С. Д. Варламов А. Р. Зильберман
жүктеу/скачать 1,21 Mb. Pdf көрінісі
|
experiment
| Электрический «чёрный ящик»
( 10—2—2007 ) В «чёрном ящике» находятся последовательно соединён- ные резистор и нелинейный элемент с двумя выводами (в от- личие от обычного резистора, для нелинейного элемента график зависимости между током через него и его напряже- нием получается криволинейным). Приборы и приспособления : колодка с подключённым к ней «чёрным ящиком», вольтметр 6 Вольт, миллиампер- метр 5/50 мА, батарейка плоская, потенциометр 470 Ом (или 1 кОм), провода. Задание : постройте график зависимости тока от напря- жения для «чёрного ящика». Определите, в каких пределах может находиться величина сопротивления резистора, нахо- дящегося в «чёрном ящике». Экспериментальные задачи физических олимпиад 125 Решение . Раз в задании первым делом сказано построить зависимость тока от напряжения, не мудрствуя лукаво, по- строим эту зависимость. В а р и а н т 1. Проверка показывает, что при последова- тельном соединении батарейки, «чёрного ящика», потенцио- метра и миллиамперметра при одной полярности подключе- ния батарейки ток через миллиамперметр идёт, а при дру- гой полярности подключения он настолько мал, что стрелка прибора практически не отклоняется. Вывод: внутри ящика находится диод. И по линейной части ВАХ можно оценить величину сопротивления резистора. В а р и а н т 2. При последовательном соединении бата- рейки, «чёрного ящика», потенциометра и миллиамперметра ток через миллиамперметр идёт, причём смена полярности подключения батарейки приводит к изменению знака тока, а величина его остаётся такой же. Вывод: нелинейный эле- мент в «чёрном ящике» — это либо лампочка накаливания, либо два диода, соединённые параллельно. 2а. Если при малых токах суммарное сопротивление ре- зистора и нелинейного элемента существенно меньше, чем сопротивление при больших токах, то нелинейный элемент — это лампочка. Связь между величиной сопротивления лам- почки (вблизи рабочей точки, когда нить накалена) и током, который через неё протекает, известна: R ∼ I 2 / 3 , то есть сопротивление лампочки самое маленькое, когда ток, текущий через неё, мал. Наклон ВАХ вблизи нулевого зна- чения тока даёт суммарное сопротивление резистора и ма- лого сопротивления лампочки. А при больших токах сопро- тивление лампочки значительно вырастает (может вырасти в 10—12 раз). Обработкой результатов (графика ВАХ) можно оценить вклады в общее сопротивление линейного и нелиней- ного сопротивлений. 2б. Если при малых токах суммарное сопротивление рези- стора и нелинейного элемента существенно больше, чем сум- марное сопротивление при больших токах, то нелинейный элемент сделан из двух диодов. В этом случае сопротивление 126 Часть 2 резистора может быть оценено по линейной части ВАХ при больших токах через «чёрный ящик». Исследование полупроводникового диода ( 9—1—2008 ) Задание : снимите вольтамперную характеристику диода, определите напряжение, при котором ток через диод состав- ляет 0,1 мкА. Оборудование : диод неизвестного типа, батарейка 1,5 В с держателем, потенциометр 1 кОм, резисторы 1 кОм, 10 кОм, 39 кОм, мультиметр электронный. Диод подключён к измерительной схеме при помощи за- жимной панели (полярность подключения диода выбрана правильно!). Изменяя подаваемое на диод напряжение при помощи потенциометра, нужно определить зависимость тока через диод от приложенного напряжения в достаточно ши- роком диапазоне токов. Проблема в том, что в вашем распо- ряжении всего один измерительный прибор (универсальный многопредельный амперметр — вольтметр — омметр). Приду- майте способ измерения нужных величин с использованием выданных резисторов (их сопротивления можно измерить тем же мультиметром с точностью не хуже 1%). Справочные данные : в режиме измерения напряжений вольтметр имеет сопротивление 1 МОм (одинаковое на раз- ных пределах, это значение можно считать точным). В режи- ме измерения токов «падение напряжения» при максималь- ном значении измеряемой величины составляет ровно 0,2 В. Сопротивление 1 кОм — это ровно 1000 Ом, 1 МОм — ровно 1 миллион Ом. Пожалуйста, не подключайте прибор к батарейке напря- мую в режиме измерения токов — прибор будет испорчен. Не подключайте диод напрямую к батарейке — последовательно с диодом должен быть подключён какой-нибудь из выданных вам резисторов! Измерение ёмкости конденсатора ( 10—1—2008 ) Задание : измерьте ёмкость электролитического конденса- тора. Экспериментальные задачи физических олимпиад 127 Оборудование: конденсатор большой ёмкости, подключён- ный к зажимному устройству (конденсатор полярный, его «минусовый» вывод подключён с краю), батарейка (при- близительно 4,5 В), мультиметр стрелочный, секундомер, резистор с известным сопротивлением 152 кОм, провода. Нужно измерить с максимально возможной точностью ёмкость выданного конденсатора. Ток полного отклонения прибора в режиме измерения напряжений 50 мкА — его сопротивление в режиме измерения напряжений 20 кОм (1 кОм — ровно 1000 Ом, 1 мкА — миллионная часть Ампера). «Класс точности» прибора принять 1,5%. Способ решения очевиден: нужно заряжать и разряжать конденсатор от батарейки через резистор с известным сопро- тивлением. жүктеу/скачать 1,21 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|