Как поступить
в Онлайн-школу и получить аттестат?

Подробно расскажем о том, как перевестись на дистанционный формат обучения, как устроены онлайн-уроки и учебный процесс, как улучшить успеваемость и повысить мотивацию!

Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных

  • Все предметы
  • 10 класс
  • Физика
  • Расчёт сопротивления системы, состоящей из нескольких проводников, соединённых между собой. Измерение силы тока и напряжения

Конспект урока: Расчёт сопротивления системы, состоящей из нескольких проводников, соединённых между собой. Измерение силы тока и напряжения

Постоянный электрический ток

Расчёт сопротивления системы, состоящей из нескольких проводников, соединённых между собой. Измерение силы тока и напряжения

План урока

  • Расчет сопротивления системы, состоящей из последовательно соединённых проводников
  • Расчет сопротивления системы, состоящей из параллельно соединённых проводников
  • Измерение силы тока и напряжения

Цели урока

  • Уметь рассчитывать полное сопротивление цепей, состоящих из последовательно соединённых проводников
  • Уметь рассчитывать полное сопротивление цепей, состоящих из параллельно соединённых проводников
  • Знать, как подключать амперметр и вольтметр в цепь

Разминка

  • Сформулируйте закон Ома для участка цепи?
  • Что такое электрический ток?
  • В чем измеряется сопротивление проводника?

Расчет сопротивления системы, состоящей из последовательно соединённых проводников

Рис. 1. Последовательное соединение проводников Рис. 1. Последовательное соединение проводников

Чаще всего, при расчете полного сопротивления цепи, приходится иметь дело с последовательно и параллельно соединёнными проводниками (резисторами). Для начала рассмотрим последовательное соединение трех проводников (рис. 1). Стоит заметить, что данные рассуждения справедливы как для двух проводников, так и для 100, так и для любого целого числа N.

При последовательном соединении проводников общее сопротивление равно сумме сопротивлений отдельных проводников. Общее сопротивление цепи, изображенной на рисунке 1, равно:

 

Rобщ=R1+R2+R3;

 

Rобщ=R1+R2+...+RN − для N последовательных проводников.


При последовательном соединении проводников, сила тока на каждом из них одинакова и равна силе тока на входе цепи. Для рис. 1: I=I1=I2=I3.

При последовательном соединении проводников, общее (полное) напряжение цепи равно сумме напряжений на каждом проводнике по-отдельности: Uобщ=U1+U2+U3 (см. рис. 1).


Пример 1

 

Рассчитайте полное сопротивление цепи, если R1=R2=8 ОмR3=4 Ом. Определите полное напряжение цепи, если сила тока в цепи I=12 А.


Решение
 

1. Все величины даны в системе СИ, поэтому перейдем к расчету полного сопротивления цепи:

 

Rобщ=R1+R2+R3=8+8+4=20 Ом.

 

2. Определим напряжение на каждом из проводников, для этого воспользуемся законом Ома для участка цепи:

 

I=URU=I·R.

 

Проводники соединены последовательно, поэтому сила тока на каждом из них одинакова: I=I1=I2=I3=12 А.

 

U1=I·R1=12·8=96 ВU2=I·R2=12·8=96 ВU3=I·R3=12·4=48 В

 

3. Полное напряжение находится, как сумма напряжений всех проводников

 

Uобщ=U1+U2+U3=96+96+48=240 В.
 

Конечно, можно рассчитать и другим образом:

 

Uобщ=I·Rобщ=12·20=240 В.

 

Ответ: Rобщ=20 ОмUобщ=240 В.


Упражнение 1

 

1. Рассчитайте полное сопротивление цепи (см. рис. 1), если R1=7 ОмR2=9 ОмR3=13 Ом.
 

2. Чему равно полное сопротивление 10 последовательно соединённых проводников одинокого сопротивления R=6 Ом? Найдите силу тока в цепи, если полное напряжение равно 120 В.


Расчет сопротивления системы, состоящей из параллельно соединённых проводников

Рис. 2. Параллельное соединение проводников Рис. 2. Параллельное соединение проводников

Перейдем к рассмотрению параллельного соединения трех проводников (рис. 2). Как и в прошлом пункте, рассуждения будут справедливы для любого целого количества проводников. Обратим внимание на ключевую особенность такого соединения проводников: каждый проводник одним концом присоединен к точке А, а другим – к точке В. Отсюда следует, что напряжение на каждом из проводников одинаково между собой и равно полному напряжению в цепи, приложенному к точкам А и В.

При параллельном соединении проводников обратная величина общего сопротивления равна сумме обратных величин сопротивлений отдельных проводников. Общее сопротивление цепи, изображенной на рисунке 2 равно:

 

1Rобщ=1R1+1R2+1R3;

 

1Rобщ=1R1+1R2+...+1RN − N параллельно соединенных проводников.


При параллельном соединении проводников, сила тока в цепи равна алгебраической сумме токов на каждом из проводников, ток будто бы разветвляется в точке А. Iобщ=I1+I2+I3 (рис. 2).

При параллельном соединении проводников, общее (полное) напряжение цепи совпадает с напряжением на каждом отдельном проводнике: U=U1=U2=U3.


