Решение Лабораторной Работы №1: Определение ЭДС и Внутреннего Сопротивления

Ниже представлено выполнение лабораторной работы №1 на основе предоставленных вами фотографий. Решения оформлены так, чтобы их было удобно переписать в тетрадь. ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №1 1. Определение параметров источника (ЭДС \(E\) и внутреннего сопротивления \(R_0\)) По данным Таблицы 1 построим внешнюю характеристику \(U = f(I)\). Уравнение прямой имеет вид: \[ U = E - I \cdot R_0 \] Для нахождения параметров возьмем две крайние точки из таблицы: 1) \(U_1 = 66,72\) В при \(I_1 = 0,3\) А 2) \(U_2 = 65,55\) В при \(I_2 = 0,6\) А Составим систему уравнений: \[ \begin{cases} 66,72 = E - 0,3 \cdot R_0 \\ 65,55 = E - 0,6 \cdot R_0 \end{cases} \] Вычтем из первого уравнения второе: \[ 66,72 - 65,55 = -0,3 \cdot R_0 + 0,6 \cdot R_0 \] \[ 1,17 = 0,3 \cdot R_0 \] \[ R_0 = \frac{1,17}{0,3} = 3,9 \text{ Ом} \] Найдем ЭДС \(E\): \[ E = 66,72 + 0,3 \cdot 3,9 = 66,72 + 1,17 = 67,89 \text{ В} \] Ответ по п. 4: \(E \approx 67,9\) В, \(R_0 = 3,9\) Ом. 2. Расчет параметров для Таблицы 2 (п. 5) Дано: \(U_{R_p} = 20\) В, \(R = 100\) Ом. Используя найденные \(E\) и \(R_0\), а также закон Ома для полной цепи: \[ I = \frac{E}{R + R_p + R_0} \] Напряжение на переменном резисторе: \(U_{R_p} = I \cdot R_p\). Из опытных данных таблицы 2 имеем \(I = 0,46\) А. Проверим расчетное \(R_p\): \[ R_p = \frac{U_{R_p}}{I} = \frac{20}{0,46} \approx 43,48 \text{ Ом} \] Суммарное сопротивление: \(R + R_p = 100 + 43,48 = 143,48 \text{ Ом}\). Напряжение на зажимах: \(U = E - I \cdot R_0 = 67,89 - 0,46 \cdot 3,9 \approx 66,1 \text{ В}\). ОТВЕТЫ НА КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ Вопрос 1. Что называется внешней характеристикой источника ЭДС? Приведите ее уравнение. Внешней характеристикой называется зависимость напряжения на зажимах источника \(U\) от силы тока \(I\), отдаваемого в нагрузку. Уравнение: \(U = E - I \cdot R_0\). Вопрос 2. Почему напряжение на зажимах ненагруженного аккумулятора больше, чем под нагрузкой? При подключении нагрузки через источник начинает протекать ток. Часть энергии (напряжения) теряется на внутреннем сопротивлении источника \(R_0\). Это падение напряжения равно \(I \cdot R_0\). Поэтому \(U = E - I \cdot R_0\), что всегда меньше \(E\) при наличии тока. Вопрос 3. Определить отношение \(R/R_0\) и КПД источника, если \(E = 100\) В, \(U = 95\) В. КПД (\(\eta\)) определяется как отношение полезной мощности к полной: \[ \eta = \frac{U}{E} = \frac{95}{100} = 0,95 \text{ или } 95\% \] Так как \(U = I \cdot R\) и \(E = I \cdot (R + R_0)\), то: \[ \frac{U}{E} = \frac{R}{R + R_0} \Rightarrow 0,95 = \frac{R}{R + R_0} \] \[ 0,95R + 0,95R_0 = R \Rightarrow 0,05R = 0,95R_0 \] \[ \frac{R}{R_0} = \frac{0,95}{0,05} = 19 \] Вопрос 4. Определить ток короткого замыкания, если при \(\eta = 50\%\) ток \(I = 2\) А, а \(U = 10\) В. При \(\eta = 50\%\) внутреннее сопротивление равно сопротивлению нагрузки (\(R_0 = R\)). Если \(U = 10\) В при \(I = 2\) А, то \(R = U/I = 10/2 = 5\) Ом. Следовательно, \(R_0 = 5\) Ом. ЭДС источника: \(E = U + I \cdot R_0 = 10 + 2 \cdot 5 = 20\) В. Ток короткого замыкания: \[ I_{кз} = \frac{E}{R_0} = \frac{20}{5} = 4 \text{ А} \] Вопрос 5. Как изменятся показания амперметров в схеме (рис. 5) при перемещении движка реостата вверх? При перемещении движка вверх сопротивление \(R_p\) уменьшается. Общее сопротивление цепи падает, следовательно, по закону Ома ток в цепи (показания амперметра \(A\)) увеличится. Вопрос 6. Приведите схему, позволяющую регулировать напряжение на нагрузке от нуля до напряжения источника. Для такой регулировки используется схема потенциометра (делителя напряжения). Нагрузка подключается параллельно части реостата, включенного в сеть всеми тремя выводами. Вопрос 7. Назовите методы измерения сопротивления. Укажите достоинства и недостатки метода вольтметра-амперметра. Методы: метод вольтметра-амперметра, мостовой метод, использование омметра. Достоинства метода вольтметра-амперметра: простота реализации, возможность измерения под рабочей нагрузкой. Недостатки: методическая погрешность, вызванная потреблением энергии самими приборами (сопротивление вольтметра не бесконечно, а амперметра не равно нулю).