
На рисунке показана схема электрической цепи, состоящей из батареи с ЭДС
и внутренним сопротивлением
конденсатора емкостью
резистора с сопротивлением
и переключателя П полярности источника питания. Вначале переключатель был в положении 1, а конденсатор был полностью заряжен от батареи, и ток в цепи отсутствовал.
Какое количество теплоты Qr выделится в резисторе R за большое время после перевода переключателя в положение 2?
Решение. 1. Из закона сохранения энергии для замкнутой электрической цепи имеем:
2. Как видно из схемы цепи, изображенной на рисунке, после «переполюсовки» батареи переключателем П конденсатор зарядится до такого же по модулю заряда но противоположного знака, и его энергия
не изменится, так что
Механическая работа не совершается, поэтому
3. При перезарядке конденсатора по цепи протечет заряд работа батареи полностью преобразуется в количество теплоты и будет равна
4. Поскольку резисторы в цепи соединены последовательно и токи I через них одинаковы, то по закону Джоуля — Ленца полная рассеиваемая мощность равна а в резисторе R выделяется доля общей мощности, равная
Такая же доля полного количества теплоты выделится и в резисторе R.
5. Таким образом, искомое значение:
6. Подставляя численные данные в системе СИ из условия задачи, окончательно получаем:
Ответ: 518,4 мкДж.
| Критерии оценивания выполнения задания | Баллы |
|---|---|
| Приведено полное решение, включающее следующие элементы: I) записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном случае: закон сохранения энергии для замкнутой электрической цепи, выражение для работы батереи, закон Джоуля — Ленца, выражение для энергии заряженного конденсатора, правило расчета сопротивления при последовательном соединении проводников, выражение для мощности тока); II) представлены необходимые математические преобразования и расчеты, приводящие к правильному числовому ответу (допускается решение «по частям» с промежуточными вычислениями); III) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения искомой величины. | 2 |
| Правильно записаны все необходимые положения теории, физические законы, закономерности, и проведены преобразования, направленные на решение задачи, но имеется один или несколько из следующих недостатков. Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном объеме или отсутствуют. И (ИЛИ) В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения и не зачеркнуты. И (ИЛИ) В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) в математических преобразованиях/вычислениях пропущены логически важные шаги. И (ИЛИ) Отсутствует пункт IV, или в нем допущена ошибка (в том числе в записи единиц измерения величины). | 1 |
| Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок | 0 |
| Максимальный балл | 2 |
PDF-версии: