U, В 12 9,6 6 4,8 3 1,5
I, В 2,4 1,92 1,2 0,96 0,6 0,3
Если твой вопрос не раскрыт полностью, то попробуй воспользоваться поиском на сайте и найти другие ответы по предмету Физика.
Цепи постоянного тока
В задании № 12 ОГЭ по физике необходимо понимание явления постоянного тока, процессов, протекающих в цепях постоянного эл.тока, и знание формул, описывающих такие процессы количественно. Полезные сведения, которые могут потребоваться для решения задания, приведены в разделе теории.
Теория к заданию №12 ОГЭ по физике
Сопротивление цилиндрического проводника
Цилиндрическим считается проводник, имеющий круг в поперечном сечении. Сопротивление такого проводника может быть найдено из уравнения:
где ρ – удельное эл.сопротивление, индивидуально характерное для различных материалов; l – длина проводника; S – площадь его поперечного сечения.
Последовательное и параллельное соединение проводников
Последовательное соединение:
При последовательном соединении сопротивления и напряжения на каждом из резисторов суммируются. Сила тока при этом является неизменной на всех участках разветвления.
Математически это выражается формулами:
Параллельное соединение:
При параллельном соединении суммируются, наоборот, силы тока на каждом из участков. Неизменным при этом остается напряжение. А общее сопротивление определяется по особой формуле.
Математически это выглядит так:
Заряд в проводнике
В проводнике движутся электроны. Эл.ток возникает при их упорядоченном (т.е. направленном) перемещении с какой-то скоростью. Интерес в данном случае представляет величина заряда, который проходит через поперечное сечение данного проводника за определенное время ∆t. Вычислить эту величину можно по формуле:
Мощность электрической цепи
Эту величину можно рассчитать по одной из нескольких формул:
где I – сила тока на исследуемом участке эл.цепи; U – напряжение на этом участке; R – сопротивление.
То или иное уравнение для вычислений следует выбирать в зависимости от известных в условии задачи данных.
Закон Джоуля–Ленца
Когда под воздействием эл.поля в цепи не происходит хим.преобразования вещества и не совершается механическая работа, то работа, производимая эл.полем, ведет только к нагреву проводника. Кол-во теплоты, которое при этом выделяет проводник с эл.током, равно:
где t – время, в течение которого совершается работа.
Разбор типовых вариантов заданий №12 ОГЭ по физике
Демонстрационный вариант 2018
На рисунке изображена схема электрической цепи, состоящей из трёх резисторов и двух ключей К1 и К2. К точкам А и В приложено постоянное напряжение. Максимальное количество теплоты, выделяемое в цепи за 1 с, может быть получено
- если замкнут только ключ К1
- если замкнут только ключ К2
- если замкнуты оба ключа
- если оба ключа разомкнуты
Алгоритм решения:
1. Анализируем схему, приведенную в условии. Определяем расчетную формулу.
2–5. Определяем кол-во теплоты в каждой из ситуаций, рассмотренных в утверждениях 1–4. Определяем прав.вариант ответа.
Решение:
- По з-ну Джоуля-Ленца . Поскольку имеет место параллельное соединение разных резисторов, то сила тока в каждой ветке будет различаться. А напряжение при этом во всех ветках одинаково. Поэтому в данном случае удобнее воспользоваться 2-й формулой (в которой присутствует напряжение).
- Рассм.утверждение 1. Здесь ток будет протекать по двум параллельным веткам – верхней и нижней. Общее сопротивление при этом равно: . Тогда за 1 с .
- В утверждении 2 замкнули ключ 2. Следовательно, ток течет по средней и нижней веткам. В этом случае . Искомое кол-во теплоты: .
- Если оба ключа замкнуть, то ток потечет по всем 3 веткам. Отсюда: . Кол-во теплоты за 1 с в таком случае составит: .
- В утверждении 4 рассмотрен вариант, когда оба ключа разомкнуты. Это означает, что ток течет только по нижней ветке и .
- Сравним полученные кол-ва теплоты. Сравнивать будем с Q4, поскольку полученная для этой величины формула не содержит коэффициента. Итак: . Отсюда видно, что, во-первых, каждое из Q1–Q3 больше, чем Q4, а во-вторых, среди этих трех значений самое большое имеет Q3. Т.е. максимальное кол-во теплоты выделится, если замкнуть оба ключа.
Первый вариант (Камзеева, № 3)
Из однородной металлической проволоки сделано кольцо. Напряжение на полюсах источника тока постоянно. При каком подключении контакта К потребляемая мощность цепи будет минимальной?
Алгоритм решения:
- Записываем формулу для расчета мощности через напряжение и сопротивление. Определяем условие, при котором она будет минимальной.
- Находим зависимость сопротивления от длин проводников.
- Анализируем особенность параллельного соединения проводников и, исходя из этого и выводов п.2, определяем точку подключения ключа.
Решение:
- По условию напряжение на источнике тока является постоянной величиной. Поэтому для расчета мощности удобнее всего воспользоваться такой формулой: . Из этой формулы следует, что минимальная мощность будет в точке, в которой максимально сопротивление.
- Сопротивление цилиндрического проводника вычисляется по формуле: . Поскольку проволока однородна, то ρ в данном случае есть величина постоянная. Постоянна и S, т.к. длина кольца не меняется. Поэтому сопротивление здесь пропорционально длине проводника l. Тогда имеем зависимость: чем больше длина проводника, тем больше сопротивление.
- Из схемы цепи видно, что в любом случае соединение проводников будет параллельным. А потому тут следует помнить еще один момент: при параллельном соединении проводников общее сопротивление всегда будет меньше самого меньшего из сопротивлений (что можно проверить опытным путем). Самое маленькое сопротивление у проводника А, т.к. у него наименьшая длина (см.п.2). Поэтому в данном случае ключ нужно подключить в точку, которая является самой удаленной от А. Ею является т.В. Именно так получим максимальное сопротивление и, соответственно (см.п.1), минимальную мощность цепи.
Второй вариант (Камзеева, № 5)
На рисунке показано подключение в сеть постоянного напряжения трех одинаковых ламп.
С минимальным накалом будет(-ут) гореть лампа(-ы)
Алгоритм решения:
- Записываем формулу для расчета эл.мощности ламп через силу тока и сопротивление.
- Анализируем приведенную в условии схему и определяем зависимость мощности от силы тока и сопротивления.
- Определяем мощность каждой из ламп, сравниваем их.
Решение:
- Степень накала ламп зависит от величины тепловой мощности, выделяемой на каждой из них. Для определения электрической мощности используем формулу .
- Сопротивления у ламп равны между собой, т.к. лампы одинаковы. А сила токов будет различаться на участке Л1 и на участке параллельного соединения ламп Л2 и Л3. При параллельном соединении ток делится, причем, поскольку лампы одинаковы, то ток разделится поровну. Т.е. если принять, что через Л1 идет ток I, то через Л2 и Л3 – токи, равные I/2.
- Мощность лампы Л1 будет равной , мощности Л2 и Л3 – . Из этих формул видно, что мощность ламп Л2 и Л3 в 4 раза меньше, чем Л1. Этой ситуации соответствует ответ №4.
Третий вариант (Камзеева, № 10)
Четыре резистора изготовлены из различных материалов и имеют различные размеры (см. рис.).
Наибольшее электрическое сопротивление имеет резистор