Съдържание

BelPhO 2009, Областен етап, 9–11 клас — Задача 1. «Какая кривая куда загибается?»

Оригинал на условието (PDF)Съобщи за грешка

Всички материали от BelPhO 2009

Республиканская физическая олимпиада (III этап) 2009 год. Экспериментальный тур.

Условие

Приборы и оборудование: источник питания 4,5 В, амперметр, вольтметр, реостат 6 Ом, лампочка на подставке (3,5 В), ключ, графитовый стержень в держателе, соединительные провода.

Предупреждение! Если в качестве источника Вы используете батарейку, то помните, что она разряжается, особенно при больших силах тока. Поэтому подключайте цепь к источнику только во время проведения измерений, для этого вам выдан электрический ключ!

Вам необходимо провести измерения в максимально возможном диапазоне напряжений. Не забудьте нарисовать электрические схемы, использованные вами при проведении измерений.

1.1 Исследуйте зависимость силы тока через графитовый стержень от напряжения на нем. Постройте вольтамперную характеристику графита (зависимость силы тока через графит от напряжения на нем).

1.2 Исследуйте зависимость силы тока через лампочку от напряжения на нем. Постройте вольтамперную характеристику лампочки.

1.3 Объясните качественно вид полученных в пп. 1.1 – 1.2 зависимостей.

Достаточно двух предложений.

1.4 Используя результаты, полученные в п. 1.1 и 1.2 постройте график зависимости силы тока от напряжения для параллельно соединенных графитового стержня и лампочки. Исследуйте экспериментально и постройте экспериментальный график вольтамперной характеристики этой пары. Сравните результаты теоретических расчетов и ваших измерений.

Схема к п. 1.4: резистор (графитовый стержень) и лампочка соединены параллельно, последовательно с ними амперметр A; вольтметр V подключён параллельно к стержню и лампочке.

1.5 Используя результаты, полученные в п. 1.1 и 1.2 постройте график зависимости силы тока от напряжения для последовательно соединенных графитового стержня и лампочки. Исследуйте экспериментально и постройте экспериментальный график вольтамперной характеристики этой пары. Сравните результаты теоретических расчетов и ваших измерений.

Схема к п. 1.5: резистор (графитовый стержень) и лампочка соединены последовательно, далее амперметр A; вольтметр V подключён параллельно паре стержень–лампочка.

Решение

Схема подключения по схеме реостата: источник, ключ, реостат-потенциометр с подвижным контактом, вольтметр V параллельно исследуемому элементу R, амперметр A последовательно с R.

Для снятия вольтамперных характеристик необходимо использовать подключение по схеме реостата. При последовательном включении не удается производить измерения при малых токах.

1.1 Зависимость силы тока через графитовый стержень от напряжения на нем приведена в таблице и на графике.

U, B	I, A
0,2	0,05
0,4	0,10
0,6	0,15
0,8	0,20
1,0	0,25
1,2	0,35
1,4	0,40
1,6	0,45
1,8	0,50
2,0	0,55
2,2	0,60
2,4	0,70

График ВАХ графитового стержня: по оси абсцисс U, B от 0,0 до 2,5, по оси ординат I, A от 0,00 до 0,80; экспериментальные точки и прямая пропорциональной зависимости, точки при больших напряжениях лежат выше прямой.

Как следует из графика, ВАХ графита отклоняется «вверх» от пропорциональной зависимости. Данный результат объясняется тем, что сопротивление графита уменьшается (!!!) с ростом температуры, поэтому сила тока возрастает быстрее, чем растет напряжение.

1.2 Зависимость силы тока через лампочку накаливания от напряжения на ней приведена в таблице и на графике.

U, V	I, A
0	0,00
0,2	0,05
0,4	0,06
0,6	0,07
0,8	0,08
1,0	0,09
1,2	0,10
1,4	0,10
1,6	0,11
1,8	0,11
2,0	0,12
2,2	0,12
2,4	0,13
2,6	0,14
2,8	0,15
3,0	0,15

График «ВАХ лампочки»: по оси абсцисс U, B от 0,0 до 3,5, по оси ординат I, A от 0,00 до 0,16; точки и плавная кривая, резко растущая при малых напряжениях и затем почти линейно.

1.4 При параллельном соединении суммарная сила тока равна сумме токов, протекающий через каждый из элементов. Поэтому необходимо просуммировать данные, полученные в пп. 1.1 и 1.2 (при одинаковых напряжениях). Результаты таких расчетов и их сравнение с экспериментально измеренной ВАХ параллельного соединения, показаны на графике. Стрелка показывает «направление суммирования». Соответствие расчетов с экспериментально измеренными значениями вполне удовлетворительное.

График «Параллельное соединение»: I, A от 0 до 0,8 против U, B от 0,0 до 2,6; кривые «Лампочка», «графит», «Сумма» и точки «эксперимент»; вертикальная стрелка показывает сложение токов.

1.5 При последовательном соединении необходимо суммировать напряжения при одинаковых токах. Результаты, представлены на следующем графике.

График «Последовательное соединение»: I, A от 0,00 до 0,16 против U, B от 0,0 до 3,5; кривые «графит», «лампочка», «сумма» и точки «эксперимент»; горизонтальная стрелка показывает сложение напряжений.

Примечание. Более точные зависимости и лучшее соответствие можно получить при использовании цифрового мультиметра.

Оригинал в Архива: 3_etap_2009_experimental_problems.pdf · официални решения: 3_etap_2009_experimental_solutions.pdf