Задание 26 из ОГЭ по физике

Пятница, 2 июня, 2017

Разбор примеров заданий 26 из ОГЭ по физике от профессионального репетитора по физике и математике. В статье вы найдёте видеоуроки с подробными разъяснениями по каждому из заданий. Идеально для тех, кто готовится к сдаче ОГЭ по физике с целью получения максимально высокого балла на экзамене.

Теория для решения заданий 26 из ОГЭ по физике

В заданиях 26 из ОГЭ по физике часто встречаются задачи, связанные с темой «Мощность электрического тока», а также «Тепловые явления». Для их решения необходимо чётко представлять себе следующее:

как вычисляется мощность тока;
как, зная мощность нагревательного элемента, вычислить количество теплоты, которое он выделяет за определённый промежуток времени;
как вычислить количество теплоты при нагревании, плавлении и кипении;
что такое КПД нагревательного элемента;
правила распределения токов и напряжений, а также правила вычисления общего сопротивления цепи в случае последовательного и параллельного соединения проводников.

Изложим здесь основные теоретические моменты, связанные с обозначенными выше вопросами:

Первое. Мощность тока вычисляется по одной из следующих формул:

$P=IU=\frac{U^2}{R}=I^2R.$

Здесь $P$ — тепловая мощность тока, $U$ — напряжение на проводнике, $R$ — его сопротивление. Какую из этих формул выбрать, вы решаете сами, исходя из условия задачи и соображений простоты вычислений.

Второе. Тепловая мощность тока связана с количеством теплоты, выделившимся в проводнике за определённое время, следующим соотношением:

$P=\frac{Q}{t}.$

Здесь $P$ — тепловая мощность тока, $Q$ — количество теплоты, выделяющееся в проводнике за время $t$ .

Третье. Количество теплоты, поглощённое телом при

нагревании: $Q=cm\Delta t$ ;
плавлении: $Q=\lambda m$ ;
кипении: $Q=L m$ .

Здесь $Q$ — количество теплоты, $m$ — масса, $\Delta t$ — изменение температуры тела при нагревании, $c$ — удельная теплоёмкость, $\lambda$ — удельная теплота плавления, $L$ — удельная теплота парообразования.

Четвёртое. КПД нагревательного элемента определяется по формуле:

$\eta = \frac{Q_a}{Q_t}.$

Здесь $\eta$ — КПД нагревателя, $Q_a$ — количество теплоты, поглощённое телом, $Q_t$ — количество теплоты, выделенное нагревателем. КПД обычно измеряется в процентах. Если энергетических потерь нет, то КПД равен 100%.

Пятое. При последовательном соединении проводников через каждый из них протекает одинаковый ток, общее напряжение складывается из напряжений на каждом из проводников, общее сопротивление складывается из сопротивлений каждого из проводников.

Шестое. При параллельном соединении проводников на каждом из проводников одинаковое напряжение, общий ток складывается из токов, протекающих по каждому из проводников, общее обратное сопротивление складывается из обратных сопротивлений каждого из проводников.

Надо сказать, что список типов задач, которые могут вам встретиться в задании 26 ОГЭ по физике, вовсе не ограничивается задачами, связанными с обозначенными выше темами. Могут быть и совершенно другие. Однако, именно такие задачи встречаются здесь наиболее часто, поэтому данная статья посвящена разбору именно этого типа заданий.

Рассмотрим конкретные примеры решения заданий 26 из ОГЭ по физике.

Разбор заданий 26 из ОГЭ по физике

Пример 1. Имеется два одинаковых электрических нагревателя мощностью 800 Вт каждый. Сколько времени потребуется для нагревания 1 л воды на 80 °С, если нагреватели будут включены последовательно в ту электросеть, на которую рассчитан каждый из них? Потерями энергии пренебречь.

Сперва введём обозначения. Пусть $P_1=800$ Вт — номинальная мощность каждого нагревателя, $V=10^{-3}$ м³ — объём нагреваемой воды (я его уже перевёл из литров в кубические метры), $\Delta t=80$ °С — изменение температуры воды в процессе нагревания, $\rho=1000$ кг/м³ — плотность воды, $c=4200$ Дж/(кг⋅°С) — удельная теплоёмкость воды, $U$ — общее напряжение в цепи, а также напряжение, на которое рассчитан каждый нагреватель, $P$ — мощность, выделяемая в цепи из двух последовательно соединённых нагревателей.

Теперь мы готовы приступить к решению задачи.

Как работает нагреватель? Фактически, это электрический элемент, обладающий сопротивлением. В процессе протекания тока по этому элемента в нём выделяется тепло. Это тепло используется для нагрева. То есть на схеме, опустив все детали, можно изобразить нагреватель просто как резистор сопротивлением $R$ . То есть схема соединения будет выглядеть следующим образом:

Поскольку номинальная мощность каждого нагревателя нам дана, то мы без труда можем определить сопротивление каждого нагревателя, воспользовавшись формулой:

$R=\frac{U^2}{P_1}.$

И хоть напряжение нам не дано, это не так важно. Важно то, что это напряжение одинаковое, как в случае подключения каждого нагревателя в сеть, так и в случае подключения этих нагревателей в сеть последовательно. Значит, в конце концов это напряжение просто сократится.

Общее сопротивление цепи равно $2R$ , поскольку элементы в цепи соединены последовательно и общее сопротивление равно сумме сопротивлений каждого из элементов. Общее напряжение на этой системе, как мы уже выяснили, равно $U$ . Значит, суммарная мощность, выделяемая на этой системе из двух последовательно соединённых нагревателей, будет равна:

$P = \frac{U^2}{2R}=\frac{P_1}{2}.$

Как видите, она вдвое меньше, чем мощность, выделяемая на каждом нагревателе в случае из включения в ту же сеть по отдельности. То есть это не самый рациональный способ соединения нагревателей.

Ищем теперь количество теплоты, которые необходимо для нагревания воды. Оно равно $Q=cm\Delta t,$ где $m=\rho V$ — масса воды. С другой стороны, если известна общая мощность, выделяемая в цепи нагревателей, причём потерь энергии на нагрев окружающей среды нет, то это количество теплоты можно найти по формуле: $Q=P\tau=\frac{P_1}{2}\tau$ , где $\tau$ — искомое время. То есть имеет место равенство:

$\frac{P_1}{2}\tau = Q=c\rho V\Delta t.$

Из этого выражения получаем:

$\tau = \frac{2c\rho V\Delta t}{P_1}.$

Расчёты дают следующий результат: $\tau=840$ c или 14 мин.

Пример 2. Три лампы мощностью: $P_1=50$ Вт; $P_2=50$ Вт; $P_3=25$ Вт, рассчитанные на напряжение 110 В, соединены последовательно и подключены к источнику напряжением 220 В. Определите мощность, выделяющуюся на третьей лампе.

То есть тут мы решаем типичную задачу начинающего экспериментатора. Есть лампочка, рассчитанная на напряжение 110 В. Что будет, если включить эту лампочку в сеть с напряжением 220 В? Ничего хорошего от этого, конечно, не будет. Но здесь у нас есть целых три лампочки. Все они соединены последовательно. Перегорят ли они при таком подключении? Чтобы ответить на этот вопрос, не обязательно проводить прямой эксперимент с риском сжечь все эти лампочки. Достаточно просто посчитать.

Введём обозначения. Пусть $U_1=110$ В — номинальное напряжение, на которое рассчитана каждая лампочка, $U=220$ В — напряжение цепи, в которую подключаются все три последовательно соединённые лампочки.

Решение задачи начнём с вычисления сопротивления каждой лампочки. Поскольку дана номинальная мощность каждой лампы и номинальное напряжение, на которое они рассчитаны, вычислить их сопротивление не составит труда. Используем формулу:

$R=\frac{U_1^2}{P}.$

Вычисления дают следующий результат: $R_1=242$ Ом, $R_2=242$ Ом, $R_3=484$ Ом. Все три лампочки соединены последовательно и подключены к сети с напряжением $U$ . То есть схема подключения выглядит следующим образом:

Общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений каждой лампочки, поскольку все они соединены последовательно. Значит, общее сопротивление равно $R_0=968$ Ом. Найдём теперь общий ток в цепи. Для этого, в соответствии с законом Ома для участка цепи, разделим общее напряжение на общее сопротивление. В результате получим $I=\frac{U}{R_0}=0.227$ А. Это ток, который будет протекать по всей цепи и по каждому элементу (лампочке) в отдельности. Этого из-за того, что все они, опять-таки, соединены последовательно.

Значит, для того, чтобы найти мощность, которая будет выделяться на третьей лампочке, нужно воспользоваться следующей формулой:

$P_3' = I^2R_3.$

Вычисления дают значение $P_3' = 25$ Вт. Аналогично можно найти мощности остальных ламп. Они будут равны $P_1' = 12.5$ Вт и $P_2' = 12.5$ Вт. То есть ни одна из лампочек не перегорит,а третья лампочка вообще будет гореть оптимальным накалом.

Итак, ответ к этому заданию: 25 Вт.

Вот такие задачи встречаются в вариантах ОГЭ по математике в качестве задания 26. С первого взгляда они могут показаться сложными, но на самом деле в них нет ничего очень сложного. Ничего такого, чему нельзя было бы научиться на уроках с профессиональным репетитором по физике и математике. Удачи вам в подготовке к ОГЭ по физике!

Метки: видеоуроки репетитора, подготовка к ОГЭ по физике с репетитором, решение заданий ОГЭ по физике, решение задач по физике, теория ОГЭ по физике, электричество
Опубликовано в категории Методическая копилка | 3 комментария »

Задание 26 из ОГЭ по физике

Теория для решения заданий 26 из ОГЭ по физике

Разбор заданий 26 из ОГЭ по физике

Комментарии

Добавить комментарий Cancel reply

Страницы

Понравился сайт?

Последние записи

Архив записей

Прочее