Каган И.Е. К вопросу о лабораторной работе «Измерение напряжения в курсе VIII класса»

Думается, что эта лабораторная работа должна иметь гораздо больший дидактический и практический смысл. На сегодняшний день дело сводится только к измерению напряжения на полюсах источника тока и на лампочке или резисторе. Практических выводов ученик из этого может сделать мало, польза состоит только в том, что он узнает, что вольтметр подключают параллельно к резистору и подержит эти приборы в руках.

Вместе с тем при таком широком использовании электричества во всем мире мы найдем не так уж много даже образованных людей, правильно понимающих вопросы распределения напряжения в электрических цепях, когда по ним идет ток, и особенно, когда ток по ним не идет, но они подключены к источнику напряжения. В буквальном смысле слова это звучит таким образом: где в цепи большее напряжение (или max!), где меньшее (или нет!). Узнать это можно при выполнении данной работы. Учащиеся собирают цепь (рис. 1) и начинают измерять напряжение на различных ее участках в обоих случаях: и когда цепь разомкнута (рис. 2), и когда она замкнута (рис. 3).

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

Очень интересно наблюдать за реакцией учащихся в процессе работы. Ведь при измерениях напряжения в каждом из вариантов получаются нулевые показания вольтметра (иногда!). Одних это удивляет, других раздражает, третьи выясняют, подано ли напряжение к столу, четвертые выясняют, исправен ли вольтметр. А именно здесь и кроется рациональное зерно этой работы, учащиеся именно на этом этапе должны логически понять закономерность нулевых результатов измерения напряжения и сделать выводы.

В обоих вариантах на полюсах источника вольтметр покажет напряжение «U». В разомкнутой цепи ток не идет, значит, ни резистор, ни амперметр, ни провода никакого напряжения на себя не берут. Поэтому естественно ожидать, что напряжение окажется на участке с самым большим сопротивлением, т.е. на разомкнутом ключе, или, как говорят, «на разъеме». Вот на нем учащиеся и получают показание вольтметра, практически равное напряжению на источнике тока.

В случае замкнутой цепи также будут нули напряжения, хотя ток по цепи идет. По закону Ома для участка цепи напряжение U= I∙R, и участки с очень малым сопротивлением (близким к нулю) существенного напряжения на себя взять не могут, а лабораторные вольтметры этого класса точности, который используется в средней школе, ничего не покажут. Значит, на куске провода, амперметре, замкнутом ключе напряжения не будет. Практически все напряжение, замеренное на полюсах источника, окажется на резисторе. Какое это все имеет значение?

Во-первых, учащиеся видят, что и разомкнутый ключ может брать на себя напряжение, ведь не секрет, что многие из них считают использование ключа в лабораторных работах необязательным, так сказать, формальным требованием инструкции и учителя.

Во-вторых, на практике не бывает электрических цепей без рубильников, выключателей и т.д. Так вот, когда они находятся в выключенном положении, все напряжение находится на них.

В-третьих, это должно заставить многие горячие ребячьи головы серьезнее и глубже относиться к некоторым экспериментам, связанным с электрическими цепями. Иногда при работе с последовательными елочными сетевыми гирляндами в случае перегорания одной из лампочек ее начинают заменять «на ходу», не отключаясь от сети, считая, что 3-, 6-, даже 12-вольтовые лампочки не опасны (ток ведь по гирлянде все равно не идет!). Уже не говоря о том, что «малые» лампочки при такой замене сразу же перегорают, ребята получают «удар» по пальцам, так как опять же теперь на «разъеме» не 3 В, 6 В, 12 В и т.д., а все сетевое напряжение 220 В!