Пример 2

 

Рассчитайте полное сопротивление цепи, если R1=R2=R3=4 Ом,  R4=6 Ом. Определите полное напряжение цепи, если сила тока в цепи I=2 А.


Решение
 

1. Все величины даны в системе СИ, поэтому перейдем к расчету полного сопротивления цепи. Попробуем упростить схему, изображенную выше, для этого заметим, что у нас имеется две пары последовательно соединённых проводников.

R12=R1+R2=4+4=8 Ом;

R34=R3+R4=4+6=10 Ом.

 

2. Теперь наша цепь выглядит, как два параллельно соединенных проводника R12 и R34.

Найдем полное сопротивление:

 

1Rобщ=1R12+1R34=18+110=1880;

 

Rобщ=8018=409 Ом.

 

3. Полное напряжение находится из закона Ома для участка цепи

Uобщ=I·Rобщ=2·409=809 В.

 

Ответ: Rобщ=409 ОмUобщ=809 В.


Упражнение 2

 

1. Рассчитайте полное сопротивление цепи (см. рис. 2), если R1=12 ОмR2=9 ОмR3=16 Ом.
 

2. Найдите полное сопротивление цепи, если R1=R2=10 ОмR3=20 ОмR4=4 Ом.

3. Рассчитайте полное сопротивление цепи, если R1=10 ОмR4=30 ОмR2=R3=20 Ом. Найдите напряжение на резисторе R2, если через резистор R1 протекает ток I=5 А.


Измерение силы тока и напряжения

Рис. 3. а) амперметр в электрической цепи; б) схематическое изображение амперметра Рис. 3. а) амперметр в электрической цепи; б) схематическое изображение амперметра

Зная сопротивление резисторов и напряжение в цепи, мы можем рассчитать силу тока. Чтобы проверить точность своих расчетов, используется амперметр. Амперметр – это прибор, позволяющий измерить силу тока в цепи. У амперметра имеется пара клемм, с помощью которых его подключают в цепь. При подключении амперметра важно соблюдать полярность. Клемму со знаком «+» нужно обязательно соединять с проводом идущим от положительного полюса источника тока. На рисунке 3 а) синем обозначено направление тока, мы знаем, что ток идет от плюса к минусу, соответственно амперметр подключен по направлению тока.

Рис. 4. а) вольтметр в электрической цепи; б) схематическое изображение вольтметра Рис. 4. а) вольтметр в электрической цепи; б) схематическое изображение вольтметра

 

 

 

Помимо силы тока, часто требуется измерять напряжение. Вольтметр – это устройство, позволяющее измерять напряжение на полюсах источника тока или на каком-нибудь участке цепи. Аналогично амперметрам, при подключении вольтметра необходимо соблюдать полярность. Зажим со знаком «+» нужно соединять с проводом, идущим от положительного полюса источника тока, в противном случае стрелка вольтметра будет отклоняться в обратную сторону.


Амперметр подключается в цепь последовательно с тем прибором, силу тока которого хотят измерить. Амперметр можно подключить как перед прибором, так и после него. Амперметр на схемах обозначается буквой A в кружочке (см. рис. 3. б).

Вольтметр подключается в цепь параллельно с тем прибором, напряжение которого хотят измерить. Иными словами, зажимы вольтметра присоединяются к таким точкам цепи, между которыми требуется измерить напряжение. Вольтметр на схемах обозначается буквой V в кружочке (см. рис. 4. б).


Пример 3

 

Определить цену деления амперметра, изображенного на картинке.


Решение
 

Чтобы найти цену деления, необходимо взять значения двух соседних штрихов с числами, например 20 и 40, и разделить их разницу на количество делений между ними.
 

40-2010=2 мА.

 

Ответ: 2 мА.


Упражнение 3

 

1. Выберите рисунок, на котором амперметр подключен правильно.

2. Определите цену деления вольтметра.


Контрольные вопросы

 

1. В чем различие последовательного и параллельного соединения проводников?
2. Что такое вольтметр?
3. Как подключается амперметр в электрическую цепь?


Ответы

 

Упражнение 1

 

1. 29 Ом. 

 

2. 60 Ом; 2 A.

 

Упражнение 2

 

1. 14437 Ом. 

 

2. 12,5 Ом. 

 

3. 50 Ом, 50 В.

 

Упражнение 3

 

1. Первый рисунок.

 

2. 5 В.


Предыдущий урок
Равномерное прямолинейное движение. Решение задач кинематики равномерного прямолинейного движения. Графический и аналитический способы решения
Кинематика
Следующий урок
Электрический ток в электролитах. Электролиз и его применение
Постоянный электрический ток
  • Молекулярная физика и термодинамика. Основные положения молекулярно-кинетической теории. Характер движения и взаимодействия молекул в газах, жидкостях и твёрдых телах. Масса молекул. Количество вещества

    Физика

  • Искусство

    Обществознание

  • А.П. Чехов. Новая драма. «Вишневый сад»: история создания, жанр, система образов. Действующие лица и авторское отношение к ним

    Литература

Зарегистрируйся, чтобы присоединиться к обсуждению урока

Добавьте свой отзыв об уроке, войдя на платфому или зарегистрировавшись.

Отзывы об уроке:
Пока никто не оставил отзыв об этом уроке