Номер 411, страница 75 - гдз по физике 8 класс сборник задач Исаченкова, Слесарь

Данная задача представляет собой описание лабораторной работы. Для выполнения расчетов необходимо задать конкретные значения для напряжений и сопротивлений. Примем следующие значения для примера.

Дано

Источник тока с напряжением $U = 12 \text{ В}$

Сопротивление первого резистора $R_1 = 4 \text{ Ом}$

Сопротивление второго резистора $R_2 = 8 \text{ Ом}$

Найти:

$U_1$ - напряжение на первом резисторе;

$U_2$ - напряжение на втором резисторе;

$U_{общ}$ - напряжение на клеммах источника тока;

Изменение напряжения $U_1$ при коротком замыкании резистора $R_2$.

Решение

1. Сборка цепи и расчет напряжений

Сначала необходимо собрать электрическую цепь. Для этого последовательно соединяем источник тока, ключ, амперметр, первый резистор ($R_1$) и второй резистор ($R_2$).

При последовательном соединении общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений ее участков:

$R_{общ} = R_1 + R_2 = 4 \text{ Ом} + 8 \text{ Ом} = 12 \text{ Ом}$

Используя закон Ома для всей цепи, найдем силу тока, которую покажет амперметр. Будем считать внутреннее сопротивление источника тока пренебрежимо малым.

$I = \frac{U}{R_{общ}} = \frac{12 \text{ В}}{12 \text{ Ом}} = 1 \text{ А}$

Так как при последовательном соединении сила тока на всех участках цепи одинакова ($I = I_1 = I_2$), мы можем рассчитать напряжение на каждом резисторе по закону Ома для участка цепи:

Напряжение на первом резисторе:

$U_1 = I \cdot R_1 = 1 \text{ А} \cdot 4 \text{ Ом} = 4 \text{ В}$

Напряжение на втором резисторе:

$U_2 = I \cdot R_2 = 1 \text{ А} \cdot 8 \text{ Ом} = 8 \text{ В}$

Напряжение на клеммах источника тока равно его напряжению $\text{U}$, то есть $12 \text{ В}$. Проверим: $U_{общ} = U_1 + U_2 = 4 \text{ В} + 8 \text{ В} = 12 \text{ В}$.

Ответ: Напряжение на первом резисторе $U_1 = 4 \text{ В}$, на втором резисторе $U_2 = 8 \text{ В}$, на клеммах источника тока $U_{общ} = 12 \text{ В}$.

2. Вывод

На основе расчетов можно сделать вывод, что при последовательном соединении резисторов сила тока во всех точках цепи одинакова, а общее напряжение на концах цепи равно сумме напряжений на отдельных резисторах. Напряжение распределяется между резисторами прямо пропорционально их сопротивлениям.

Ответ: При последовательном соединении $I = I_1 = I_2$ и $U = U_1 + U_2$.

3. Проверка с помощью вольтметра

Для экспериментальной проверки расчетов используется вольтметр, который подключается параллельно участку цепи, напряжение на котором нужно измерить.

1. Подключите вольтметр параллельно первому резистору ($R_1$). Его показания должны быть близки к расчетному значению $4 \text{ В}$.

2. Подключите вольтметр параллельно второму резистору ($R_2$). Его показания должны быть близки к $8 \text{ В}$.

3. Подключите вольтметр параллельно клеммам источника тока. Его показания должны быть близки к $12 \text{ В}$.

Небольшие расхождения между расчетными и измеренными значениями могут быть вызваны погрешностью измерительных приборов и сопротивлением соединительных проводов.

Ответ: Правильность расчетов проверяется путем измерения напряжений $U_1$, $U_2$ и $\text{U}$ вольтметром, подключенным параллельно соответствующим элементам цепи.

4. Изменение напряжения при коротком замыкании второго резистора

Если клеммы второго резистора ($R_2$) замкнуть проводом с очень малым сопротивлением (совершить короткое замыкание для этого резистора), то почти весь ток потечет через этот провод, минуя резистор $R_2$. Сопротивление этого участка цепи станет практически равным нулю.

Новое общее сопротивление цепи будет равно сопротивлению первого резистора:

$R_{общ'} \approx R_1 = 4 \text{ Ом}$

Новая сила тока в цепи:

$I' = \frac{U}{R_{общ'}} = \frac{12 \text{ В}}{4 \text{ Ом}} = 3 \text{ А}$

Новое напряжение на первом резисторе:

$U_{1'} = I' \cdot R_1 = 3 \text{ А} \cdot 4 \text{ Ом} = 12 \text{ В}$

Сравнивая начальное напряжение на первом резисторе ($U_1 = 4 \text{ В}$) с новым ($U_{1'} = 12 \text{ В}$), мы видим, что оно увеличилось. Фактически, все напряжение источника теперь приложено к первому резистору.

Экспериментально это можно подтвердить, подключив вольтметр параллельно первому резистору и замкнув второй резистор проводом. Вольтметр покажет увеличение напряжения.

Ответ: Если клеммы на втором резисторе замкнуть проводом, напряжение на первом резисторе увеличится и станет равным напряжению источника тока.