Условие
К участку цепи с сопротивлением 3 ома приложено напряжение 6 вольт. Найди силу тока на этом участке и объясни, что изменится, если напряжение увеличить втрое, а сопротивление оставить прежним. Отдельно скажи, изменится ли сопротивление проводника от того, что мы подняли напряжение.
Что известно и что ищем
- Известны напряжение на участке и сопротивление этого участка.
- Ищем силу тока, а затем — как она изменится при другом напряжении.
- Дополнительно нужно объяснить, чем сопротивление отличается от силы тока и напряжения.
Ход решения
- Шаг 1. Вспоминаем, что показывают величины. Напряжение говорит, какую работу совершает поле, перенося единичный заряд по участку. Сопротивление описывает сам проводник — насколько он мешает движению зарядов. Сила тока показывает, какой заряд проходит за единицу времени.
- Шаг 2. Применяем закон Ома для участка цепи: сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.
- Шаг 3. Считаем: 6 вольт делим на 3 ома и получаем 2 ампера. Именно столько проходит через участок заряда каждую секунду.
- Шаг 4. Отвечаем про изменение напряжения. Если напряжение вырастет втрое, то и сила тока вырастет втрое — прямой пропорциональности соответствует 6 ампер. Сопротивление при этом не меняется.
- Шаг 5. Уточняем главное недоразумение. Сопротивление — свойство самого проводника: оно зависит от материала, длины и площади поперечного сечения. Подняли напряжение, поменяли силу тока — сопротивление осталось тем же. Поэтому в задачах сопротивление находят по измерениям, а не «по напряжению».
Проверь себя
- Ответ: сила тока на участке 2 ампера; при напряжении втрое больше сила тока станет 6 ампер.
- Проверка вывода: если оставить напряжение прежним, но увеличить сопротивление до 6 ом, сила тока упадёт до 1 ампера. Оба изменения согласуются с законом Ома.
- Ловушка: считать, что сопротивление растёт вместе с напряжением. Тогда получилось бы, что сила тока не меняется вовсе, а это противоречит опыту с лампочкой, которая ярче горит при большем напряжении.
Как объяснить ребёнку
«Напряжение — это «напор», который толкает заряды по проводу. Сопротивление — «узость» самого провода. Чем сильнее напор и чем шире дорога, тем больше зарядов пробегает за секунду. Увеличил напор втрое — и поток вырос втрое. А сама узость провода от напора не меняется: она от материала и размеров».
Тема для отчёта родителю
«Закон Ома для участка цепи: расчёт силы тока».
Формулировка задания — наш аналог по теме, а не текст из учебника.