Содержание
2.Постоянный электрический ток. Сопротивление. Лабораторная работа «Измерение удельного сопротивления материала, из которого сделан проводник».
Электрический
ток– это направленное движение
заряженных частиц.
В
металлах ток создаётся движением
электронов.
За
направление тока принимается направление
движения положительных зарядов.
Для
возникновения тока необходимо наличие
свободных носителей заряда и наличие
внешнего электрического поля.
Электрический
ток производит тепловое, магнитное,
химическое, световое и биологическое
действия.
Сила
тока– это величина, равная отношению
заряда, прошедшего через поперечное
сечение проводника за промежуток
времени, к этому промежутку времени.
Сила
тока обозначается буквой I,
измеряется в Амперах (А).
Согласно
закону Ома для участка цепи сила тока
прямо пропорциональна приложенному
напряжениюUи обратно
пропорциональна сопротивлению проводникаR.
Сопротивление
зависит от материала проводника и его
геометрических размеров.
, где
Удельное
сопротивление проводника характеризует
его электрические свойства.
Удельное
сопротивление численно равно сопротивлению
проводника, имеющего форму куба с ребром
1 м, если ток направлен перпендикулярно
противоположным граням куба.
Лабораторная
работа«Измерение удельного
сопротивления материала, из которого
сделан проводник»
Для
измерения удельного сопротивления ρдостаточно измерить длину проводникаlи площадь поперечного сеченияS, а сопротивление
проводника оценить с использованием
амперметра и вольтметра по формуле.
Вначале
собираем электрическую цепь с
последовательно подключёнными к
источнику тока амперметром, исследуемым
проводником.
Вольтметр подключается
параллельно проводнику. По амперметру
смотрим силу тока I,
по вольтметру – напряжениеU.
Затем рассчитываем сопротивлениеR
по указанной формуле.
Диаметр
проводника известен заранее: d
≈ 33 ٠ 10-6
м. Отсюда находим площадь поперечного
сечения
Все
результаты измерений и вычислений
подставляем в формулу
и находим удельное сопротивление
проводника.
3.Задача на применение законов сохранения массового числа и электрического заряда.
Билет
№ 6
1.Опытное обоснование основных положений молекулярно-кинетической теории строения вещества. Масса и размеры молекул.
Молекулярно-кинетическая
теория(МКТ) – это учение о строении
и свойствах вещества, использующее
представления о существовании атомов
и молекул как мельчайших частиц вещества.
В
основе МКТ лежат триосновных
положения:
1.
Все
вещества состоят из мельчайших частиц:
атомов и молекул.
2.Эти
частицы беспорядочно двигаются.
3.Частицы
взаимодействуют друг с другом.
Основные
положения МКТ подтверждаются опытными
фактами.
Существование
атомов и молекул доказано экспериментально,
получены фотографии с помощью электронных
микроскопов.
Способность
газов неограниченно расширяться и
занимать весь объём объясняется
непрерывном хаотичным движением молекул.
Также его объясняет диффузия и броуновское
движение.
Упругость
газов, твёрдых и жидких тел, способность
жидкостей смачивать некоторые твёрдые
тела, процессы окрашивания, склеивания,
сохранения формы твёрдыми телами говорят
о существовании сил притяжения и
отталкивания между молекулами.
Массы
и размеры молекул очень малы, и удобно
использовать не абсолютные значения
масс, а относительные. Относительные
атомные массы всех химических элементов
указаны в таблице Менделеева (в сравнении
с массой атома углерода).
Количество
вещества, содержащее столько же частиц,
сколько атомов содержится в 0,012 кг
углерода, называется одним молем.
В
одном моле любого вещества содержится
одно и то же число атомов или молекул.
Это число называется постоянной Авогадро:
.
Массу
одного моля называют молярной массой:.
Количество
вещества равно отношению массы вещества
к его молярной массе:
.
Урок 115. Лабораторная работа «Определение удельного сопротивления проводника»
РАЗДЕЛ II. Поурочные разработки по физике к учебнику Г. Я. Мякишева, Б. Б. Буховцева, Н. Н. Сотского
ЭЛЕКТРОДИНАМИКА
Урок 115. Лабораторная работа
1-й уровень
Цель: научиться определять удельное сопротивление проводника:
• научиться получать рабочую формулу для расчета удельного сопротивления проводника;
• познакомиться с приборами к данной лабораторной работе;
• научиться собирать электрическую цепь по готовой схеме;
• научиться вычислять среднее значение экспериментальных данных;
• научиться сравнивать полученное экспериментальное значение удельного сопротивления проводника с табличными данными и определять материал, из которого сделан проводник.
Приборы и материалы: амперметр, вольтметр, лента измерительная, источник тока, проволока известного сечения (0,2 · 10-6 м2) и длиной 65-70 см из материала с большим удельным сопротивлением, металлические наконечники, ключ, соединительные провода.
Указания к работе
1. Запишите исходные формулы для расчета удельного сопротивления проводника, заполните пропуски:
2. Получите рабочую формулу для расчета удельного сопротивления проводника, заполните пропуск:
3. Зарисуйте в тетради схему электрической цепи для измерения удельного сопротивления проводника (рис. 185).
4. Измерьте лентой длину проволоки l (расстояние между металлическими наконечниками).
5. Соберите цепь, соединив последовательно источник тока, проволоку, амперметр и ключ.
6.
Параллельно проволоке подключите вольтметр.
7. Замкнув ключ, измерьте силу тока I в цепи и напряжение U на концах проволоки.
8. Вычислите удельное сопротивление по рабочей формуле.
9. Разомкните ключ, измените расстояние l между металлическими наконечниками проволоки и снова измерьте ее длину.
10. Замкнув ключ, измерьте силу тока I в цепи, напряжение U на концах проволоки и вычислите ее удельное сопротивление во второй раз.
11. Повторите пункты 9 и 10, проделав опыт и вычисления в третий раз.
12. Рассчитайте среднее значение экспериментально полученного удельного сопротивления по формуле:
13. Сравните среднее экспериментальное значение удельного сопротивления проводника с табличными, запишите вывод, укажите, из какого материала изготовлена проволока.
|
№ опыта |
Длина проволоки l, м |
Площадь поперечного сечения S, м2 (дается) |
Сила тока I, А |
Напряжение U, B |
Экспериментальное значение ρ, Ом·м |
Среднее экспериментальное значение ρ, Ом·м |
Табличное значение ρcp, Ом·м |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|||
|
3 |
|
|
|
|
2-й уровень
Цель: научиться определять удельное сопротивление проводника, установить количественную зависимость электрического сопротивления от длины проводника:
• научиться получать рабочую формулу для расчета удельного сопротивления проводника;
• познакомиться с приборами к данной лабораторной работе, научиться пользоваться микрометром или штангенциркулем;
• научиться составлять схему и собирать электрическую цепь;
• научиться вычислять среднее значение экспериментально полученной величины;
• научиться сравнивать полученное экспериментальное значение удельного сопротивления проводника с табличным и определять материал, из которого сделан проводник;
• научиться анализировать экспериментальные данные и выявлять количественные зависимости.
Приборы и материалы: амперметр, вольтметр, лента измерительная, микрометр или штангенциркуль, источник тока, проволока из материала с большим удельным сопротивлением длиной 65-70 см и диаметром около 0,5 мм, металлические наконечники, ключ, соединительные провода.
Указания к работе
1. Запишите исходные формулы для расчета удельного сопротивления проводника, заполнив пропуски:
2. Получите рабочую формулу для расчета удельного сопротивления проводника, заполнив пропуски:
3. Составьте и зарисуйте в тетради схему электрической цепи для измерения удельного сопротивления проводника.
4. Измерьте микрометром или штангенциркулем диаметр проволоки d, вычислите площадь поперечного сечения проволоки S.
5. Измерьте лентой длину проволоки l (между металлическими наконечниками).
6. Соберите цепь, соединив последовательно источник тока, проволоку, амперметр и ключ.
7. Параллельно проволоке подключите вольтметр.
8. Замкнув ключ, измерьте силу тока I в цепи и напряжение U на концах проволоки. Рассчитайте электрическое сопротивление R проволоки.
9. Вычислите удельное сопротивление r по рабочей формуле.
10. Разомкните ключ, измените расстояние l между наконечниками и измерьте длину проволоки во второй раз.
11. Замкнув ключ, измерьте опять силу тока I в цепи и напряжение U на концах проволоки; вычислите сопротивление проволоки R и ее удельное сопротивление r во второй раз.
12. Повторите п. 10, 11, проделав опыт в третий раз.
13. Рассчитайте среднее значение экспериментально полученных значений удельного сопротивления по формуле:
14. По данным таблицы постройте график зависимости R(l).
15. Сравните среднее экспериментальное значение удельного сопротивления проволоки с табличными данными, укажите, из какого материала изготовлена проволока, проанализируйте график зависимости R(l), запишите вывод.
|
№ опыта |
Длина проволоки l, м |
Площадь поперечного сечения S, м2 (дается) |
Сила тока I, А |
Напряжение U, B |
Экспериментальное значение ρ, Ом·м |
Среднее экспериментальное значение ρ, Ом·м |
Табличное значение ρcp, Ом·м |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|||
|
3 |
|
|
|
|
3-й уровень
Цель.
Научиться определять удельное сопротивление проводника, установить количественную зависимость электрического сопротивления от длины проводника:
• научиться получать рабочую формулу для расчета удельного сопротивления проводника;
• познакомиться с приборами, необходимыми для выполнения данной лабораторной работы; научиться пользоваться микрометром или штангенциркулем; научиться пользоваться омметром для измерения электрического сопротивления;
• научиться составлять схему и собирать электрическую цепь;
• научиться вычислять среднее значение экспериментально полученных данных;
• научиться сравнивать полученное экспериментальное значение удельного сопротивления проводника с табличным, определять материал, из которого сделан проводник;
• научиться анализировать экспериментальные данные и выявлять количественные зависимости;
• вычислять абсолютную и относительную погрешности измерения.
Приборы и материалы: амперметр с погрешностью DA = 0,1 А, вольтметр с погрешностью DB = 0,25 В, лента измерительная, микрометр погрешностью DM = 0,05 мм или штангенциркуль погрешностью Dш = 0,1 мм, источник тока, проволока длиной 65-70 см и диаметром около 0,5 мм из материала с большим удельным сопротивлением, металлические наконечники, ключ, соединительные провода, омметр.
Указания к работе
1-9. См. соответствующие пункты указаний 2-го уровня.
10. С помощью омметра измерьте электрическое сопротивление R* проволоки.
11. Разомкните ключ, измените расстояние между металлическими наконечниками проволоки, повторите измерения l.
12. Замкнув ключ, измерьте во второй раз I, U и R*, вычислите R и r.
13. Повторите п. 10-12, проведя измерения и вычисления в третий раз.
14.
Рассчитайте среднее значение экспериментально полученного удельного сопротивления по формуле
(для дальнейшего расчета погрешности измерений используйте R расчетное).
15. По данным таблицы постройте график зависимости R*(l).
16. Вычислите относительную погрешность измерений .
Относительными погрешностями ер и е, в данной работе можно пренебречь. ΔU = ΔB, если стрелка прибора совпадает с делением шкалы, или ΔU = ΔB + С/2, где С — цена деления, если не совпадает. Аналогично: ΔI = ΔА или ΔI = ΔА + С/2.
17. Найдите Δr = r · еr для каждого опыта.
18. Сравните среднее экспериментальное значение удельного сопротивления проволоки с табличными; укажите, из какого материала изготовлена проволока, проанализируйте график зависимости R0(l), запишите результаты измерения в виде: р — Δр ≤ р ≤ р + Δр.
Для каждого опыта сделайте вывод.
|
№ опыта |
l, м |
d, м |
S, м2 |
I, А |
U, В |
R, Ом |
R*, Ом |
ρ, Ом·м |
Среднее значение ρ, Ом·м |
Табличное значение ρ, Ом·м |
Δρ, Ом·м |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
Домашнее задание
Повторить п.
107 стр. 285 (3).
Измерение удельного сопротивления проводников — это не ракетостроение!
Характеристика удельного сопротивления металла требует точного измерения очень малых сопротивлений (и, следовательно, низких напряжений). Многие методы, используемые для металлов, применимы и к другим приложениям, таким как сопротивление сверхпроводников, нанопроводов, графена (форма углерода толщиной в один атом) и других наноматериалов. Все они включают измерение малых напряжений, при которых подаваемая мощность должна поддерживаться на низком уровне, чтобы предотвратить самонагрев устройства.
На рис. 1 показана система для определения удельного сопротивления металлического стержня или стержня. Источник тока подключается к обоим концам образца, а выводы вольтметра располагаются на известном расстоянии друг от друга на его поверхности (L). Удельное сопротивление проводящих материалов обычно определяется путем подачи источника известного тока (I), измерения падения напряжения (V), затем расчета удельного сопротивления (ρ) на основе измеренного напряжения, величины тока источника, площади поперечного сечения (A =wt), и расстояние между выводами вольтметра, используя это уравнение:
Для проводящих материалов, таких как металлы, это падение напряжения обычно составляет микровольты или нановольты, поэтому точные измерения имеют решающее значение.
Потенциальные источники ошибок включают сопротивление измерительных проводов, термоэлектрические напряжения, низкочастотный шум, внешние источники шума, шум Джонсона и использование вольтметра с недостаточной чувствительностью. К счастью, существуют специальные методы, позволяющие уменьшить влияние этих ошибок. Например, использование четырехпроводного метода, в котором один набор проводов используется для подачи тока, а другой набор используется для измерения падения напряжения на образце, устранит влияние сопротивления проводов.
Рис. 1. Определение удельного сопротивления металлического стержня или стержня
Термоэлектрические напряжения
Термоэлектрические напряжения являются распространенным источником ошибок при измерениях низкого напряжения и низкого сопротивления. Эти напряжения генерируются, когда разные металлы в цепи находятся при разных температурах. Чтобы уменьшить термоэлектрические напряжения, сконструируйте испытательные цепи, используя те же материалы для межсоединений.
Сведите к минимуму температурные градиенты в испытательной цепи и дайте испытательному оборудованию прогреться и достичь теплового равновесия. Наконец, используйте метод компенсации смещения для преодоления этих нежелательных смещений, например, метод реверсирования тока или метод компенсации смещения в дельта-режиме (см. ниже).
Шум Джонсона
Основным пределом измерения является шум Джонсона в сопротивлении источника. При любом сопротивлении тепловая энергия производит движение заряженных частиц. Это движение заряда приводит к шуму, который часто называют шумом Джонсона или тепловым шумом. Мощность (P), полученная от этого движения, определяется как:
P = 4kTB
где: k = постоянная Больцмана (1,38 × 10–23 Дж/K)
T = абсолютная температура в K
B = полоса шума в Гц
Металлические проводники приближаются к этому теоретическому пределу шума, в то время как другие материалы производят несколько более высокий уровень шума.
Шум напряжения Джонсона (E), возникающий в резисторе (R), составляет:
, а шум тока Джонсона (I), создаваемый резистором (R), составляет:
Все реальные источники напряжения и тока содержат внутреннее сопротивление; следовательно, они демонстрируют шум Джонсона. На рис. 2 показана зависимость напряжения шума Джонсона от сопротивления источника для различных полос пропускания (или времени нарастания) при комнатной температуре.
Рисунок 2: Шумовое напряжение в зависимости от ширины полосы частот при различных сопротивлениях источника
Приведенные выше уравнения предлагают несколько способов уменьшения шума Джонсона. Можно уменьшить полосу пропускания, температуру источника или сопротивление источника.
Шум Джонсона также накладывает теоретический предел на достижимое разрешение по току или напряжению. Это повлияет на выбор прибора, используемого для измерения требуемых низких напряжений.
Как показано на рисунке 3, нановольтметры являются лучшим инструментом для измерения очень низких напряжений, которые приближаются к теоретическим пределам, но только до определенного сопротивления устройства.
Рис. 3. Теоретические пределы измерения напряжения и различные приборы с разными уровнями шума Этот метод включает в себя подачу тока и измерение напряжения, затем изменение направления тока и повторное измерение напряжения еще два раза. Различия между измерениями и их средними значениями представляют собой реакцию напряжения, связанную только с образцом, полученным в результате приложенного уровня тока. Повторение процесса и использование усреднения уменьшает шум. Нановольтметр модели 2182A и источники тока модели 6220 или 6221 компании Keithley автоматизируют эти измерения в дельта-режиме и подходят для широкого диапазона удельного сопротивления.
Источниками внешнего шума являются помехи, создаваемые другим электрическим оборудованием.
Их можно контролировать путем экранирования и фильтрации или просто путем устранения источника шума. Поскольку эти источники шума часто находятся на частоте сети питания, избегайте тестовых частот, которые точно кратны или составляют доли от 50 Гц или 60 Гц. При использовании приборов постоянного тока и методов реверсирования снижение внешнего шума может быть достигнуто простым интегрированием каждого измерения для целого числа циклов линии электропередачи.
Измерение удельного сопротивления проводников может быть сложной задачей из-за всех потенциальных источников ошибок, но методы, описанные в этом блоге, могут значительно улучшить результаты измерений. Большинство цифровых мультиметров не могут измерять падение напряжения на уровне микровольт или нановольт достаточно точно, чтобы произвести хорошее измерение. Для проведения правильных измерений необходимо иметь очень чувствительный вольтметр, такой как нановольтметр модели 2182А с разрешением 1 нВ. Также необходимо иметь точный источник тока, такой как источник тока модели 6220 или 6221, чтобы уменьшить ошибки при расчете удельного сопротивления.
Вы можете узнать больше о дельта-режиме и других измерениях сопротивления в соответствующем блоге: Измерение низкого сопротивления с помощью SourceMeter: Использую ли я методы измерения обращения тока, компенсации смещения или дельта-режима?
