Задания
Версия для печати и копирования в MS Word

На за­во­де име­ет­ся ге­не­ра­тор с ЭДС ε  =  50 В и внут­рен­ним со­про­тив­ле­ни­ем r  =  1 Ом. Ин­же­нер под­клю­ча­ет к ге­не­ра­то­ру на­груз­ку, ис­поль­зуя рео­стат, чтобы уста­но­вить со­про­тив­ле­ние на­груз­ки R (в омах). Сила тока в цепи (в ам­пе­рах) опре­де­ля­ет­ся за­ко­ном Ома:  I = дробь: чис­ли­тель: \varepsilon, зна­ме­на­тель: r плюс R конец дроби . Теп­ло­вая мощ­ность (в ват­тах), вы­де­ля­е­мая в на­груз­ке, может быть рас­счи­та­на по фор­му­ле Джо­у­ля  — Ленца:  P = I в квад­ра­те R. Ка­ко­ва мак­си­маль­ная теп­ло­вая мощ­ность P, ко­то­рая может быть вы­де­ле­на на­груз­кой?

ИЛИ

Ам­пли­ту­да вы­нуж­ден­ных ко­ле­ба­ний ко­раб­ля при качке на вол­не­нии вы­ра­жа­ет­ся фор­му­лой

 A = k \theta_0 умно­жить на дробь: чис­ли­тель: \tau в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: левая круг­лая скоб­ка T в квад­ра­те минус \tau в квад­ра­те пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те плюс n \tau в квад­ра­те T в квад­ра­те конец ар­гу­мен­та конец дроби ,

где k  =  0,91  — ко­эф­фи­ци­ент, за­ви­ся­щий от от­но­ше­ния ши­ри­ны ко­раб­ля к длине волны, θ0  =  9°  — угол наи­боль­ше­го вол­но­во­го скло­на, τ  — пе­ри­од волны (в се­кун­дах), T  =  14,7 с  — пе­ри­од сво­бод­ных ка­ча­ний ко­раб­ля на тихой воде, n  =  0,0792  — ко­эф­фи­ци­ент, за­ви­ся­щий от ве­ли­чи­ны со­про­тив­ле­ния воды. При каком пе­ри­о­де волны ам­пли­ту­да вы­нуж­ден­ных ко­ле­ба­ний ко­раб­ля будет наи­боль­шей? Ответ дайте в се­кун­дах.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

Ис­поль­зуя дан­ные в усло­вии фор­му­лы, вы­ра­зим вы­де­ля­е­мую теп­ло­вую мощ­ность через ЭДС и со­про­тив­ле­ние:  P = дробь: чис­ли­тель: \varepsilon в квад­ра­те R, зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка r плюс R пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец дроби . Под­ста­вив за­дан­ные зна­че­ния ε и r, по­лу­чим функ­цию  P левая круг­лая скоб­ка R пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: 2500R, зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка R плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец дроби . Найдём про­из­вод­ную этой функ­ции:

 P' левая круг­лая скоб­ка R пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: 2500 левая круг­лая скоб­ка 1 минус R пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка R плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка в кубе конец дроби .

Со­про­тив­ле­ние на­груз­ки не может быть от­ри­ца­тель­ным, по­это­му будем рас­смат­ри­вать по­ве­де­ние функ­ции  P левая круг­лая скоб­ка R пра­вая круг­лая скоб­ка при  R боль­ше или равно 0. Про­из­вод­ная по­ло­жи­тель­на при  0 мень­ше или равно R мень­ше 1 и от­ри­ца­тель­на при  R боль­ше 1. Сле­до­ва­тель­но, функ­ция  P левая круг­лая скоб­ка R пра­вая круг­лая скоб­ка воз­рас­та­ет на от­рез­ке  левая квад­рат­ная скоб­ка 0; 1 пра­вая квад­рат­ная скоб­ка и убы­ва­ет на луче  левая квад­рат­ная скоб­ка 1; плюс бес­ко­неч­ность пра­вая круг­лая скоб­ка . Таким об­ра­зом, функ­ция  P левая круг­лая скоб­ка R пра­вая круг­лая скоб­ка до­сти­га­ет наи­боль­ше­го зна­че­ния в точке 1. Наи­боль­шая теп­ло­вая мощ­ность, ко­то­рая может вы­де­лять­ся на­груз­кой, равна 625 Вт.

 

Ответ: 625 Вт.

ИЛИ

Зна­че­ние ам­пли­ту­ды A боль­ше 0, по­это­му наи­боль­шее зна­че­ние ве­ли­чин A и A2 до­сти­га­ют­ся в одной точке. Пусть  x = \tau в квад­ра­те ,  x боль­ше 0, до­ста­точ­но ис­сле­до­вать на экс­тре­мум функ­цию  A в квад­ра­те = левая круг­лая скоб­ка k \theta_0 пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка , где

 f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: x в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: x в квад­ра­те плюс левая круг­лая скоб­ка n минус 2 пра­вая круг­лая скоб­ка T в квад­ра­те x плюс T в сте­пе­ни 4 конец дроби при x боль­ше 0.

Зна­ме­на­тель при  x боль­ше 0 по­ло­жи­те­лен. Найдём про­из­вод­ную:

 f' левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: 2x левая круг­лая скоб­ка x в квад­ра­те плюс левая круг­лая скоб­ка n минус 2 пра­вая круг­лая скоб­ка T в квад­ра­те x плюс T в сте­пе­ни 4 пра­вая круг­лая скоб­ка минус x в квад­ра­те левая круг­лая скоб­ка 2x плюс левая круг­лая скоб­ка n минус 2 пра­вая круг­лая скоб­ка T в квад­ра­те пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка x в квад­ра­те плюс левая круг­лая скоб­ка n минус 2 пра­вая круг­лая скоб­ка T в квад­ра­те x плюс T в сте­пе­ни 4 пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец дроби ,

от­ку­да после пре­об­ра­зо­ва­ний по­лу­ча­ем:

 f' левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: T в квад­ра­те x левая круг­лая скоб­ка 2T в квад­ра­те минус левая круг­лая скоб­ка 2 минус n пра­вая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка x в квад­ра­те плюс левая круг­лая скоб­ка n минус 2 пра­вая круг­лая скоб­ка T в квад­ра­те x плюс T в сте­пе­ни 4 пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец дроби .

На об­ла­сти опре­де­ле­ния со­мно­жи­тель  T в квад­ра­те x и зна­ме­на­тель по­ло­жи­тель­ны, по­это­му про­из­вод­ная об­ра­ща­ет­ся в нуль толь­ко если 2T в квад­ра­те минус левая круг­лая скоб­ка 2 минус n пра­вая круг­лая скоб­ка x = 0, от­ку­да x_0 = дробь: чис­ли­тель: T в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 1 минус дробь: чис­ли­тель: n, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби конец дроби . По усло­вию,  n = 0,0792, а по­то­му  f' левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка боль­ше 0 при  0 мень­ше x мень­ше x_0,  f' левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка мень­ше 0 при  x боль­ше x_0, по­это­му точка x0  — точка мак­си­му­ма функ­ции f. Сле­до­ва­тель­но, ам­пли­ту­да вы­нуж­ден­ных ко­ле­ба­ний ко­раб­ля будет наи­боль­шей, если

 \tau = дробь: чис­ли­тель: T, зна­ме­на­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 1 минус дробь: чис­ли­тель: n, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби конец ар­гу­мен­та конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 14,7, зна­ме­на­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 1 минус \tfrac0,0792 конец ар­гу­мен­та 2 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 14,7, зна­ме­на­тель: 0,98 конец дроби = 15.

Ответ: 15.

Спрятать критерии
Критерии проверки:

Кри­те­рии оце­ни­ва­ния вы­пол­не­ния за­да­нияБаллы
Обос­но­ван­но по­лу­че­ны вер­ные от­ве­ты в обоих пунк­тах2
Обос­но­ван­но по­лу­чен вер­ный ответ в пунк­те а),

ИЛИ

по­лу­че­ны не­вер­ные от­ве­ты из-за вы­чис­ли­тель­ной ошиб­ки, но при этом име­ет­ся вер­ная по­сле­до­ва­тель­ность всех шагов ре­ше­ния пунк­та а) и пунк­та б)

1
Ре­ше­ние не со­от­вет­ству­ет ни од­но­му из кри­те­ри­ев, пе­ре­чис­лен­ных выше0
Мак­си­маль­ный балл2
Источник: Де­мон­стра­ци­он­ная вер­сия ЕГЭ—2027. Про­филь­ный уро­вень