1000

Сравним расчетное сопротивление с номиналом резистора Rн1, установленным на плате. Rрасссётное=62 Ом Rрезистора=62 Ом. Они равны.

По шести контрольным точкам построим график зависимости тока от напряжения.

По построенному графику делаем вывод, что зависимость тока от напряжения на нагрузке( активном сопротивлении) линейная.

Выведем регулятор в крайнее левое положение на 0 В. Переключим тумблер SA3 в положение II. Вольтметр переключим к Х3(+), Х3(-).Проведём измерения повторно. Только в этом случае активным сопротивлением нагрузки будет миниатюрная лампочка накаливания на 6,3В, 0,3А (нагревательный световой элемент). Занесём результаты в таблицу 2.

Табл.2 Зависимость силы тока и сопротивления от напряжения на нелинейном элементе(лампе)

По данным таблицы построим график.

По графику делаем вывод, что зависимость тока от напряжения на активном сопротивлении нити накала лампочки нелинейная. Сопротивление лампочки увеличивается с увеличением напряжения, близкому к номинальному, с прогревом нити.

Примечание: 1При неоднократном проведении опыта рекомендуется менять номиналы резистора Rн1 от 56 Ом до 100 Ом, лампочку МН 6,3V-0,34А на МН 6,5V-0,34А с целью получения других неодинаковых результатов.

2Погрешность измерений определяется классом точности приборов.

III.Заключение

В данной работе мы рассмотрели устройства исследования закона Ома по специальной схеме . а также возможности и принцип работы представленных устройств.

Основой нашей работы был научный труд доктора педагогических наук Майера Валерия Вильгельмовича, профессора, заведующего кафедрой физики и дидактики физики, декана физического факультета Глазовского государственного педагогического института и ассистента кафедры физики Вараксиной Екатерины Ивановны. В своей работе мы рассмотрели принцип действия, конструкцию, технологию изготовления приборов для исследования справедливости закона Ома.

Знания и умения, которые мы получили в ходе исследовательской работы, оставили значимый след в нашей жизни и принесли положительные эмоции от проделанной работы.

IV. Список литературы.

1. Журнал для старшекласников и учителей «Потенциал» №2 -2008

2. О.Ф.Кабардин «Физика-8»,Москва «Просвещение» 2010

3. Ю.И. Дик, О.Ф. Кабардин, В.А. Орлов «Физика-10», под редакцией А.А. Пинского, Москва «Просвещение» 2010

4. ru.wikipedia.org

5. slovari.yandex.ru