Меню

Нарисуйте электрическую цепь состоящую из источника тока переключателя двух одинаковых лампочек

Задание 31 ЕГЭ по физике

Электродинамика. Расчетная задача

Как правило, это задание по теме «Электродинамика». Оно требует умения читать электрические схемы и применять теоретические знания при решении задач. На каждом этапе необходимо проводить анализ выведенных формул, вводить дополнительные обоснования в процессе решения. Так как это задание высокого уровня сложности, то в них могут появляться ситуации, которые не встречались ранее в сборниках задач.

1. К аккумулятору с ЭДС 50 В и внутренним сопротивлением 4 Ом подключили лампу сопротивлением 10 Ом и резистор сопротивлением 15 Ом, а также конденсатор ёмкостью 100 мкФ (см. рисунок). Спустя длительный промежуток времени ключ К размыкают. Какое количество теплоты выделится после этого на лампе?

До размыкания ключа электрический ток протекает через параллельно соединённые лампу и резистор. Найдем их общее сопротивление.

Проведем расчет общего сопротивления.

По закону Ома для полной цепи определим общую силу тока.

Таким образом, до размыкания ключа в конденсаторе была накоплена энергия (Дж) = 45 (мДж).

После размыкания ключа вся энергия, накопленная в конденсаторе, будет выделяться на параллельно включенных лампе и резисторе. Согласно закону Джоуля – Ленца, количество теплоты, выделяющееся в промежуток времени обратно пропорционально сопротивлению, поскольку напряжение u на лампе и резисторе в любой момент времени одно и то же.

Секрет решения. Понимание схемы является ключом к решению данной задачи. Так как конденсатор заряжен, то после размыкания ключа происходит распределение накопившейся энергии между лампочкой и сопротивлением. С учетом того, что лампочка и резистор соединены параллельно, здесь необходима формула Если бы они были соединены последовательно, то надо было пользоваться формулой Выбор формулы определяется видом соединения и постоянством либо напряжения, либо силы тока. Задачу удобнее решать, проводя промежуточные вычисления.

2. На рисунке показана схема электрической цепи, состоящей из источника тока с ЭДС mathcal E=12 В и внутренним сопротивлением r = 1 Ом, двух резисторов с сопротивлениями Ом и Ом, конденсатора электроёмкостью С = 4 мкФ и катушки с индуктивностью L = 24 мкГн. В начальном состоянии ключ К длительное время замкнут. Какое количество теплоты выделится на резисторе R_ <2>после размыкания ключа К? Сопротивлением катушки пренебречь.

До размыкания ключа электрический ток протекает через последовательно соединённые резисторы и катушку L.

Направление тока I на схеме указано стрелками.

По закону Ома для полной цепи можно определить значение силы тока.

Проведем расчет значения силы тока.

(А).
Так как конденсатор соединен параллельно с резистором то напряжения у них будут одинаковыми.

напряжение на конденсаторе, напряжение на резисторе

По закону Ома для участка цепи можно записать, что
(В).
(В).

Таким образом, до размыкания ключа в конденсаторе была накоплена энергия (Дж)=18 (мкДж).

В катушке индуктивности накапливается энергия магнитного поля, которую можно рассчитать по формуле:
(Дж)=12 (мкДж).

После размыкания ключа вся накопленная в элементах цепи энергия выделится в виде тепла на резисторе

Секрет решения. Умение читать электрические схемы является ключом к решению подобных задач. Становится очевидным, что конденсатор и резистор соединены параллельно, их напряжения одинаковые, при этом ток через конденсатор не протекает. Пространство между пластинами конденсатора разделено слоем диэлектрика, поэтому на пластинах накапливается электрический заряд, но ток через него не течет.

При протекании тока через катушку в ней накапливается энергия магнитного поля. При этом надо понимать, что сопротивление катушки не влияет на значение тока в цепи, оно по условию равно нулю. Соответственно, напряжение на концах катушки по закону Ома также равно нулю.

После размыкания ключа накопленные энергии (электрического и магнитного полей) выделяются в виде тепла на резисторе

3. В цепи, изображённой на рисунке, сопротивление диода
в прямом направлении пренебрежимо мало, а в обратном многократно превышает сопротивление резисторов. При подключении к точке А положительного полюса, а к точке В отрицательного полюса батареи с ЭДС 12 В и пренебрежимо малым внутренним сопротивлением, потребляемая мощность равна 14,4 Вт. При изменении полярности подключения батареи потребляемая мощность оказалась
равной 21,6 Вт. Укажите, как течёт ток через диод и резисторы в обоих случаях, и определите сопротивления резисторов в этой цепи.

