Eksperimen: Bagaimana panjang dawai mempengaruhi rintangannya

Tujuan

Menyiasat hubungan antara panjang dawai dan rintangannya.

Pemboleh ubah

• Dimanipulasi: Panjang dawai, l
• Bergerak balas: Rintangan dawai, R
• Dimalarkan: Luas keratan rentas dan bahan dawai, serta suhunya

Radas & bahan

• Dawai konstantan yang dipasang di sepanjang pembaris meter
• Ammeter
• Voltmeter
• Bateri
• Reostat
• Suis
• Klip buaya
• Wayar penyambung

Prosedur

1. Pasang dawai konstantan lurus di sepanjang pembaris meter dan sambungkan litar dengan klip buaya supaya panjang l dawai termasuk dalam litar.
2. Tetapkan panjang dalam litar kepada l = 20.0 cm dan rekod bacaan ammeter I dan bacaan voltmeter V.
3. Kira rintangan R = V / I.
4. Ulang untuk l = 40.0, 60.0, 80.0 dan 100.0 cm, mengambil setiap bacaan dengan cepat untuk mengelakkan dawai memanas.
5. Rekod l, V, I dan kira R bagi setiap panjang.

Menjadualkan keputusan

Rekod panjang l dalam cm, bacaan voltmeter V dalam V, bacaan ammeter I dalam A, dan rintangan yang dikira R = V / I dalam Ω.

Graf

Plot R (paksi-y) melawan l (paksi-x). Garis lurus melalui asalan menunjukkan rintangan berkadar terus dengan panjang.

Analisis

Oleh sebab R = ρl / A, rintangan berkadar terus dengan panjang apabila luas dan bahan tidak berubah. Kecerunan graf R melawan l bersamaan ρ / A.

Elektrik · Kemahiran graf

Contoh keputusan dan maksudnya

Data contoh bagi dawai konstantan, dengan rintangan diperoleh daripada R = V / I pada setiap panjang:

• l = 20.0 cm: V = 0.40 V, I = 0.20 A, R = 2.0 Ω
• l = 40.0 cm: V = 0.80 V, I = 0.20 A, R = 4.0 Ω
• l = 60.0 cm: V = 1.20 V, I = 0.20 A, R = 6.0 Ω
• l = 80.0 cm: V = 1.60 V, I = 0.20 A, R = 8.0 Ω
• l = 100.0 cm: V = 2.00 V, I = 0.20 A, R = 10.0 Ω

Setiap kali panjang menjadi dua kali ganda, rintangan menjadi dua kali ganda, jadi rintangan ialah gandaan tetap bagi panjang. Ini menunjukkan rintangan dawai berkadar terus dengan panjangnya apabila luas keratan rentas, bahan dan suhu tidak berubah.

Dawai yang lebih panjang lebih menentang arus, jadi beza keupayaan yang lebih besar diperlukan untuk mengekalkan arus yang sama.

Membaca graf dan mencari jawapan

Plot rintangan R (paksi-y) melawan panjang l (paksi-x). Titik-titik memberi garis lurus melalui asalan, mengesahkan R berkadar terus dengan l.

Kecerunan bersamaan ρ / A, iaitu kerintangan dibahagi luas keratan rentas. Ambil segi tiga besar menggunakan (0.20 m, 2.0 Ω) dan (1.00 m, 10.0 Ω), dengan menukar panjang kepada meter:

kecerunan = ΔR ÷ Δl = (10.0 − 2.0) Ω ÷ (1.00 − 0.20) m = 8.0 Ω ÷ 0.80 m = 10 Ω m⁻¹

Jadi rintangan bertambah 10 Ω bagi setiap 1 m dawai. Jika luas keratan rentas A diketahui, kerintangan boleh dicari daripada ρ = kecerunan × A. Garis melalui asalan bermaksud dawai berpanjang sifar mempunyai rintangan sifar, seperti yang dijangka.

Markah yang diperhati pemeriksa

Untuk markah amali: guna dawai yang sama sepanjang eksperimen supaya luas dan bahan kekal sama, ambil setiap bacaan dengan cepat dan matikan suis antara bacaan supaya dawai tidak menjadi panas, dan pastikan pengapit buaya membuat sentuhan kukuh serta dawai ditarik lurus sepanjang pembaris.

Untuk markah kemahiran proses sains Kertas 3, nyatakan pemboleh ubah: pemboleh ubah dimanipulasi ialah panjang l, pemboleh ubah bergerak balas ialah rintangan R, dan pemboleh ubah dimalarkan ialah luas keratan rentas, bahan dan suhu. Jadualkan l dalam cm, V dalam V, I dalam A dan R dalam Ω, dengan unit pada setiap tajuk dan tempat perpuluhan yang konsisten.

Plot R melawan l pada skala sekata, lukis satu garis penyuaian terbaik yang nipis, dan tunjukkan segi tiga kecerunan berserta koordinat dan unit. Kesimpulan hendaklah mengaitkan garis lurus melalui asalan dengan matlamat: rintangan berkadar terus dengan panjang.

Sumber: DSKP KSSM Physics Form 4 and 5 (Versi English) (Bahagian Pembangunan Kurikulum (BPK), KPM)