Номер 1.68, страница 14 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Основы электродинамики. Глава 1. Электрический ток. Закон Ома для участка цепи - номер 1.68, страница 14.

Условие.

1.68. Ученик собирает схему по снятию вольт-амперной характеристики лампы накаливания. Что произойдёт с накалом нити лампы, если:

а) ученик по ошибке включит вольтметр вместо амперметра при измерении силы тока в лампе;

б) ученик по ошибке включит амперметр вместо вольтметра при измерении напряжения на лампе?

Решение.

а) ученик по ошибке включит вольтметр вместо амперметра при измерении силы тока в лампе

Решение

Для измерения силы тока амперметр должен включаться в цепь последовательно с лампой. Если вместо амперметра последовательно с лампой включить вольтметр, то общее сопротивление цепи станет очень большим. Это связано с тем, что внутреннее сопротивление вольтметра $R_V$ очень велико (в идеале $R_V \to \infty$).

Общее сопротивление цепи будет равно сумме сопротивления лампы $R_L$ и сопротивления вольтметра $R_V$: $R_{общ} = R_L + R_V$. Так как $R_V \gg R_L$, то $R_{общ} \approx R_V$.

Согласно закону Ома, сила тока в цепи $I = \frac{U}{R_{общ}}$, где $\text{U}$ — напряжение источника. Поскольку общее сопротивление $R_{общ}$ очень велико, сила тока $\text{I}$ в цепи будет ничтожно малой ($I \approx 0$).

Мощность, выделяемая на нити накала лампы, определяется формулой $P = I^2 R_L$. При очень малом токе мощность также будет очень малой, недостаточной для того, чтобы нить накала разогрелась и начала светиться.

Ответ: Лампа гореть не будет (накал нити будет отсутствовать).

б) ученик по ошибке включит амперметр вместо вольтметра при измерении напряжения на лампе

Решение

Для измерения напряжения вольтметр подключается параллельно участку цепи, в данном случае — параллельно лампе. Если вместо вольтметра параллельно лампе подключить амперметр, то возникнет следующая ситуация. Внутреннее сопротивление амперметра $R_A$ очень мало (в идеале $R_A \to 0$).

Амперметр и лампа окажутся соединены параллельно. Общий ток от источника разделится между двумя ветвями: через лампу и через амперметр. Так как ток преимущественно течет по пути с наименьшим сопротивлением, а сопротивление амперметра $R_A$ намного меньше сопротивления лампы $R_L$ ($R_A \ll R_L$), почти весь ток пойдет через амперметр, минуя лампу.

Это явление называется коротким замыканием. Амперметр фактически закоротит лампу. В результате ток через лампу будет близок к нулю, и она не будет светиться.

Общее сопротивление параллельного участка цепи (лампа + амперметр) $R_{пар} = \frac{R_L \cdot R_A}{R_L + R_A}$. Поскольку $R_A \approx 0$, то и $R_{пар} \approx 0$. Это приведет к резкому возрастанию общего тока в цепи, что может вызвать перегорание амперметра, источника питания или срабатывание предохранителей.

Ответ: Лампа гореть не будет. Возникнет короткое замыкание, которое может привести к выходу из строя амперметра и/или источника питания.