سوال ۲۰۴ فیزیک کنکور تجربی ۱۴۰۱ با پاسخ تشریحی

نکتهٔ مهم: داده‌های نوشته‌شدهٔ سؤال با کلید اعلام‌شده سازگار نیستند؛ محاسبهٔ دقیق به هیچ‌یک از گزینه‌ها نمی‌رسد.

۱. تعیین جریان مقاومت‌ها
ولت‌سنج آرمانی مقاومت بی‌نهایت دارد و جریانی از آن نمی‌گذرد؛ آمپرسنج آرمانی نیز مقاومت صفر دارد و افت ولتاژ ایجاد نمی‌کند. بنابراین جریان همهٔ مقاومت‌های مسیر، همان عدد آمپرسنج است: $I=0.8\,\mathrm{A}$ (فیزیک ۲، صفحه‌های ۵۶ و ۵۷).

۲. استفاده از عدد ولت‌سنج
چون ولت‌سنج به دو سر $R$ متصل است، داریم: $V_R=12\,\mathrm{V}$. در مدار متوالی، اختلاف پتانسیل کل برابر مجموع افت ولتاژهاست (فیزیک ۲، صفحهٔ ۵۶). پس ولتاژ دو سر مولد برابر است با:
$V_{\text{پایانه}}=V_R+I(3\,\Omega+9\,\Omega)=12\,\mathrm{V}+(0.8\,\mathrm{A})(12\,\Omega)=21.6\,\mathrm{V}$.

۳. منظورکردن مقاومت درونی مولد
برای مولدی که به مدار جریان می‌دهد، رابطهٔ $V_{\text{پایانه}}=\varepsilon-Ir$ برقرار است؛ بنابراین نیروی محرکه از ولتاژ پایانه‌ها به‌اندازهٔ $Ir$ بیشتر است (فیزیک ۲، صفحهٔ ۵۱):
$\varepsilon=V_{\text{پایانه}}+Ir=21.6\,\mathrm{V}+(0.8\,\mathrm{A})(2\,\Omega)=23.2\,\mathrm{V}$.

پس با داده‌های موجود، پاسخ دقیق $23.2\,\mathrm{V}$ است و هیچ گزینه‌ای دقیقاً درست نیست. گزینهٔ دوم فقط نزدیک‌ترین مقدار است؛ بدون دستور تقریب، نمی‌توان آن را پاسخ دقیق دانست و لازم است داده‌های شکل یا صورت سؤال بررسی شوند.

پاسخ: گزینهٔ ۲ (طبق کلید اعلام‌شده؛ با داده‌های نوشته‌شده سازگار نیست).