Если при подключении батареи потенциал точки А оказывается выше, чем потенциал точки В, то ток через диод не течёт, и эквивалентная схема цепи имеет вид, изображённый на рис. 1. Потребляемую мощность можно рассчитать по формуле:

Проведем расчет для

При изменении полярности подключения батареи диод открывается и подключает резистор параллельно резистору Эквивалентная схема цепи в этом случае изображена на рис. 2.

При этом потребляемая мощность увеличивается:

(2). Эта формула для расчета мощности с учетом того, что резисторы и во втором случае соединены параллельно. Общая мощность, выделяемая в цепи, равна сумме мощностей на каждом из резисторов.

Выразим из формулы (2) сопротивление резистора

Подставим численные значения и проведем расчет.

Ответ: 20 Ом, 10 Ом.

Секрет решения. В этой задаче может возникнуть сложность с пониманием и принципом работы диода. Для решения задач, встречающихся в ЕГЭ по физике, не требуется глубоких знаний по устройству этого полупроводникового прибора. Достаточно знать, что диод обладает односторонней проводимостью. На схемах направление пропускания тока обозначено стрелкой. При обратном подключении диод закрыт, то есть ток через него не течет.

В остальном задача является стандартной и базируется на известных закономерностях. Если формула (2) очевидна не сразу, то общую мощность, выделяемую в цепи, можно рассмотреть, как мощность на сопротивлении Rобщ, а его можно рассчитать по формуле:

Тогда, общая мощность для второго случая будет равна:

Используя полученное значение для из последней формулы можно вычислить сопротивление резистора

Источник

Лаб. 3

Что представляет собой электрическая цепь?

Ответ: электрическая цепь представляет собой совокупность источников и приемников электрической энергии, а также соединяющих их проводников.

Каким прибором и в каких единицах СИ измеряется сила тока?

Ответ: сила тока измеряется амперметром; в амперах.

1. Что обозначают знаки «+» и «-» возле клемм амперметра?

Эти знаки обозначают полюса источника тока, к которым нужно подключать прибор.

2. Какова цена деления шкалы амперметра?

Если шкала имеет такой вид: 0 l l l l 5 l l l l 10 , то необходимо от большего значения отнять меньшее и разделить на количество промежутков (палочек) между цифрами.

3. Какую наименьшую и наибольшую силу тока можно измерить данным амперметром?

$C = 0.05 A$; $I_ = \frac<0.05> <2>= 0.025 A$.

1. Соберите электрическую цепь согласно рисунку. Проверьте правильность сборки с учителем! Замкните цепь.

2. Начертите схему цепи и сплошной стрелкой укажите на ней направление тока в цепи, а пунктирной — направление дви­жения носителей заряда.

3. Измените на противоположное направление тока в цепи. Проверьте цепь с учителем! Напишите, как вы это сделали и повлияло ли изменение направления тока на силу тока и на свечение лампочки.

Поменяли местами провода на источнике тока и амперметре. Сила тока не изменилась.

4. Измерьте и занесите в таблицу значения силы тока I1, проте­кающего между клеммой «-» источника тока и ключом (уча­стки 1,2); силы тока I3, протекающего между ключом и лампочкой (участок 3); силы тока I4, протекающего между лампоч­кой и клеммой «+» источника тока (участок 4). Сделайте вы­вод о значении силы тока на различных участках цепи.

5. Начертите схемы электрических цепей при измерениях силы токов $I_3$ и $I_4$.

Схема 2 и Схема 3

6. Замените в последней цепи лампочку сначала резистором на панельке, затем резистором на держателях. Измерьте и запишите в таблицу значения силы токов в них $I_4’$ и $I_4’$.

7. Сравните значения силы токов $I_4$, $I_4’$ и $I_4»$ и сделайте выводы.

Включение амперметра в различных точках цепи не изменяет силы тока, а замена лампочки на резистор изменяет силу тока.

1. Почему сила тока в различных участках рассмотренной цепи одинакова?

Потому что в разных участках цепи ток проходит за одинаковое время.

