Номер 413, страница 76 - гдз по физике 8 класс сборник задач Исаченкова, Слесарь

Будет ли лампочка гореть нормальным накалом при замыкании цепи? Почему?

Нет, лампочка не будет гореть нормальным накалом. Напряжение источника питания $U = 4,0 \text{ В}$ превышает номинальное напряжение лампочки $U_л = 3,5 \text{ В}$. Если подключить лампочку к источнику напрямую (без реостата или с его нулевым сопротивлением), напряжение на ней будет выше номинального. Это приведет к увеличению силы тока через нить накала, из-за чего лампочка будет светить ярче нормы и, с большой вероятностью, быстро перегорит.

Ответ: Нет, лампочка не будет гореть нормальным накалом, так как напряжение источника питания (4,0 В) больше номинального напряжения лампочки (3,5 В), что приведет к ее перегрузке и возможному выходу из строя.

Рассчитайте сопротивление рабочей части реостата, которую следует включить последовательно с лампочкой, чтобы она горела нормальным накалом.

Дано:

Напряжение источника питания $U = 4,0 \text{ В}$
Номинальное напряжение лампочки $U_л = 3,5 \text{ В}$
Номинальная сила тока лампочки $I_л = 2,6 \text{ А}$

Найти:

Сопротивление рабочей части реостата $R_р$.

Решение:

Для того чтобы лампочка горела нормальным накалом, необходимо, чтобы через нее протекал ток, равный номинальному $I_л = 2,6 \text{ А}$, и напряжение на ее клеммах было равно номинальному $U_л = 3,5 \text{ В}$.
Реостат и лампочка включаются в цепь последовательно. При последовательном соединении сила тока во всех элементах цепи одинакова. Следовательно, ток через реостат $I_р$ должен быть равен току через лампочку:
$I_р = I_л = 2,6 \text{ А}$
Согласно второму правилу Кирхгофа (или закону Ома для полной цепи), напряжение источника равно сумме падений напряжений на всех элементах цепи при последовательном соединении:
$U = U_л + U_р$
где $U_р$ — падение напряжения на реостате.
Отсюда можем найти необходимое падение напряжения на реостате, чтобы "погасить" избыточное напряжение источника:
$U_р = U - U_л = 4,0 \text{ В} - 3,5 \text{ В} = 0,5 \text{ В}$
Зная падение напряжения на реостате $U_р$ и силу тока через него $I_р$, по закону Ома для участка цепи найдем его сопротивление:
$R_р = \frac{U_р}{I_р}$
Подставим числовые значения:
$R_р = \frac{0,5 \text{ В}}{2,6 \text{ А}} \approx 0,1923 \text{ Ом}$
Округляя до двух значащих цифр, получаем:
$R_р \approx 0,19 \text{ Ом}$

Ответ: Чтобы лампочка горела нормальным накалом, сопротивление рабочей части реостата должно быть приблизительно $0,19 \text{ Ом}$.

Проверьте ответ на опыте, используя амперметр и вольтметр.

Экспериментальная проверка расчета проводится следующим образом:
1. Собирается электрическая цепь из последовательно соединенных источника питания, ключа, амперметра, лампочки и реостата.
2. К клеммам лампочки параллельно подключается вольтметр.
3. Замыкается ключ. С помощью ползунка реостата плавно изменяется его сопротивление до тех пор, пока вольтметр не покажет напряжение, равное номинальному для лампочки, — $3,5 \text{ В}$.
4. В этот момент амперметр должен показывать силу тока, близкую к номинальной, — $2,6 \text{ А}$. Это будет означать, что лампочка работает в штатном режиме.
5. Для проверки расчетного значения сопротивления реостата $R_р$ можно: а) не меняя положения ползунка реостата, измерить вольтметром напряжение на нем $U_р$ (оно должно быть около $0,5 \text{ В}$) и рассчитать сопротивление по формуле $R_р = U_р / I$, где $\text{I}$ — показание амперметра; б) не меняя положения ползунка, разомкнуть цепь и измерить сопротивление включенной части реостата с помощью омметра.Полученное в ходе эксперимента значение сопротивления должно быть близко к расчетному ($0,19 \text{ Ом}$).

Ответ: Для проверки ответа нужно собрать схему с амперметром и вольтметром, настроить реостатом номинальный режим работы лампочки (напряжение $3,5 \text{ В}$ и ток $2,6 \text{ А}$) и измерить сопротивление задействованной части реостата.