Работа при перемещении электрического заряда. Движение заряженной частицы в однородном электрическом поле, вакууме; движение потока частиц; сила тока; плотность тока. Ток в металлах. Закон Ома для замкнутой цепи. Законы Кирхгофа. Виды соединения проводников, страница 34

Вариант 8

На карточках изображена схема электрической цепи для питания электрической лампы через реостат от батареи аккумуляторов. Сопротивление лампы и реостата указаны на схеме, а измерительные приборы показывают силу тока в цепи и напряжение на полюсах батареи при замкнутом ключе. (Размеры изображения измерительных приборов на схеме намеренно увеличены для более свободного размещения делений и оцифровки шкал.)  

Пример решения для карточки

1  Цена деления шкалы амперметра  0,02А

Сила тока в цепи:

2  Цена деления шкалы вольтметра  0,4В

3  Напряжение на полюсах батареи  U=4,8В

4  Напряжение  U=IR:

а) на лампе: U_л = 0,12А 10 Ом = 1,2В

                        б) на реостате: U_p = 0,12A 30 Ом = 3,6В

5 Плотность тока j = I/S

                        а) в нити лампы: S = 0,08 мм²

                            j_л = 0,12А/(8 10^{-8 м2}) = 50 10⁶  А/м²

                        б) в проводе реостата:

                            S = 3,14d²/4  ,  S = 3,14 (8 10^-4)² / 4 м² = 5010^{-8 м2}

                             Jp = 0,12А/50 10^{-8 м2}  = 0,24 10 А/м²

6 Мощность тока P = I² R:

                  а) в лампе: P_л = 0,12² А²  10 Ом = 0,144 Вт

                  б) в реостате: P_л = 0,12² А²  30 Ом = 0,432 Вт

7 Количество теплоты в джоулях: Q = J² Rt:

                  а) в лампе: Q_л = 0,12² А²  10 Ом  60 сек 8,6 Дж

                  б) в реостате: Q_p = 0,12² A²  30 Ом  60 сек 29 Дж

Так, для карточки №8 при последовательном соединение:

      I_nc = 0,12 A, U_nc = 4,8 B, a R_nc = 10 Ом + 30 Ом = 40 Ом

8 При параллельном соединении:

U_пр = 0,7 U_nc ,  U_пр = 0,7  4,8 В,   U_пр= 3,36 В,   U_пр 3,4 В;

R_пр = R_л  R_p / (R_л + R_p) , R_пр = 10  30 / (10 + 30) Ом = 7,5 Ом

 I_пр = U_пр / (R_пр) , I_пр = 3,36 В / (7,5 Ом) = 0,448 А 0,45 А

9 Э. Д. С. и внутреннее сопротивление батареи:

Е = U_nc + I_ncr    или   Е = U_np + I_npr

Приравнивая, получим:

         U_nc + I_ncr = U_np + I_npr

Откуда:      r = U_nc - U_np / (I_np - I_nc)

r = 4,8 B – 3,36 B / (0,448 A – 0,12 A) = 1,44 / (0,328) Ом = 4,39 Ом

Внутреннее сопротивление батареи:    r  4,4 Ом

Э. Д. С. батареи:   Е = U_nc + I_ncr = 4,8 В + 0,12 А  4,39 Ом = 5,33 В

                               Е 5,3 В

10  Показания амперметра при включении во внешнюю цепь аккумулятора:

        Е = Е_б + IR

        R= R_л + R_p + r_б + r_a  ,

       а) при совпадающих Э. Д. С.

       I_a = 5,3 B + 1,2 B / (40 Ом + 4,4 Ом + 0,2 Ом) = 6,5 / (44,6) А = 0,146 А

       б) при противоположных Э. Д. С.

       I_б = 5,3 В – 1,2 В / (44,6 Ом) = 0,092 А

            I_б 0,09 А

Список использованных источников:

1  Глазунов А.Т.  «Физика учебник для 11 классов школ и классов с углубленным изучением физики», Москва, «Просвещение» 2002

2  Демкович Б.П., Демкович П.П. «Сборник задач по физике для 8-10 классов», Москва, «Просвещение», 2003

3  Жданов Л.С. «Учебник по физике для средних специальных учебных заведений», изд-во «Альянс», Москва 2009

4  Кабардин О.Ф. «Физика учебник для 10 класса школ и классов с углубленном изучением физики», Москва, «Просвещение» 2001

5  Мянишев Г.Я., Буховцев Б.Б. «Физика 10 класс», Москва, «Просвещение» 2001

6  Перышкин А.В., Гутник Е.М. «Физика 9 класс», Дрофа, Москва 2002

7  Пинский А.А., Граковский Г.Ю. «Физика для студентов учреждений среднего профессионального образования», Москва, Форум-Инфра-М 2003

8  Под редакцией Гладковой Р.А. «Сборник задач и вопросов по физике для средних специальных учебных заведений», изд-во «Наука» 1975

9  Приложение к приказу Минобразования России от 30.06.99 № 56.

10  Рылеева А.П. «Сборник задач по физике для 9-11 классов средней школы», Москва, «Просвещение» 2000

11  Шахмаев Н.М., Шахмаев С.Н., Шодиев Д.Ж. «Физика 11», Москва, «Просвещение» ,2000

12  Шахмаев М., Шахмаев С.Н. «Физика 10», Москва, «Просвещение» 2000

·