2. Отразится ли на свечении лампочки исключение из электрической цепи ам­перметра? Почему?

Нет, не отразится. Потому что амперметр имеет маленькое сопротивление и практически не потребляет электричества.

3. Какой заряд прошел через поперечное сечение нити спирали лампочки за 1 мин свечения?

Т.к. сила тока лампочки равняется $0.5$ А, умножив это значение на количество секунд получим $30$ Кулон. Общая формула $q = I · t$.

Перенесите провод 3 с клеммы $C$ ключа на клемму $B$. Освободившуюся клемму $C$ ключа соедините дополнительным проводом с клеммой «+» источника. Включив (только с разрешения учителя!) цепь, объясните, как влияет положение ключа на режим работы лампочки и амперметра.

Поскольку амперметр и лампа ни к чему не подсоединены, а ключ подсоединён к клемме «+», положение ключа не повлияет на режим работы лампочки и амперметра.

Источник



Урок по теме «Электрические цепи. Решение задач»

Разделы: Физика

Тип урока: формирование навыков и умений.

Цель урока: научиться читать, чертить схемы электрических цепей, собирать по схемам электрические цепи.

Оборудование: интерактивная доска, мультимедиа проектор, источники тока, лампочки, ключи, соединительные провода.

2. Актуализация знаний.

  • Какую тему мы изучали на предыдущем уроке.
  • Что вы знаете: электрический ток, условия существования тока, проводники и диэлектрики, схема электрической цепи, условные обозначения приборов, способы соединения проводников.
  • Для чего нам надо это знать?
  • Как вы думаете, что сегодня на уроке мы будем изучать?

Для того, чтобы научиться правильно изображать и собирать электрические цепи нам необходимо повторить условные обозначения электрических приборов.

3. Физический диктант

1 вариант

  1. Гальванический элемент
  2. Кнопка
  3. Соединение проводов
  4. Электрическая лампа
  5. Резистор

2 вариант

  1. Батарея элементов
  2. Ключ
  3. Пересечение проводов
  4. Электрический звонок
  5. Нагревательный элемент

Поменяйтесь листочками с соседом по парте. Сравните ответы с правильными на доске.

Оцените работу соседа:

  • “5” — нет ошибок;
  • “4” — одна ошибка;
  • “3” — две ошибки.

5. Решение задач.

Задание 1. Укажите основные составные элементы, входящие в электрическую цепь.

Задание 2. Перед вами схемы электрических цепей. Назовите, из каких приборов они состоят, и найдите “дефект” в каждой из схем.

Задание 3. На рисунке представлена простейшая электрическая цепь. Перечислите её составные части. Начертите схему этой электрической цепи.

Задание 4. Нарисуйте принципиальную схему электрической цепи, изображенной на рисунке.

Задание 5. Начертите схему электрической цепи, состоящей из источника тока, звонка, лампочки и двух ключей так, чтобы лампочку и звонок включались отдельно.

Задание 6. Нарисуйте схему соединения батареи элементов, двух лампочек и двух ключей, в которой каждая из лампочек включается и выключается независимо друг от друга.

Задание 7. Нарисуйте схему соединения аккумулятора, двух выключателей и одного звонка, при которой позвонить можно было бы из двух разных мест. Где на практике можно использовать такую схему?

Задание 8. Нарисуйте схему соединения батарейки, двух лампочек и трех ключей, в которой каждой из лампочек управляет свой ключ, а размыкание третьего ключа приводит к выключению обеих лампочек.

Задание 9. Нарисуйте схему соединения батарейки, лампочки, звонка и двух ключей. Лампочка включается всякий раз, когда звенит звонок, но может работать и при выключенном звонке.

Задание 10. Начертите схему установки, состоящей из аккумулятора и двух звонков, у каждого из них своя кнопка.

Задание 11. Начертите схему электрической цепи, содержащей источник тока, две электрические лампы, два ключа и один электрический звонок, так, чтобы звонок звонил, когда какая-нибудь лампа горит.

6. Практическая работа.

Перед выполнением следующего задания хочется напомнить китайскую мудрость:

Расскажи – и я забуду…
Покажи – и я запомню…
Дай мне возможность действовать самому – и я научусь.

Вам предстоит выполнить практическую работу. Какие правила техники безопасности вы будите соблюдать?

Памятка по технике безопасности при работе с электрическим током.

  • Не используйте при сборке электрических цепей провода с повреждённой изоляцией с видимыми повреждениями.
  • Следите за исправностью всех креплений в приборах и приспособлениях.
  • При сборке электрических цепей избегайте пересечения проводов.
  • Источники тока подключайте в последнюю очередь.
  • Все исправления в цепях проводите при отключенном источнике тока.
  • Не определяйте наличие тока в цепи на ощупь.

Цель: собрать электрическую цепь из приборов, которые есть у каждого на столах так, чтобы лампочка загорелась.

Задание 1. На рисунке представлена электрическая цепь. Перечислите её составные части. Начертите схему этой электрической цепи.

Задание 2. Соберите электрическую цепь по этой схеме.

Задание 3. Сделайте вывод.

7. Домашнее задание. Параграф 33, задачи доделать.

8. Рефлексия.

Вот и закончился наш урок. Возьмите листочки. Подпишите на них фамилию. Проведите стрелочки к тем утверждениям, которые соответствуют вашему состоянию в конце урока.

Источник

54. Параллельное соединение проводников — В.И. Лукашик, Сборник задач по физике

54. Параллельное соединение проводников

1363. Начертите схемы установок, показанных на рисунке 333.

54. Параллельное соединение проводников

1364. Начертите схему установки, состоящей из аккумулятора и двух звонков, у каждого из них своя кнопка.

54. Параллельное соединение проводников

1365. Начертите схему следующей установки: три последовательно соединенных элемента питают током две параллельно соединенные электрические лампы, у каждой лампы свой выключатель.

54. Параллельное соединение проводников

1366. Начертите схему цепи, состоящей из четырех последовательно соединенных элементов и параллельно подключенных к ним трех ламп, каждая со своим выключателем.

54. Параллельное соединение проводников

1367. На панели укреплены три патрона с электрическими лампами. Начертите схему соединения клемм ламп между собой и полюсами источника тока так, чтобы лампы были соединены параллельно; последовательно; две параллельно, а третья последовательно с ними.

54. Параллельное соединение проводников

1368. В цепи батареи параллельно включены три электрические лампы. Нарисуйте схему включения двух выключателей так, чтобы один управлял двумя лампами одновременно, а другой — одной третьей лампой.

54. Параллельное соединение проводников

1369. На рисунке 334 б) показана проводка к двум электрическим лампам. Правильно ли включены лампы, если обе они рассчитаны на напряжение 220 В и напряжение в сети равно 220 В?
Нет. Лампы следует включить параллельно.

1370. Начертите схему электрической цепи, состоящей из источника тока, электрической лампы, звонка и трех рубильников, причем если включить первый рубильник, то горит лампа, если второй — работает звонок, третий — одновременно загорается в) лампа и работает звонок. (В последнем случае лампа горит неполным накалом.)

54. Параллельное соединение проводников

1371. На рисунке 335 показаны батарея А, два звонка В и С и два выключателя b и с. Начертите, как должны быть соединены они проводами, чтобы выключатель b управлял звонком В, а выключатель с — звонком С.

54. Параллельное соединение проводников

1372. Будут ли изменяться показания вольтметра V (рис. 336), если перемещать ползунок реостата влево или вправо? Будут ли при этом изменяться показания амперметра? Если будут, то как?
Показания амперметра при движении ползунка влево будут увеличиваться, вправо — уменьшаться; вольтметра —- наоборот.

1373. Как изменятся показания измерительных приборов в цепи, схема которой изображена на рисунке 337, если параллельно резистору R3 включить резистор R4, сопротивление которого больше (или меньше), чем сопротивление резистора R3?
Показания амперметров и вольтметров V1 и V2 увеличатся, показание вольтметра V уменьшится.

1374. При замкнутой цепи вольтметр V2 (рис. 338) показывает 220 В. Каким станет показание этого вольтметра, если в точке О произойдет разрыв цепи? Каким было показание вольтметра VI до обрыва цепи? Каким станет показание вольтметра VI после обрыва цепи?
Показание вольтметра V2 останется прежним: U2 = 220В. Вольтметр V1 до разрыва показывает: U1′ = 220В, а после разрыва U1″ = 0В.

