Меню

Вольтметр измерение напряжения задачи

Электрическое напряжение. Единицы напряжения. Вольтметр. Измерение напряжения. 8-й класс

Разделы: Физика

Класс: 8

Цель урока: дать понятие напряжение как физической величины характеризующей электрическое поле, создающее электрический ток, вести единицу напряжения.

Оборудование: амперметры двух видов, вольтметры двух видов, портрет Алессандро Вольта.

Ход урока

I. Актуализация знаний.

Проверка домашнего задания. Слайд 2.

  1. Что такое сила тока? Какой буквой она обозначается?
  2. По какой формуле находится сила тока?
  3. Как называется прибор для измерения силы тока? Как он обозначается в схемах?
  4. Как называется единица силы тока? Как она обозначается?
  5. Какими правилами следует руководствоваться при включении амперметра в цепь?
  6. По какой формуле находится электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника, если известны сила тока и время его прохождения?
  7. Индивидуальные задания:

1) Через поперечное сечение проводника в 1 с проходит 6*10 -19 электронов. Какова сила тока в проводнике? Заряд электрона 1,6*10 -19 Кл.
2) Определите силу тока в электрической лампе, если через нее за 10 мин проходит электрический заряд, равный 300 Кл.
3) Какой электрический заряд протекает за 5 мин через амперметр при силе тока в цепи 0,5 А.

  1. Проверочная работа (по карточкам):

1.Сколько миллиампер в 0,25 А?

2.Выразите 0,25мА в микроамперах.

На рис. 1 изображена схема электрической цепи.

3. Где на этой схеме у амперметра знак “+”?

4. Какое направление имеет ток в амперметре?

а) от точки М к N
б) от точки N к М

1.Выразите 0,025 А в амперметрах.

2.Сколько микроампер в 0,025мА?

На рис. 2 изображена схема электрической цепи.

3. Где на этой схеме у амперметра знак “+”?

4. Какое направление имеет ток в амперметре?

а) от точки М к N
б) от точки N к М

9) Проверка теста. Слайд 3

II. Изучение нового материала.

1. Диск Виртуальная школа Кирилла и Мефодия. Уроки физики Кирилла и Мефодия, 8 класс.

1) Что такое электрический ток?

Ответ учащихся: Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц.

2) Каковы условия существования электрического тока?

Ответ учащихся: 1 условие – свободные заряды,

2 условие – должен быть в цепи источник тока.

3) Объяснение учителя:

Направленное движение заряженных частиц создаётся электрическим полем, которое при этом совершает работу. Работа, которую совершает электрический ток при перемещении заряда в 1 Кл по участку цепи, называется электрическим напряжением (или просто напряжением).

где U – напряжение (В)

Напряжение измеряется в вольтах (В): 1В = 1Дж/Кл.

4) Сообщение ученика: Историческая справка об Алессандро Вольта.

ВОЛЬТА Алессандро (1745-1827), итальянский естествоиспытатель, физик, химик и физиолог. Его важнейшим вкладом в науку явилось изобретение принципиально нового источника постоянного тока, сыгравшее определяющую роль в дальнейших исследованиях электрических и магнитных явлений. В честь него названа единица разности потенциалов электрического поля – вольт.

Вольта был членом-корреспондентом Парижской академии наук, членом-корреспондентом академии наук и литературы в Падуе и членом Лондонского Королевского общества.

В 1800 г. Наполеон открыл университет в Павии, где Вольта был назначен профессором экспериментальной физики. По предложению Бонапарта ему была присуждена золотая медаль и премия первого консула. В 1802 г. Вольта избирается в академию Болоньи, через год – членом-корреспондентом Института Франции и удостаивается приглашения в Петербургскую академию наук (избран в 1819). Папа назначает ему пенсию, во Франции его награждают орденом Почетного Легиона. В 1809 Вольта становится сенатором Итальянского королевства, а в следующем году ему присваивается титул графа. В 1812 г. Наполеон из ставки в Москве назначает его президентом коллегии выборщиков.

С 1814 г, Вольта – декан философского факультета в Павии. Австрийские власти даже предоставляют ему право исполнять обязанности декана без посещения службы и подтверждают законность выплаты ему пенсий почётного профессора и экс-сенатора.

Читайте также:  Срез напряжение при срезе

5) Дольные и кратные единицы:

1 мВ = 0,001 В;
1 мкВ = 0, 000 001 В;
1 кВ = 1 000 В.

6) Работа с учебником.

Работа с таблицей №7 в учебнике на стр.93.

7) Рабочее напряжение в осветительной сети жилых домов, социальных объектов – 127 и 220 В.

Опасность тока высокого напряжения.

Правила безопасности при работе с электричеством и электроприборами. Слайд 4.

8) Прибор для измерения напряжения называется вольтметром.

На схемах изображается знаком:

Правила включения вольтметра в цепь найдите в учебнике.

1. Зажимы вольтметра присоединяются к тем точкам цепи, между которыми надо измерить напряжение (параллельно соответствующему участку цепи).

2. Клемму вольтметра со знаком “+” следует соединять с той точкой цепи, которая соединена с положительным полюсом источника тока, а клемму со знаком “ – ” с точкой, которая соединена с отрицательным полюсом источника тока.

Демонстрация двух типов вольтметров.

Отличие вольтметра от амперметра по внешнему виду.

Определение цены деления демонстрационного вольтметра, лабораторного вольтметра.

9) Работа с учебником: (задание по вариантам)

Найдите в учебнике (§ 41) ответы на вопросы:

А) Как с помощью вольтметра измерить напряжение на полюсах источника тока?

Б) Какой должна быть сила тока, проходящего через вольтметр, по сравнению с силой тока в цепи?

III. Закрепление изученного материала.

Слайд 6.

    Выразите в вольтах напряжение, равное:

А) U =2 000 мВ =
Б) U = 100 мВ =
В) U = 55 мВ =
Г) U = 3 кВ =
Д) U = 0,5 кВ =
Е) U = 1,3 кВ =

2. Выразите в мВ напряжение, равное:

А) U = 0,5 В =
Б) U = 1,3 В =
В) U = 0,1 В =
Г) U = 1 В =
Д) U = 1 кВ =
Е) U = 0,9 кВ =

3. Решим задачки: Слайд 7. (работа у доски)

А) На участке цепи при прохождении электрическогозаряда25 Кл совершена работа 500 Дж.Чему равно напряжении на этом участке?

Б) Напряжение на концах проводника 220 В. Какая работа будет совершена при прохождении по проводнику электрического заряда, равного 10 Кл?

4. Вопросы на закрепление:

1) Что показывает напряжение в электрической цепи?
2) В каких единицах измеряется напряжение?
3) Кто такой Алессандро Вольта?
4) Как называют прибор для измерения напряжения?
5) Назовите правила включения вольтметра для измерения напряжения на участке цепи?

IV. Домашнее задание.

§ 39 – 41. Упр.16. Подготовиться к лабораторной работе №4 (с.172).

V. Итог урока.

Литература:

  1. Пёрышкин А.В. Физика. 8кл.: учеб. для общеобразоват. учеб. заведений. – М.:Дрофа, 2007.
  2. Шевцов В.А. Физика. 8кл.: поурочные планы по учебнику А.В.Пёрышкина.-Волгоград: Учитель, 2007. – 136с.
  3. Марон А.Е. Физика. 8кл.: учебно-методическое пособие /А.Е.Марон, Е.А.Марон.-6-е изд., стереотип. – М.:Дрофа, 2008.-125с.:ил.-(Дидактические материалы)
  4. Учебный диск “Кирилла и Мефодия”. Физика.8 класс.

Источник



ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Задача 3.1

Определить класс точности магнитоэлектрического миллиамперметра с номинальным значением шкалы для измерения тока в интервале от1–го до 10 мА так, чтобы относительная погрешность измерения тока не превышала 1%.

Дано:
К=?

Решение. Относительная погрешность измерения больше в начале шкалы прибора, так как значение абсолютной погрешности по всей шкале прибора примерно одно и то же. Поэтому определяется при

Класс точности рабочего средства измерения находится по основной приведенной погрешности:

Вывод: класс точности выбранного прибора должен быть К=0,1.

Задача 3.2

Определить какой прибор больше подходит для измерения тока I=10 мА, если для измерения использованы два прибора, имеющих соответственно шкалы на 15 мА, класс точности 0,5 и на 100 мА, класс точности 0,1.

Дано:
I=10 мА

Решение. Абсолютную и относительную погрешности первого миллиамперметра определим по формулам:

Читайте также:  Среднее напряжение цикла нагружения

Абсолютную и относительную погрешности второго миллиамперметра определим по формулам:

Вывод: несмотря на то, что второй прибор имеет более высокий класс точности, для заданного измерения тока больше подходит первый миллиамперметр, так как в этом случае уменьшается относительная погрешность измерения.

Задача 3.3

Определить наибольшую разницу в показаниях двух последовательно включенных магнитоэлектрических миллиамперметров разного класса точности при измерении одного и того же тока.

Дано:
К1=n K2=m Iном1= Iном2= Iном

Решение. Пусть пределы измерения миллиамперметров одинаковы: Iном1= Iном2= Iном. Класс точности первого миллиамперметра равен n, а класс точности второго – m. Абсолютные погрешности измерения: .

Если предположить, что И наихудший случай разницы в показаниях двух миллиамперметров имеет место тогда, когда один показывает значение тока , а второй показывает значение тока .

Следовательно, наибольшая разница

Задача 3.4

Размах шкалы электромагнитного вольтметра равен 100 В. Определить изменение относительной погрешности измерений с изменением напряжения, зная, что класс точности К=1.

Дано:
Uном=100 В К=1

Пусть измеряемое напряжение равно 100 В. Тогда , причем абсолютная погрешность измерения В. Наиболее вероятное значение измеряемого напряжения находится в интервале В.

Пусть измеряемое напряжение равно 10 В. Так как абсолютная погрешность измерения В по определению, то , Наиболее вероятное значение измеряемого напряжения находится в интервале от 9 до 11 В.

Вывод: при измерении напряжения менее 30 В – значения попадают в первую треть шкалы – относительная погрешность весьма велика. Поэтому данным прибором следует измерять напряжения большей величины.

Задача 3.5

Определить относительную методическую погрешность измерения тока амперметром, внутреннее сопротивление которого RA, включенным последовательно в цепь с источником ЭДС Е и сопротивлением R.

Дано:
R RA Е

Действительное значение тока в цепи до включения амперметра

Измеренное значение тока в цепи

.

Относительная погрешность измерения тока

Если отношение сопротивлений заменить на отношение мощностей потребления РА и Р соответственно амперметром и самой цепью, то

Из данного выражения следует, что погрешность измерения тем меньше, чем меньше мощность потребления амперметра РА по сравнению с мощностью потребления амперметра Р цепи. Поэтому амперметр, включаемый последовательно в цепь нагрузки, должен обладать малым сопротивлением, т.е. .

Задача 3.6

Определить относительную методическую погрешность измерения напряжения вольтметром c внутренним сопротивлением RV на нагрузке R в цепи с источником энергии, ЭДС которого Е и внутреннее сопротивление R. Вольтметр включен параллельно нагрузке.

Дано:
RV R R Е

Решение.

Действительное значение напряжения U на нагрузке R до включения вольтметра

Измеренное значение напряжения

Относительная погрешность измерения напряжения

Отношение сопротивлений обратно пропорционально отношению мощностей :

Из данного выражения следует, что погрешность измерения тем меньше, чем меньше мощность потребления PV вольтметром по сравнению с мощностью потребления Р цепи, или, что то же самое, . Поэтому вольтметр, включенный параллельно резистору R, должен обладать большим сопротивлением, т.е. .

Задача 3.7

Определить наиболее достоверное значение напряжения Uср постоянного тока, измеренного компенсатором постоянного тока, среднеквадратичную погрешность ряда измерений , среднеквадратичную погрешность среднеарифметического , доверительный интервал (при заданной доверительной вероятности Р=0,98) и предельную погрешность найденного значения Uср.

Результаты 13 равноточных измерений Ui в мВ следующие:

U1 U2 U3 U4 U5 U6 U7 U8 U9 U10 U11 U12 U13
100,08 100,09 100,07 100,10 100,05 100,06 100,04 100,06 99,95 99,92 100,02 99,98 99,97

Решение. Среднеарифметическое значение ряда измерений является наиболее достоверным значением напряжения:

Остаточные погрешности и их квадраты ( ) 2 имеют следующие значения:

0,05 0,06 0,04 0,07 0,02 0,03 0,01
( ) 2 0,025 0,036 0,016 0,049 0,004 0,0009 0,0001
0,03 –0,08 –0,11 –0,01 –0,05 –0,06
( ) 2 0,0009 0,0064 0,0121 0,0001 0,0025 0,036

Сумма остаточных погрешностей , что свидетельствует о правильности расчета Uср.

Сумма квадратов остаточных погрешностей .

Среднеквадратичная погрешность ряда измерений характеризует точность метода измерения:

Среднеквадратичная погрешность среднеарифметического значения характеризует погрешность результата измерения:

Читайте также:  Защита минимального напряжения секции

Доверительный интервал определяется по значению доверительной вероятности Р=0,98.

Наиболее достоверное значение напряжения

Задача 3.8

Определить абсолютную и относительную погрешности измерения напряжения U в цепи, если показания вольтметра: U1=100 В, U2=50 B.

Предел измерения вольтметра 0–150 В, класс точности К=1,5.

Дано:
Uном=150 В U1=100 В U2=50 B К=1,5
=?

Решение. Абсолютная погрешность вольтметра

Напряжение, приложенное к цепи, определяется косвенным путем:

Абсолютная погрешность измерения напряжения цепи

Максимально возможное значение абсолютной погрешности

Относительная погрешность измерения напряжения

Максимально возможное значение относительной погрешности

Задача 3.9

Рассчитать значения сопротивлений многопредельного кольцевого шунта на следующие пять пределов измерения: 100 мкА, 1 мА, 10 мА, 100 мА, 1А. Ток полного отклонения магнитоэлектрического миллиамперметра составляет 50 мкА. Сопротивление измерительного механизма 3кОм.

Дано:
Iи=50мкА=50*10 –6 А Rи=3кОм=3000Ом I1=100 мкА=10 –4 А I2=1 мА=10 –3 А I3=10 мА=10 –2 А I4=100 мА=0,1А I5=1А
R1, R2, R3, R4, R5 –?

1) Найдем значения шунтирующих множителей по формуле

2) Для расчета шунтов воспользуемся общей формулой при любом числе пределов измерения тока:

где к – количество пределов измерения тока.

,

Примечание. При вычислении последнего к–го значения сопротивления следует иметь в виду, что , поэтому формула упрощается (см. R5).

Ответ: 2,7 кОм; 270 Ом; 27 Ом; 2,7 Ом; 0,27 Ом.

Когда измерительный механизм включают в цепь в качестве вольтметра, то добавочное сопротивление включается последовательно с рамкой измерительного механизма ИМ. Сумма добавочного сопротивления и сопротивления рамки ИМ обеспечивают преобразование измеряемого напряжения в ток, необходимый для отклонения подвижной части ИМ. Предел измерения зависит от тока полного отклонения подвижной части прибора Iи, сопротивления его рамки Rи и величины добавочного сопротивления Rд.

где Uk – напряжение на к–том пределе измерения напряжения. А Rk – добавочное сопротивление, необходимое для расширения пределов измерения.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Вольтметр, рассчитанный на измерение напряжения до 20 В, необходимо включить в сеть

Условие задачи:

Вольтметр, рассчитанный на измерение напряжения до 20 В, необходимо включить в сеть с напряжением 120 В. Какое для этого потребуется дополнительное сопротивление, если сила тока в вольтметре не должна превышать 5 мА?

Задача №7.5.13 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»

Решение задачи:

Схема к решению задачи

Для измерения напряжения на каком-либо участке электрической цепи, к нему параллельно подключают вольтметр. При этом если предел измерения вольтметра (т.е. максимальное значение напряжения, которое может измерить вольтметр) не позволяет измерить напряжение на этом участке, то к вольтметру последовательно соединяют дополнительное (также называют добавочное) сопротивление \(R_<доп>\). Оно уменьшает значение напряжения на вольтметре.

При этом величину этого дополнительного сопротивления можно определить из следующих соображений. Так как вольтметр и добавочное сопротивление соединены последовательно, то через них течет одинаковый ток \(I\). Напряжение на вольтметре не должно превышать предела измерения \(U_0\), тогда на добавочном сопротивлении напряжение будет равно \(\left( > \right)\). Запишем дважды закон Ома для участка цепи:

Тогда, очевидно, имеем:

Если предел измерения вольтметра равен \(U_0\), при этом через вольтметр протекает тока \(I_0\), то сопротивление вольтметра \(R_v\) можно найти из закона Ома для участка цепи таким способом:

В итоге получим такую формулу для получения ответа на вопрос задачи:

Подставим численные данные задачи в эту формулу и посчитаем ответ:

Ответ: 20 кОм.

Если Вы не поняли решение и у Вас есть какой-то вопрос или Вы нашли ошибку, то смело оставляйте ниже комментарий.

Источник