Тема . №25 Электродинамика (Расчетная задача высокого уровня сложности)
.03 Конденсаторы
Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела №25 электродинамика (расчетная задача высокого уровня сложности)
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#52537

Какой заряд установится на конденсаторе С ёмкостью 1 мкФ после замыкания ключа К в цепи, схема которой изображена на рисунке? Параметры цепи: U = 12  В, R1 = 3  Ом, R2 = 1  Ом, R3 = 2  Ом, R4 = 4  Ом. Внутреннее сопротивление батареи равно нулю.

PIC

Показать ответ и решение

Когда ключ замкнут ток протекает по цепи и конденсатору, напряжение на конденсаторе увеличивается до тех пор, пока не достигнет максимума UC  . После установления положения равновесия ток через конденсатор не протекает, а заряд на нём равен:

q = CUC. (1)

Пусть токи через резисторы R1  , R2  и R3  равны I1  , I2  и I3  соответственно и направлены так, как показано на рисунке (см. рис.)

PIC

При этом, из закона сохранения заряда сумма входящих токов в узел должна быть равна сумме выходящей их него, то есть выполнено равенство:

I1 = I2+ I3. (2)

Найдём сопротивление цепи в установившемся режиме. Резисторы R3  и R4  соединены последовательно, значит, их общее сопротивление равно:

R34 = R3 +R4.

К ним подсоединён параллельно резистор R2  , сопротивление этого блока резисторов равно:

-1--= -1-+ -1-⇒  R234 = R2-⋅R34-= R2(R3+-R4)-.
R234  R2   R34         R2+ R34   R2+ R3 +R4

К этому блоку подсоединен последовательно резистор R
 1  , значит, общее сопротивление цепи равно:

R0 = R1 + R234 =R1 + R2-(R3-+R4-)
                   R2 +R3 + R4

По закону Ома сила тока равна:

I = U--= -------U--------= ------U-(R2+-R3+-R4)-------. (3)
 1  R0   R1+ -R2(R3+-R4)   R1(R2+ R3 +R4 )+R2 (R3 +R4 )
             R2 + R3+ R4

Напряжение на конденсаторе равно напряжению между точками A  и C  (см. рис.). При этом напряжение между точками      A  и C  равно:

UAC =U1 + U3,

где U1  – напряжение не резисторе R1  , U3  – напряжение на резисторе R3  .
По закону Ома напряжение на резисторах равны:

U1 = I1R1 U3 = I3R3.

Тогда напряжение на конденсаторе:

UC = I1R1+ I3R3. (4)

При этом напряжение на резисторе R2  должно быть равно напряжению на блоке резисторов R3  и R4  , так как они соединены параллельно:

I2R2 = I3(R3 +R4 ).  (5)

Из (5)

I2 = I3(R3-+R4-). (6)
        R2

Подставим (6) в (2):

    I3(R3-+-R4)      I3(R2-+-R3+-R4)       ----R2-----
I1 =    R2    + I3 =      R2      ⇒  I3 = R2+ R3 +R4 I1. (7)

Объединим (3), (7) и (4)

          --R2-⋅R3---    R1(R2+-R3+-R4)+-R2-⋅R3 ------U(R2-+R3-+-R4)-------   --R1(R2-+R3-+-R3)+-R2⋅R3---
UC =I1R1+ R2+ R3 +R4 I1 =      R2 + R3+ R4      ⋅R1(R2 + R3+ R4)+ R2(R3+ R4) =U R1(R2+ R3 +R4 )+R2 (R3 +R4 ) (8)

Подставим (8) в (1):

q = CU--R1-(R2-+R3-+-R3)+-R2⋅R3---= 1 м кФ⋅12 В--3-Ом(1 О-м+-2-Ом-+4-Ом)+-1-Ом-⋅2-Ом---≈ 10,2 мкК л
      R1(R2 +R3 + R4)+ R2(R3 + R4)            3 Ом(1 О м+ 2 Ом+ 4 Ом)+ 1 Ом(2 О м+ 4 О м)
Ответ:
Критерии оценки

Критерии проверки

3 балла ставится за задачу если:

_________________________________________________________________________________________________________________
Приведено полное решение, включающее следующие элементы:

I) Записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном случае: записана формула связи заряда конденсатора с напряжением на нем, записаны формулы расчета сопротивления последовательно и параллельно соединенных резисторов, формула закона Ома для участка цепи, сказано про равенство напряжений на параллельно соединенных резисторах)

II) Описаны все вводимые буквенные обозначения величин, кроме тех, которые приведены в условии задачи или представлены в виде констант в КИМ, стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов.(Введены обозначения для величин не входящих в КИМы)

III) Проведены необходимые математические преобразования и расчёты, приводящие к правильному числовому ответу (допускается решение «по частям» с промежуточными вычислениями).

IV) Представлен правильный ответ с указанием единиц измерения искомой величины.

2 балла ставится за задачу если:

_________________________________________________________________________________________________________________
Верно записаны все положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые преобразования, но имеются один или несколько из следующих недостатков:

Записи, соответствующие одному или обоим пунктам: II и III, – представлены не в полном объёме или отсутствуют.

И (ИЛИ)

При ПОЛНОМ правильном решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены в скобки, рамку и т. п.).

И (ИЛИ)

При ПОЛНОМ решении в необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не доведены до конца.

И (ИЛИ)

При ПОЛНОМ решении отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка. (В ответе обязательны единицы измерений)

1 балл ставится за задачу если:

_________________________________________________________________________________________________________________
Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев.

Записаны только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо и достаточно для решения данной задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи.

ИЛИ

В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для решении задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.

ИЛИ

В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения данной задачи (или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.

Во всех остальных случаях за задачу выставляется 0 баллов.

Специальные программы

Все специальные программы

Программа
лояльности v2.0

Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!

Крути рулетку
и выигрывай призы!

Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.

Бесплатное обучение
в Школково

Для детей ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Брянской областей, а также школьникам, находящимся в пунктах временного размещения Крыма обучение на платформе бесплатное.

Налоговые вычеты

Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ или олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!

Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ

Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!