Съдържание

ВсОШ 2025, Регионален етап, 7–11 клас — Задача 6. 9-E2 · Как снять ВАХ?

Оригинал на условието (PDF)Съобщи за грешка

Всички материали от ВсОШ 2025

Всероссийская олимпиада школьников по физике · Региональный этап · Экспериментальный тур

Внимание: Бележка към темата

Печатные значения, формулы и подписи сохранены: в 7-E1 площадь сектора в ключе содержит σ; в 7-E2 отличаются H и численные знаменатели; плотность картона и диаметры игл в авторских решениях отличаются от условий. Оси графиков мощности 10-E2 буквально подписаны ρ/ρ0. На странице 33 дважды напечатан заголовок 11-E2 «Лампочка — гори!», сначала со ссылкой на 10-E2; он не переименован. Для 11-E1 отдельно показано общее решение под его исходным заголовком 10-E1: условия обоих классов совпадают и указатель материалов 2025 года связывает их с одной задачей. Десять классных задач сохранены раздельно. Получены исходные печатные шаблоны Радиана и Гаек; отдельные видео и веб-критерии не объявлены прочитанными.

Обложка

Министерство просвещения Российской Федерации

Центральная предметно-методическая комиссия Всероссийской олимпиады школьников по физике

Всероссийская олимпиада школьников по физике

Региональный этап

Экспериментальный тур

Москва, 2025 г.

Авторы задач

Комплект задач подготовлен центральной предметно-методической комиссией Всероссийской олимпиады школьников по физике

E-mail: physolymp@gmail.com

Авторы задач. Экспериментальный тур

7–8 класс	9–11 класс
7-E1. Александр Евсеев	9-E1. Антон Вергунов
7-E2. Олег Порошин	9-E2. Денис Рубцов
8-E1. Ольга Инишева	10-E1. Денис Перевощиков, Денис Рубцов
8-E2. Максим Еськин	10-E2. Алексей Заяц
	11-E1. Денис Перевощиков, Денис Рубцов
	11-E2. Алексей Заяц

Как готовиться к региональному этапу?

В МФТИ запущен классный проект «Физтех-регионам» (https://os.mipt.ru), где в публичном бесплатном доступе лежат лекции и семинары по всем классам и по всем темам. Там же выложены подборки задач по темам. Уровень материалов позволяет хорошо подготовиться к муниципальному и региональному этапу Всероссийской олимпиады школьников по физике.

Если вы школьник, просто пользуйтесь доступными материалами. Если вы преподаватель или сотрудник регионального органа образования, то МФТИ готов помочь организовать на базе вашей школы или центра по работе с талантливыми детьми кружок по физике. Занятия будут проходить по программе «Физтех-регионам», и МФТИ не берет никаких денег за эти материалы. Единственное, вам нужно будет обеспечить работу преподавателя. Подобным образом функционируют кружки уже в более чем 40 регионах России.

В этом году в рамках работы проекта сняты видео-решения экспериментального тура регионального этапа Всероссийской олимпиады школьников по физике. Используйте эти материалы для самоподготовки к будущим олимпиадам. Ссылки на решения даны у заголовков задач в разделе «Возможные решения».

Шаблоны для 7-E1. Радиан

Источник: материалы задачи. Файл с фигурами для печати. Файл печатается на обычной бумаге плотностью 80 г/м². Масштабирование не важно. Полные два исходных листа доступны в условии 7-E1.

Шаблон для 8-E2. Гайки

Источник: материалы задачи. Файл фигуры неправильной формы. Файл печатать без масштабирования на обычной бумаге плотностью 80 г/м². Полная исходная миллиметровая сетка доступна в условии 8-E2.

Условие

В этом экспериментальном задании оценивать погрешности не нужно.

В вашем распоряжении имеются два мультиметра. Первый мультиметр (на его корпусе присутствует отметка «№1») можно использовать только в режиме омметра. Второй мультиметр необходимо использовать лишь в качестве амперметра или вольтметра.

При подключении к омметру электрического элемента он показывает его статическое сопротивление, то есть отношение напряжения на элементе к силе тока через него $R_{\text{ст}}=\frac{U}{I}$ .

1. Определите сопротивления амперметра и вольтметра в режимах измерения постоянного тока и постоянного напряжения. Запишите значения измеренных сопротивлений для режимов амперметра с пределом измерений меньше 10 А и для режимов вольтметра с пределом измерений меньше 200 В.

2. Снимите вольтамперную характеристику диода в прямом направлении (см. рисунок ниже) в максимально широком диапазоне значений напряжений, считая известным, что характеристики обоих диодов одинаковые. Необходимое количество точек — не менее 11. Старайтесь, чтобы точки располагались равномерно по напряжениям. При промежуточных измерениях обязательно изображайте соответствующие электрические схемы с обозначением приборов и их режимами. Используйте таблицы с описанием качественной и количественной информации об измерениях.

3. Постройте график полученной вами вольтамперной характеристики.

Оборудование: два мультиметра, соединительные провода, два одинаковых диода, лист миллиметровой бумаги для построения графика.

При подключении диода в электрическую цепь учитывайте его полярность. На рисунке показана схема подключения диода для его работы в прямом направлении.

Исходная схема прямого включения диода: плюс слева, минус справа и положение полоски на корпусе.

Решение

Задача №9-E2. Как снять ВАХ? (видеоразбор)

Подключим омметр к амперметру/вольтметру. Сопротивление вольтметра во всех диапазонах $R_V=1{,}0$ МОм. Сопротивление амперметра $R_A^{2000\mu}=105{,}7$ Ом, $R_A^{20m}=15{,}8$ Ом, $R_A^{200m}=5{,}0$ Ом. Для разных типов мультиметра значения сопротивлений, а также количество режимов амперметра/вольтметра могут быть различны.

В данном задании использовались германиевые диоды Д9Б, имеющие небольшое напряжение открытия.

Будем подключать к омметру различные комбинации из диодов (один диод, два последовательно или два параллельно соединенных диода). Параллельно омметру подключим вольтметр. Снимем зависимость показаний омметра и вольтметра в зависимости от комбинации диодов и от режима омметра. Выведем формулы пересчета показаний этих приборов в силу тока и напряжение на одном диоде с учетом одинаковости диодов и «идеальности» вольтметра. «Идеальность» вольтметра здесь означает, что показания омметра (а значит статические сопротивления диодов) существенно меньше сопротивления вольтметра.

Комбинация диодов	Режим омметра	$R$ , кОм	$U_V$ , мВ	Формулы пересчета	$I$ , мА	$U$ , мВ
один диод	$2000k$	21	5,8	$U=U_V$ , $I=\frac{U_V}{R}$	0,000	5,8
один диод	$200k$	13	32,6	$U=U_V$ , $I=\frac{U_V}{R}$	0,003	32,6
один диод	$20k$	5,07	82,8	$U=U_V$ , $I=\frac{U_V}{R}$	0,016	82,8
один диод	2000	0,262	275	$U=U_V$ , $I=\frac{U_V}{R}$	1,050	275
один диод	200	0,1824	304	$U=U_V$ , $I=\frac{U_V}{R}$	1,667	304
два последовательно соединенных диода	$2000k$	36	12,6	$U=\frac{U_V}{2}$ , $I=\frac{U_V}{R}$	0,000	6,3
два последовательно соединенных диода	$200k$	23,7	66,2	$U=\frac{U_V}{2}$ , $I=\frac{U_V}{R}$	0,002	33,1
два последовательно соединенных диода	$20k$	10,98	152,8	$U=\frac{U_V}{2}$ , $I=\frac{U_V}{R}$	0,014	76,4
два последовательно соединенных диода	2000	0,577	542	$U=\frac{U_V}{2}$ , $I=\frac{U_V}{R}$	0,940	271
два параллельно соединенных диода	$2000k$	8	2,3	$U=U_V$ , $I=\frac12\cdot\frac{U_V}{R}$	0,000	2,3
два параллельно соединенных диода	$200k$	6,6	17,4	$U=U_V$ , $I=\frac12\cdot\frac{U_V}{R}$	0,001	17,4
два параллельно соединенных диода	$20k$	3,16	58	$U=U_V$ , $I=\frac12\cdot\frac{U_V}{R}$	0,009	58
два параллельно соединенных диода	2000	0,219	235	$U=U_V$ , $I=\frac12\cdot\frac{U_V}{R}$	0,537	235
два параллельно соединенных диода	200	0,1553	265	$U=U_V$ , $I=\frac12\cdot\frac{U_V}{R}$	0,853	265

Проблема полученных точек — их неравномерность по напряжениям. Мы имеем множество точек при напряжениях диода от 0 до 100 мВ и от 200 мВ до 300 мВ. Однако отсутствуют промежуточные точки, соответствующие выходу диода на режим открытия. Их можно получить, используя вместо вольтметра амперметр.

Таблица измерений для параллельного соединения амперметра в режиме с пределом измерений $2000\mu$ , омметра и одного диода, где: $I_A$ — показания амперметра, $R$ — показания омметра, $I$ — сила тока через один диод, $U$ — напряжение на одном диоде.

№	Режим омметра	$I_A$ , мА	$R$ , Ом	Формулы пересчета	$I$ , мА	$U$ , мВ
1	200 Ом	1,656	94,5	$U=I_AR_A^{2000\mu}$ , $I=I_A\left(\frac{R_A^{2000\mu}}{R}-1\right)$	0,196	175,0
2	2000 Ом	1,097	100	$U=I_AR_A^{2000\mu}$ , $I=I_A\left(\frac{R_A^{2000\mu}}{R}-1\right)$	0,063	116,0

Таблица измерений для параллельного соединения амперметра в режиме с пределом измерений $2000\mu$ , омметра и двух диодов:

№	Режим омметра	$I_A$ , мА	$R$ , Ом	Формулы пересчета	$I$ , мА	$U$ , мВ
3	200 Ом	1,545	87,9	$U=I_AR_A^{2000\mu}$ , $I=\frac12I_A\left(\frac{R_A^{2000\mu}}{R}-1\right)$	0,156	163,3
4	2000 Ом	1,054	95	$U=I_AR_A^{2000\mu}$ , $I=\frac12I_A\left(\frac{R_A^{2000\mu}}{R}-1\right)$	0,059	111,4

Построим график вольтамперной характеристики.

Полный исходный график вольтамперной характеристики: ток I в мА, напряжение U в мВ, все измеренные точки, кривая и деления.

Оригинал в Архива: Ru25-R-E.pdf · допълнителни данни: Ru25-R-E-radian-templates.pdf · допълнителни данни: Ru25-R-E-nuts-template.pdf