ID: 00017540
На рисунке показана принципиальная схема электрической цепи, состоящей из источника тока с отличным от нуля внутренним сопротивлением, резистора, реостата и измерительных приборов — идеального амперметра и идеального вольтметра. Как будут изменяться показания приборов при перемещении движка реостата вправо? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения.
Источник: ФИПИ
Разберёмся, что меряет каждый прибор и как от движка реостата зависит сопротивление всей цепи. Дальше всё решает закон Ома для полной цепи.
После амперметра цепь разветвляется: резистор $R_1$ и реостат $R_2$ включены параллельно (оба идут от узла после амперметра к правой шине). Амперметр стоит в общем проводе до разветвления — значит, он показывает полный ток источника $I$. Вольтметр идеальный (тока через себя не пропускает) и подключён к клеммам источника, поэтому показывает напряжение на клеммах $U=\mathscr{E}-I r$ — оно же равно напряжению на параллельном участке $R_1\Vert R_2$.
Реостат $R_2$ включён движком: ток входит в левый зажим обмотки и снимается с ползунка. Рабочая часть — это кусок обмотки от левого зажима до ползунка. Двигаем ползунок вправо — этот рабочий участок удлиняется, и сопротивление $R_2$ увеличивается.
Сопротивление параллельного блока $R_{12}=\dfrac{R_1 R_2}{R_1+R_2}$ при росте $R_2$ тоже растёт (параллельное сопротивление увеличивается, когда растёт любое из плеч). Значит, полное сопротивление цепи $R_{12}+r$ становится больше.
По закону Ома для полной цепи $I=\dfrac{\mathscr{E}}{R_{12}+r}$: знаменатель вырос — полный ток $I$ уменьшился. Это и показывает амперметр.
Напряжение на клеммах $U=\mathscr{E}-I r$: ЭДС и $r$ постоянны, а ток $I$ уменьшился, значит вычитаемое $I r$ стало меньше — напряжение $U$ выросло. Это и показывает вольтметр.
Ответ: амперметр показывает меньший ток (его показание уменьшается), вольтметр показывает большее напряжение (его показание увеличивается).
При перемещении движка реостата вправо его сопротивление растёт, поэтому общее сопротивление цепи увеличивается. Показание амперметра (полный ток в цепи) уменьшается, а показание вольтметра (напряжение на клеммах источника) увеличивается.