Сборник дидактических материалов по физике с образцами решений. Часть I, страница 6

При последовательном соединении проводников:

5  Общее сопротивление:

     

       

6  Сила тока:   

      ,   .

Постоянный ток

На карточке изображена схема  электрической цепи для питания электрической лампы через реостат от батареи аккумуляторов. Сопротивление реостата и лампы указаны в карточке. Используя эти данные и показания приборов, выполните задания, ответьте на вопросы.

1  Определите цену деления шкалы амперметра и указываемую им силу тока.

2  Определите цену деления шкалы вольтметра.

3  Каково напряжение на полюсах батареи?

4  Вычислите напряжение: а)  на лампе; б) на реостате.

5  Какова плотность тока: а) в проводе реостата, если диаметр его проволоки 0,8мм; б) в нити лампы, если площадь поперечного сечения нити 0,08мм²?

6  Рассчитайте мощность тока: а) в лампе; б) в реостате.

7  Какое количество теплоты выделится за t мин: а) в лампе; б) в реостате? (Время t указано в карточках).

8  Какими станут напряжение, сопротивление и сила тока, если лампу включить параллельно реостату? При этом показания вольтметра уменьшатся на 30% (почему?).

9  Вычислите внутреннее сопротивление и э. д. с. батареи из сравнения показаний измерительных приборов при последовательном и параллельном соединениях лампы и реостата.

10  Что покажет амперметр, если между ним и реостатом включить аккумулятор с э. д. с. 1,2В и внутренним сопротивлением 0,2Ом: а) при направлении э. д. с., совпадающем с направлением э. д. с. основного источника; б) при противоположном направлении.

Вариант 1

Вариант 2

Вариант 3

Вариант 4

Вариант 5

Вариант 6

Вариант 7

Вариант 8

Вариант 9

Вариант 10

Вариант 11

Вариант 12

Постоянный ток

Образец решения

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: