Запись Законы постоянного тока впервые появилась Физика дома.

Электрическая цепь состоит из батареи и ЭДС Е=4 В и внутренним сопротивлением r , подключённого к ней резистора нагрузки с  сопротивлением R. При изменение сопротивления нагрузки изменяется напряжение на ней и мощность.

Используя известные Вам физические законы, нарисовать график изменения мощности, выделяющейся на нагрузке, в зависимости от напряжения на нагрузке. Объясните вид данного графика.

Для построения графика изменения мощности от напряжения на нагрузке, необходимо вспомнить ряд формул из обозначенных в начале решения тем. А именно: законы Ома для участка цепи и полной цепи, формулу мощность тока.

По виду формулы, видим, что данная функция представляет собой квадратичную зависимость (неполное квадратное уравнение), причём ветви параболы направлены вниз (коэффициент, стоящий перед квадратичным слагаемым, отрицателен). Определяем точки пересечения графика с осью напряжений, а далее строим график изменения мощности от напряжения на нагрузке в осях (PU).Зная значение внутреннего сопротивления, можно было бы определить вершину параболы — максимальную мощность, выделяющуюся на нагрузке.

Запись График зависимости мощности впервые появилась Физика дома.

На каком из резисторов выделится наибольшее (наименьшее) количество теплоты? R1 = R4 = 4 Ом, R2 = 3 Ом, R3 = 2Ом. Дать решение. Чтобы ответить на вопрос задачи, необходимо сравнить количество теплоты, выделяющееся на каждом их резисторов. Для этого воспользуемся формулой закона Джоуля — Ленца.То есть основной задачей будет являться определение силы тока (или сравнение), протекающей через каждый резистор.

Согласно законам последовательного соединения, сила тока, протекающая через резисторы R₁ и R₂, и R₃ и R₄, одинаковая.Чтобы определить силу тока в верхней  и  в нижней ветвях, воспользуемся законом параллельного соединения, согласно которому, напряжение на этих ветвях одинаковое.Расписывая напряжение на нижней и верхней ветвях по закону Ома для участка цепи, имеем:Подставляя численные значения сопротивлений резисторов, получаем:То есть получаем соотношение между токами, протекающими в верхней и в нижней ветви:Определив силу тока через каждый из этих резисторов, определяем количество теплоты, выделяющееся на каждом из резисторов. Сравнивая числовые коэффициенты, приходим к выводу, что максимальное количество теплоты выделится на четвёртом резисторе, а минимальное количество теплоты — на втором.

Запись Расчёт количества теплоты на резисторах впервые появилась Физика дома.

Какую разность потенциалов приложили  к однородному медному цилиндрическому  проводнику длиной 10 м, если за 15 с его температура повысилась на 10 К? Изменением сопротивления проводника и рассеянием тепла при его нагревании пренебречь. (Удельное сопротивление меди 1,7*10^-8 Ом*м, плотность меди 8900 кг/м³).

В основе решения задачи лежит явление теплового действия тока, изучавшееся еще в 8-м классе. То есть нагревание проводника связано с протеканием по нему электрического тока.

То есть, с одной стороны, записываем формулу, описывающую процесс нагревания проводника, а с другой стороны, формулу для определения работы электрического тока.С учётом условия задачи, что рассеянием тепла мы пренебрегаем (а следовательно потерями энергии), правые части этих двух уравнений приравниваем.

Далее расписываем сопротивление проводника (через его геометрические размеры и удельное сопротивление)   и массу проводника,

где объём равен:

Сокращая одинаковые сомножители, получаем формулу, из которой выражаем неизвестную величину — напряжение  на концах проводника (разность потенциалов). В итоге после непродолжительных математических действий имеем итоговую  формулу:В итоговую формулу входит сразу несколько табличных величин, в том числе удельная теплоёмкость вещества, значение которой можно найти в таблице, прилагаемой к тесту.

Важно! Удельное сопротивление проводников и плотность вещества обозначаются одинаковыми буквами. При подстановке в формулу Важно учитывать, где плотность, а где удельное сопротивление.

Ну и для самопроверки, неплохо проверить правильность выведенной формулы методом размерностей.

Запись Закон сохранения энергии в эл.цепи впервые появилась Физика дома.

На схеме на рисунке сопротивление резистора и полное сопротивление реостата равны R, ЭДС батарейки равна Е, ее внутреннее сопротивление ничтожно мало. Как ведут себя (увеличиваются, уменьшаются, остаются неизменными) показания идеального вольтметра при перемещении ползунка реостата из крайнего верхнего в крайнее нижнее положение? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения.

Для ответа на вопрос, прежде всего нужно иметь четкое представление, что такое реостат , да и знание понятия «идеальный вольтметр» — тоже не помешает.

В задачах, где присутствует идеальный вольтметр, сопротивление этого электроизмерительного прибора считается бесконечно большим, а следовательно много больше сопротивления реостата, включенного последовательно с вольтметром.

Когда ползунок находится в крайнем верхнем положении, сопротивление реостата равно R, а сопротивление внешней ветви (состоит из реостата и вольтметра) бесконечно большое. Ток пойдет только по резистору, а вольтметр будет показывать напряжение на этом резисторе, равное ЭДС источника тока, так как внутренним сопротивлением источника тока мы пренебрегаем.

При перемещении ползунка реостата вниз, его сопротивление уменьшается, так как длина активной части уменьшается. И когда ползунок реостата достигает крайнего нижнего положения, его сопротивление становится равно нулю, а ток опять будет протекать только через резистор — по внешней ветке ток не идёт. И опять вольтметр будет показывать напряжение на резисторе, равное ЭДС источника тока.

То есть, согласно приведённым рассуждениям, показания идеального вольтметра не изменятся.

Если вольтметр — не идеален, то он будет обладать конечным электрическим сопротивлением, и для ответа на вопрос надо будет использовать законы постоянного тока.

Запись Задача с реостатом и вольтметром. впервые появилась Физика дома.

Запись Задания части 2 варианта 2013 года впервые появилась Физика дома.

Но к 10-му классу непонятные вопросы при решении задач все-таки остаются.

Давайте разберёмся с этим физическим прибором и рассмотрим ряд примеров и задач, которые встречались на экзамене и вполне могут встретиться.

В основе решения задач с реостатом надо знать формулу зависимости сопротивления проводников от его геометрических размеров. Именно эта формула лежит в основе принципа работы реостата.

Необходимо научиться определять «активную часть» реостата, то есть эта та часть реостата, по которой течет электрический ток. Чем больше длина активной части, тем большим электрическим сопротивлением обладает реостат. А от сопротивления реостата зависит сила тока в цепи.

Давайте рассмотрим два обозначения реостата на схеме, и посмотрим, отличие этих схем друг от друга. А после разберем несколько примеров.

Один из способов включения реостата в цепь	Один из способов включения реостата в цепь
Первый способ изображения реостата в электрической цепи.	Второй способ изображения реостата в электрической цепи.
При перемещении ползунка реостата влево длина «активной части» реостата увеличивается, а следовательно его сопротивление тоже увеличивается. Активная часть обозначена штриховой линией. При перемещении ползунка реостата вправо, длина «активной части, напротив, уменьшается. Уменьшается сопротивление реостата.	При перемещении ползунка реостата влево длина «активной части» реостата уменьшается, а следовательно его сопротивление тоже уменьшается.Активная часть обозначена штриховой линией. При перемещении ползунка реостата вправо, длина «активной части, напротив, увеличивается. Увеличивается сопротивление реостата.

Следствием всех перемещений ползунка реостата является изменение силы тока, согласно законам Ома для участка цепи и для полной цепи.

Ряд задач с реостатом Вы можете посмотреть на сайте. А ниже рассмотрим еще пару вопросов и задач с реостатом, чтобы закрепить материал.

Задача 1. Как будут изменяться показания электроизмерительных приборов при перемещении ползунка реостата вверх? Объяснить.

При перемещении ползунка реостата вверх, длина рабочей части реостата уменьшится. Так как реостат соединен последовательно с резистором, общее сопротивление цепи — уменьшиться. А следовательно сила тока в цепи, согласно законам Ома — увеличится. Напряжения, измеряемое на резисторе тоже увеличится.

Задача 2.
Реостат параллельно включён с резистором в электрическую цепь так, как показано на рисунке. Как будут изменяться показания амперметра, при перемещении ползунка реостата вправо? Объяснить.

При перемещении ползунка реостата вправо сопротивление реостата будет уменьшаться, а следовательно общее сопротивление электрической цепи, согласно формулам для расчета параллельного соединения — будет тоже уменьшаться. То есть сила тока в цепи будет увеличиваться.

Запись Как решать задачи с реостатом впервые появилась Физика дома.

Одни и те же элементы соединены в электрическую цепь сначала по схеме 1, затем по схеме 2. Сопротивление резистора — R, сопротивление амперметра — 0,01R , сопротивление вольтметра 9R. Найти отношение I₂/I₁ показаний амперметров в схемах. Внутренним сопротивлением источника и сопротивлением проводов пренебречь.

Схема 1	Схема 2

Для начала «неидеальный» амперметр, заменим «идеальным» прибором. Идеальный амперметр имеет нулевое сопротивление. И поэтому последовательно с «идеальным» амперметром» ставим резистор, имеющий сопротивление, равное сопротивлению амперметра.

И после этих преобразований, решение задачи сводится к определению  силы тока, протекающего через «идеальный» амперметр. А для этого используем законы последовательного и параллельного соединения.

Для первой схемы — определяем общее сопротивление электрической цепи. И по закону Ома определяем силу тока .

Для второй цепи — раз амперметр с резистором параллельно подключены к вольтметру, то напряжение на этих участках цени равно напряжению источника тока. Зная общее сопротивление ветви, состоящей из амперметра и резистора, опять с помощью закона Ома, определяем силу тока во втором случае.

Зная показания амперметра в первом и втором случае, отвечаем на поставленный в задаче вопрос.

Запись Амперметр и вольтметр в эл.цепи впервые появилась Физика дома.

Задачи на использование законов Кирхгофа есть даже не всех сборниках задач, рекомендованных для использования в средней школе.

Ниже приведён алгоритм решения задач по данной теме. Алгоритм не сложен. Использование данного алгоритма поможет Вам в решении задач по этой теме.

Итак, начнем. Сначала необходимо выполнить некоторые подготовительные операции.

• перерисовать схему
• указать направление ЭДС источников тока
• указать предполагаемое направление токов, текущих в каждом резисторе (если итоговый ответ будет отрицательным, то направление тока было изначально выбрано не верно)
• выбрать направление обхода для всех линейно независимых контуров

После проведения предварительных операций, приступаем собственно к решению самой задачи.

• Записываем первый  закон Кирхгофа: сумма токов, втекающих и вытекающих в данный узел, равна нулю.

Важно! Если ток втекает в узел, то он берётся со знаком «плюс», если вытекает, то со знаком «минус». Число уравнений второго закона Кирхгофа равно n-1, где n — число узлов в данной схеме. (Узел — точка, в которой соединяются три проводника и более).

• Записываем второй закон Кирхгофа для всех линейно независимых контуров: Сумма ЭДС в контуре равно сумме падений напряжений в каждом из этих контуров.

Важно! Если направление ЭДС  совпадает с направлением обхода контура, то значение ЭДС берётся со знаком «плюс». Если направление ЭДС не совпадает с направлением обхода контура, то значение ЭДС берётся со знаком «минус». Если направление тока совпадает с направлением обхода контура, то падение напряжения на данном участке берётся со знаком «плюс». Если направление тока через какой-либо резистор не совпадает с направлением обхода в данном контуре, то падение напряжения берётся со знаком «минус».

Решаем систему получившихся уравнений, относительно неизвестных величин.

Чаще всего в задачах этого типа, основную сложность представляет именно решение системы получившихся уравнений.

Ниже показан пример решения задачи с использованием законов Кирхгофа. Обратите внимание ещё раз на основные этапы решения. Они полностью соответствуют алгоритму, описанному выше.

Вот условие этой задачи.

Электрическая цепь состоит из двух гальванических элементов, трех резисторов и амперметра. В этой цепи R₁ = 100 Ом, R₂ = 50 Ом, R₃ = 20 Ом, ЭДС элемента ?₁ = 2 В. Амперметр регистрирует ток I₃ = 50 мА, идущий в направлении, указанном стрелкой. Определить ЭДС ?₂ второго элемента. Сопротивлением амперметра и внутренним сопротивлением источников пренебречь.

Удачи в освоении этой довольно сложной темы!

Возникающие вопросы можете оставлять в комментариях.

Запись Алгоритм решения задач на законы Кирхгофа впервые появилась Физика дома.

Вот одна из таких задач.

Каким должно быть сопротивление шунта, чтобы при его подключении к амперметру с внутренним сопротивлением 0,018 Ом предельное значение измеряемой силы тока увеличилось в 10 раз?

Для решения задачи необходимо знать законы последовательного и параллельного соединения проводников. А так же способ включения дополнительного сопротивления для увеличения предела измерения приборов.

Шунт всегда включается параллельно к амперметру.

Задача вполне может быть включена в ЕГЭ по физике в часть 1 или 2.

Запись Шунтируем амперметр впервые появилась Физика дома.