Электродинамика. Электрические цепи —Каталог задач по ЕГЭ - Физика

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#30737

На рисунке изображена схема, содержащая источник тока с некоторым внутренним сопротивлением, резистор, реостат, амперметр и вольтметр.

Как изменятся показания амперметра и вольтметра, если передвинуть ползунок реостата влево

Показать ответ и решение

Сопротивление реостата находится по формуле:

ρl R2 = S-,

где $ρ$ – удельное сопротивление, $l$ – длина реостата, включенного в цепь (количество витков), $S$ – площадь поперечного сечения. При движении реостата влево количество витков, включенных в цепь, уменьшается и сопротивление реостата уменьшается.
Найдем сопротивление параллельного участка:

-1- -1- 1-- R0 = R1 + R2

R0 =-R1⋅R2- = RR1---, R1 + R2 R1-+1 2

При уменьшении $R2$ , $R1∕R2$ увеличивается и общее сопротивление цепи уменьшается.
По закону Ома для полной цепи сила тока в цепи равна:

I = --ℰ--, R0+ r

то есть сила тока в цепи увеличится.
Амперметр измеряет силу тока в цепи, значит, его показания увеличатся.
Вольтметр измеряет напряжение на внешнем участке цепи, следовательно, его показания:

U = ℰ − Ir,

при увеличении $I$ показания уменьшаются

Ответ:

Критерии оценки


Критерии оценивания выполнения задачи	Баллы

Приведено полное правильное решение, включающее правильный	3
ответ (в данном случае: сказано как изменяются показания вольтметра и амперметра)
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: формула для расчета сопротивления проводника, формула расчета сопротивления для параллельно соединенных элементов, закон Ома для полной цепи)

Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении	2
имеется один или несколько из следующих недостатков.

В объяснении не указано или не используется одно из физических
явлений, свойств, определений или один из законов (формул),
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение,
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим
законом, свойством, явлением, определением и т.п.)
И (ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но в них содержится один логический недочёт.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение
(возможно, неверные), которые не отделены от решения
и не зачёркнуты.
И (ИЛИ)
В решении имеется неточность в указании на одно из физических
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для
полного верного объяснения

Представлено решение, соответствующее одному из следующих	1
случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение,
но в нём не указаны два явления или физических закона,
необходимых для полного верного объяснения.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие
к ответу, содержат ошибки.
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на
решение задачи

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным	0
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл	3

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 2#61857

На рисунке показана принципиальная схема электрической цепи, состоящей из источника тока с отличным от нуля внутренним сопротивлением, резистора, реостата и измерительных приборов – идеального амперметра и идеального вольтметра. Как будут изменяться показания приборов при перемещении движка реостата вправо? Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности Вы использовали для объяснения.

$PIC$

Источники: Демонстрационная волна 2024

Показать ответ и решение

Сопротивление реостата находится по формуле:

ρl R2 = S-,

где $ρ$ – удельное сопротивление, $l$ – длина реостата, включенного в цепь (количество витков), $S$ – площадь поперечного сечения. При движении реостата вправо количество витков, включенных в цепь, увеличивается и сопротивление реостата увеличивается.
Сопротивление цепи будет вычисляться по формуле параллельного соединения:

1- -1- -1- R = R1 + R2,

здесь $R$ – общее сопротивление.
Так как $R2$ увеличилось, то $1∕R2$ уменьшилось, значит, $1∕R$ также уменьшилось, следовательно, $R$ – увеличилось.
Также проанализировать изменение общего сопротивления можно было по формуле

R = -R1⋅R2-, R1 + R2

для этого надо было преобразовать формулу

2 2 2 2 R = R1-⋅R2+-R1−-R1-= R1(R1+-R2)−-R1-= R1− ---R1--, R1 +R2 R1+ R2 R1 + R2

так как $R2$ увеличилось, то $--R21-- R1 +R2$ уменьшилось и $R$ – увеличилось. По закону Ома для полной цепи сила тока через амперметр:

--ξ-- I = R + r

Так как сопротивление $R$ увеличивается, то сила тока уменьшается.
Напряжение, измеряемое вольтметром:

U = IR = ξ− Ir

Так как $I$ уменьшается, то напряжение, измеряемое вольтметром увеличивается.
Ответ: ток уменьшается, напряжение увеличивается.

Ответ:

Критерии оценки


Критерии оценивания выполнения задачи	Баллы

Приведено полное правильное решение, включающее правильный	3
ответ (в данном случае: сказано как изменяются показания вольтметра и амперметра)
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: формула для расчета сопротивления проводника, формула расчета сопротивления для параллельно соединенных элементов, закон Ома для полной цепи)

Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении	2
имеется один или несколько из следующих недостатков.

В объяснении не указано или не используется одно из физических
явлений, свойств, определений или один из законов (формул),
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение,
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим
законом, свойством, явлением, определением и т.п.)
И (ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но в них содержится один логический недочёт.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение
(возможно, неверные), которые не отделены от решения
и не зачёркнуты.
И (ИЛИ)
В решении имеется неточность в указании на одно из физических
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для
полного верного объяснения

Представлено решение, соответствующее одному из следующих	1
случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение,
но в нём не указаны два явления или физических закона,
необходимых для полного верного объяснения.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие
к ответу, содержат ошибки.
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на
решение задачи

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным	0
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл	3

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 3#61858

В схеме на рисунке сопротивление резистора и полное сопротивление реостата равны $R$ , ЭДС батарейки равна $ξ$ , её внутреннее сопротивление ничтожно ( $r = 0$ ). Как ведут себя (увеличиваются, уменьшаются, остаются постоянными) показания идеального вольтметра при перемещении движка реостата из крайнего верхнего в крайнее нижнее положение? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения.

$PIC$

Источники: Досрочная волна 2013

Показать ответ и решение

Сопротивление идеального вольтметра считается бесконечно большим. Значит, ток через реостат в любом положении равен нулю и напряжение на реостате равно:

Up = IpRp =0,

где $Ip$ – сила тока через реостат.
Значит, вольтметр показывает напряжение на резисторе. Изобразим эквивалентную схему (вольтметр показан как разрыв цепи)

$PIC$

По закону Ома для полной цепи:

ξ I = R-+-r

Так как сопротивление $r = 0$ , то

I = ξ. R

Напряжение на резисторе же составит:

ξ U = IR = RR = ξ.

Таким образом, при любом положении движка реостата показания вольтметра равны ЭДС источника $ξ$ .

Ответ:

Критерии оценки


Критерии оценивания выполнения задачи	Баллы

Приведено полное правильное решение, включающее правильный	3
ответ (в данном случае: описано, как меняются показания вольтметра)
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: сказано, на каком элементе цепи вольтметр показывает напряжение, записан закон Ома для участка и для полной цепи)

Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении	2
имеется один или несколько из следующих недостатков.

В объяснении не указано или не используется одно из физических
явлений, свойств, определений или один из законов (формул),
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение,
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим
законом, свойством, явлением, определением и т.п.)
И (ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но в них содержится один логический недочёт.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение
(возможно, неверные), которые не отделены от решения
и не зачёркнуты.
И (ИЛИ)
В решении имеется неточность в указании на одно из физических
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для
полного верного объяснения

Представлено решение, соответствующее одному из следующих	1
случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение,
но в нём не указаны два явления или физических закона,
необходимых для полного верного объяснения.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие
к ответу, содержат ошибки.
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на
решение задачи

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным	0
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл	3

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 4#61860

В сосуд наливают воду при комнатной температуре. В воду погружают нагревательные элементы с сопротивлениями $R1$ и $R2$ , подключённые к источнику постоянного напряжения так, как показано на рис. а. Оставив ключ К в положении 1, доводят воду до кипения. Затем кипяток выливают, сосуд охлаждают до комнатной температуры, вновь наполняют таким же количеством воды при комнатной температуре и, повернув ключ К в положение 2 (рис. б), повторяют опыт. Напряжение источника в опытах одинаково. Опираясь на законы электродинамики и молекулярной физики, объясните, в каком из приведённых опытов вода закипит быстрее.

$PIC$

Источники: Тренировочный вариант 2021

Показать ответ и решение

1) Количество теплоты, необходимое для нагрева воды:

Q= cm (tкип− t0),

где $c$ – удельная теплоёмкость воды, $m$ – масса воды, $tкип$ – температура кипения, $t0$ – начальная температура.
С другой стороны по закону Джоуля-Ленца

Q =P t,

где $P$ – мощность, $t$ – время нагрева.
Из этого следует, чем больше мощность, тем быстрее нагревается вода. Так как объемы воды одинаковые, то и количество теплоты понадобится одинаковое для их нагрева.
2) Найдем мощность цепи в первом и втором случаях.
Первый случай. Резисторы соединены последовательно, значит их общее сопротивление равно:

R = R1+ R2

Мощность будем находить по формуле:

2 P = U-- R

Для первого случая

P1 = --U2--. R1+ R2

Второй случай. Ток через резистор $R2$ течь не будет, а значит общее сопротивление цепи равно $R1$ . Найдем мощность цепи во втором случае

U2 P2 = R-- 1

3) Найдем отношение мощностей

--U2--- P1= R1+2R2-= --R1---< 1 P2 U-- R1 + R2 R1

Так как отношение меньше единицы, то мощность в первом случае меньше мощности во втором, а значит и вода нагреется быстрее во втором случае.

Ответ:

Критерии оценки


Критерии оценивания выполнения задачи	Баллы

Приведено полное правильное решение, включающее правильный	3
ответ (в данном случае: сказано, в каком случае вода закипит быстрее)
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: закон Джоуля-Ленца, формула количества теплоты, необходимого для нагрева тела, законы последовательного и параллельного соединения резисторов)

Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении	2
имеется один или несколько из следующих недостатков.

В объяснении не указано или не используется одно из физических
явлений, свойств, определений или один из законов (формул),
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение,
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим
законом, свойством, явлением, определением и т.п.)
И (ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но в них содержится один логический недочёт.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение
(возможно, неверные), которые не отделены от решения
и не зачёркнуты.
И (ИЛИ)
В решении имеется неточность в указании на одно из физических
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для
полного верного объяснения

Представлено решение, соответствующее одному из следующих	1
случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение,
но в нём не указаны два явления или физических закона,
необходимых для полного верного объяснения.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие
к ответу, содержат ошибки.
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на
решение задачи

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным	0
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл	3

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 5#54763

На рисунке показана электрическая цепь, содержащая источник тока (с внутренним сопротивлением), два резистора, конденсатор, ключ К, а также идеальные амперметр и вольтметр. Как изменятся показания амперметра и вольтметра в результате замыкания ключа К? Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности вы использовали для объяснения.

Источники: Сборник задач "1000 задач"

Показать ответ и решение

1) Показания амперметра станут отличными от нуля, а показания вольтметра уменьшатся.
2) До замыкания ключа цепь находится в установившемся режиме, значит, заряд на конденсаторе постоянен и ток через конденсатор не течёт, следовательно, амперметр показывает 0. Запишем закон Ома для полной цепи:

ξ = I01r+ I01R + UC,

где $I01 = 0$ – ток в цепи до замыкания ключа $UC$ – напряжение на конденсаторе.
Отсюда

UC = ξ

Показания вольтметра равны

UV 1 = I01R +UC = ξ.

3) После замыкания ключа в цепи установится новое положение равновесия, то есть заряд на конденсаторе опять станет постоянен, а ток через конденсатор будет равен нулю, значит, ток будет течь полностью через два резистора. Запишем закон Ома для полной цепи

I02 =---ξ---- = --ξ--. R +R + r 2R+ r

то есть показания амперметра увеличились, так как ток в цепи стал отличен от нуля.
Показания вольтметра

-ξ⋅2R- UV 2 = I02 ⋅2R = 2R + r < ξ,

то есть показания уменьшатся.
Если не заметить последнее неравенство, то можно преобразовать формулу

UV 2 = ξ⋅2R-+ξr−-ξr-= ξ(2R-+-r)-− ξr-= ξ−-ξ---⋅r = ξ− I02r < ξ. 2R + r 2R+ r 2R+ r

Ответ:

Критерии оценки


Критерии оценивания выполнения задачи	Баллы

Приведено полное правильное решение, включающее правильный	3
ответ (в данном случае: сказано чему будут равны показания амперметра и вольтметра)
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: сказано на чем именно определяет напряжение вольтметр, закон Ома для полной цепи)

Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении	2
имеется один или несколько из следующих недостатков.

В объяснении не указано или не используется одно из физических
явлений, свойств, определений или один из законов (формул),
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение,
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим
законом, свойством, явлением, определением и т.п.)
И (ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но в них содержится один логический недочёт.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение
(возможно, неверные), которые не отделены от решения
и не зачёркнуты.
И (ИЛИ)
В решении имеется неточность в указании на одно из физических
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для
полного верного объяснения

Представлено решение, соответствующее одному из следующих	1
случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение,
но в нём не указаны два явления или физических закона,
необходимых для полного верного объяснения.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие
к ответу, содержат ошибки.
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на
решение задачи

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным	0
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл	3

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 6#61861

Электрическая цепь состоит из батареи с ЭДС $ξ$ и внутренним сопротивлением и подключённого к ней резистора нагрузки с сопротивлением $R$ . При изменении сопротивления нагрузки изменяется напряжение на резисторе и сила тока в цепи. На рисунке представлен график изменения силы тока в цепи в зависимости от напряжения на резисторе нагрузки. Используя известные вам физические законы, объясните, почему этот график представляет собой линейную зависимость. Чему равна ЭДС батареи?

$PIC$

Источники: Основная волна 2012

Показать ответ и решение

Сила тока в цепи определяется по закону Ома для полной цепи

ℰ I = R-+-r,

где $ℰ$ – ЭДС источника, $R$ – сопротивление нагрузки, $r$ – внутреннее сопротивление источника.
Напряжение на зажимах источника равно

U =IR,

тогда

U = IR = ℰ − Ir.

Отсюда можно найти зависимость $I(U)$ :

I(U)= ℰ-−-U = ℰ-− U, r r r

так как $ℰ$ и $r$ постоянны, то сила тока зависит линейно от $U$ , что и видно по графику.
При этом если ток в схеме равен нулю, то напряжение на зажимах источник равно ЭДС, тогда по графику при $I = 0$ , $U = ℰ =40$ В.

Ответ:

Критерии оценки


Критерии оценивания выполнения задачи	Баллы

Приведено полное правильное решение, включающее правильный	3
ответ (в данном случае: объяснено построение графика)
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: закон Ома для участка цепи и закон Ома для полной цепи, получена зависимость силы тока от напряжения)

Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении	2
имеется один или несколько из следующих недостатков.

В объяснении не указано или не используется одно из физических
явлений, свойств, определений или один из законов (формул),
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение,
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим
законом, свойством, явлением, определением и т.п.)
И (ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но в них содержится один логический недочёт.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение
(возможно, неверные), которые не отделены от решения
и не зачёркнуты.
И (ИЛИ)
В решении имеется неточность в указании на одно из физических
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для
полного верного объяснения

Представлено решение, соответствующее одному из следующих	1
случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение,
но в нём не указаны два явления или физических закона,
необходимых для полного верного объяснения.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие
к ответу, содержат ошибки.
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на
решение задачи

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным	0
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл	3

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 7#13244

Электрическая цепь состоит из батареи с ЭДС $ξ$ и внутренним сопротивлением и подключённого к ней резистора нагрузки с сопротивлением $R$ . При изменении сопротивления нагрузки изменяется сила тока в цепи и мощность в нагрузке. На рисунке представлен график изменения мощности, выделяющейся на нагрузке, в зависимости от силы тока в цепи. Используя известные физические законы, объясните, почему данный график зависимости мощности от силы тока является параболой.

$PIC$

Источники: Досрочная волна 2019 | Основная волна 2013

Показать ответ и решение

Мощность равна:

2 P = I R (1)

Сила тока в цепи:

ξ I = R-+-r

Отсюда сопротивление нагрузки

R = ξ− r. (2) I

Подставим (2) в (1)

( ) P(I)= I2 ξ − r = ξI − I2r. I

То есть парабола с ветвям, направленными вниз.

Ответ:

Критерии оценки


Критерии оценивания выполнения задачи	Баллы

Приведено полное правильное решение, включающее правильный	3
ответ (в данном случае: формула зависимости мощности от напряжения)
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: уравнение для тепловой мощности, выделяющейся на резисторе $R$ , назван и записан закон Ома для замкнутой цепи, закон Ома для участка цепи. Получена зависимость $P(U)$ , проведен ее анализ, на основе анализа сделан верный вывод)

Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении	2
имеется один или несколько из следующих недостатков.

В объяснении не указано или не используется одно из физических
явлений, свойств, определений или один из законов (формул),
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение,
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим
законом, свойством, явлением, определением и т.п.)
И (ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но в них содержится один логический недочёт.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение
(возможно, неверные), которые не отделены от решения
и не зачёркнуты.
И (ИЛИ)
В решении имеется неточность в указании на одно из физических
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для
полного верного объяснения

Представлено решение, соответствующее одному из следующих	1
случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение,
но в нём не указаны два явления или физических закона,
необходимых для полного верного объяснения.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие
к ответу, содержат ошибки.
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на
решение задачи

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным	0
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл	3

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 8#17854

Электрическая цепь состоит из батареи с ЭДС $ξ$ и внутренним сопротивлением $r$ и подключённого к ней резистора нагрузки с сопротивлением $R$ . При изменении сопротивления нагрузки изменяется напряжение на ней и мощность в нагрузке. На рисунке представлен график зависимости мощности выделяющейся на нагрузке, от напряжения на ней. Используя известные вам физические законы, объясните, почему данный график зависимости мощности от напряжения представляет собой параболу.

Показать ответ и решение

Мощность, выделяющаяся на элементе цепи может быть рассчитана по формуле $U2- P =UI = R$ . Из закона Ома для полной цепи найдем ток $I =--ξ-- r +R$ . Тогда напряжение на внешнем сопротивлении (нагрузке) найдем из закона Ома для участка цепи $Rξ U = IR = r+-R-$ . Выразим отсюда сопротивление $R$ :

UR + Ur = Rξ

Ur = R(ξ− U)

Ur R = ξ−-U-

Подставим значение R в формулу $P = U2- R$

2 P = U-(ξ−-U) Ur

P = U-(ξ−-U-) r

U-ξ U2- P = r − r

Это квадратичная функция зависимости мощности от напряжения, график - парабола, ветви вниз.

Ответ:

Критерии оценки


Критерии оценивания выполнения задачи	Баллы

Приведено полное правильное решение, включающее правильный	3
ответ (в данном случае: формула зависимости мощности от напряжения)
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: уравнение для тепловой мощности, выделяющейся на резисторе $R$ , назван и записан закон Ома для замкнутой цепи, закон Ома для участка цепи. Получена зависимость $P(U)$ , проведен ее анализ, на основе анализа сделан верный вывод)

Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении	2
имеется один или несколько из следующих недостатков.

В объяснении не указано или не используется одно из физических
явлений, свойств, определений или один из законов (формул),
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение,
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим
законом, свойством, явлением, определением и т.п.)
И (ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но в них содержится один логический недочёт.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение
(возможно, неверные), которые не отделены от решения
и не зачёркнуты.
И (ИЛИ)
В решении имеется неточность в указании на одно из физических
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для
полного верного объяснения

Представлено решение, соответствующее одному из следующих	1
случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение,
но в нём не указаны два явления или физических закона,
необходимых для полного верного объяснения.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие
к ответу, содержат ошибки.
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на
решение задачи

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным	0
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл	3

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 9#61862

Электрическая цепь состоит из батареи с ЭДС $ξ = 2 В$ и внутренним сопротивлением $r = 0,5 О м$ и подключенного к ней резистора нагрузки с сопротивлением $R$ . При изменении сопротивления нагрузки изменяется сила тока в цепи и мощность тока в нагрузке. Используя известные физические законы, постройте график зависимости мощности тока в нагрузке от силы тока.

Показать ответ и решение

Мощность равна:

2 P = I R (1)

Сила тока в цепи:

ξ I = R-+-r

Отсюда сопротивление нагрузки

R = ξ− r. (2) I

Подставим (2) в (1)

( ) P(I)= I2 ξ − r = ξI − I2r. I

То есть парабола с ветвям, направленными вниз.
Определим нулю параболы и ее вершину

ξ 2 В P(I)= 0⇒ I = 0 I = r = 0,5-Ом-= 4 А

Вершина параболы находится в точке:

Iв =-−-ξ-= ---−2-В---= 2 А 2⋅− r 2 ⋅− 0,5 Ом

Определим максимальное значение мощности:

2 2 P(Iв)= ξIв − Iвr = 2 В⋅2 А− 4 А ⋅0,5 О м= 2 Вт

График, изображен на рисунке

$PIC$

Ответ:

Критерии оценки


Критерии оценивания выполнения задачи	Баллы

Приведено полное правильное решение, включающее правильный	3
ответ (в данном случае: построен график зависимости мощности)
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: записана формула мощности, записан закон Ома для участка и для полной цепи)

Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении	2
имеется один или несколько из следующих недостатков.

В объяснении не указано или не используется одно из физических
явлений, свойств, определений или один из законов (формул),
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение,
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим
законом, свойством, явлением, определением и т.п.)
И (ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но в них содержится один логический недочёт.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение
(возможно, неверные), которые не отделены от решения
и не зачёркнуты.
И (ИЛИ)
В решении имеется неточность в указании на одно из физических
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для
полного верного объяснения

Представлено решение, соответствующее одному из следующих	1
случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение,
но в нём не указаны два явления или физических закона,
необходимых для полного верного объяснения.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие
к ответу, содержат ошибки.
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на
решение задачи

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным	0
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл	3

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 10#61863

В цепи, изображенной на рисунке, сопротивление диода в прямом направлении пренебрежимо мало, а в обратном многократно превышает сопротивление резисторов. Все резисторы имеют одинаковое сопротивление, равное внутреннему сопротивлению источника тока. Во внешней цепи выделяется мощность P. Как изменится мощность, выделяющаяся во внешней цепи, при другой полярности подключения источника тока? Ответ поясните, опираясь на законы электродинамики.

$PIC$

Источники: Основная волна 2018

Показать ответ и решение

Мощность, выделяемая в цепи равна:

2 P = I R, (1)

где $I$ – сила тока в цепи, $R$ – внешнее сопротивление цепи.
Сила тока в цепи:

ξ I = R-+-r.

Изобразим токи, которые текут в цепи в первом случае:

$PIC$

То есть в цепь включены три резистора, тогда сопротивление цепи

R1 =r +r +r = 3r.

Отсюда сила тока

ξ ξ I1 = 3r+-r = 4r.

мощность в первом случае

2 2 P1 = I21R1 = -ξ--⋅3r = 3ξ-. 16r2 16r

Изобразим токи, текущие в цепи, при переключении полярности

$PIC$

То есть в цепь включены два резистора, тогда аналогично первому случаю:

R2 = r+ r = 2r.

I2 =--ξ--= -ξ. 2r+ r 3r

2 -ξ2 2ξ2- P2 = I2R2 = 9r2 ⋅2r = 9r .

Так как $P2 P1 > 1$ , то мощность увеличится.

Ответ:

Критерии оценки


Критерии оценивания выполнения задачи	Баллы

Приведено полное правильное решение, включающее правильный	3
ответ (в данном случае: описано, как меняется мощность)
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: записана формула мощности, записан закон Ома, записаны формулы расчета сопротивления при последовательном и параллельном включении резисторов, сказано как протекает ток через диоды)

Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении	2
имеется один или несколько из следующих недостатков.

В объяснении не указано или не используется одно из физических
явлений, свойств, определений или один из законов (формул),
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение,
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим
законом, свойством, явлением, определением и т.п.)
И (ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но в них содержится один логический недочёт.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение
(возможно, неверные), которые не отделены от решения
и не зачёркнуты.
И (ИЛИ)
В решении имеется неточность в указании на одно из физических
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для
полного верного объяснения

Представлено решение, соответствующее одному из следующих	1
случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение,
но в нём не указаны два явления или физических закона,
необходимых для полного верного объяснения.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие
к ответу, содержат ошибки.
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на
решение задачи

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным	0
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл	3

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 11#13539

На рисунке изображена схема электрической цепи, состоящей из двух одинаковых источников тока с ЭДС $𝜀$ и внутренним сопротивлением $r$ , резистора сопротивлением $R$ , двух одинаковых ламп Л1 и Л2, двух идеальных диодов Д1 и Д2 и ключа К. Опираясь на законы электродинамики, объясните, какие изменения произойдут в работе этой цепи, если перевести ключ К из положения 1 в положение 2. Сравните накал ламп в этих двух случаях.

Источники: Основная волна 2021

Показать ответ и решение

Диод – это устройство, которое в одну сторону пропускает ток, в обратном направлении нет.

Ток в цепи идет от ”+” источника к ”-”. В первом случае, когда ключ замкнут в положении 1 Д2 открыт, Д1 закрыт Лампа Л2 горит, Л1 не горит.

Закон Ома для полной цепи в этом случае

𝜀 I1 = r+-R-+-R-, л

где $Rл$ – сопротивление лампы.
Во втором случае, когда ключ замкнут в положении 2, ток будет протекать в обратном направлении, поэтому Д2 будет закрыт, Д1 открыт, лампа Д1 теперь будет гореть, а Л2 – нет.