1375. При напряжении U и разомкнутом выключателе (рис. 339) амперметр показывает силу тока I. Каково будет показание амперметра, если: а) замкнуть цепь (напряжение поддерживается постоянным); б) при замкнутом выключателе напряжение увеличить в 2 раза? (Сопротивления, включенные в цепь, одинаковы.)
а) При замыкании цени сопротивление уменьшается в два раза, а, следовательно, сила тока увеличивается вдвое.
б) При замыкании цепи и увеличении в ней напряжения в два раза сопротивление уменьшается в два раза, а, следовательно, сила тока увеличивается в четыре раза.

1376. Начертите схему цепи, состоящую из источника тока, трех ламп, включенных параллельно, амперметров, измеряющих силу тока в каждой лампе и во всей цепи, и выключателя, общего для всей цепи.

54. Параллельное соединение проводников

1377. Лампы и амперметр включены так, как показано на рисунке 340. Во сколько раз отличаются показания амперметра при разомкнутом и замкнутом ключе? Сопротивления ламп одинаковы. Напряжение поддерживается постоянным.
Обозначим за R сопротивление лампы. При разомкнутом ключе сопротивление цепи равно R, при замкнутом 2/3 R . Таким образом, при замкнутом ключе сила тока больше в 1,5 раза.

1378. Амперметр, включенный в цепь, состоящую из источника тока и электрической лампы а, показывает некоторую силу тока. Как изменится показание амперметра, если в эту цепь включить еще одну лампу б (рис. 341)?
Обозначим за R сопротивление лампы. Если в цепь включена одна лампа, то ее сопротивление равно R, если две, то ½ R . Таким образом, при замкнутом ключе сила тока больше в 2 раза.

1379. Кусок проволоки сопротивлением 10 Ом разрезали пополам и полученные половины соединили параллельно. Каково сопротивление соединенной проволоки?

54. Параллельное соединение проводников

1380. Кусок проволоки сопротивлением 80 Ом разрезали на четыре равные части и полученные части соединили параллельно. Каково сопротивление соединенной проволоки?

54. Параллельное соединение проводников

1381. Медный проводник сопротивлением 10 Ом разрезали на 5 одинаковых частей и эти части соединили параллельно. Определите сопротивление этого соединения.

54. Параллельное соединение проводников

1382. К проводнику, сопротивление которого 1 кОм, параллельно подключили проводник сопротивлением 1 Ом. Докажите, что общее их сопротивление будет меньше 1 Ом.

54. Параллельное соединение проводников

1383. Напряжение в сети 120 В. Сопротивление каждой из двух электрических ламп, включенных в эту сеть, равно 240 Ом. Определите силу тока в каждой лампе при последовательном и параллельном их включении.

54. Параллельное соединение проводников

1384. В цепь включены параллельно два проводника. Сопротивление одного равно 150 Ом, другого — 30 Ом. В каком проводнике сила тока больше; во сколько раз?

54. Параллельное соединение проводников

1385. В цепь (рис. 342) включены две одинаковые лампы. При замкнутых выключателях 1 к 2 амперметр А показывает силу тока 3 А. Что покажет амперметр А2, если выключатель 1 разомкнуть? (В цепи постоянное напряжение.)

54. Параллельное соединение проводников

1386. Две электрические лампы включены параллельно под напряжение 220 В. Определите силу тока в каждой лампе и в подводящей цепи, если сопротивление одной лампы 1000 Ом, а другой 488 Ом.

54. Параллельное соединение проводников

1387. Амперметр А (рис. 343) показывает силу тока 1,6 А при напряжении 120 В. Сопротивление резистора R1 = 100 Ом. Определите сопротивление резистора R2 и показания амперметров А1 и А2.

54. Параллельное соединение проводников

1388. В цепь (рис. 344) включены две одинаковые лампы. При положении ползунка реостата в точке В амперметр А1 показывает силу тока 0,4 А. Что показывают амперметры А и А2? Изменятся ли показания амперметров при передвижении ползунка к точке А?

54. Параллельное соединение проводников

1389. Общее сопротивление четырех одинаковых ламп, включенных так, как показано на рисунке 345, равно 75 Ом. Чему равно сопротивление одной лампы?

54. Параллельное соединение проводников

1390. На рисунке 336 изображена схема смешанного соединения проводников. Приняв сопротивление левого резистора 30 Ом при параллельном включении, а правого резистора 60 Ом и сопротивление на реостате 40 Ом, требуется определить общее сопротивление этого участка цепи.

Источник

Читайте также:  Расчет токов в трехфазной цепи переменного тока