Розв’язання вправ та завдань до підручника «ФІЗИКА» 8 клас В. Г. Бар’яхтара - 2017 рік

Розділ 2. Електричні явища. Електричний струм

Частина І. Електричний заряд. Електричне поле. Електричний струм

Вправа № 19

1. Кулька 1 відштовхується від позитивно зарядженого тіла, отже, вона має однойменний заряд — позитивний; кулька 2 притягується до позитивно зарядженого тіла, отже, вона має протилежний заряд — від’ємний.

2. Якщо ебонітову паличку натерти вовною, вона отримає від’ємний заряд.

Підносячи її до паперової кульки, спостерігаємо їхню взаємодію: якщо вони притягуються, то кулька має позитивний заряд, якщо відштовхуються — негативний.

3. Кількість протонів у ядрі дорівнює кількості електронів в атомі: 12 (за умовою). Отже, 12 - 2 = 10 — залишилось електронів.

4. Дано:

Розв’язання:

За формулою q = е ∙ N знайдемо шукану величину:

5. Приклади взаємодії заряджених тіл: синтетичний одяг при одяганні чи роздяганні (терті) «прилипає»; сторінки газет, коли їх перегортають, злипаються; до екрану телевізора, що працює, прилипають маленькі шматочки паперу.

6. Дано:

Розв’язання:

Сила, з якою всі тіла притягуються до Землі, — сила тяжіння. За означенням Fтяж = mg, де Маємо:

Вона спрямована вертикально вниз.

Вправа № 20

1. Силові лінії спрямовані від «+» до «-», отже, пластини 1 і 3 мають від’ємний, а пластини 2 і 4 — позитивний заряд. Оскільки між пластинами 3 і 4 силових ліній зображено більше, ніж між пластинами 1 і 2, електричне поле між ними є більш інтенсивним.

2. На рис. а) силові лінії від обох зарядів «відходять»; заряд справа більший за модулем, адже більша кількість силових ліній; на позитивний заряд у т. А діятиме сила, що притягатиме його до обох зарядів і тому буде спрямована вниз у простір між зарядами; на негативний заряд з т. В діятиме сила, що відштовхуватиме його від обох зарядів, і тому буде спрямована вниз від зарядів.

На рис. б) зображено електричний диполь, і силові лінії «виходять» з позитивного заряду і «входять» у негативний; від’ємний заряд більший за модулем, адже навколо нього більше силових ліній; на позитивний заряд у т. А діє сила, що є результатом притягання до від’ємного та відштовхування від позитивного — оскільки позитивний заряд ближчий до т. А, сила буде спрямована вгору в простір між зарядами. На негативний заряд у т. В діятиме сила, що є результатом притягання до першого заряду і відштовхування із другим. Оскільки до позитивного заряду відстань менша, то сила буде спрямована вліво від зарядів.

3. Дано:

Розв'язання:

Якщо крапля не рухається, то сила тяжіння, що діє вниз, врівноважена електричною силою, що спрямована вгору (інакше неможливо).

За означенням Fтяж = mg, отже,

Оскільки електрична сила спрямована вгору, верхня пластина має позитивний знак заряду, нижня — від’ємний (негативно заряджена кулька від «-» — відштовхується, до «+» — притягується).

4. Дано:

Розв’язання:

За малюнком 2.1 (б) можна записати умову рівноваги кульки: Звідки За означенням Fтяж = mg, де m = ρV. Маємо:

Обчислимо значення: Оскільки за модулем сила натягу дорівнює силі пружності, то Fн = 60 мН.

5. Насправді люстра Чижевського — електричний пристрій, який збагачує повітря в кімнаті іонами кисню. Це металевий обруч, виготовлений зі сталі, на якому натягнуті ніхромові дротики так, що утворюється сфера. «Люстру» підвішують до стелі і з’єднують з від’ємним полюсом джерела високої напруги.

Радянський біофізик Леонід Чижевський експериментально встановив факт позитивної фізіологічної дії негативних іонів (аеронів) на живі організми.

6. Дано:

Розв’язання:

За означенням: q = е ∙ N, отже, Маємо:

Отже, частинка № 1 витратила 5 електронів і набула позитивного заряду, частинка № 3 втратила 15 електронів і набула позитивного заряду. Випадок із частинкою № 2 неможливий.