Для получения дополнительной информации о продуктах, обсуждаемых в этом блоге, щелкните следующие ссылки:
- Нановольтметр Keithley Model 2182A
- Источник тока Keithley Model 6220 или 6221
Чтобы узнать больше об измерениях удельного сопротивления, загрузите примечания по применению: Измерение удельного сопротивления и определение типа проводимости полупроводниковых материалов с помощью четырехточечного коллинеарного датчика и источника постоянного и переменного тока модели 6221
Чтобы узнать больше о создании точных низкоуровневых приборов, загрузите Справочник по низкоуровневым измерениям – 7 th Edition
Объяснение лабораторного отчета: длина и электрическое сопротивление провода по проводам или другим внешним цепям они движутся зигзагообразно, что приводит к столкновению между электронами и ионами в проводнике, и это известно как сопротивление.
Сопротивление провода затрудняет движение электрического тока по проводу и обычно измеряется в омах (Ом).
Джордж Ом обнаружил, что разность потенциалов цепи соответствует току, протекающему по цепи, и что цепь иногда сопротивляется потоку электричества. Таким образом, указанный ученый разработал правило для расчета сопротивления, показанное на изображении сбоку:
Сопротивление является важным фактором, на который следует обратить внимание, поскольку, во-первых, чрезмерно высокое сопротивление может вызвать перегрев провода из-за трение, возникающее, когда электроны движутся против сопротивления сопротивления, что потенциально опасно, поскольку может расплавиться или даже загореться. Поэтому важно учитывать сопротивление при работе с проводами для подачи питания на устройство или около того.
В реальной жизни можно было бы применить тостер, размеры проводов которого позволяют нагреться достаточно, чтобы поджарить хлеб, но не настолько, чтобы расплавить его.
Во-вторых, сопротивление тоже можно использовать как очень полезный инструмент, позволяющий контролировать определенные вещи.
Примером из реальной жизни могут быть светодиодные фонари, которым требуется резистор для управления потоком электрического тока, чтобы предотвратить повреждение от сильного электрического тока. Другим примером может быть регулятор громкости на радио, где резистор используется для разделения сигнала, что позволяет вам контролировать уровень громкости.
Теперь ясно, что сопротивление является важным свойством, которое применялось во многих формах технологий для выполнения полезной функции, и этот эксперимент направлен на то, чтобы увидеть, как мы можем его контролировать. Сопротивление провода варьируется в зависимости от четырех факторов провода; температура, материал, диаметр/толщина и длина провода.
В этом эксперименте основное внимание будет уделено последнему фактору — длине — и будет исследовано, насколько большую роль будет иметь длина провода в его электрическом сопротивлении, используя диапазон длин проводов для тестирования.
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ВОПРОС
Как изменение длины нихромовой проволоки диаметром 0,315 мм, разрезанной на размеры 10 см, 20 см, 30 см, 40 см и 50 см, влияет на электрическое сопротивление, создаваемое внутри нихромовой проволоки, которое может быть измеряется омметром, при этом контролируются температура и место проведения эксперимента?
ГИПОТЕЗА
Если длину нихромовой проволоки увеличить на 10 см, начиная с 10 см длины, то на графике, измеряющем электрическое сопротивление проволоки, будет наблюдаться положительный наклон с математической функцией y = mx, что отображает увеличивающееся количество генерируемого сопротивления.
ПРИЧИНА ДЛЯ ГИПОТЕЗЫ
Удвоение длины провода аналогично последовательному соединению двух более коротких проводов. Если один короткий провод имеет сопротивление 1 Ом, то 2 коротких провода при последовательном соединении будут иметь сопротивление 2 Ом.
Более длинный провод также означает, что в нем будет больше атомов, а это значит, что движущиеся электроны будут сталкиваться с ними с большей вероятностью; следовательно, более высокое сопротивление. Например, провод длиной 10 см состоит из 5 атомов, а провод длиной 20 см — из 10 атомов. Если, скажем, 5 электронов попытаются пройти через эти два провода, вероятность того, что они столкнутся с атомами, выше в 20-сантиметровом проводе, чем в 10-сантиметровом. Следовательно, чем длиннее провод, тем выше сопротивление.
Источник: Кабинет физики «Сопротивление». Класс физики, nd Веб. 8 мая 2018 г. [http://www.physicsclassroom.com/class/circuits/Lesson-3/Resistance]
ПЕРЕМЕННЫЕ
| Независимая Переменная
4 6 |
|||||||||||||||||||||||||||||
| Длина нихромовой проволоки | Сопротивление нихромовой проволоки | ||||||||||||||||||||||||||||
| Эксперимент будет работать с 5 наборами нихрома | Каждый провод будет измерен омметром | ||||||||||||||||||||||||||||
длины 10 проводов.
