Два прямых отрезка проволоки с одинаковой площадью поперечного сечения соединены последовательно. Одна проволока изготовлена из никелина с удельным электрическим сопротивлением $\rho_1 = 0,4Ом \cdot мм ^2 /м$ а другая из железа с удельным электрическим сопротивлением $\rho_2 = 0,1Ом \cdot мм ^2 /м$ К концам проволоки подключён источник постоянного напряжения с ЭДС $\mathcalE =17В$ и с нулевым внутренним сопротивлением. Один из щупов идеального вольтметра подключён к положительной клемме источника, а второй щуп вольтметра можно перемещать вдоль проволок, расположенных параллельно оси X (см. рисунок). Постройте график зависимости показаний U вольтметра от координаты x второго щупа. Сопротивлением соединительных проводов и сопротивлением контактов можно пренебречь.
[рис.]
[рис.]
💡 Пошаговый разбор и решение:
1. Из рисунка следует, что длина никелиновой проволоки L1 = 0,03 м, а длина железной проволоки L2 = 0,05 м.Поэтому сопротивление никелиновой проволоки = $R_1 = $\frac{\rho_1 L_1}{S}$ = $\frac{0,012}{S}$ Ом$ а сопротивление железной проволоки = $R_2 = $\frac{\rho_2 L_2}{S}$ = $\frac{0,005}{S}$ Ом$ где S — площадь поперечного сечения проволок (выраженная в мм2). Общее сопротивление проволок = $R = R_1 + R_2 = $\frac{0,017}{S}$ Ом$
2. По закону Ома для участка цепи через проволоки протекает ток силой $I = $\frac{\mathcalE}{R}$ = 1000SА$ Поэтому на никелиновой проволоке падает напряжение $U_1 = IR_1 = 12B$ а на железной проволоке падает напряжение $U_2 = IR_2 = 5B$
3. Сопротивление участка проволоки прямо пропорционально его длине. Поэтому при перемещении щупа вольтметра вдоль проволоки напряжение на соответствующем участке цепи должно возрастать по линейному закону. При $0 меньше или = x меньше или = L_1$ искомое напряжение = $U = $\frac{I \rho_1 x}{S}$ = 1000 \rho_1 x = 400xВ$ При $L_1 меньше или = x меньше или = ( L_1 + L_2 )$ это напряжение =
$U = IR_1 + $\frac{I \rho_2 ( x - L_1 )}{S}$ = 9 + 1000 \rho_2 x = 9 + 100 x$
4. Следовательно, график зависимости $U ( x )$ имеет вид, показанный на рисунке.
[рис.]
2. По закону Ома для участка цепи через проволоки протекает ток силой $I = $\frac{\mathcalE}{R}$ = 1000SА$ Поэтому на никелиновой проволоке падает напряжение $U_1 = IR_1 = 12B$ а на железной проволоке падает напряжение $U_2 = IR_2 = 5B$
3. Сопротивление участка проволоки прямо пропорционально его длине. Поэтому при перемещении щупа вольтметра вдоль проволоки напряжение на соответствующем участке цепи должно возрастать по линейному закону. При $0 меньше или = x меньше или = L_1$ искомое напряжение = $U = $\frac{I \rho_1 x}{S}$ = 1000 \rho_1 x = 400xВ$ При $L_1 меньше или = x меньше или = ( L_1 + L_2 )$ это напряжение =
$U = IR_1 + $\frac{I \rho_2 ( x - L_1 )}{S}$ = 9 + 1000 \rho_2 x = 9 + 100 x$
4. Следовательно, график зависимости $U ( x )$ имеет вид, показанный на рисунке.
[рис.]
📚 Похожие разобранные задания по предмету:
ID 168014 • Задание №19
[рис.] На вертикально расположенной доске закреплена электрическая схема (см. рис.), состоящая из источника то...
ID 167690 • Задание №16
В кабинет физики принесли ватку, смоченную духами, и сосуд, в который налили раствор медного купороса (раствор...
Официальные критерии проверки ФИПИ:
Критерии проверки:
Критерии оценивания выполнения задания | Баллы
Приведено полное правильное решение, включающее правильный ответ и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием наблюдаемых явлений и законов | 3
Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении имеется один или несколько из следующих недостатков.
В объяснении не указано или не использованы одно из физических явлений, свойств, определений или один из законов (формул), необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение, лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим законом, свойством, явлением, определением и т.п.)
И (ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но в них содержится один логический недочёт.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения и не зачёркнуты.
И (ИЛИ)
В решении имеется неточность в указании на одно из физических явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для полного верного объяснения | 2
Представлено решение, соответствующее одному из следующих случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение, но в нём не указаны два явления или физических закона, необходимых для полного верного объяснения.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие к ответу, содержат ошибки.
ИЛИ
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на решение задачи
| 1
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | 0
Максимальный балл | 3
Критерии оценивания выполнения задания | Баллы
Приведено полное правильное решение, включающее правильный ответ и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием наблюдаемых явлений и законов | 3
Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении имеется один или несколько из следующих недостатков.
В объяснении не указано или не использованы одно из физических явлений, свойств, определений или один из законов (формул), необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение, лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим законом, свойством, явлением, определением и т.п.)
И (ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но в них содержится один логический недочёт.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения и не зачёркнуты.
И (ИЛИ)
В решении имеется неточность в указании на одно из физических явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для полного верного объяснения | 2
Представлено решение, соответствующее одному из следующих случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение, но в нём не указаны два явления или физических закона, необходимых для полного верного объяснения.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие к ответу, содержат ошибки.
ИЛИ
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на решение задачи
| 1
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | 0
Максимальный балл | 3
🔗 Другие задания линии №21 по предмету Физика:
ID 107284
В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате 23 °C на стенке стакана с хол...
ID 107285
В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате $25 градусовС$ на стенке стак...
ID 107286
В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате 29 °C на стенке стакана с хол...
ID 107287
В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате $25 градусов С$ на стенке ста...
ID 107288
В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате $29 градусовС$ на стенке стак...