Номер 520, страница 81 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Электрические явления. Закон Ома для участка цепи - номер 520, страница 81.

Условие.

520. Как будут изменяться показания вольтметра, если участок цепи в точке А (рис. 84) поочерёдно соединять медной проволокой с участками цепи в точках B, C, D, E?

Рис. 84

Решение.

Решение

Вольтметр измеряет разность потенциалов (напряжение) $U_{CE}$ между точками C и E. Эта величина зависит от общего сопротивления цепи и распределения напряжений на ее участках. Проанализируем, как она будет меняться при последовательном перемещении контакта от точки A к точкам B, C, D и E.

Для анализа введем обозначения: $\text{U}$ — напряжение идеального источника тока, $R_Л$ — сопротивление лампы, $R_{BC}$ и $R_{DE}$ — сопротивления соответствующих участков провода.

При перемещении подключения из точки B в точку C

В исходном положении, когда контакт находится в точке B, ток в цепи проходит последовательно через участок провода BC, лампу (участок CD) и участок провода DE. Общее сопротивление внешней цепи равно $R_{общ,B} = R_{BC} + R_Л + R_{DE}$. Сила тока в цепи определяется по закону Ома: $I_B = \frac{U}{R_{BC} + R_Л + R_{DE}}$. Вольтметр измеряет напряжение на участке CE, которое равно сумме падений напряжений на лампе и на участке DE: $U_B = I_B \cdot (R_Л + R_{DE}) = \frac{U(R_Л + R_{DE})}{R_{BC} + R_Л + R_{DE}}$. Поскольку сопротивление провода $R_{BC}$ положительно, знаменатель дроби больше числителя, и, следовательно, $U_B < U$.

Когда контакт перемещают в точку C, участок провода BC исключается из цепи. Общее сопротивление цепи уменьшается и становится равным $R_{общ,C} = R_Л + R_{DE}$. В результате сила тока в цепи увеличивается. Вольтметр теперь измеряет напряжение на всей внешней цепи, поэтому его показания становятся равными напряжению источника: $U_C = U$. Так как $U_C > U_B$, показания вольтметра увеличатся.

Ответ: показания вольтметра увеличатся.

При перемещении подключения из точки C в точку D

Как мы установили, при подключении к точке C показания вольтметра равны $U_C = U$.

Когда контакт перемещают в точку D, лампа (участок CD) оказывается исключенной из электрической цепи, и ток течет от источника напрямую к точке D и далее через участок провода DE. Вольтметр по-прежнему подключен к точкам C и E и измеряет разность потенциалов между ними. Потенциал точки D теперь равен потенциалу положительного полюса источника, то есть $\text{U}$ (если потенциал отрицательного полюса принять за 0). Через лампу, которая подключена между точками C и D, электрический ток не идет, так как для него нет замкнутого контура через точку C. Отсутствие тока означает отсутствие падения напряжения на лампе. Следовательно, потенциалы точек C и D одинаковы: $V_C = V_D = U$. Потенциал точки E равен потенциалу отрицательного полюса, то есть 0. Тогда показание вольтметра будет $U_D = V_C - V_E = U - 0 = U$. Сравнивая с предыдущим случаем ($U_C = U$), делаем вывод, что показания прибора не изменились.

Ответ: показания вольтметра не изменятся.

При перемещении подключения из точки D в точку E

При подключении к точке D показание вольтметра было $U_D = U$.

Когда контакт перемещают в точку E, провод от положительного полюса источника подключается непосредственно к точке E. Вся нижняя ветвь цепи (включая лампу и участки провода CD и DE) оказывается зашунтированной (обойденной) этим подключением. Точки C и E, между которыми включен вольтметр, теперь обе находятся на проводнике, идущем от положительного полюса источника. Так как через участки CD и DE ток не течет, их потенциалы становятся одинаковыми и равными потенциалу точки E, то есть $\text{U}$. Разность потенциалов между точками C и E, измеряемая вольтметром, становится равной нулю: $U_E = V_C - V_E = U - U = 0$. Таким образом, показания вольтметра уменьшатся с $\text{U}$ до нуля.

Ответ: показания вольтметра уменьшатся до нуля.