Меню

Как изменится сила тока в электрической цепи при замыкании ключа

Задание №15 ОГЭ по физике

Электричество и магнетизм. Оптика.

Задания №15 ОГЭ по физике охватывают сразу несколько разделов физики, например, раздел электродинамики, магнитных явлений, электромагнитных колебаний. Основные сведения, необходимые для решения таких заданий, представлены в разделе теории. А часть из них можно найти в теоретических разделах заданий №№11–14, поскольку по тематике задания №15 отчасти перекликаются с ними.

Теория к заданию №15 ОГЭ по физике

Параметры линзы

Фокусным расстоянием называют дистанцию между точкой фокусировки (главного фокуса) линзы и ее оптическим центром. Обозначается фокусное расстояние обозначают лат.буквой «F» и измеряют в метрах.

Фокусное расстояние может быть как положительной, так и отрицательной величиной. F>0 для собирающих линз и меньше нуля для рассеивающих.

Обратной к фокусному расстоянию является физ.величина, называемая оптической силой. Ее обозначают буквой «D». Соответственно, формула для определения оптич.силы такова:

Единицей измерения этой физ.величины является диоптрия (обозн.: дптр).

Оптич.силой в 1 дптр считают линзу с фокусным расстоянием в 1 м. Как и фокусное расстояние, D>0 для собирающей линзы и D 0 большой палец укажет направление силы Ампера (см.рисунок).

Реостат

Реостатом называется переменный резистор, т.е. прибор в котором можно произвольно регулировать – уменьшать либо увеличивать – сопротивление. Практическое назначение реостата заключается в установлении в эл.цепи желательной величины силы тока.

Основными элементами прибора являются подвижный контакт на проводящем элементе; посредством перемещения в одну или другую сторону подвижного контакта и осуществляется изменение сопротивления.

Реостат подключается в эл.цепь последовательно относительно прочих ее элементов.

Разбор типовых вариантов заданий №15 ЕГЭ по физике

Демонстрационный вариант 2018

Человек переводит взгляд со страницы книги на облака за окном. Как при этом меняются фокусное расстояние и оптическая сила хрусталика глаза человека?

Установите соответствие между физическими величинами и их возможными изменениями.

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

  1. увеличивается
  2. уменьшается
  3. не изменяется

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Алгоритм решения:
  1. Анализируем ситуацию, описанную в условии. Выясняем характер изменения фокусного расстояния.
  2. Определяем связь между оптической силой и фокусным расстоянием. Выясняем характер изменения оптической силы.
  3. Заполняем итоговую таблицу.
Решение:
  1. Строение глаза человека как оптического прибора позволяет ему приспосабливаться к восприятию визуальной информации, находящейся на различном расстоянии. Это означает, что происходит фокусировка изображений в зависимости от их удаленности или, наоборот, приближенности к глазу. И, следовательно, фокусное расстояние для хрусталика (который является собирающей двояковыпуклой линзой) может быть разным, т.е. оно меняется. В данном случае оно увеличилось, поскольку взгляд переводится от книги, которую человек держит в руках, т.е. на расстоянии достаточно близком от глаз, на облака, которые значительно удалены. Вывод: в левую колонку таблицы следует записать число 1.
  2. Поскольку оптическая сила есть физ.величина, обратная фокусному расстоянию (D=1/F), то с его увеличением она будет уменьшаться. Соответственно, в правую колонку таблицы нужно вписать 2.
  3. Заполненная таблица имеет вид:

Первый вариант (Камзеева, № 1)

Ученик включил две одинаковые лампы в сеть постоянного напряжения, как показано на рисунке. Как изменится общее электрическое сопротивление сети и показание амперметра при замыкании ключа.

Установите соответствие между физическими величинами и их возможными изменениями.

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

  1. увеличивается
  2. уменьшается
  3. не изменяется

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Алгоритм решения:
  1. Анализируем схему и определяем общее сопротивление в 1-м случае, т.е. при разомкнутом ключе К.
  2. Выясняем, каким станет общее сопротивление во 2-м случае, т.е. при замкнутом ключе К.
  3. Используя з-н Ома для участка цепи, записываем формулу для расчета силы тока. Анализируем формулу и выясняем, как изменится эта физ.величина с учетом изменения сопротивления.
  4. Заполняем итоговую таблицу.
Решение:

1. Когда ключ К незамкнут, лампы Л1 и Л2 соединены в цепи последовательно. Это означает, что при незамкнутом К общее сопротивление R составляет: . 2. После замыкания К в цепи возникает дополнительная ветка в виде провода. Когда эл.ток течет просто по проводу, его сопротивление считают равным 0. Возникает ситуация, когда эл.ток может течь произвольно по одному из двух направлений (обозн. красными стрелками):

Очевидно, что большая часть тока в таких случаях идет в направлении меньшего сопротивления. Если же имеется направление нулевого сопротивления, то эл.ток гарантировано потечет именно по нему. Т.е. при замыкании ключа ток через лампу Л2 вообще течь не будет. Следовательно, . Делаем вывод относительно характера изменения 1-й искомой величины: общее сопротивление уменьшается.

Читайте также:  С помощью какого аппарата защиты осуществляется надежная защита от тока короткого замыкания

3. По з-ну Ома для участка эл.цепи . Из этого уравнения следует, что при постоянном напряжении (см. условие) сила тока обратно пропорциональна сопротивлению, т.е. она увеличивается при снижении сопротивления и наоборот. Тогда получаем: поскольку сопротивление при замыкании К уменьшается, то сила тока будет увеличиваться.

4. Заполняем таблицу:

Второй вариант (Камзеева, № 7)

Две катушки надеты на железный сердечник (см. рис. 1). Через первую катушку протекает переменный ток, график зависимости которого от времени представлен на рисунке 2. Вторая катушка замкнута на гальванометр.

Выберите из предложенного перечня два верных утверждения. Укажите их номера.

  1. Заряд, прошедший через первую катушку в интервале времени от 0 до 10 с, равен 60 Кл.
  2. В интервале времени от 20 до 40 с в катушке 2 возникает индукционный ток.
  3. В интервале времени от 40 до 50 с магнитного поля в катушке 1 не возникает.
  4. Максимальный индукционный ток в катушке 2 возникает в интервале времени от 50 до 60 с.
  5. Заряд, прошедший через вторую катушку в интервале времени от 0 до 20 с, равен 60 Кл.
Алгоритм решения:

1–5. Анализируем утверждения 1–5 и определяем их истинность.

6. Записываем ответ.

Решение:
  1. Из графика видно, что на промежутке 0–10 с (т.е. в течение 10 с) эл.ток постоянный и равен 3 А. Используя формулу , получим: q=I·∆t. Соответственно, имеем: q=3·10=30 (Кл). Утверждение 1 неверно.
  2. На графике показано, что в интервале 20–40 с силой тока в 1-й катушке меняется (от 3 до 2 А). Поскольку обе катушки надеты на один и тот же сердечник, то изменение силы тока в 1-й катушке повлечет за собой изменение внутри и вокруг сердечника магнитного поля, которое в свою очередь вызовет возникновение индукционного эл.тока во второй катушке. Утверждение 2 верно.
  3. На графике в интервале 40–50 с сила тока не меняется. И это означает, что изменения магнитного поля не происходит. Однако поскольку эл.ток (постоянный, равный 2 А) по катушке 1 протекает, то, согласно опыту Эрстеда, магнитное поле вокруг нее существует. Утверждение 3 неверно.
  4. Величина индукционного тока зависит от того, насколько быстро меняется вокруг проводника магн.поле. Изменение магн.поля связано с изменением эл.тока в катушке, причем чем больше изменение тока, тем больше меняется магн.поле и, соответственно, тем большим будет индукц.ток во 2-й катушке. Из графика следует, что индукц.ток возникает в катушке в интервалы 20–40 с и 50–60 с. Но поскольку изменение тока в первом случае составляет |2–3|=1 (A), а во втором – |0–2|=2 (А), то можно утверждать: на интервале 50–60 с изменение магн.поля больше, а значит, и индукц.ток здесь будет большим. И в данной ситуации это означает, что он максимален. Утверждение 4 верно.
  5. В интервале 0–20 с эл.ток в 1-й катушке не меняется, а это значит, что во-2-й катушке ток не возбуждается. Следовательно, во 2-й катушке движения эл.зарядов не происходит, т.е. q=0. Утверждение 5 неверно.

Третий вариант (Камзеева, № 10)

На рисунке представлена электрическая схема, которая содержит источник тока, проводник АВ, ключ и реостат. Проводник АВ помещен между полюсами постоянного магнита.

Выберите из предложенного перечня два верных утверждения. Укажите их номера.

  1. Магнитные линии поля постоянного магнита в области расположения проводника АВ направлены вертикально вверх.
  2. Электрический ток, протекающий в проводнике АВ, создает однородное магнитное поле.
  3. При замкнутом ключе электрический ток в проводнике имеет направление от точки А к точки В.
  4. При замкнутом ключе проводник будет выталкиваться из области магнита вправо.
  5. При перемещении ползунка реостата вправо сила Ампера, действующая на проводник АВ, уменьшится.
Алгоритм решения:

1–5. Анализируем предложенные в условии утверждения. Определяем их истинность.

Источник

При последовательном соединении двух конденсаторов, подключенных к источнику питания, один из них оказался пробитым. Как изменится запас прочности другого конденсатора?

Длину и диаметр проводника увеличили в два раза. Как изменится сопротивление в проводнике?

-не изменится;
+ уменьшится в два раза;
— увеличится в два раза;

Как изменится проводимость проводника при увеличении площади его поперечного сечения S?

В приведенной схеме сопротивление R3 увеличилось?

Как изменится напряжение на других участках цепи, если напряжение U считать постоянным?

-не изменится;
+ уменьшится;
— увеличится;

4. Как изменится напряжение на участках R2 и R3 при замыкании ключа К (U=const)?

+ увеличится;

5. Каким должно быть сопротивление амперметра Ra, чтобы он не влиял на режим работы цепи?

-Rа больше R1+R2;

-Ra примерно равно Rl+R2;

6. Как изменятся токи I1; I2; I3 при замыкании ключа?

+ станут равны нулю.

7. Какое соединение представлено на схеме?

8.Как изменится напряжение на участке АВ, если параллельно ему включить еще одно сопротивление (U=const)?

Читайте также:  Регулятор тока для 12в блока питания

-не изменится;
+ уменьшится;

9. Можно ли считать, что сопротивления R1 и R2 соединены параллельно?

Можно ли считать, что сопротивления R2 и R4 включены последовательно?

— можно;

При каком положении ключей К, и эквивалентное сопротивление цепи будет минимальным?

+ ключ К1 замкнут, ключ К2 замкну;

— ключ К1 разомкнут, ключ К2 разомкнут;

— ключ К1 замкнут, ключ К2 разомкнут;

— ключ К1 разомкнут, ключ К2 замкнут.

Какое из приведенных уравнений соответствует рисунку?

I1+ I 2 = I 3 + I 4;

13. Является ли движение электрона вокруг ядра электрическим током?

Какой из приведенных графиков является графиком постоянного тока?

— правый;

За 1 час при постоянном токе был перенесен заряд в 180 Кл. Определить силу тока?

Можно ли, пользуясь графиком постоянного тока, определить какое количество электричества прошло за проводник за данное время?

17. В результате изменения сопротивления нагрузки ток в цепи увеличился. Как это будет влиять на напряжение на зажимах цепи?

-напряжение U будет расти;

+ напряжение U будет уменьшаться;

-напряжение U будет неизменным;

В каком положении ключа К показания вольтметра будет больше?

+ в разомкнутом;

напряжение не зависит от положения ключа.

Какая из приведенных формул для определения тока I верна?

20. В данной схеме C1»C2, Какой из этих емкостей можно пренебречь при приближенном определении общей емкости?

21.В данной схеме C1»C2. Какой из этих емкостей можно пренебречь при приближенном определении общей емкости?

Для правильного регулирования емкости используются конденсаторы переменной емкости Си?

Пусть С1 = 100пФ, Сп=10-500 пФ.

В какой из приведенных схем общая емкость меняется в более широких пределах?

-в обеих схемах пределы изменяются одинаково;

-в схеме В;
+ в схеме А:

Конденсатор переменной емкости состоящий из группы неподвижных А и подвижных пластин В, которые поворачиваются относительно неподвижных . Какое соединение представляет собой схема конденсатора?

-последовательное;
+ параллельное;

Конденсатор С1, заряжен до напряжения U1, замыкают на разряженный конденсатор С2. Как изменится энергия батареи конденсаторов после заряда конденсатора С2?

— не изменится;

При параллельном соединении трех конденсаторов, подключенных к источнику питания, один из них (С3) оказался пробитым. Как изменится напряжение на конденсаторах и какой станет их обща емкость?

— U = const; С обш = С1+С2

— U 0; С общ = С1+ С2
+ U 0; С общ = 0;

— U = 0; С общ = бесконечности

26.Три конденсатора, подключенные к источнику питания соединены последовательно. С1>С2>С3. Как будет распределяться напряжение на конденсаторах?

При последовательном соединении двух конденсаторов, подключенных к источнику питания, один из них оказался пробитым. Как изменится запас прочности другого конденсатора?

28.Как изменится величина энергии последовательно включенных конденсаторов и их заряд при замыкании ключа К?

— энергия увеличится, заряд уменьшится.

— энергия увеличится, заряд не изменится.

энергия увеличится, заряд увеличится.

+ энергия уменьшится, заряд не изменится.

29. При разомкнутом ключе К2 замыкающий ключ K1 и конденсатор C1 заряжаются до напряжения U. Затем ключ K1 размыкают, а К2 замыкают. Как изменится напряжение на конденсаторах C1 и С2 и общий заряд, если ёмкость C1 > С2?

+ U1=U2

Источник

Самоиндукция. Индуктивность. Токи замыкания и размыкания.

Индуктивность, либо коэффициент самоиндукции (от лат. indactio — наведение, возбуждение) — является параметром электрической цепи, определяющий ЭДС самоиндукции, которая наводитсяв цепи при изменении протекающего по ней тока либо (и) ее деформации.

Термином «индуктивность» обозначают еще и катушку самоиндукции, определяющую индуктивные свойства цепи.

Самоиндукция — образование ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении в нем силы тока. Самоиндукция была открыта в 1832 году американским ученым Дж. Генри. Независимо от него в 1835 году это явление открыл М. Фарадей.

ЭДС индукции образуется при изменении магнитного потока. Если это изменение вызывается собственным током, то говорят об ЭДС самоиндукции:

Самоиндукция Индуктивность Токи замыкания и размыкания

.

где L — индуктивность контура, либо его коэффициент самоиндукции.

Индуктивность — является физической величиной, численно равной ЭДС самоиндукции, которая возникает в контуре с изменением силы тока на 1 А за 1 секунду.

Индуктивность, как и электроемкость, зависима от геометрии проводника — его размеров и формы, но не зависима от силы тока в проводнике. Таким образом, индуктивность прямого провода намного меньше индуктивности того же провода, свернутого в спираль.

Расчеты показывают, что индуктивность описанного выше соленоида в воздухе вычисляют по формуле:

Самоиндукция Индуктивность Токи замыкания и размыкания

.

где μ— магнитная постоянная, N — количество витков соленоида, l — длина соленоида, S — площадь поперечного сечения.

Также, индуктивность зависит от магнитных свойств среды, в которой находится проводник, а именно от его магнитной проницаемости, определяющаяся при помощи формулы:

Читайте также:  Природа токов в вакууме

Самоиндукция Индуктивность Токи замыкания и размыкания

.

где L — индуктивность контура в вакууме, L — индуктивность контура в однородном веществе, которое заполняет магнитное поле.

Единица индуктивности в СИ — генри (Гн): 1 Гн = 1 В · с/А.

Токи замыкания и размыкания.

При каждом включении и выключении тока в цепи наблюдаются так называемые экстратоки самоиндукции (экстратоки замыкания и размы­кания), которые возникают в цепи из-за явления самоиндукции и которые препятс­твуют, согласно правилу Ленца, нарастанию или убыванию тока в цепи.

Самоиндукция Индуктивность Токи замыкания и размыкания

На рисунке выше показана схема соединения 2х одинаковых ламп. Одна из них подключена к источнику через резистор R, а другая — последова­тельно соединена с катушкой L с железным сердечником. При замыкании цепи первая лампа вспыхивает почти мгновенно, а вторая — с существенным опозданием. Это вызвано тем, что ЭДС самоиндукции в цепи этой лампы велика, и сила тока не сразу достигает своего максимального значе­ния.

Самоиндукция Индуктивность Токи замыкания и размыкания

При размыкании ключа в катушке L образуется ЭДС само­индукции, которая поддерживает первоначальный ток.

Самоиндукция Индуктивность Токи замыкания и размыкания

В итоге в момент размыкания через гальванометр течет ток (светлая стрелка), который направлен против начального тока до размыкания (черная стрелка). При этом ЭДС самоиндукции может быть намного больше ЭДС батареи элементов, что будет проявляться в том, что экстраток размыкания будет сильно превышать стационарный ток при замкнутом ключе.

Индуктивность характеризует инерционность цепи по отношению к из­менению в ней тока, и ее можно рассматривать как электродинамический аналог массы тела в механике, являющейся мерой инертности тела. При этом ток I играет роль скорости тела.

Источник



Самоиндукция. Индуктивность. Токи замыкания и размыкания.

Индуктивность, либо коэффициент самоиндукции (от лат. indactio — наведение, возбуждение) — является параметром электрической цепи, определяющий ЭДС самоиндукции, которая наводитсяв цепи при изменении протекающего по ней тока либо (и) ее деформации.

Термином «индуктивность» обозначают еще и катушку самоиндукции, определяющую индуктивные свойства цепи.

Самоиндукция — образование ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении в нем силы тока. Самоиндукция была открыта в 1832 году американским ученым Дж. Генри. Независимо от него в 1835 году это явление открыл М. Фарадей.

ЭДС индукции образуется при изменении магнитного потока. Если это изменение вызывается собственным током, то говорят об ЭДС самоиндукции:

Самоиндукция Индуктивность Токи замыкания и размыкания

.

где L — индуктивность контура, либо его коэффициент самоиндукции.

Индуктивность — является физической величиной, численно равной ЭДС самоиндукции, которая возникает в контуре с изменением силы тока на 1 А за 1 секунду.

Индуктивность, как и электроемкость, зависима от геометрии проводника — его размеров и формы, но не зависима от силы тока в проводнике. Таким образом, индуктивность прямого провода намного меньше индуктивности того же провода, свернутого в спираль.

Расчеты показывают, что индуктивность описанного выше соленоида в воздухе вычисляют по формуле:

Самоиндукция Индуктивность Токи замыкания и размыкания

.

где μ— магнитная постоянная, N — количество витков соленоида, l — длина соленоида, S — площадь поперечного сечения.

Также, индуктивность зависит от магнитных свойств среды, в которой находится проводник, а именно от его магнитной проницаемости, определяющаяся при помощи формулы:

Самоиндукция Индуктивность Токи замыкания и размыкания

.

где L — индуктивность контура в вакууме, L — индуктивность контура в однородном веществе, которое заполняет магнитное поле.

Единица индуктивности в СИ — генри (Гн): 1 Гн = 1 В · с/А.

Токи замыкания и размыкания.

При каждом включении и выключении тока в цепи наблюдаются так называемые экстратоки самоиндукции (экстратоки замыкания и размы­кания), которые возникают в цепи из-за явления самоиндукции и которые препятс­твуют, согласно правилу Ленца, нарастанию или убыванию тока в цепи.

Самоиндукция Индуктивность Токи замыкания и размыкания

На рисунке выше показана схема соединения 2х одинаковых ламп. Одна из них подключена к источнику через резистор R, а другая — последова­тельно соединена с катушкой L с железным сердечником. При замыкании цепи первая лампа вспыхивает почти мгновенно, а вторая — с существенным опозданием. Это вызвано тем, что ЭДС самоиндукции в цепи этой лампы велика, и сила тока не сразу достигает своего максимального значе­ния.

Самоиндукция Индуктивность Токи замыкания и размыкания

При размыкании ключа в катушке L образуется ЭДС само­индукции, которая поддерживает первоначальный ток.

Самоиндукция Индуктивность Токи замыкания и размыкания

В итоге в момент размыкания через гальванометр течет ток (светлая стрелка), который направлен против начального тока до размыкания (черная стрелка). При этом ЭДС самоиндукции может быть намного больше ЭДС батареи элементов, что будет проявляться в том, что экстраток размыкания будет сильно превышать стационарный ток при замкнутом ключе.

Индуктивность характеризует инерционность цепи по отношению к из­менению в ней тока, и ее можно рассматривать как электродинамический аналог массы тела в механике, являющейся мерой инертности тела. При этом ток I играет роль скорости тела.

Источник