Лабораторная работа по физике на тему Измерение линейных и нелинейных сопротивлений методом вольтметра-амперметра

Лабораторная работаТема: ИЗМЕРЕНИЕ ЛИНЕЙНЫХ И НЕЛИНЕЙНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ МЕТОДОМ ВОЛЬТМЕТРА-АМПЕРМЕТРА
Цель работы: изучить методы прямых и косвенных измерений основных электрических величин: напряжения, тока и сопротивления.
Приборы и принадлежности: источник постоянного напряжения (0-5в), миллиамперметр, вольтметр, лампочка накаливания, резистор, соединительные провода, сборочная панель, 2 листа миллиметровой бумаги формата А4.
Теоретическое обоснование эксперимента
Для прямых измерений сопротивления используются специальные приборы – омметры. Однако в ряде случаев, например при измерении нелинейных элементов, возникает необходимость использовать косвенный способ измерения сопротивления – метод вольтметра-амперметра, который вытекает непосредственно из закона Ома и согласно которому сопротивление
R=. (2.1)
Измеряя напряжение U и силу тока I, можно вычислить R. Вольт-амперной характеристикой (ВАХ) (рис.2.1) называют зависимость силы тока, протекающего через сопротивление, от напряжения, приложенного к нему. Если зависимость I от U, т.е. функция I =f(U), линейна (рис.2.1), то это означает, что величина R=const, и такое сопротивление называют линейным. Если же сопротивление зависит от напряжения, R=f(U), то сопротивление называют нелинейным, т.к. зависимость I от U криволинейна (рис.2.2). ВАХ позволяет найти сопротивление нелинейного элемента при любых значениях напряжения и тока. В общем случае величина сопротивления нелинейного элемента,
I(A)
ΔI
ΔU
0
U(B)
I(A)
ΔI
0
ΔU
U(B)
A
R=const
R≠const
, (2.2)
Рис.2.1 Рис.2.2
которое в данном случае называется дифференциальным сопротивлением и в разных точках ВАХ может иметь различное значение.
В данной работе изучается ВАХ резистора R и лампочки накаливания Л, нить накала которой при прохождении через неё тока разогревается, вследствие чего происходит изменение её сопротивления.
Проведение измерения и обработка результатов
Экспериментальная установка (рис.2.3) включает в себя: ε ─ блок питания с регулируемым выходным напряжением; mA ─многопредельный амперметр; V ─ многопредельный вольтметр; R ─ резистор; Л ─ лампочка накаливания.
-7239060960Проведение эксперимента сводится к измерению напряжений на каждом элементе при разной силе тока в цепи (рис.2.3): напряжения UR ─ на резисторе R и напряжения UЛ на лампочке накаливания. Результаты измерений занесите в таблицу 2.1. Напряжение измеряется вольтметром (V), который поочередно подключается к резистору и лампочке, а сила тока измеряется с помощью миллиамперметра (mA).
Рис.2.3
Сведения, необходимые для работы с приборами
Цена деления , где X - предел измерения измерительного прибора, а N – полное число делений на шкале измерительного прибора. Тогда сила тока I=CI . nI , где CI – цена деления и nI – число делений, отмечаемых стрелкой миллиамперметра, а напряжения на резисторе UR и на лампочке UЛ вычисляются по формулам: UR =CU . nR и UЛ =CU . nЛ , где CU – цена деления вольтметра, а nR и . nЛ – числа деления вольтметра при измерении на резисторе и лампочке соответственно.
Задание 1.Измерение линейного сопротивления резистора.
Подключив вольтметр к резистору и постепенно увеличивая силу тока в цепи, каждый раз записывать показания вольтметра UR и амперметра IR в таблицу 2.1.

Таблица 2.1
CI= (mA/дел); CU= (В/дел)
N IR= CI . nI
10-3 (A) UR =CU . nR
(B) R(Ом) (Ом) , IЛ= CI . nI
(A) UЛ =CU . nЛ
(B)
1 =
2 3 4 5 6 =
7 8 9 10 =
11 12 13 (2.3)
Вычислить сопротивление резистора R при разной силе тока.
Определить среднее значение , абсолютную и относительную погрешности.
Построить график I(U) и по графику определить сопротивление резистора, заменив в формуле (2.2) дифференциалы конечными приращениями ΔU, ΔI (формула 2.3).
Сравнивать оба значения сопротивления и сделать выводы.

Результаты и выводы ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Задание 2. Изучение ВАХ лампочки накаливания
Подключив вольтметр к лампочке и постепенно увеличивая силу тока в цепи, каждый раз записывать показания вольтметра UЛ и амперметра IЛ в таблицу 2.1.
Построить вольт-амперную характеристику лампочки накаливания.
Определить с помощью построенного графика дифференциальное сопротивление лампочки в нескольких точках ВАХ, заменив дифференциалы конечными приращениями ΔU, ΔI. Для этого в указанных преподавателем точках графика необходимо провести касательную и вычислить отношение .
Результаты и выводы
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Контрольные вопросы
Понятия электрических величин: напряжения, силы тока, сопротивления и единицы их измерения.
Закон Ома.
Нелинейное сопротивление.
Вольт-амперная характеристика.
Дифференциальное сопротивление и его вычисление.
Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца.