Электрическая цепь состоит из последовательно соединённых лампы Л, резистора сопротивлением R = 10 Ом и идеального амперметра, параллельно которым подключён идеальный вольтметр. Эта цепь питается от регулируемого источника напряжения, в состав которого входят батарея, ключ К и потенциометр (делитель напряжения) Р. Лаборант замыкает ключ, после чего, передвигая ползунок реостата и проводя наблюдения, записывает в таблицу несколько показаний I амперметра. Показания вольтметра он записать забывает.
| 0,25 | 0,30 | 0,35 | 0,40 | 0,45 | |
Используя вольт-амперную характеристику лампы, изображённую на рисунке 2, помогите лаборанту восстановить показания U вольтметра и запишите их в таблицу. Решение объясните, опираясь на законы электродинамики.
1) Пусть I — сила тока в амперметре, Uл — напряжение на лампе, U — показания вольтметра. В соответствии с законом Ома для участка цепи, напряжение на резисторе с сопротивлением R равно
2) Вольтметр показывает сумму падений напряжения на последовательно соединённых лампе I, резисторе и идеальном амперметре: Здесь учтено, что сопротивление идеального амперметра равно нулю. При этом через резистор и через лампу течёт один и тот же ток силой I.
3) Показания вольтметра можно восстановить следующим образом. Пусть амперметр показывает силу тока Тогда напряжение на резисторе равно
Напряжение на лампе при данном значении силы тока определим с помощью графика — оно равно
Следовательно, вольтметр показывает напряжение
4) Рассматривая аналогично остальные четыре значения силы тока, которые показывает амперметр, вычислим показания вольтметра и заполним таблицу.
| 0,25 | 0,30 | 0,35 | 0,40 | 0,45 | |
| 8,5 | 11,0 | 13,5 | 17,0 | 21,5 |

