Інформація для вчителів
Опис
Експериментальна установка
Усі електричні пристрої зазвичай заряджаються або підключаються до електромережі за допомогою електричного кабелю. Проте вони мають різні вимоги до значень сили струму та напруги. Ці параметри регулюються резисторами, які також є в електричних проводах, щоб електричні пристрої не були пошкоджені. Для провідників виконується таке співвідношення: де - довжина провідника, - площа поперечного перерізу і - залежний від температури питомий опір. У цьому експерименті учні спочатку мають перевірити співвідношення: .
Додаткова інформація для вчителів (1/3)
попередні знання
Учні повинні вміти збирати прості електричні кола та бути знайомі з поняттями "напруга" і "сила струму". Крім того, слід розуміти фізичний зміст електричного опору і знати закон Ома:.
Мета навчання
На основі отриманих виміряних значень учні мають визначити залежність між опором провідника , його довжиною і площею поперечного перерізу :
Додаткова інформація для вчителів (2/3)
Завдання
Дослідіть, як значення опору провідника співвідноситься з його довжиною і площею поперечного перерізу .
Принцип
За допомогою двох окремих частин експерименту учні визначають співвідношення .
У першій частині експерименту відношення визначається при зміні довжини провідника (дроту) , а другій частині експерименту співвідношення визначається при зміні товщини дроту.
Додаткова інформація для вчителів (3/3)
Примітки
Насамперед слід перевірити співвідношення: та . Для цього рекомендується, щоб кожна група учнів виконала лише один з двох експериментів, а наприкінці спільного обговорення було зроблено такі висновки: .
Під час проведення першої частини експерименту переконайтеся, щоб дріт не провисав і не був занадто сильно натягнутий. У випадку з найкоротшим дротом невеликі зміни довжини призводять до великих змін сили струму, тож результати різних робочих груп можуть відрізнятися один від одного.
У другій частині експерименту використовується найбільша довжина дроту, саме тому її найкраще залишити постійною під час підключення в електричне коло різних дротів.
Інструкції з техніки безпеки
До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.
Увага:Провід може сильно нагріватися,якщо через нього протікає струм понад 1 А! Не можна торкатися проводу під час протікання струму! Коли вимірювання не проводяться, слід розімкнути вимикач, а силу струму встановити на нуль!
Інформація для учнів
Мотивація
Зарядка смартфона
Для того, щоб мати можливість заряджати смартфон, необхідний струмопровідний кабель, по якому струм може протікати від розетки до смартфону для зарядки акумулятора. Наскільки добре струм протікає через цей провідник, залежить від різних параметрів. Серед них - довжина і переріз провідника. Якщо їх підібрати неправильно, опір дроту може бути занадто низьким або занадто високим, що призведе до пошкодження акумулятора телефону.
У цьому експерименті учні мають з'ясувати, як саме довжина та поперечний переріз провідника пов'язані з його опором.
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | З'єднувальний, прямий, модуль SB | 05601-01 | 3 |
| 2 | З'єднувальний, кутовий, модуль SB | 05601-02 | 2 |
| 3 | З'єднувальний, розімкнутий, модуль SB | 05601-04 | 2 |
| 4 | З'єднувальний прямий з роз'ємом модуль SB | 05601-10 | 2 |
| 5 | З'єднувальний, прямий з роз'ємом, модуль SB | 05601-11 | 2 |
| 6 | З'єднувальний, кутовий з роз'ємом, модуль SB | 05601-12 | 2 |
| 7 | Вимикач вкл./викл., модуль SB | 05602-01 | 1 |
| 8 | Затискач типу "Крокодил", без ізоляції, 10 шт. | 07274-03 | 1 |
| 9 | З'єднувальний штепсель, 2 шт. | 07278-05 | 1 |
| 10 | З'єднувальний провідник, 250 мм, червоний | 07360-01 | 1 |
| 11 | З'єднувальний провідник, 250 мм, синій | 07360-04 | 1 |
| 12 | З'єднувальний провідник, 500 мм, червоний | 07361-01 | 2 |
| 13 | З'єднувальний провідник, 500 мм, синій | 07361-04 | 2 |
| 14 | Константановий дріт 15,6 Ом/м, d=0,2 мм, l=100 м | 06100-00 | 1 |
| 15 | Константановий дріт 6,9 Ом/м, d=0,3 мм, l=100 м | 06101-00 | 1 |
| 16 | Константановий дріт | 06102-00 | 1 |
| 17 | Аналоговий мультиметр, 600 В AC/DC, 10A AC/DC, 2 МОм, захист від перевантаження | 07021-11 | 2 |
| 18 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
Підготовка
- Зберіть експериментальну установку, як показано на фото. Вимикач спочатку розімкнуто.
- Закріпіть константановий дріт довжиною близько 20 см ( = 0,2 мм) за допомогою 2 затискачів "крокодил" (не надто туго і без провисання). Правий затискач "крокодил" знаходиться в положенні "".
Затискачі "крокодил" з дротом
Виконання роботи 1 (1/2)
Експериментальна установка
- Встановіть діапазон вимірювання на 1 В і 300 мА.
- Виміряйте довжину затиснутого між клемами дроту і запишіть її значення в протокол.
- Встановіть джерело живлення на 0 В, а потім увімкніть його. Встановіть регулятор сили струму на 1 А.
- Тепер замкніть вимикач і обережно збільшуйте напругу на джерелі живлення, поки вольтметр не покаже 0,25 В.
- Зчитайте отримане значення сили струму та запишіть його.
- Встановіть джерело живлення на 0 В і потім ослабте константановий дріт від правого затискача типу "крокодил".
Виконання роботи 1 (2/2)
Позиції для затискачів "крокодил"
- Повторіть вимірювання отриманих значень довжини і струму для позицій """ и "" клеми.
- При повторному підключенні переконайтеся, що напруга відрегульована на 0 В, а вимикач розімкнутий. Дріт із константану завжди має бути трохи натягнутий, але не надто туго.
- Запишіть виміряні значення в таблицю завдання 1 протоколу.
- Для відповідного вимірювання встановіть напругу 0,25 В і замкніть перемикач.
Увага:Під час проходження більш високих струмів протягом тривалого періоду часу провід може нагріватися!
Виконання роботи 2 (1/2)
- Встановіть діапазон вимірювання на 1 В і 300 мА.
- Встановіть затискач типу "крокодил" у позицію """ і закріпіть дріт із константану діаметром 0,2 мм між затискачами.
- Встановіть напругу на блоці живлення на 2 В, а регулятор сили струму на 0 А (до упору вліво) і увімкніть його.
- Тепер обережно збільшуйте силу струму на джерелі живлення доти, доки амперметр не покаже 250 мА.
- Зчитайте отриману напругу і запишіть її в таблицю завдання 2 в протоколі.
Позиції для затискачів "крокодил"
Виконання роботи 2 (2/2)
Константановий дріт
- Замініть послідовно дріт з діаметром 0,2 мм спочатку на дріт з діаметром 0,3 мм, а потім - з 0,4 мм.
- Виміряйте й запишіть отриману напругу для всіх випадків. Довжина провідника та сила струму (250 мА) повинні залишатися постійними.
- Під час повторного під'єднання дротів переконайтеся, що регулятор сили струму встановлений на 0 A, а виемикач розімкнений. Дріт із константану завжди має бути трохи натягнутим, але не надто туго.
- Вимкніть джерело живлення після останнього вимірювання.
Протокол
Завдання 1
Запишіть у таблицю виміряні значення для різних позицій затискача типу "крокодил" (завдання 1). Розрахуйте и при напрузі 0,25 В.
Положення a: L [см]:
Положення b: L [см]:
Положення c: L [см]:
Позиція
, см
, А
, Ом
, Ом/см
Позиція а: І [А]:
Позиція б: І [А]:
Позиція c: I [A]:
Позиція а: Р [Ом]:
Позиція б: Р [Ом]:
Позиція c: R [Ом]:
Позиція a: R/L [Ом/см]:
Позиція b: R/L [Ом/см]:
Позиція c: R/L [Ом/см]:
Питання
Завдання 2
Запишіть у таблицю виміряні значення для різних товщин дротів (завдання 2) і розрахуйте площу поперечного перерізу відповідного проводу і добуток .
d = 0,2 мм: U [V]:
d = 0,3 мм: U [V]:
d = 0,4 мм: U [V]:
, мм
, В
, Ом
,
,
d = 0,2 мм: R [Ом]:
d = 0,3 мм: R [Ом]:
d = 0,4 мм: R [Ом]:
d = 0,2 мм: A [мм^2]:
d = 0,3 мм: A [мм^2]:
d = 0,4 мм: A [мм^2]:
d = 0,2 мм: R*A [Ом мм^2]:
d = 0,3 мм: R*A [Ом мм^2]:
d = 0,4 мм: R*A [Ом мм^2]:
Питання
Завдання 3
Питання
Завдання 4
Вставте слова в тексті в потрібне місце Опір металевого дроту прямо пропорційний ____ і обернено пропорційний ____. Це означає, що для довшого дроту необхідна ____ напруга для досягнення тієї самої сили струму, а для товстішого дроту необхідна ____ напруга для досягнення тієї самої сили струму.