Электрические… — Задание 21 ЕГЭ по физике №00048139

Задание №21. Качественная Задача

Электрические Цепи

№2. Задание 21

ID: 00048139

Электрическая цепь состоит из последовательно соединённых лампы Л, резистора сопротивлением $$R=10$$ Ом и идеального амперметра, параллельно которым подключён идеальный вольтметр. Эта цепь питается от регулируемого источника напряжения, в состав которого входят батарея, ключ К и потенциометр (делитель напряжения) $$P$$ . Лаборант замыкает ключ, после чего, передвигая ползунок реостата и проводя наблюдения, записывает в таблицу несколько показаний $$I$$ амперметра. Показания вольтметра он записать забывает.

$$I$$ , А	$$0{,}25$$	$$0{,}30$$	$$0{,}35$$	$$0{,}40$$	$$0{,}45$$
$$U$$ , В

Используя вольт-амперную характеристику лампы, изображённую на рисунке 2, помогите лаборанту восстановить показания $$U$$ вольтметра и запишите их в таблицу. Решение объясните, опираясь на законы электродинамики.

Рисунок к заданию 21 ЕГЭ по физике — Электрические Цепи

Источник: СтатГрад 15.10.2025

Решение

Сначала разберёмся, что измеряет каждый прибор. На рисунке 1 лампа Л, резистор $$R$$ и амперметр включены друг за другом, а вольтметр присоединён к верхнему проводу и к точке между амперметром и ползунком потенциометра. Значит, вольтметр показывает напряжение на всей цепочке «лампа + резистор + амперметр». Амперметр показывает ток в этой цепочке. Ток вольтметра не учитываем — вольтметр идеальный.

Шаг 1 — ток. Элементы цепочки соединены последовательно, поэтому через лампу и через резистор идёт один и тот же ток $$I$$ — тот, что записан в таблице.

Шаг 2 — напряжение на амперметре. Идеальный амперметр не имеет сопротивления, поэтому напряжение на нём равно нулю, и в сумме его можно не учитывать.

Шаг 3 — напряжение на лампе. Сопротивление лампы не постоянно: нить нагревается, и чем больше ток, тем она горячее и тем больше её сопротивление. Поэтому закон Ома с одним и тем же сопротивлением здесь не годится — напряжение на лампе снимаем с её вольт-амперной характеристики (рисунок 2). Внимание к осям: ток отложен по вертикали, напряжение — по горизонтали. Одна клетка по вертикали — $$0{,}05$$ А, по горизонтали — $$1$$ В. Ищем на кривой точку с нужным током и опускаемся на ось напряжений:

$$I=0{,}25$$ А $\to U_{\text{Л}}=6$ В; $$I=0{,}30$$ А $\to 8$ В; $$I=0{,}35$$ А $\to 10$ В; $$I=0{,}40$$ А $\to 13$ В; $$I=0{,}45$$ А $\to 17$ В.

Шаг 4 — напряжение на резисторе. Сопротивление резистора постоянно, и по закону Ома для участка $$U_R=IR$$ :

$0{,}25\cdot10=2{,}5$ В; $0{,}30\cdot10=3$ В; $0{,}35\cdot10=3{,}5$ В; $0{,}40\cdot10=4$ В; $0{,}45\cdot10=4{,}5$ В.

Шаг 5 — показания вольтметра. При последовательном соединении напряжение на цепочке равно сумме напряжений на её элементах:

$U=U_{\text{Л}}+IR$

$$6+2{,}5=8{,}5$$ В; $$8+3=11$$ В; $$10+3{,}5=13{,}5$$ В; $$13+4=17$$ В; $$17+4{,}5=21{,}5$$ В.

Проверим себя: сопротивление лампы $\dfrac{U_{\text{Л}}}{I}$ в этих точках равно $$24$$ Ом, $\approx26{,}7$ Ом, $\approx28{,}6$ Ом, $$32{,}5$$ Ом и $\approx37{,}8$ Ом — оно растёт с током, как и положено нагревающейся нити. А при равных шагах тока показания вольтметра растут всё большими шагами ( $$2{,}5$$ ; $$2{,}5$$ ; $$3{,}5$$ ; $$4{,}5$$ В) — это тоже следствие нагрева нити.

Ответ

Показания вольтметра: при $$I=0{,}25$$ А — $$8{,}5$$ В; при $$0{,}30$$ А — $$11$$ В; при $$0{,}35$$ А — $$13{,}5$$ В; при $$0{,}40$$ А — $$17$$ В; при $$0{,}45$$ А — $$21{,}5$$ В.

Другие задания по теме «Электрические Цепи» (8)