| мультиметр с погрешность ±0,01 Ом | ||||||||||||||||||||||||||||
| с шагом 10 см. Длины каждого провода | точно путем обрезания щупов омметра | ||||||||||||||||||||||||||||
| будут измерены в см с помощью 30-сантиметровой линейки с | к краям нихромовой проволоки, которые должны быть | ||||||||||||||||||||||||||||
| погрешность ±0,05см и будет следующим: 10, | проверено. | ||||||||||||||||||||||||||||
| 20, 30, 40, 50 | |||||||||||||||||||||||||||||
| Контролируемые переменные | Влияние, если оно не контролируется | Как управлять | |||||||||||||||||||||||||||
| Материал проволоки | Различные материалы имеют разные 0 | сопротивления; некоторые из них являются лучшими проводниками, | |||||||||||||||||||||||||||
| , что означает, что они имеют больше свободных электронов, | эксперимент будет сохранен точно | ||||||||||||||||||||||||||||
, таким образом, имея меньшее сопротивление. |
то же, что нихромовая проволока. | ||||||||||||||||||||||||||||
| Материалы также имеют различный нагрев | |||||||||||||||||||||||||||||
| точка. | |||||||||||||||||||||||||||||
| потенциально опасны. | |||||||||||||||||||||||||||||
| Диаметр провода | Диаметр провода является одним из факторов | Диаметр провода, который будет | |||||||||||||||||||||||||||
| влиять на сопротивление провода для | 4 9104 | , то через него протекало бы ровно | |||||||||||||||||||||||||||
| электронов, то есть | то же самое, то есть 0,315 мм. | ||||||||||||||||||||||||||||
| приводят к меньшему сопротивлению. Сохранение | |||||||||||||||||||||||||||||
| Температура | Работа в разные температуры могут | Температура будет поддерживаться на уровне | |||||||||||||||||||||||||||
| эксперимент в одной комнате, в течение | |||||||||||||||||||||||||||||
| электроны будут двигаться быстрее из-за | того же периода времени. |
||||||||||||||||||||||||||||
| столкновений с атомами, | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | для него может быть источником тепла. | |||||||||||||||||||||
| Напряжение питания | Напряжение питания должно поддерживаться на уровне | .0144 | |||||||||||||||||||||||||||
| то же самое, что и отправленное напряжение и ток | , и ток изменится | ||||||||||||||||||||||||||||
| зависит от этого; более высокий блок питания | в зависимости от напряжения. | ||||||||||||||||||||||||||||
| напряжение, тем больше напряжение и ток будет | |||||||||||||||||||||||||||||
| сопротивление. | |||||||||||||||||||||||||||||
МАТЕРИАЛЫ И ОБОРУДОВАНИЕ 104 9
| Размер | Количество | Погрешность | |
| 1 | |||
| Проволока нихромовая | 150 см | 1 | |
| Ножницы | – | 1 | |
| Цифровой мультиметр | – | 1 | ±0,01 см |
| Положительный и отрицательный щупы мультиметра | – | 2 | |
| Наждачная бумага | 1 | ||
144 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА С ПРОЗРАЧНЫМИ ЭТИКЕТКАМИ
- Для безопасности наденьте защитные очки, лабораторные халаты, перчатки и маски.
- Аккуратно обращайтесь со всеми материалами.
- Имейте чистое и чистое рабочее место для эксперимента.
- Не употребляйте в пищу какие-либо используемые материалы и держите их подальше от глаз.
- Завершите все испытания в одной и той же области/комнате в одно и то же время дня, используя одни и те же материалы.
- Очистите лабораторию после эксперимента.
- Тщательно промойте все материалы теплой водой с мылом после эксперимента.
МЕТОД/МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
- Соберите материалы и установите цепь, как показано на схеме эксперимента выше.
- Установите мультиметр в режим омметра и подключите красный щуп к выходу с надписью COM, а черный щуп к выходу с меткой mAVΩ.
- Возьмите 150 см нихромовой проволоки и скребите или потрите ее наждачной бумагой, чтобы она стала токопроводящей.
- Разрежьте ножницами проволоку на 5 отдельных проволок длиной 10, 20, 30, 40 и 50 см.
- Измерьте каждый провод, поместив точки обоих щупов на края проводов, и измерьте их четыре раза/попробы каждый.
