На фотографии изображена электрическая цепь. Начертите принципиальную схему этой электрической цепи. Опираясь на законы постоянного тока, объясните, как должны измениться (уменьшиться, увеличиться или остаться прежними) показания идеальных амперметра и вольтметра при размыкании ключа. Учесть внутреннее сопротивление батарейки, сопротивлением подводящих проводов и ключа пренебречь.
Решение
Возможное решение.
1. Электрическая схема цепи, учитывающая внутреннее сопротивление батарейки, изображена на рисунке, где $I$ — сила тока в цепи.
2. Сила электрического тока в цепи определяется законом Ома для полной цепи:
$$I=\dfrac{\mathcal{E}}{R+r},\quad(1)$$
где $\mathcal{E}$ — ЭДС гальванической батареи, $r$ — её внутреннее сопротивление, $R$ — сопротивление внешней цепи. Отсюда в соответствии с законом Ома для участка цепи:
$$IR=U\text{ и }U=\mathcal{E}-Ir.\quad(2)$$
3. До размыкания ключа $K$ резистор $R_1$ закорочен, электрический ток через него не протекает и сопротивление внешней цепи равно $R_\text{было}=R_2$. После размыкания ключа сопротивление внешней цепи увеличивается и становится равным $R_\text{стало}=R_1+R_2$.
В соответствии с формулой (1) сила тока и показания амперметра уменьшаются. Из формулы (2) следует, что напряжение на батарейке при этом увеличивается, следовательно, показания вольтметра тоже увеличиваются.
Ответ: показания амперметра уменьшатся, а вольтметра — увеличатся.