Номер §50 ПМ 3

Пример выполнения и записи наблюдений. Это образец ожидаемых результатов; при выполнении опыта нужно записать собственные наблюдения.

Подготовка. Собираем цепи при отключённом питании. По устройству макетной платы, описанному в §, отверстия шин питания соединены по горизонтали, а контакты средней части объединены в отдельные вертикальные группы. Поэтому выводы компонента, которые должны находиться на разных участках цепи, вставляем в разные группы контактов. Плюс источника соединяем с красной шиной, минус — с синей. Не соединяем их напрямую: это вызовет короткое замыкание. При нагревании деталей отключаем питание и проверяем сборку.

. Модель фонарика. По рис. . собираем последовательную цепь: плюс источника — резистор — анод светодиода — катод светодиода — кнопка — минус источника. Анод подключаем со стороны плюса, поскольку светодиод требует соблюдения полярности. Резистор оставляем в цепи во всех опытах: он ограничивает ток и защищает светодиод.

Два элемента по , В дают напряжение В. При разомкнутой кнопке светодиод не горит, поскольку цепь разорвана. При нажатии кнопки цепь замыкается и светодиод светится.

Сначала при неизменном напряжении сравниваем резисторы разных номиналов, например и Ом. Затем при одном и том же резисторе сравниваем разные допустимые для деталей напряжения. Меняем только один параметр за один опыт, чтобы понять причину изменения. Большие напряжения из указанного диапазона проверяем в виртуальной модели с контролем тока; их нельзя автоматически считать допустимыми для любого светодиода и резистора.

Закон Ома для участка цепи имеет вид . При одинаковом напряжении увеличение сопротивления резистора уменьшает ток, поэтому светодиод светит слабее. При увеличении напряжения источника с неизменным резистором ток обычно возрастает и свечение усиливается. При этом светодиод тоже имеет падение напряжения: нельзя считать, что всё напряжение источника приложено к резистору. Точный ток без характеристик светодиода не вычисляем.

Пример наблюдений: с резистором Ом светодиод светит слабее, чем с резистором Ом при том же источнике; при небольшом увеличении допустимого напряжения с тем же резистором свечение становится ярче.

. Электромотор. По рис. . последовательно соединяем источник, кнопку и электромотор. Замыкаем кнопку: вал вращается, потому что мотор превращает электрическую энергию в механическую. Размыкаем кнопку: питание мотора прекращается, и вал останавливается.

Отключаем питание, меняем местами провода на выводах мотора и снова включаем цепь. Вал вращается в противоположном направлении. Это соответствует свойству электромотора, указанному в таблице .: направление вращения зависит от полярности подключения.

Возвращаем прежнюю полярность и поочерёдно включаем последовательно резисторы разных номиналов. Дополнительное сопротивление ограничивает ток; на резисторе падает часть напряжения источника. Мотор получает меньшее напряжение, поэтому обычно вращается медленнее. При большом сопротивлении он может не начать вращение. Закон Ома объясняет ограничение тока добавленным резистором, но для точного расчёта скорости данных недостаточно. Нельзя останавливать вал рукой: это может повредить мотор и привести к травме.

Пример наблюдений: без добавочного резистора мотор вращается; после перестановки проводов вращается в другую сторону; с последовательно включённым резистором вращение замедляется либо мотор не запускается.

. Фоторезистор. По рис. . собираем последовательную цепь из источника, ограничивающего резистора, светодиода и фоторезистора. Соблюдаем полярность светодиода. При неизменных остальных условиях сначала освещаем фоторезистор, затем прикрываем его непрозрачной карточкой.

При усилении освещения сопротивление фоторезистора уменьшается. Общее сопротивление цепи становится меньше, ток увеличивается и светодиод светит ярче. При затенении сопротивление фоторезистора увеличивается, ток уменьшается и светодиод тускнеет. Такое поведение объясняется зависимостью сопротивления фоторезистора от света и законом Ома.

Пример наблюдений: при освещении фоторезистора свечение усиливается, при затенении ослабевает. После окончания работы отключаем питание и убираем детали.