- Запишите показания мультиметра сопротивления каждого из 5 проводов.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Зарегистрированное сопротивление для 5 нихромовой проволоки разной длины
| Независимый | Зависимый | |||||||||||||||||||
| Длина | Величина сопротивления провода 5 различных длин | 4 | 4 | 4 | 4 | |||||||||||||||
| нихромовая проволока | ||||||||||||||||||||
| 4 | 4 | 4 | ||||||||||||||||||
No. 144
|
|
|
|
|
|
|
| |||||||||||||
| Погрешность прибора: ±0,01 | Среднее значение 0144 | |||||||||||||||||||
неопределенность0144
| |
| |||||||||||||||||||
| ±0,05 см | 144 | |||||||||||||||||||
| Испытание 1 | Испытание 3 | Испытание 4 | Среднее | (макс.-мин.)/2 | 4 | |||||||||||||||
| 9 | самый низкий | |||||||||||||||||||
| 1 | 10,00 | 3,50 | 3,50 | |||||||||||||||||
| 3,48 | ||||||||||||||||||||
| 0,05 | среднее | |||||||||||||||||||
| 9114 | ошибка | 2 | 20,00 | 4,40 | 4,50 | 4,70 | 4,70 | 4,58 | 0,2 9 114 90 44 90 | |||||||||||
| 4 | 4 | 4 | ||||||||||||||||||
| 3 | 30,00 | 6,50 | 7,00 | 7. 00 |
0,7 | 9014 4 | 0144 | высший | ||||||||||||
| 4 9014 9014 0141 | ||||||||||||||||||||
| 4 | 40,00 | 7,50 | 7,78 | 7,78 | ||||||||||||||||
| 9014 4
4 41 |
среднее | |||||||||||||||||||
| ошибка | 44 | |||||||||||||||||||
| 5 | 50,00 | 8,40 | 7,00 | 8,60 | 8,48 | 8,48 | 0,6 | |||||||||||||
| 1 9 |
ПРИМЕР РАСЧЕТА ОБРАБОТАННЫХ ДАННЫХ
Среднее число данных 3: (6,50+7,00+6,50+7,90) ÷ 4 = 6,98 Средняя неопределенность данных №.
3: (7,90-6,50) ÷ 2 = 0,70
ГРАФИК (на основе средних данных)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОЦЕНКА
На графике показана возрастающая линейная линия тренда с математической функцией Y = 0,132X + 2.3, на котором показана положительная корреляция, как видно из линии, идущей вверх и вправо, которая указывает положительные значения, а также градиента, который отображает положительное значение. График также имеет идентифицированный наклон или градиент 0,132.
Эта единица измерения градиента — ом/см, а градиент представляет скорость общего увеличения зависимой переменной по мере увеличения независимой переменной. Наклон показывает, что при увеличении длины провода сопротивление увеличится примерно на 1,25 Ом, что можно доказать расчетом графика, где все средние значения были рассчитаны из средних приращений каждого провода — (0,7+0,78+2,42+1,1)÷4=1,25.
Другим аспектом математической функции, который можно идентифицировать, является точка пересечения Y, которая равнялась 2,3 и представляет собой среднее сопротивление (dv) первых данных независимой переменной, равное 3,48 Ом.
Данные для длины проводов (независимая переменная) составляли от 10 см до 50 см с шагом 10 см между каждым проводом, в то время как сопротивление (зависимая переменная), по-видимому, отображало самые низкие данные 3,48 Ом и самые высокие данные 8,48 Ом, который, по-видимому, хорошо согласуется с смоделированным графиком линии наилучшего соответствия, что явно подтверждается определением коэффициента (R2), в котором говорится, что линия наилучшего соответствия соответствует разбросанным данным на 94,98%
Данные не полностью соответствуют смоделированному наилучшему соответствию линия, так как ошибки действительно произошли вместе с экспериментом, о чем свидетельствуют довольно большие полосы ошибок над данными. Максимальная планка погрешности, которую можно определить, — это 4-я независимая переменная, которая представляла собой провод длиной 40 см, а минимальная планка погрешности была расположена в 1-х данных, которая представляла собой провод длиной 10 см.
Два данных с наибольшими ошибками вышли намного выше прогнозируемой линии, из чего мы можем сделать вывод, что собранные данные имеют непостоянную точность.
Когда дело дошло до измерения этих двух данных, данные, полученные в каждом испытании, были очень противоречивыми, что, предположительно, было вызвано непоследовательным трением наждачной бумагой, что будет дополнительно проработано в предложениях по улучшению.
Образец на графике подтверждает гипотезу эксперимента, который предсказал, что если длина провода увеличится, измеренное сопротивление также увеличится, на графике будет наблюдаться положительный градиент с математической функцией y = mx + c, которая должен отображать возрастающее сопротивление.
Это было доказано и подтверждено линией тренда на графике, который в основном показывает положительную корреляцию в увеличении сопротивления с той же скоростью, что и независимая переменная, что как и предсказывала гипотеза. График также показал положительную математическую функцию y = 0,132x + 2,3 с положительным градиентом (0,132x).
Однако всему этому есть научное объяснение. Известно, что длина провода является одним из четырех факторов, влияющих на сопротивление провода, и этот эксперимент просто подтвердил это.
Логичное объяснение состоит в том, что более длинная проволока также означает, что в ней будет больше атомов, а это означает, что движущиеся электроны будут сталкиваться с ними с большей вероятностью; следовательно, более высокое сопротивление. Например, провод длиной 10 см состоит из 5 атомов, а провод длиной 20 см — из 10 атомов. Если, скажем, 5 электронов попытаются пройти через эти два провода, вероятность того, что они столкнутся с атомами, выше в 20-сантиметровом проводе, чем в 10-сантиметровом. Следовательно, чем длиннее провод, тем выше сопротивление.
В заключение, эксперимент был успешным исследованием, которое успешно отвечает на исследовательский вопрос о том, как в основном изменяется длина проволоки (особенно нихромовой проволоки диаметром 0,315, нарезанной на размеры 10 см, 20 см, 30 см, 40 см и 50 см) может повлиять на электрическое сопротивление, создаваемое в проводах.
Исследование пришло к выводу, что существует четкая зависимость между длиной и сопротивлением провода и что первое действительно влияет на второе.
ОЦЕНКА И ПРЕДЛОЖЕНИЯ
| Случайная ошибка | Описание (Значимость ошибки) | 901 0006 | |||||
| Противоречивый | Проволока, которая использовалась для | Посмотрев на ювелирное ремесло | |||||
| форма проволоки | все эксперименты были вырезаны из длинного рулона | уроки, я открыл для себя метод из нихромовой проволоки, а также потому, что они | выпрямляющих проволок, которые были | ||||
| были свернуты для значительного | удержания их на другой кромке при этом | ||||||
| количество времени и из-за их жесткой | другой руки, которая тянула проволоку | ||||||
| форму, вряд ли удалось | выпрямить из рулона/мотка | полностью выпрямите провода. Итак, |
с нагревом и сильным щипком, что | ||||
| , потому что провода все еще довольно | , потребуют перчатки, а это было | ||||||
| свернуты, экспериментаторов не было | что-то мы не сделали. Следовательно, | ||||||
| в состоянии получить точные измерения | в следующий раз, когда мы будем работать с проводами, это | ||||||
| проводов. | было бы неплохо убедиться, что они | ||||||
| свежий из рулона с помощью | |||||||
| учебники из Интернета, чтобы узнать | |||||||
| 9 | |||||||
| Систематическая ошибка | Описание (значительность ошибки) | Предложение по улучшению | |||||
| Неточность | Провода были измерены и обрезаны | измерения | вручную, линейкой и ножницами и | мы выпрямили провода | |||
| длины проводов | потому что это было сделано вручную | заранее, чтобы мы могли просто заклеить скотчем | |||||
| люди, человеческие ошибки были неизбежны, | провода к линейке, и тщательно | ||||||
| из-за чего мы не могли | наблюдать за измерениями. |
||||||
| точно измерьте провод, используя провод | Однако, поскольку провода были | ||||||
| , так как провод продолжал двигаться, а | изгибались и изгибались, 9 | ||||||
| измерения зависели от нашего взгляда | оцените размеры. | ||||||
| линейки, которая сделала бы | вырезки, также не были точными, поскольку измерения | ||||||
| были еще более нестабильными. | не смогли пометить провода на | ||||||
| где именно резать. | |||||||
| Систематическая ошибка | Описание (значительность ошибки) | Предложение по улучшению 9 01401
6 6 44 | |||||
| Несоответствие | непоследовательное использование | В следующий раз эксперименты должны | |||||
| изготовление проводов | материалы на протяжении всего эксперимента, | продумать ступени и прорезать | |||||
| токопроводящие | одним из которых была протирка | их в один целый провод 150см, | 910 | провода с наждачной бумагой, которая была | и протрите все это | ||
| важный шаг, так как это приведет к более качественной | той же наждачной бумаге за то же время, | ||||||
и последовательное чтение. Однако |
, но один и тот же человек, все сразу, поэтому | ||||||
| потому что у экспериментаторов не было | проводов одинаковое количество | продумать это, мы режем проволока из | электропроводность даже если они | ||||
| скрученные катушки один за другим и протертые | позже разрезать на более мелкие части | ||||||
| их по отдельности, что означает некоторые из | разной длины. | ||||||
| провода были протерты в большем количестве мест | |||||||
| 0141 | |||||||
| чем другие, или другие многие возможные | |||||||
| ошибки. Именно это привело к | |||||||
| больших полос ошибок этих 2 данных | |||||||
Добавить комментарий