Контрольная работа № 3 по темам «Соединения проводников. Работа и мощность тока. Закон Джоуля — Ленца»

Перед контрольной: что нужно уметь

Эта страница — открытая самопроверка по электрическим цепям, работе, мощности и нагреву. Это не сама контрольная и не её ответы. Магнитное поле здесь не требуется: его изучение ещё впереди.

Попробуй решить задания в тетради без подсказок. В конце открой ответы и найди не только неверное число, но и причину ошибки. Отметку по домашней попытке выставлять не нужно.

Мощность и энергия — не одно и то же

Мощность показывает, как быстро передаётся энергия. Работа тока показывает, сколько энергии передано за выбранное время. При постоянной мощности:

$$A=Pt.$$

Мощность $P$ измеряется в ваттах (Вт), время $t$ в этой формуле — в секундах (с), работа $A$ получается в джоулях (Дж). Если мощность взята в киловаттах, а время в часах, результат будет в киловатт-часах. Киловатт-час — единица энергии, не мощности.

Это заданные расчётные режимы, не измерения реальных приборов. Сравни оба расхода самостоятельно.

Сначала выясни, как соединены резисторы

В последовательной цепи у тока один путь. Через оба резистора проходит одинаковый ток; сопротивления складываются. При параллельном соединении есть ветви между двумя общими узлами: напряжение на ветвях одинаковое, а общий ток равен сумме токов ветвей.

Найди сопротивление всей пары и ток. Напряжение 9 В относится к паре, а не к каждому резистору.

Закон Ома для выбранного участка:

$$I=\frac{U}{R}.$$

В этой записи $U$ — напряжение на том же участке, сопротивление которого равно $R$. Нельзя брать напряжение всей последовательной пары и делить его на сопротивление только одного её элемента.

Мощность и нагрев участка

При постоянных напряжении и токе мощность участка $P=UI$. Для резистора, сопротивление и ток которого не меняются, количество выделившейся теплоты:

$$Q=I^2Rt.$$

Здесь $Q$ измеряется в джоулях, $I$ — в амперах, $R$ — в омах, $t$ — в секундах. В чисто резистивной модели работа тока переходит во внутреннюю энергию, поэтому можно использовать $Q=A=Pt$. Для двигателя нельзя считать всю потреблённую энергию только теплотой его обмотки.

В следующей задаче цепь работает 60 с. Провода идеальные, сопротивления постоянны, других превращений энергии нет. Это модель, не инструкция для сборки.

Проверь себя

1. Что измеряют в Вт? Что измеряют в кВт·ч?
2. Сравни энергию двух потребителей на первом рисунке: 250 Вт за 4 мин и 500 Вт за 2 мин. Ответы вырази в джоулях.
3. Для последовательной пары 6 Ом и 12 Ом при 9 В найди общее сопротивление и ток. Может ли ток через второй резистор быть меньше, чем через первый?
4. В параллельной паре 6 Ом и 12 Ом при 6 В найди ток каждой ветви, общий ток, общую мощность и суммарное количество теплоты за 60 с.
5. Для одного и того же резистора ток увеличили втрое, время уменьшили втрое, сопротивление сохранилось. Как изменилось количество теплоты?
6. Достаточно ли рассчитанного количества теплоты, чтобы назвать конечную температуру резистора? Объясни ответ.

Показать ответ после выполнения

Что повторить после ошибки

Главное — связать схему, закон и единицы, а не угадать число. После исправления реши один похожий пример заново без открытого ответа.

Для повторения подойдут §§ 24–27 учебника 2024 года, с. 94–109. Все задания выполняются на бумаге: ничего не подключай, не вскрывай и не проверяй на домашней электросети.