Закон Ома в этом случае

𝜀 I2 = r+-R-. л

Так как лампы одинаковые, то накал лампы определяется мощностью, выделяемой на лампе. Из закона Джоуля-Ленца мощность на лампе $P = I2R л$ . Так как $I > I 2 1$ , то $P > P 2 1$ , т.е. накал на лампе Л1 во втором случае больше, чем накал на лампе Л2 в первом.

Ответ:

Критерии оценки


Критерии оценивания выполнения задачи	Баллы

Приведено полное правильное решение, включающее правильный	3
ответ (в данном случае: сказано в каком случае накал больше)
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: описана работа диода. Сказано в каком направлении протекает ток в цепи при различных положениях ключа. Записан закон Ома для полной цепи. Сказано что накал лампы зависит от мощности, выделяющейся на лампе. Записана формула мощности)

Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении	2
имеется один или несколько из следующих недостатков.

В объяснении не указано или не используется одно из физических
явлений, свойств, определений или один из законов (формул),
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение,
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим
законом, свойством, явлением, определением и т.п.)
И (ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но в них содержится один логический недочёт.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение
(возможно, неверные), которые не отделены от решения
и не зачёркнуты.
И (ИЛИ)
В решении имеется неточность в указании на одно из физических
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для
полного верного объяснения

Представлено решение, соответствующее одному из следующих	1
случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение,
но в нём не указаны два явления или физических закона,
необходимых для полного верного объяснения.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие
к ответу, содержат ошибки.
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на
решение задачи

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным	0
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл	3

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 12#13252

Три одинаковых резистора и три одинаковых идеальных диода включены в электрическую цепь, показанную на рисунке, и подключены к аккумулятору в точках В и С. Показания амперметра равны 2 А. Определите силу тока через амперметр после смены полярности подключения аккумулятора. Нарисуйте эквивалентные электрические схемы для двух случаев подключения аккумулятора. Опираясь на законы электродинамики, поясните свой ответ. Сопротивлением амперметра и внутренним сопротивлением аккумулятора пренебречь.

Источники: Демидова 2020

Показать ответ и решение

1. Перерисуем схемы в эквивалентные

2. В первых раз все диоды будут пропускать электрический ток и поэтому ток через левый резистор течь не будет (рис. ). Во второй раз диоды не будут пропускать ток совсем и поэтому верхний резистор будет "выключен"из цепи, а ток будет течь по нижним двум (рис. справа )
3. Ток по закону Ома в первый раз будет находиться по формуле

ξ- I1 = R

где $R$ – сопротивление резисторов. Здесь не учитывается второй резистор, так как амперметр подключен только к одному из резисторов.
Во второй раз общее сопротивление цепи будет равно $R0 = R +R = 2R$ , а сила тока на амперметре

I2 =-ξ-= 2-А = 1 А 2R 2

Ответ:

Критерии оценки


Критерии оценивания выполнения задачи	Баллы

Приведено полное правильное решение, включающее правильный	3
ответ (в данном случае: определена сила тока через амперметр, нарисованы эквиавалентные схемы)
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: формула расчета сопротивления участка цепи, состоящего из последовательно соединенных резисторов. Описан принцип работы идеального диода)

Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении	2
имеется один или несколько из следующих недостатков.

В объяснении не указано или не используется одно из физических
явлений, свойств, определений или один из законов (формул),
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение,
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим
законом, свойством, явлением, определением и т.п.)
И (ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но в них содержится один логический недочёт.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение
(возможно, неверные), которые не отделены от решения
и не зачёркнуты.
И (ИЛИ)
В решении имеется неточность в указании на одно из физических
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для
полного верного объяснения

Представлено решение, соответствующее одному из следующих	1
случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение,
но в нём не указаны два явления или физических закона,
необходимых для полного верного объяснения.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие
к ответу, содержат ошибки.
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на
решение задачи

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным	0
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл	3

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 13#22077

Три одинаковых резистора и два одинаковых идеальных диода включены в электрическую цепь, показанную на рисунке, и подключены к аккумулятору в точках В и С. Показания амперметра равны 2 А. Определите силу тока через амперметр после смены полярности подключения аккумулятора. Нарисуйте эквивалентные электрические схемы для двух случаев подключения аккумулятора. Опираясь на законы электродинамики, поясните свой ответ. Сопротивлением амперметра и внутренним сопротивлением аккумулятора пренебречь.

Источники: Демидова 2020

Показать ответ и решение

1. Перерисуем схемы в эквивалентные

2. В первом случае верхний диод включён в обратном направлении, обладает бесконечно большим сопротивлением, и ток через него не течёт. Диод, расположенный в центре схемы, включён в прямом направлении, обладает нулевым сопротивлением и пропускает электрический ток. Эквивалентная электрическая схема для первого случая имеет вид, представленный на рис. а. Получается, что первый резистор соединён последовательно с двумя другими, соединёнными параллельно друг другу. Используя формулы для вычисления сопротивления последовательно и параллельно подключённых резисторов. При смене полярности подключения аккумулятора оба диода окажутся включёнными в прямом направлении, и ток через левый резистор протекать не будет. Эквивалентная электрическая схема для второго случая примет вид, представленный на рис. б. Определим общее сопротивление цепи для первого и второго случаев

R1 = R +(-1+-1)−1 = R + R-⋅R-= 3R R2 = (1-+ 1)−1 = R-⋅R-= R-. R R R+ R 2 R R R+ R 2

где $R$ – сопротивление каждого из резисторов.

3. Ток в цепи находим по закону Ома:

ξ 2ξ ξ 2ξ I1 = R1-= 3R- I2 = R2-= R

При этом сила тока в параллельном блоке будет ”делиться” на два резистора, значит, сила тока через амперметр также увеличится в 3 раза Тогда:

I2 = 3⋅2 А = 6 А

Ответ:

Критерии оценки


Критерии оценивания выполнения задачи	Баллы

Приведено полное правильное решение, включающее правильный	3
ответ (в данном случае: определена сила тока через амперметр, нарисованы эквиавалентные схемы)
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: формула расчета сопротивления участка цепи, состоящего из последовательно соединенных резисторов. Описан принцип работы идеального диода)

Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении	2
имеется один или несколько из следующих недостатков.

В объяснении не указано или не используется одно из физических
явлений, свойств, определений или один из законов (формул),
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение,
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим
законом, свойством, явлением, определением и т.п.)
И (ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но в них содержится один логический недочёт.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение
(возможно, неверные), которые не отделены от решения
и не зачёркнуты.
И (ИЛИ)
В решении имеется неточность в указании на одно из физических
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для
полного верного объяснения

Представлено решение, соответствующее одному из следующих	1
случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение,
но в нём не указаны два явления или физических закона,
необходимых для полного верного объяснения.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие
к ответу, содержат ошибки.
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на
решение задачи

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным	0
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл	3

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 14#65313

Три одинаковых резистора и два одинаковых идеальных диода включены в электрическую цепь, показанную на рисунке, и подключены к аккумулятору в точках В и С. Показания амперметра равны 2 А. Определите показания амперметра при смены полярности подключения аккумулятора. Нарисуйте эквивалентные электрические схемы для двух случаев подключения аккумулятора. Опираясь на законы электродинамики, поясните свой ответ. Сопротивлением амперметра и внутренним сопротивлением аккумулятора пренебречь.

Источники: Демидова 2020

Показать ответ и решение

1. Перерисуем схемы в эквивалентные

2. В первом случае верхний диод включён в обратном направлении, обладает бесконечно большим сопротивлением, и ток через него не течёт. Диод, расположенный в центре схемы, включён в прямом направлении, обладает нулевым сопротивлением и пропускает электрический ток. Эквивалентная электрическая схема для первого случая имеет вид, представленный на рис. 1. Получается, что первый резистор соединён последовательно с двумя другими, соединёнными параллельно друг другу. Используя формулы для вычисления сопротивления последовательно и параллельно подключённых резисторов. При смене полярности подключения аккумулятора оба диода окажутся включёнными в прямом направлении, и ток через левый резистор протекать не будет. Эквивалентная электрическая схема для второго случая примет вид, представленный на рис. б. Определим общее сопротивление цепи для первого и второго случаев

R1 = R +-R⋅R- = 3R- R2 = R-⋅R-= R- R + R 2 R+ R 2

где $R$ – сопротивление каждого из резисторов.

3. Ток находим по закону Ома силу тока в цепи:

ℰ 2ℰ ℰ 2ℰ I1 = R1-= 3R- I2 = R2-= R

То есть сила тока во втором случае:

I2 = 2ℰ = 3I1 = 3⋅2 А = 6 А R

Ответ:

Критерии оценки


Критерии оценивания выполнения задачи	Баллы

Приведено полное правильное решение, включающее правильный	3
ответ (в данном случае: определена сила тока через амперметр, нарисованы эквиавалентные схемы)
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: формула расчета сопротивления участка цепи, состоящего из последовательно соединенных резисторов. Описан принцип работы идеального диода)

Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении	2
имеется один или несколько из следующих недостатков.

В объяснении не указано или не используется одно из физических
явлений, свойств, определений или один из законов (формул),
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение,
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим
законом, свойством, явлением, определением и т.п.)
И (ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но в них содержится один логический недочёт.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение
(возможно, неверные), которые не отделены от решения
и не зачёркнуты.
И (ИЛИ)
В решении имеется неточность в указании на одно из физических
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для
полного верного объяснения

Представлено решение, соответствующее одному из следующих	1
случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение,
но в нём не указаны два явления или физических закона,
необходимых для полного верного объяснения.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие
к ответу, содержат ошибки.
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на
решение задачи

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным	0
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл	3

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 15#61864

В электрической схеме, изображенной на рисунке, сопротивления лампочки и резисторов одинаковы и равны R, ЭДС источников питания равны $ℰ$ , а внутренние сопротивления источников питания пренебрежимо малы.
Основываясь на известных физических законах и закономерностях, опишите, что произойдет с лампочкой, если перевести ключ из состояния 1 в состояние 2. Определите, во сколько раз изменится мощность, выделяемая во внешней цепи.

$PIC$

Показать ответ и решение

Мощность, выделяемая в цепи равна:

2 P = I R, (1)

где $I$ – сила тока в цепи, $R$ – внешнее сопротивление цепи.
Сила тока в цепи:

ξ I = R.

Изобразим токи, которые текут в цепи в первом случае:

$PIC$

То есть в цепь включен только один резистор, так как сопротивление диода пренебрежимо мало, то напряжение на этом участке равно нулю, значит, напряжение на лампе равно нулю и лампа не горит. Сопротивление цепи равно

R1 = R.

Отсюда сила тока

ξ I1 = R.

мощность в первом случае

2 2 P1 = I21R1 = ξ-⋅R = ξ-. R2 R

Изобразим токи, текущие в цепи, при переключении полярности

$PIC$

То есть в цепь включены два резистора и лампа, так как в этом случае ток через лампу течёт, то лампа загорится, ток через диод не течёт, тогда аналогично первому случаю:

R2 =R + R +R = 3R.

I2 =-ξ-. 3R

P2 = I22R2 = -ξ2-⋅3R = -ξ2. 9R2 3R

Так как $P1 P2 = 3$ , то есть мощность уменьшится в 3 раза.

Ответ:

Критерии оценки


Критерии оценивания выполнения задачи	Баллы

Приведено полное правильное решение, включающее правильный	3
ответ (в данном случае: сказано, во сколько раз меняется мощность в электрической цепи)
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: записана формула мощности, записан закон Ома, сказано, как меняется цепь при переключении ключа, использованы формулы полсдеовательного и параллельного соединения при расчете сопротивления)

Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении	2
имеется один или несколько из следующих недостатков.

В объяснении не указано или не используется одно из физических
явлений, свойств, определений или один из законов (формул),
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение,
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим
законом, свойством, явлением, определением и т.п.)
И (ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но в них содержится один логический недочёт.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение
(возможно, неверные), которые не отделены от решения
и не зачёркнуты.
И (ИЛИ)
В решении имеется неточность в указании на одно из физических
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для
полного верного объяснения

Представлено решение, соответствующее одному из следующих	1
случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение,
но в нём не указаны два явления или физических закона,
необходимых для полного верного объяснения.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие
к ответу, содержат ошибки.
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на
решение задачи

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным	0
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл	3

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 16#13249

В первом опыте в сосуд с водой при комнатной температуре помещают нагревательный элемент, состоящий из двух спиралей с сопротивлениями $R1$ и $R2$ , подключенный к источнику постоянного напряжения $U$ . В начальный момент времени ключ К замкнут. Воду доводят до кипения, затем выливают и охлаждают до комнатной температуры. Во втором опыте эту же воду при комнатной температуре снова доводят до кипения, при этом ключ К размыкают. В каком случае вода закипит быстрее? Ответ поясните на основании законов термодинамики и электродинамики.

Досрочный экзамен по физике. Санкт-Петербург.

Источники: Основная волна 2019

Показать ответ и решение

1) Чем больше мощность, тем быстрее нагревается вода, поскольку теплота находится по формуле $Q = Pt$ , так как объемы воды одинаковые и начальные температуры равны, то и количество теплоты $Q = cmΔt$ понадобится одинаковое для их нагрева. Здесь $c$ – удельная теплоёмкость воды, $m$ – масса воды, одинаковая в двух случаях, $P$ – мощность выделяющаяся в цепи, $t$ – время нагрева воды. Так как $Q$ одинаковое, то при увеличении мощности $P$ , время нагрева $t$ уменьшается
2) Найдем мощность цепи в первом и втором случаях.
Первый случай. Резисторы соединены параллельно, значит их общее сопротивление равно:

1 1 1 R2 ⋅R1 R-= R2-+ R1 ⇒ R = R2+-R1-

Мощность будем находить по формуле:

2 P = U-- R

Для первого случая

2 (R2-+R1-) P1 = U R2R1

Второй случай. Ток через резистор $R2$ течь не будет, а значит общее сопротивление цепи равно $R1$ . Найдем мощность цепи во втором случае

U2 P2 = R1-

3) Найдем отношение мощностей

( ) U2 R1-+R2- P1 = -----R1R2--- = R1+-R2-> 1 P2 U2- R2 R1

Так как отношение больше единицы, то мощность в первом случае больше мощности во втором, а значит и вода нагреется быстрее в первом случае.

Ответ:

Критерии оценки


Критерии оценивания выполнения задачи	Баллы

Приведено полное правильное решение, включающее правильный	3
ответ (в данном случае: сказано в каком случае вода нагреется быстрее)
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: формула расчета мощности выделяющейся в цепи, формула расчета сопротивления участка цепи, состоящего из параллельно соединенных элементов, формула расчета теплоты, требуемого для нагрева воды до температуры кипения. Сказано как проткает ток в цепи в двух случаях)

Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении	2
имеется один или несколько из следующих недостатков.

В объяснении не указано или не используется одно из физических
явлений, свойств, определений или один из законов (формул),
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение,
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим
законом, свойством, явлением, определением и т.п.)
И (ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но в них содержится один логический недочёт.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение
(возможно, неверные), которые не отделены от решения
и не зачёркнуты.
И (ИЛИ)
В решении имеется неточность в указании на одно из физических
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для
полного верного объяснения

Представлено решение, соответствующее одному из следующих	1
случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение,
но в нём не указаны два явления или физических закона,
необходимых для полного верного объяснения.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие
к ответу, содержат ошибки.
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на
решение задачи

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным	0
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл	3

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 17#13242

Две параллельные металлические пластины, расположенные горизонтально, подключены к электрической схеме, приведённой на рисунке. Между пластинами находится в равновесии маленькое заряженное тело массой $m$ и зарядом $q$ . Электростатическое поле между пластинами считать однородным. Опираясь на законы механики и электродинамики, объясните, как и в какую сторону начнёт двигаться тело, если сдвинуть ползунок реостата влево.

Источники: Основная волна 2020

Показать ответ и решение

Изобразим все силы, действующие на шарик.

1. Пластины конденсатора заряжены так, как показано на рисунке. Расставив силы, видим, что сила Кулона должна уравновешивать силу тяжести, следовательно, положительно заряженная пластина отталкивает шарик. Так как положительно заряженная пластина отталкивает шарик, то шарик заряжен положительно.
2. Сопротивление реостата находится по формуле:

ρl Rp = S ,

где $ρ$ – удельное сопротивление, $l$ – длина реостата, включенного в цепь (количество витков), $S$ – площадь поперечного сечения. При движении реостата влево количество витков, включенных в цепь, уменьшается и сопротивление реостата уменьшается.
3. По закону Ома для полной цепи:

I =---ξ--- = ----ξ---- R общ +r R + Rp+ r

Здест, $R общ = R+ Rp$ - общее сопротивление внешней цепи, находится как сумма сопротивлений резистора и реостата, так как они соединены последовательно.
Так как сопротивление $Rp$ реостата уменьшается, то сила тока увеличивается.
Из закона Ома $I = U R$ найдем напряжение на резисторе:

U = IR

оно увеличивается, так как конденсатор и резистор подключены параллельно, напряжение на конденсаторе тоже увеличивается.
4. Напряжение на конденсаторе увеличивается, следовательно, возрастает и напряженность поля внутри пластин конденсатора $E = Ud-$ , так как расстояние между обкладками $d$ не изменяется.
5. Движение шарика подчиняется второму закону Ньютона

F − mg = ma.

В следствие увеличения напряженности, возрастает и электрическая сила, равная $F = qE$ и шарик начинает смещаться вверх.

Ответ:

Критерии оценки


Критерии оценивания выполнения задачи	Баллы

Приведено полное правильное решение, включающее правильный	3
ответ (в данном случае: сделан правильный вывод о направлении движения тела)
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: закон Ома для замкнутой цепи, вывод о параллельном соединении конденсатора и резистора R, указано на равенство напряжений на этих элементах, как одно из свойств параллельного соединения элементов, закон Ома для участка цепи для расчета напряжения на резисторе R, формула для расчета напряженности поля плоского конденсатора, расстановка сил, действующих на тело, указано, как меняется сопротивление реостата при движении ползунка, сделан верный вывод о том, как меняется сила тока через резистор R и напряжение на резисторе R и конденсаторе, напряженность поля в конденсаторе)

Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении	2
имеется один или несколько из следующих недостатков.

В объяснении не указано или не используется одно из физических
явлений, свойств, определений или один из законов (формул),
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение,
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим
законом, свойством, явлением, определением и т.п.)
И (ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но в них содержится один логический недочёт.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение
(возможно, неверные), которые не отделены от решения
и не зачёркнуты.
И (ИЛИ)
В решении имеется неточность в указании на одно из физических
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для
полного верного объяснения

Представлено решение, соответствующее одному из следующих	1
случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение,
но в нём не указаны два явления или физических закона,
необходимых для полного верного объяснения.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие
к ответу, содержат ошибки.
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на
решение задачи

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным	0
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл	3

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 18#61865

Нихромовый проводник длиной $l =l2$ включен в цепь постоянного тока. К нему подключают вольтметр таким образом, что одна из клемм вольтметра все время подключена к началу проводника, а вторая может перемещаться вдоль проводника. На рисунке приведена зависимость показаний вольтметра $U$ от расстояния $x$ до начала проводника. Как зависит от $x$ площадь поперечного сечения проводника? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности вы использовали.

$PIC$

Источники: Демидова 2019 | Основная волна 2014

Показать ответ и решение

По проводнику течёт постоянный ток, поэтому по закону Ома для участка цепи напряжение на проводнике

U =IR.

Сопротивление проводника длиной $x$ определяется по формуле:

x- R = ρS ,

где $ρ$ — удельное сопротивление проводника; $S$ — площадь поперечного сечения этой части проводника.
При $0 <x < l1$ напряжение пропорционально длине участка; значит, площадь поперечного сечения проводника постоянна.
При $l1 < x< l2$ напряжение также линейно зависит от длины участка; значит, площадь поперечного сечения проводника на этом участке тоже постоянна. Однако показания вольтметра на этом участке проводника увеличиваются медленнее, чем на первом, поэтому площадь поперечного сечения проводника на втором участке больше, чем на первом.

Ответ:

Критерии оценки


Критерии оценивания выполнения задачи	Баллы

Приведено полное правильное решение, включающее правильный	3
ответ (в данном случае: сказано, как зависит площадь поперечного сечения)
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: проведен анализ двух участков представленного графика; закон Ома для участка цепи, выражение для расчета сопротивления проводника через удельное сопротивление материала, длину проводника и площадь его поперечного сечения)

Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении	2
имеется один или несколько из следующих недостатков.

В объяснении не указано или не используется одно из физических
явлений, свойств, определений или один из законов (формул),
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение,
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим
законом, свойством, явлением, определением и т.п.)
И (ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но в них содержится один логический недочёт.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение
(возможно, неверные), которые не отделены от решения
и не зачёркнуты.
И (ИЛИ)
В решении имеется неточность в указании на одно из физических
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для
полного верного объяснения

Представлено решение, соответствующее одному из следующих	1
случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение,
но в нём не указаны два явления или физических закона,
необходимых для полного верного объяснения.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие
к ответу, содержат ошибки.
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на
решение задачи

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным	0
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл	3

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 19#13243

Опираясь на законы физики, найдите показание идеального вольтметра в схеме, представленной на рисунке, до замыкания ключа К и опишите изменения его показаний после замыкания ключа К. Первоначально конденсатор не заряжен

Источники: Демоверсия 2018

Показать ответ и решение

1. Начальное показание вольтметра равно нулю, после замыкания ключа показания вольтметра будут увеличиваться, пока не достигнут максимального значения, которое не будет меняться со временем.

2. Напряжение на конденсаторе равно напряжению на резисторе и равно показанию вольтметра,так как все три элемента подсоединены параллельно. Вначале конденсатор не заряжен $q1 = 0$ поэтому напряжение на нём $U1 = q1 = 0 C$ и показания вольтметра равны нулю.

3. После замыкания конденсатор будет заряжаться, и, так как $q- U = C$ показания вольтметра будут увеличиваться. Когда конденсатор полностью зарядится, ток через него не течёт, а течёт только через резистор. Сила тока в цепи станет постоянной и согласно закону Ома для полной цепи $ξ I = R-+-r$ Напряжение на конденсаторе и резисторе $U = IR$ и не будет меняться со временем. Поэтому показания вольтметра тоже перестанут изменяться.

Ответ:

Критерии оценки


Критерии оценивания выполнения задачи	Баллы

Приведено полное правильное решение, включающее правильный	3
ответ (в данном случае: п. 1)
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: закон Ома для полной цепи и для участка цепи, формула связи напряжения на конденсаторе с его зарядом; указано, что после зарядки конденсатора показания вольтметра перестанут изменяться)

Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении	2
имеется один или несколько из следующих недостатков.

В объяснении не указано или не используется одно из физических
явлений, свойств, определений или один из законов (формул),
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение,
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим
законом, свойством, явлением, определением и т.п.)
И (ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но в них содержится один логический недочёт.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение
(возможно, неверные), которые не отделены от решения
и не зачёркнуты.
И (ИЛИ)
В решении имеется неточность в указании на одно из физических
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для
полного верного объяснения

Представлено решение, соответствующее одному из следующих	1
случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение,
но в нём не указаны два явления или физических закона,
необходимых для полного верного объяснения.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие
к ответу, содержат ошибки.
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на
решение задачи

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным	0
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл	3

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 20#13246

В процессе работы вакуумной электрической лампы накаливания со спиральной нитью из вольфрама на внутренних частях стенки появляется черный налет, нить утончается и перегорает. Чтобы замедлить этот процесс колбу, заполняют тяжелыми газами, чаще всего инертными. Объясните, основываясь на известных физических законах и закономерностях, причину образования налёта на стенках колбы и описанный способ борьбы с указанным недостатком.

Показать ответ и решение

1) Для того чтобы лампа светила ярче, вольфрам нагревают до температуры близкой к температуре плавления, при этом увеличивается испарение вольфрамовой нити.
2) Черный налёт образуется при испарении вольфрама, а именно, когда пары вольфрама конденсируются на стенках колбы, а нить при этом истончается постепенно и неравномерно, что приводит к перегоранию лампы.
3) Для уменьшения диффузии паров, и увеличения осажденных обратно на нить паров после выключения напряжения и используют тяжелые и инертные газы.

Ответ:

Критерии оценки


Критерии оценивания выполнения задачи	Баллы

Приведено полное правильное решение, включающее правильный	3
ответ (в данном случае: п. 1-3)
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: опиясно явление диффузии, описано испарение вольфрама)

Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении	2
имеется один или несколько из следующих недостатков.

В объяснении не указано или не используется одно из физических
явлений, свойств, определений или один из законов (формул),
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение,
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим
законом, свойством, явлением, определением и т.п.)
И (ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но в них содержится один логический недочёт.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение
(возможно, неверные), которые не отделены от решения
и не зачёркнуты.
И (ИЛИ)
В решении имеется неточность в указании на одно из физических
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для
полного верного объяснения

Представлено решение, соответствующее одному из следующих	1
случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение,
но в нём не указаны два явления или физических закона,
необходимых для полного верного объяснения.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие
к ответу, содержат ошибки.
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на
решение задачи

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным	0
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл	3

04 Электродинамика. Электрические цепи