02 Закон Джоуля-Ленца. КПД → 02.02 Сборник Камзеевой
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В электрическую сеть с напряжением 120 В включены пять резисторов по схеме, изображённой на рисунке. Сопротивления
резисторов равны: Ом,
Ом,
Ом,
Ом.
Определите мощность, потребляемую резистором .
Источники:
Вспомним, что при параллельном соединении резисторов ,
их общее сопротивление равно
При параллельном соединении резисторов одного номинала
общее сопротивление будет равно
При последовательном же соединении общее сопротивление является аддитивной величиной, то есть, их общее сопротивление
является суммой сопротивлений каждого отдельного резистора.
Рассчитаем общее сопротивление цепи: . Общий ток в цепи по закону Ома равен
Поскольку резисторы 2 и 3,4,5 соединенны параллельно, то напряжение на них равны. Обозначим ток, протекающий через
резистор 2 и 3,4,5, как и
, соответственно. Из равенства напряжений и закона Ома следует
Поскольку общий ток равен сумме токов, протекающих на параллельных участках, то
Подставляя (3) в (1), получим
Тогда из (3)
Тогда ток, текующий через резистор 2, равен .
Проводя аналогичные рассуждения для резисторов 4 и 5, учитывая, что для данных резисторов общий ток есть , получим, что
ток, текущий через резистор 4, равен
Мощность, выделяющаяся на резисторе, равна
Тогда мощность на резисторе 4 равна:
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Представлено полное правильное решение, включающее следующие | 3 |
элементы: | |
1) верно записано краткое условие задачи; | |
2) записаны уравнения и формулы, применение которых | |
необходимо и достаточно для решения задачи выбранным | |
спосбом (в данном решении: закон Ома, законы последовательного и праллельного соединения проводников, формула мощности электрического тока) | |
Правильно записаны необходимые формулы, проведены | 2 |
вычисления и получен ответ (верный или неверный), но допущена | |
ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ | |
ИЛИ
| |
Представлено правильное решение только в общем виде, без каких- | |
либо числовых расчётов | |
ИЛИ
| |
Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо | |
и достаточно для решения задачи выбранным способом, но | |
в математических преобразованиях или вычислениях допущена | |
ошибка | |
Записано и использовано не менее половины исходных формул, | 1 |
необходимых для решения задачи | |
ИЛИ
| |
Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена | |
ошибка | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Троллейбус массой 11 т движется равномерно прямолинейно со скоростью 36 км/ч. Сила тока в обмотке электродвигателя равна 40 А, напряжение равно 550 В. Чему равен коэффициент трения? (Потерями энергии в электродвигателе и других механизмах троллейбуса пренебречь.)
Источники:
Троллейбус движется равномерно, значит сила тяги равняется силе трения.
Рассмотрим 2 Закон Ньютона в проекции на две оси:
Мощность тока в обмотке равняется мощности силы тяги, поскольку потерями энергии по условию задачи сказано пренебречь. Получим:
Приравняем мощности:
Откуда коэффициент трения равен:
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
При работе электроплитки используются две спирали. Если в сеть включена первая спираль, то вода в кофейнике закипает через 2 мин, если обе спирали включены последовательно, то через 3 мин. Через какое время закипит вода в кофейнике, если включена только вторая спираль? Начальные температуры и массы воды одинаковы.
Источники:
Пусть сопротивление первой спирали , а сопротивление второй спирали
. Во всех трех случаях выделяется одно и то же
количество теплоты
, при этом оно равно для первого случая:
где – напряжение источника (для всех трёх случаев одинаковое),
– время закипания.
Для второго случая
для третьего случая:
Приравняем (1) и (2):
Тогда
Теперь приравняем (1) и (3)
Значит
3 балла ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: 1) верно записано краткое условие
задачи; (надо писать дано, решение, ответ)
2) записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо и достаточно для решения задачи выбранным способом (в данном случае: закон Джоуля-Ленца);
3) выполнены необходимые математические преобразования и расчеты, приводящие к правильному числовому ответу, и представлен ответ. При этом допускается решение по частям (с промежуточными вычислениями)
2 балла ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Правильно записаны необходимые формулы, проведены вычисления, и получен ответ (верный или
неверный), но допущена ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ.
ИЛИ
Представлено правильное решение только в общем виде, без каких-либо числовых расчетов.
ИЛИ
Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо и достаточно для решения задачи выбранным способом, но в математических преобразованиях или вычислениях допущена ошибка
1 балл ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Записаны и использованы не все исходные формулы, необходимые для решения задачи
ИЛИ
Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена ошибка
0 баллов ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3
балла.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Клеммы А и В участка цепи, состоящего из трёх одинаковых ламп, подключены к батарее гальванических элементов. Изменится ли (и если изменится, то как) общая потребляемая мощность участка цепи, если лампа 2 перегорит?
Источники:
Потребляемая мощность равна:
где – напряжение между клеммами А и В,
– сопротивление между клеммами.
Для первого случая (лампа 2 горит), сопротивление параллельного блока равно
И к ним подсоединен последовательно резистор . Тогда общее сопротивление равно:
Так как , то
Во втором случае (лампа 2 перегорела) имеется последовательно подключенные лампы 1 и 3, значит, общее сопротивление равно:
Отношение мощностей:
то есть, потребляемая мощность уменьшится примерно в 1,33 раза.
3 балла ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Приведено полное решение, включающее следующие элементы:
1) верно записано краткое условие задачи; (надо писать дано, решение, ответ)
2) записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо и достаточно для решения задачи выбранным способом (в данном случае: формула мощности, формула нахождения общего сопротивления участка цепи, состоящего из параллельно соединенных элементов. Формула нахождения общего сопротивления участка цепи, состоящего из последовательно соединенных элементов. Сказно, что происходит при перегорании лампы);
3) выполнены необходимые математические преобразования и расчеты, приводящие к правильному числовому ответу, и представлен ответ. При этом допускается решение по частям (с промежуточными вычислениями)
2 балла ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Правильно записаны необходимые формулы, проведены вычисления, и получен ответ (верный или
неверный), но допущена ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ.
ИЛИ
Представлено правильное решение только в общем виде, без каких-либо числовых расчетов.
ИЛИ
Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо и достаточно для решения задачи выбранным способом, но в математических преобразованиях или вычислениях допущена ошибка
1 балл ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Записаны и использованы не все исходные формулы, необходимые для решения задачи
ИЛИ
Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена ошибка
0 баллов ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3
балла.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Клеммы А и В участка цепи, состоящего из трёх одинаковых ламп, подключены к батарее гальванических элементов. Во сколько раз изменится общая потребляемая мощность участка цепи, если лампа 3 перегорит?
Источники:
Пусть сопротивление каждого резистора .
Рассмотрим 1 случай. Лампы 2 и 3 соединены параллельно тогда их общее сопротивление . А лампа 1
соединена с лампой 2-3 последовательно. Тогда общее сопротивление цепи
.
Мощность равна:
Рассмотрим случай 2:
В этом случае лампа 1 и 2 соединены последовательно. Тогда общее сопротивление цепи равно
Мощность в этом случае:
Найдём отношение мощностей:
то есть, потребляемая мощность уменьшится примерно в 1,33 раза.
3 балла ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: 1) верно записано краткое условие
задачи; (надо писать дано, решение, ответ)
2) записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо и достаточно для решения задачи выбранным способом (в данном случае: формула расчета сопротивления участка цепи при параллельном соединении резисторов, формула расчета сопротивления участка цепи при последовательном соединении резисторов, формула расчета мощности);
3) выполнены необходимые математические преобразования и расчеты, приводящие к правильному числовому ответу, и представлен ответ. При этом допускается решение по частям (с промежуточными вычислениями)
2 балла ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Правильно записаны необходимые формулы, проведены вычисления, и получен ответ (верный или
неверный), но допущена ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ.
ИЛИ
Представлено правильное решение только в общем виде, без каких-либо числовых расчетов.
ИЛИ
Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо и достаточно для решения задачи выбранным способом, но в математических преобразованиях или вычислениях допущена ошибка
1 балл ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Записаны и использованы не все исходные формулы, необходимые для решения задачи
ИЛИ
Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена ошибка
0 баллов ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3
балла.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
К источнику постоянного тока подсоединили две одинаковые лампы (см. рисунок). Чему равна мощность электрического тока, потребляемая каждой лампой, если показания амперметра и вольтметра равны соответственно 2 А и 24 В?
