НОФ 2017, III кръг (национален), 7. клас — Задача 2. Фокуси с мощности
Национална олимпиада по физика 2017, национален кръг, тема за 7. клас · 11 април 2017 г. · 10 т.
Решения и указания
Във всяка задача за еднократно сгрешен числен отговор се отнемат 0,25 т.
Условие
Два резистора са свързани към източник на напрежение , както е показано на фигурата вдясно. Съпротивлението на първия резистор може да се променя плавно, а съпротивлението на втория резистор има фиксирана стойност. При този начин на свързване мощността, отделена в първия резистор, може да се променя от до . Мощността, отделена във втория резистор, е .

а) Намерете в какви граници може да се променя и каква е стойността на . [2 т.]
Нека сега резисторите се свържат последователно към същия източник и положим , където е положително число.
б) Намерете в какъв интервал от стойности се намира числото . [1 т.]
в) Каква мощност ще се отдели общо в двата резистора при това свързване? Запишете отговора си като израз, съдържащ , и . Нараства или намалява общата мощност с увеличаване на стойността на ? [3 т.]
г) Каква мощност ще се отдели в първия резистор, ако неговото съпротивление стане ? Намерете другата стойност на , при която в първия резистор ще се отдели същата мощност. [4 т.]
Решение
(а) Тъй като резисторите са свързани успоредно към източника, напрежението върху всеки от тях е равно на напрежението на източника, т.е. 12 V. [0,5 т]
За първия резистор: , където се изменя от 6 W до 96 W. Следователно може да се изменя от до . [1 т]
За втория резистор: . [0,5 т]
(б) Тъй като , където е в интервала от до , а , то . [1 т]
(в) При последователно свързване токът през консуматорите е един и същ, така че е удобно да използваме израза за мощност .
Еквивалентното съпротивление на веригата е . [0,5 т]
Токът във веригата е . [0,5 т]
Общата мощност, отделена в двата резистора, е . [1 т]
Тъй като и са фиксирани, то промяна на общата мощност настъпва единствено с промяна на . Числото може само да намалява с увеличаването на , т.е. мощността намалява с увеличаването на . [1 т]
(г) Мощността, отделена в първия резистор може да се запише по един от двата начина:
[1 т]
Тъй като , за търсената мощност получаваме . [0,5 т]
Тъй като , то ако мощността се осъществява при дадена стойност на , то тя ще се осъществява и при стойност . Следователно търсената друга стойност на съпротивлението е . [2,5 т]
Алтернативно решение: 2,5 т
Записваме израза за мощността и заместваме известните ни величини.
което е еквивалентно на . Знаем, че изпълнява това условие, следователно можем да разложим горното равенство на множители, един от които става нула при :
където е другата търсена стойност на съпротивлението. Разкриваме скобите и сравняваме с първия израз , откъдето намираме или . Следователно другата стойност на съпротивлението е .
Оригинал в Архива: NOF3_2017_7problems.pdf · официални решения: NOF3_2017_7solutions.pdf