Решения заданий ФИПИ ЕГЭ по физике: «Электрический ток и цепи» — с ответами

Исследование заряда конденсатора

Необходимо экспериментально изучить зависимость заряда, накопленного конденсатором, от внутреннего сопротивления аккумулятора. Какие две схемы следует использовать для проведения такого исследования?

1. 1
   Чтобы исследовать зависимость заряда конденсатора от внутреннего сопротивления аккумулятора, в сравниваемых опытах нужно изменять только внутреннее сопротивление.
2. 2
   ЭДС аккумулятора, сопротивление внешнего резистора и ёмкость конденсатора должны оставаться одинаковыми.

Ещё 1 шаг — в полном решении

Сборка установки для резистора

Необходимо собрать экспериментальную установку, с помощью которой можно определить сопротивление резистора. Помимо резистора, школьник взял соединительные провода, реостат, ключ и амперметр. Какие…

1. 1
   Для определения сопротивления резистора применяют закон Ома для участка цепи.$$R = \dfrac{U}{I}$$
2. 2
   Силу тока уже можно измерить имеющимся амперметром. Для измерения напряжения на резисторе необходим вольтметр.

Ещё 2 шага — в полном решении

Зависимость сопротивления от длины

Необходимо экспериментально изучить зависимость сопротивления проводника от длины проводника. Какие два проводника следует использовать для проведения такого исследования?

1. 1
   Сопротивление однородного проводника определяется формулой:$$R = \rho\dfrac{l}{S}$$
2. 2
   Чтобы экспериментально установить зависимость сопротивления от длины, необходимо изменять длину $l$, оставляя неизменными материал проводника и площадь его поперечного сечения $S$.

Ещё 1 шаг — в полном решении

Исследование зависимости силы тока

Необходимо экспериментально обнаружить зависимость силы тока, протекающего в цепи, от ЭДС источника. Какие две электрические цепи следует использовать для такого исследования?

1. 1
   Сила тока в полной цепи определяется законом Ома:$$I = \dfrac{\mathcal{E}}{R+r}$$
2. 2
   Чтобы экспериментально исследовать зависимость $I$ от ЭДС, необходимо выбрать две цепи с одинаковыми сопротивлениями внешнего участка и источника, но с разными значениями ЭДС.

Ещё 2 шага — в полном решении

Исследование закона Ома

Ученик изучает законы постоянного тока. В его распоряжении имеется пять аналогичных электрических цепей с различными источниками и внешними сопротивлениями, характеристики которых указаны в таблице…

1. 1
   Для полной цепи сила тока определяется формулой:$$I = \dfrac{\varepsilon}{R + r}$$
2. 2
   Чтобы исследовать зависимость $I$ от внешнего сопротивления $R$, ЭДС источника $\varepsilon$ и внутреннее сопротивление $r$ должны быть одинаковыми в выбранных цепях.

Ещё 1 шаг — в полном решении

Исследование внутреннего сопротивления

Необходимо экспериментально обнаружить зависимость силы тока, протекающего в цепи, от внутреннего сопротивления источника тока. Какие две схемы следует использовать для проведения такого исследования?

1. 1
   Сила тока в полной цепи определяется законом Ома для полной цепи:$$I = \dfrac{\mathcal{E}}{R + r}$$
2. 2
   Чтобы обнаружить зависимость силы тока от внутреннего сопротивления, при сравнении опытов необходимо оставить постоянными ЭДС источника и внешнее сопротивление, изменяя только $r$.

Ещё 1 шаг — в полном решении

Зависимость тока от сопротивления

Ученик изучает законы постоянного тока. В его распоряжении имеется пять аналогичных электрических цепей с различными источниками и внешними сопротивлениями, характеристики которых указаны в таблице…

1. 1
   Сила тока в полной электрической цепи определяется законом Ома для полной цепи.$$I = \dfrac{\varepsilon}{R+r}$$
2. 2
   Чтобы обнаружить зависимость силы тока от внутреннего сопротивления, ЭДС источника и внешнее сопротивление нужно оставить неизменными, а внутреннее сопротивление изменить.

Ещё 1 шаг — в полном решении

Измерение мощности тока

Необходимо собрать экспериментальную установку и определить с её помощью мощность электрического тока, потребляемую резистором. Для этого школьник взял соединительные провода, реостат, ключ…

1. 1
   Мощность электрического тока в резисторе можно определить по произведению напряжения на силу тока.$$P = UI$$
2. 2
   Напряжение измеряют вольтметром, а силу тока — амперметром. Следовательно, необходимо дополнительно использовать оборудование под номерами 3 и 5.

Зависимость сопротивления от длины

Для лабораторной работы по обнаружению зависимости сопротивления проводника от его длины ученику выдали пять проводников, характеристики которых указаны в таблице. Какие два из предложенных…

1. 1
   Для исследования зависимости сопротивления от длины необходимо выбрать проводники с одинаковым материалом и одинаковой площадью поперечного сечения.$$R = \rho\dfrac{l}{S}$$
2. 2
   Проводники 1 и 5 изготовлены из никелина и имеют одинаковый диаметр $1{,}2$ мм, поэтому их материал и площадь поперечного сечения одинаковы.

Ещё 1 шаг — в полном решении

Переключение цепи с диодами

На рисунке изображена электрическая цепь, состоящая из гальванического элемента с ЭДС $\varepsilon$ и внутренним сопротивлением $r$, двух идеальных диодов (сопротивление диода при прямом включении…

1. 1
   В начальном состоянии ключ $K_1$ замкнут, а ключ $K_2$ разомкнут. Нижняя ветвь замкнута, однако диод $D_1$ включён в обратном направлении, поэтому ток через него не проходит. Верхняя ветвь разомкнута ключом $K_2$.$$I_\text{нач}=0$$
2. 2
   Следовательно, тока во всей внешней цепи нет, поэтому амперметр показывает нулевую силу тока. Падения напряжения на внутреннем сопротивлении элемента нет, поэтому идеальный вольтметр, подключённый к его зажимам, показывает ЭДС элемента.$$I_\text{нач}=0,\quad U_\text{нач}=\varepsilon$$

Ещё 4 шага — в полном решении

Напряжение на реостате

В схеме на рисунке сопротивление резистора и полное сопротивление реостата равны $R$, ЭДС батарейки равна $E$, её внутреннее сопротивление ничтожно ($r = 0$). Как ведут себя показания идеального…

1. 1
   Реостат подключён непосредственно к идеальной батарейке, поэтому напряжение между его крайними выводами остаётся постоянным и равно ЭДС батарейки.$$U_{\text{реостата}} = E$$
2. 2
   Полное сопротивление реостата равно $R$, поэтому ток в его цепи постоянен.$$I = \dfrac{E}{R}$$

Ещё 3 шага — в полном решении

Изменение показаний приборов

На фотографии изображена электрическая цепь. Начертите принципиальную схему этой электрической цепи. Опираясь на законы постоянного тока, объясните, как должны измениться (уменьшиться, увеличиться…

1. 1
   На принципиальной схеме источник тока, амперметр, резисторы $3\ \Omega$ и $2\ \Omega$ соединены в одной последовательной цепи. Ключ подключён параллельно резистору $3\ \Omega$, а идеальный вольтметр — параллельно источнику тока.
2. 2
   До замыкания ключа оба резистора включены последовательно, поэтому сопротивление внешней цепи равно:$$R_1=3\ \Omega+2\ \Omega=5\ \Omega$$

Ещё 3 шага — в полном решении

Линии поля в металлическом шаре

В нижней половине незаряженного металлического шара располагается крупная шарообразная полость, заполненная воздухом. Шар находится в воздухе вдали от других предметов. В центр полости помещён…

1. 1
   В состоянии электростатического равновесия напряжённость электрического поля внутри металла равна нулю: свободные заряды проводника перераспределяются так, чтобы компенсировать поле в его объёме.$$\vec{E}=0$$
2. 2
   Рассмотрим гауссову поверхность, полностью расположенную в металле и окружающую полость. Поток поля через неё равен нулю, поэтому суммарный заряд внутри поверхности должен быть равен нулю. Так как в полости находится заряд $+q$, на…

Ещё 3 шага — в полном решении

Показания вольтметра в реостате

В схеме на рисунке сопротивление резистора и полное сопротивление реостата равны $R$, ЭДС батарейки равна $E$, её внутреннее сопротивление ничтожно: $r=0$. Как ведут себя показания идеального…

1. 1
   Резистор и реостат подключены параллельно к идеальной батарее. Поэтому напряжение на полном реостате постоянно и равно ЭДС батареи.$$U_{\text{реостата}}=E$$
2. 2
   Полное сопротивление реостата равно $R$, поэтому сила тока в ветви реостата постоянна.$$I=\dfrac{E}{R}$$

Ещё 2 шага — в полном решении

Сравнение мощности нагревателей

В сосуд наливают воду при комнатной температуре. В воду погружают нагревательные элементы с сопротивлениями $R_1$ и $R_2$, подключённые к источнику постоянного напряжения так, как показано на…

1. 1
   Масса воды, её начальная температура и температура кипения в обоих опытах одинаковы. Поэтому количество теплоты, необходимое для нагревания воды до кипения, одинаково:$$Q = cm\left(T_{\text{кип}}-T_0\right)$$
2. 2
   В положении 1 нагревательные элементы соединены последовательно. Их общее сопротивление равно $R_1+R_2$, поэтому мощность электрического тока равна:$$P_1 = \dfrac{U^2}{R_1+R_2}$$

Ещё 3 шага — в полном решении

Цепь с реостатом

На фотографии изображена электрическая цепь, состоящая из реостата, ключа, цифрового вольтметра, подключённого к батарее, и амперметра. Начертите принципиальную электрическую схему этой цепи. Как…

1. 1
   Амперметр, реостат, ключ и батарея соединены последовательно. Вольтметр подключён параллельно батарее, так как он измеряет напряжение на её зажимах.
2. 2
   При перемещении движка реостата влево до конца длина участка проволоки, включённого в цепь, увеличивается. Поэтому сопротивление реостата и полное внешнее сопротивление цепи увеличиваются.$$R_{\text{ц}} = R + r$$

Ещё 2 шага — в полном решении

Показания приборов в цепи

На рисунке показана принципиальная схема электрической цепи, состоящей из источника тока с отличным от нуля внутренним сопротивлением, резистора, реостата и измерительных приборов — идеального…

1. 1
   В изображённой схеме реостат включён в цепь как переменное сопротивление. При перемещении его движка вправо длина участка проволоки, включённого в цепь, увеличивается, поэтому сопротивление реостата возрастает.
2. 2
   Реостат и резистор подключены параллельно, поэтому увеличение сопротивления ветви реостата приводит к увеличению общего сопротивления внешней цепи $R$.

Ещё 4 шага — в полном решении

Мощность на нагрузке

Электрическая цепь состоит из батареи с ЭДС $\mathcal{E}$ и внутренним сопротивлением $r$ и подключённого к ней резистора нагрузки с сопротивлением $R$. При изменении сопротивления нагрузки…

1. 1
   Для полной цепи по закону Ома напряжение на нагрузке связано с ЭДС и падением напряжения на внутреннем сопротивлении:$$\mathcal{E}=U+Ir$$
2. 2
   Выразим силу тока через напряжение на нагрузке:$$I=\frac{\mathcal{E}-U}{r}$$

Ещё 3 шага — в полном решении

Ток в цепи со светодиодом

На рис. 1 изображена зависимость силы тока через светодиод $D$ от приложенного к нему напряжения, а на рис. 2 — схема его включения. Напряжение на светодиоде практически не зависит от силы тока…

1. 1
   По графику при силе тока $I_1 = 0{,}1\ \text{А}$ напряжение на светодиоде примерно равно $U_D = 3\ \text{В}$.$$U_D \approx 3\ \text{В}$$
2. 2
   Для первого источника по закону Ома для полной цепи найдём сопротивление резистора:$$R = \frac{\mathcal{E}_1 - U_D}{I_1} = \frac{6 - 3}{0{,}1} = 30\ \text{Ом}$$

Ещё 2 шага — в полном решении

Количество теплоты в резисторе

К аккумулятору с ЭДС $\mathcal{E} = 9\ \text{В}$ и внутренним сопротивлением $r = 1{,}5\ \text{Ом}$ подключили резистор сопротивлением $R = 7{,}5\ \text{Ом}$. Определите количество теплоты…

1. 1
   Сила тока в цепи определяется с учётом внешнего и внутреннего сопротивлений аккумулятора:$$I = \dfrac{\mathcal{E}}{R + r}$$
2. 2
   Подставим значения сопротивлений:$$I = \dfrac{9}{7{,}5 + 1{,}5} = 1\ \text{А}$$

Ещё 3 шага — в полном решении