Источники:
Напряжение на лампочках равны показанию вольтметр (так как они соединены параллельно). Пусть сопротивление лампочек
равно
, силы тока через лампочки равны
и
соответственно (см. рисунок)
Силы тока через лампочки можно найти из закона Ома:
следовательно, . Также по закону сохранения заряда сила точка через амперметр равна
. Мощности на
лампочках находятся по формуле:
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Представлено полное правильное решение, включающее следующие | 3 |
элементы: | |
1) верно записано краткое условие задачи; | |
2) записаны уравнения и формулы, применение которых | |
необходимо и достаточно для решения задачи выбранным | |
спосбом (в данном решении: закон Ома для участка цепи, сказано, как подключены лампы в электрической цепи, закон Джоуля-Ленца) | |
Правильно записаны необходимые формулы, проведены | 2 |
вычисления и получен ответ (верный или неверный), но допущена | |
ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ | |
ИЛИ
| |
Представлено правильное решение только в общем виде, без каких- | |
либо числовых расчётов | |
ИЛИ
| |
Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо | |
и достаточно для решения задачи выбранным способом, но | |
в математических преобразованиях или вычислениях допущена | |
ошибка | |
Записано и использовано не менее половины исходных формул, | 1 |
необходимых для решения задачи | |
ИЛИ
| |
Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена | |
ошибка | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Подъёмный кран поднимает равномерно груз массой 0,5 т на высоту 28,5 м за 30 с. Чему равен КПД двигателя крана, если сила тока, потребляемая краном, равна 25 А, а напряжение на обмотке его двигателя – 380 В?
Источники:
КПД двигателя крана можно найти по формуле
где – полезная работа;
– затраченная работа. Полезную работу можно принять равной потенциальной энергии груза
массой m на высоте h:
Затраченная работа- это работа электродвигателя за время подъёма груза:
Подставляя эти велчины в формулу КПД, имеем:
Следовательно
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Представлено полное правильное решение, включающее следующие | 3 |
элементы: | |
1) верно записано краткое условие задачи; | |
2) записаны уравнения и формулы, применение которых | |
необходимо и достаточно для решения задачи выбранным | |
спосбом (в данном решении: формула КПД, формула полезной работы, формула работы силы тока, формула потенциальной энергии) | |
Правильно записаны необходимые формулы, проведены | 2 |
вычисления и получен ответ (верный или неверный), но допущена | |
ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ | |
ИЛИ
| |
Представлено правильное решение только в общем виде, без каких- | |
либо числовых расчётов | |
ИЛИ
| |
Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо | |
и достаточно для решения задачи выбранным способом, но | |
в математических преобразованиях или вычислениях допущена | |
ошибка | |
Записано и использовано не менее половины исходных формул, | 1 |
необходимых для решения задачи | |
ИЛИ
| |
Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена | |
ошибка | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Металлическая проволока сопротивлением 2 кОм подключена к источнику постоянного напряжения 6,4 В. Сколько электронов проходит через поперечное сечение проволоки за 1 с?
Источники:
Заряд Q, который проходит по проводу сопротивлением R = 2 кОм под напряжением U = 6,4 В за время t = 1 с, равен:
Модуль заряда одного электрона:
Получаем количество электронов, прошедших через поперечное сечение проволоки за 1 с:
и
3 балла ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Приведено полное решение, включающее следующие элементы:
1) верно записано краткое условие задачи; (надо писать дано, решение, ответ)
2) записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо и достаточно для решения задачи выбранным способом (в данном случае: формула связи силы тока и заряда, закон Ома для участка цепи);
3) выполнены необходимые математические преобразования и расчеты, приводящие к правильному числовому ответу, и представлен ответ. При этом допускается решение по частям (с промежуточными вычислениями)
2 балла ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Правильно записаны необходимые формулы, проведены вычисления, и получен ответ (верный или
неверный), но допущена ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ.
ИЛИ
Представлено правильное решение только в общем виде, без каких-либо числовых расчетов.
ИЛИ
Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо и достаточно для решения задачи выбранным способом, но в математических преобразованиях или вычислениях допущена ошибка
1 балл ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Записаны и использованы не все исходные формулы, необходимые для решения задачи
ИЛИ
Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена ошибка
0 баллов ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3
балла.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Подъёмный кран поднимает равномерно груз 760 кг на некоторую высоту за 40 с. На какую высоту поднят груз, если напряжение на обмотке двигателя крана равно 380 В, сила тока 20 А, а КПД 50 %?
Камзеева 2024
Источники:
КПД крана выражается следующим образом
Полезная работа – работу по поднятию груза.
Затраченная работа – работа, которую совершает двигатель.
Работа по поднятию груза равна изменение потенциальной энергии
где – масса груза;
– высота подъема груза.
Работа, совершаемая двигателем, равна
где – напряжение на обмотке;
- сила тока;
- длительность работы двигателя.
Подставляя (3),(2) в (1), получим
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Представлено полное правильное решение, включающее следующие | 3 |
элементы: | |
1) верно записано краткое условие задачи; | |
2) записаны уравнения и формулы, применение которых | |
необходимо и достаточно для решения задачи выбранным | |
спосбом (в данном решении: формула полезной работы, формула затраченной работы, формула КПД) | |
Правильно записаны необходимые формулы, проведены | 2 |
вычисления и получен ответ (верный или неверный), но допущена | |
ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ | |
ИЛИ
| |
Представлено правильное решение только в общем виде, без каких- | |
либо числовых расчётов | |
ИЛИ
| |
Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо | |
и достаточно для решения задачи выбранным способом, но | |
в математических преобразованиях или вычислениях допущена | |
ошибка | |
Записано и использовано не менее половины исходных формул, | 1 |
необходимых для решения задачи | |
ИЛИ
| |
Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена | |
ошибка | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Чему равно напряжение на концах реостата, если мощность, потребляемая реостатом, равна 30 Вт? Реостат изготовлен из
никелиновой проволоки длиной 3 м и площадью поперечного сечения 0,25 мм
Источники:
Из следствия закона Джоуля-Ленца напряжение на участке равно:
где - напряжение на участке,
- сопротивление участка цепи:
где – удельное сопротивление никелина,
- площадь поперечного сечения,
- длина.
Тогда
3 балла ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Приведено полное решение, включающее следующие элементы:
1) верно записано краткое условие задачи; (надо писать дано, решение, ответ)
2) записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо и достаточно для решения задачи выбранным способом (в данном случае: формула мощности, формула сопротивления прямолинейного проводника);
3) выполнены необходимые математические преобразования и расчеты, приводящие к правильному числовому ответу, и представлен ответ. При этом допускается решение по частям (с промежуточными вычислениями)
2 балла ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Правильно записаны необходимые формулы, проведены вычисления, и получен ответ (верный или
неверный), но допущена ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ.
ИЛИ
Представлено правильное решение только в общем виде, без каких-либо числовых расчетов.
ИЛИ
Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо и достаточно для решения задачи выбранным способом, но в математических преобразованиях или вычислениях допущена ошибка
1 балл ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Записаны и использованы не все исходные формулы, необходимые для решения задачи
ИЛИ
Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена ошибка
0 баллов ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3
балла.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В таблице приведена зависимость заряда , протёкшего через резистор сопротивлением 1 Ом, от времени
. Какое количество
теплоты выделится в резисторе за первые 4 секунд, если сила протекающего тока постоянна?
t, c | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
q, Кл | 0 | 0,5 | 1 | 1,5 | 2 | 2,5 |
Источники:
Ток, протекающий через резистор, равен .
По закону Джоуля-Ленца:
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Представлено полное правильное решение, включающее следующие | 3 |
элементы: | |
1) верно записано краткое условие задачи; | |
2) записаны уравнения и формулы, применение которых | |
необходимо и достаточно для решения задачи выбранным | |
спосбом (в данном решении: формула силы тока, закон Джоуля-Ленца) | |
Правильно записаны необходимые формулы, проведены | 2 |
вычисления и получен ответ (верный или неверный), но допущена | |
ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ | |
ИЛИ
| |
Представлено правильное решение только в общем виде, без каких- | |
либо числовых расчётов | |
ИЛИ
| |
Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо | |
и достаточно для решения задачи выбранным способом, но | |
в математических преобразованиях или вычислениях допущена | |
ошибка | |
Записано и использовано не менее половины исходных формул, | 1 |
необходимых для решения задачи | |
ИЛИ
| |
Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена | |
ошибка | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В таблице приведена зависимость заряда , протёкшего через резистор сопротивлением 3 Ом, от времени
. Какое количество
теплоты выделится в резисторе за первые 5 секунд, если сила протекающего тока постоянна?
t, c | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
q, Кл | 0 | 0,6 | 1,2 | 1,8 | 2,4 | 3,0 |
Источники:
Ток, протекающий через резистор, равен .
Т.к. ток постоянный, то можем взять значения заряда и времени в любой точке: .
Количество теплоты выражается формулой:
Поэтому получаем: