Физическая викторина. Электричество и магнетизм. Постоянный электрический ток
* Задачи, не требующие для решения эксперимента, отмечены звездочкой. Решая такие задачи, можно использовать рисунки (если они есть в задании), выводя их на экран.
1*. Какие ошибки допущены при составлении электрической цепи, схема которой изображена на рисунке.
2*. Имеются два одинаковых аккумулятора (рис. а — г). Каким способом соединены аккумуляторы и что покажут вольтметры при замыкании ключа? ЭДС одного аккумулятора равна Е.
3. Каково показание стрелки амперметра, включенного в электрическую цепь (рис.)? Напряжение между точками а и b равно 1 В.
4. Вычислить сопротивление контура, изображенного на рисунке.
5*. Через проволочный куб течет ток (рис. а). Каждое ребро куба имеет сопротивление R. Найти полное сопротивление куба.
6*. Определить полное сопротивление проволочной фигуры в виде квадрата с диагоналями, включенной в цепь так, как показано на рисунке а.
7*. Две спирали сопротивлением 1 и 2 Ом и прямоугольную металлическую пластинку сопротивлением 1 Ом включили в электрическую цепь (рис. а). Затем пластинку разрезали вдоль на две одинаковые части и снова включили в цепь (рис. б). Изменилось ли полное сопротивление цепи? Ответ подтвердить расчетом.
8. Собрать цепь по схеме, изображенной на рисунке, R1 и R2 — штепсельные реостаты. Обратить внимание на показания вольтметров. После этого шкалы обоих вольтметров закрыть экраном и увеличить сопротивление R2. Изменились или нет при этом показания вольтметров, и если изменились, то как?
После ответа экран убрать и наблюдать за показаниями вольтметров.
9*. Разобраться в действии дистанционного указателя уровня воды в резервуаре (рис.).
Ответы
1.
1. Амперметр включен параллельно, а вольтметр — последовательно с электролампой, а надо наоборот.
2. При последовательном соединении элементов в батарею положительный полюс одного элемента надо соединять с отрицательным полюсом другого.
3. Провода от батареи и лампы присоединены только к одной клемме ключа.
2.
1. На схемах а и г аккумуляторы соединены последовательно. Вольтметр покажет напряжение, равное 2 Е.
2. На схеме б аккумуляторы соединены параллельно. Напряжение на вольтметре Е.
3. На схеме в аккумуляторы включены навстречу друг другу. Стрелка вольтметра останется на нуле.
3. Сопротивления R1, R2 и R3 включены в цепь параллельно, поэтому сопротивление цепи равно 1 Ом, а сила тока равна 1А.
4. R.
5. Так как все три ребра куба ГА, ГA1 и ГA2 совершенно эквивалентны, точки А, A1 и A2 имеют одинаковый потенциал. Поэтому, мысленно деформируя куб, можно совместить эти точки друг с другом. На том же основании соединяем точки В, B1 и B2. Получится фигура, изображенная на рисунке б. Теперь легко вычислить полное сопротивление куба:
R1 = ⅓R + ⅙R + ⅓R = ⅚R
6. Совмещаем лежащие на оси симметрии О1О2 точки О1, О, О2 (см. задачу 5). Тогда рассматриваемая комбинация сопротивлений разобьется на два последовательно соединенных участка, один из которых показан на рисунке б. Искомое сопротивление равно:
R1=((4/15)R)x2=(8/15)R.
7. Изменилось. В первом случае полное сопротивление цепи равно: 12⁄3 Ом, во втором 15⁄7 Ом.
8. По закону Ома сила тока в цепи при последовательном соединении проводников с сопротивлениями R1 и R2 равна
I=E/(R1+R2+r),
где Е — ЭДС источника тока; r — его внутреннее сопротивление. Очевидно, при увеличении R2 уменьшается I. Следовательно, напряжение на участке R1, равное U1=IR1 тоже уменьшится. Напряжение на участке R2, равное U2=IR2=(ER2)/(R1+R2+r)=E/((R1/R2)+1+(r/R2)), при увеличении R2 увеличится.
9. По мере расходования жидкости поплавок плавно опускается. Связанный с поплавком с помощью рычага ползунок скользит по виткам реостата и увеличивает его сопротивление. Ток в цепи становится меньше, и стрелка электроизмерительного прибора отклоняется влево, указывая по шкале объем жидкости в резервуаре.