Завдання типу "Чорної скриньки" як засіб формування у студентів навиків стилю наукового дослідження, Детальна інформація

1. Приєднати послідовно амперметр і джерело струму до клем АВ “чорної скриньки” і виміряти силу струму.

2. Поміняти полярність джерела струму і знову виміряти силу струму.

3. Оскільки в умові задачі відсутні будь-які застереження, то можна лише один амперметр приєднати до клем “чорної скриньки”, щоб виявити, чи є джерело струму всередині скриньки. Залежно від конструкції скриньки можливі різні випадки результатів вимірювань. Дослідимо два з них:

1. Нехай при зміні полярності джерел струму амперметр показав зменшення сили струму в 2 рази (І1=1А ; І2=0,5А), напрям струму не змінився.

У цьому випадку зрозуміло, що в “чорній скриньці” має бути джерело струму з (х> ( (інакше при перемиканні полярності зовнішнього джерела струму напрям струму має змінитися на протилежний). Найпростіше можливе коло в цьому випадку складатиметься: батарейка з (х і послідовно з нею резистор Rx. Тоді за першими двома дослідженнями маємо:



де (х – електрорушійна сила батарейки; ( – електрорушійна сила зовнішнього джерела.

Розв’яжемо отриману систему рівнянь шляхом ділення лівих і правих частин:

(

2(x – 2( = (x+ (;

(x = 3(, отже (х = 4,5В



І = 0,75А.

2. Нехай при зміні полярності джерела струму сила струму зменшується вдвічі (І1=1А; І2=0,5А) і напрям струму змінюється на протилежний. Очевидно, в цьому випадку можливі різні схеми елементів у “чорній скриньці”:

а) Якщо всередині “чорної скриньки” є батарейка, то її електрорушійна сила повинна бути меншою від електрорушійної сили джерела, (х < (.

;



2( – 2(х = (+ (х;

(x=1/3(; отже (x= 0,5В,

RX = 2 Ом.

Для перевірки при підключенні до клем “чорної скриньки” амперметра сила струму наближено повинна дорівнювати:

І1 = 0,25А.

Мал. 5

б) Результат вимірювань буде однаковий, якщо в “чорній скриньці” вміщено резистори і діоди, простіші схеми з’єднання яких показано на малюнку.

У першій схемі лівий ряд відкритий, а правий закритий, сила струму

, Rx = 3Ом.

Якщо полярність зовнішнього джерела змінити, то лівий діод закриється, а правий відкриється, і сила струму:



тобто сила струму зменшиться в 2 рази, і напрям струму зміниться на протилежний.

У схемі 2 діод відкритий і обидва опори ввімкнено паралельно, тоді сила струму: