Решение задач по физике: Закон Ома и Джоуля-Ленца

Ниже представлены решения задач из варианта 1, оформленные для записи в тетрадь. Задача 1 Дано: \( U = 12 \) В \( I = 0,5 \) А Найти: \( R \) — ? Решение: По закону Ома для участка цепи: \[ R = \frac{U}{I} \] \[ R = \frac{12}{0,5} = 24 \text{ Ом} \] Ответ: \( 24 \) Ом. Задача 2 Дано: \( R = 10 \) Ом \( U = 20 \) В \( t = 5 \text{ мин} = 300 \text{ с} \) Найти: \( I \) — ?, \( Q \) — ? Решение: 1) Сила тока по закону Ома: \[ I = \frac{U}{R} = \frac{20}{10} = 2 \text{ А} \] 2) Количество теплоты по закону Джоуля-Ленца: \[ Q = I^2 \cdot R \cdot t \] \[ Q = 2^2 \cdot 10 \cdot 300 = 4 \cdot 10 \cdot 300 = 12000 \text{ Дж} = 12 \text{ кДж} \] Ответ: \( 2 \) А; \( 12 \) кДж. Задача 3 Дано: \( R_1 = 200 \) Ом \( R_2 = 300 \) Ом \( I = 0,2 \) А (при последовательном соединении \( I = I_1 = I_2 \)) Найти: \( U_1 \) — ?, \( U_2 \) — ?, \( U_{\text{общ}} \) — ? Решение: 1) Напряжение на первой лампе: \[ U_1 = I \cdot R_1 = 0,2 \cdot 200 = 40 \text{ В} \] 2) Напряжение на второй лампе: \[ U_2 = I \cdot R_2 = 0,2 \cdot 300 = 60 \text{ В} \] 3) Общее напряжение: \[ U_{\text{общ}} = U_1 + U_2 = 40 + 60 = 100 \text{ В} \] Ответ: \( 40 \) В; \( 60 \) В; \( 100 \) В. Задача 4 Дано: \( R_1 = 4 \) Ом \( R_2 = 6 \) Ом \( U = 12 \) В (при параллельном соединении \( U = U_1 = U_2 \)) Найти: \( I_1 \) — ?, \( I_2 \) — ?, \( I_{\text{общ}} \) — ? Решение: 1) Ток в первом резисторе: \[ I_1 = \frac{U}{R_1} = \frac{12}{4} = 3 \text{ А} \] 2) Ток во втором резисторе: \[ I_2 = \frac{U}{R_2} = \frac{12}{6} = 2 \text{ А} \] 3) Общая сила тока: \[ I_{\text{общ}} = I_1 + I_2 = 3 + 2 = 5 \text{ А} \] Ответ: \( 3 \) А; \( 2 \) А; \( 5 \) А. Задача 5 Дано: \( \varepsilon = 10 \) В \( r = 1 \) Ом \( R = 4 \) Ом Найти: \( I \) — ?, \( U \) — ? Решение: 1) Сила тока по закону Ома для полной цепи: \[ I = \frac{\varepsilon}{R + r} = \frac{10}{4 + 1} = \frac{10}{5} = 2 \text{ А} \] 2) Напряжение на внешнем резисторе: \[ U = I \cdot R = 2 \cdot 4 = 8 \text{ В} \] Ответ: \( 2 \) А; \( 8 \) В. Задача 6 Дано: \( V = 2 \text{ л} \Rightarrow m = 2 \text{ кг} \) (так как \( \rho = 1000 \text{ кг/м}^3 \)) \( t_1 = 20^\circ\text{C} \), \( t_2 = 100^\circ\text{C} \) (кипение) \( P = 1 \text{ кВт} = 1000 \text{ Вт} \) \( \eta = 80\% = 0,8 \) \( c = 4200 \text{ Дж/(кг}\cdot^\circ\text{C)} \) Найти: \( \tau \) (время) — ? Решение: 1) Полезная теплота для нагрева воды: \[ Q_{\text{пол}} = c \cdot m \cdot (t_2 - t_1) = 4200 \cdot 2 \cdot (100 - 20) = 8400 \cdot 80 = 672000 \text{ Дж} \] 2) Затраченная энергия нагревателя: \[ Q_{\text{затр}} = \frac{Q_{\text{пол}}}{\eta} = \frac{672000}{0,8} = 840000 \text{ Дж} \] 3) Время работы: \[ \tau = \frac{Q_{\text{затр}}}{P} = \frac{840000}{1000} = 840 \text{ с} \] \( 840 \text{ с} = 14 \text{ мин} \) Ответ: \( 14 \) минут. Задача 7 Дано: \( U = 220 \) В \( I = 0,5 \) А Найти: \( P \) — ? Решение: Мощность электрического тока: \[ P = U \cdot I \] \[ P = 220 \cdot 0,5 = 110 \text{ Вт} \] Ответ: \( 110 \) Вт.