Вправа № 21

1. Якщо паличка заряджена позитивно, то вона позбулася певної кількості електронів. Кожен електрон має надто незначну (m = 9,1 ∙ 10-81 кг) масу, аби це стало помітно. Проте насправді маса позитивно зарядженої палички менша за нейтральну.

2. Якщо до зарядженого електроскопа доторкнутися якимось тілом (або нейтральним, або зарядженим протилежним за знаком та рівним за модулем), то він розрядиться.

3. Оскільки заряд на електроскопі збільшився, то паличка, якою до нього доторкнулися, також мала позитивний заряд.

4. Дано:

Розв’язання:

За законом збереження електричного заряду: його сума в ізольованій системі залишається сталою:

Оскільки кульки однакові за площею, то повний заряд поділиться навпіл:

Обчислимо значення:

5. Зарядити кульку від іншої кульки таким самим за знаком зарядом можна, використовуючи її в якості зовнішнього поля: підносимо заряджену до незарядженої (не торкаючись), заздалегідь заземлену. Прибираючи заземлення і попередньо заряджену кульку, отримаємо позитивно заряджену кульку. Тепер цю кульку будемо використовувати в якості зовнішнього поля для іншої, незарядженої кульки. Виконавши ті самі дії, отримаємо негативно заряджену кульку.

6. Антистатиками називають матеріали, призначені для прибирання статичного електричного заряду. Це можуть бути спреї, якими слід оприскувати одяг або рідкі суміші, в яких одяг треба ополоснути після прання. В обох випадках мета — нанести гігроскопічну речовину на одяг, яка затримуватиме вологу, сприяючи тим самим кращій електропровідності — отже, заряд накопичуватися не буде.

Вправа № 22

1. а) заряди відштовхуються;

б) заряди притягаються.

В обох випадках сили за модулем для кожного заряду однакові.

2. За виразом закону Кулона якщо кожний заряд збільшити вдвічі, їхній добуток збільшиться у 4 рази.

3. За виразом закону Кулона: при зменшенні сили у 9 разів, яка обернено пропорційна квадрату відстані між зарядами, відстань збільшилася втричі.

4. Дано:

Розв’язання:

За законом Кулона: За означенням: q = е ∙ N. Отже,

Обчислимо значення:

5. Дано:

Розв’язання:

При торканні і розділенні кульок виконується закон збереження електричного заряду в ізольованій системі: Оскільки кульки за розміром однакові, заряд при торканні поділиться навпіл: За законом Кулона: отже:

Обчислимо значення:

6. У випадку точкових зарядів — для всіх трьох сили взаємодії кульок були б однаковими. Зважаючи на розміри кульок, у випадку а) різнойменно заряджених кульок взаємодія буде більшою, оскільки відбудеться ще й перерозподіл зарядів.

7. 1 — б (газ розширюється і піднімає поршень);

2 — д (листочки електроскопу розходяться один від одного);

3 — в (чашка терезів опускається під дією сили тяжіння);

4 — а (мензуркою вимірюють об’єм рідини).

Вправа № 23

1. Провідники — всі металеві предмети (столове приладдя, наприклад); діелектрики — вироби з пластмаси (іграшки).

2. Для того, щоб розетки та вимикачі були безпечними, їх корпуси слід виготовляти з діелектриків.

3. Вода добре проводить струм, тому у приміщенні з великою вологістю вкрай складно накопичити заряд.

4. Кондуктори електроскопів з’єднували металевим провідником для того, щоб заряд по ньому перейшов із зарядженого до незарядженого. Пластмасова ручка потрібна для того, щоб при доторканні не змінювати заряд, оскільки людина — теж провідник. Якщо стрижень у досліді буде пластмасовим, заряд залишиться на зарядженому електроскопі.

5. Вільні заряджені частинки знаходяться у безперервному хаотичному русі, який називають тепловим.

6. До діелектриків відносять усі гази (в молекулярному стані), смоли та пластмаси. їх використовують як ізоляційні матеріали (ручки на інструментах).

7. Ебонітова паличка має негативний заряд, тому пластина Б набуде позитивного, а пластина А негативного зарядів (шляхом перерозподілу електронів у металах). Якщо роз’єднати пластини, не прибираючи палички (зовнішнього електричного поля), то вони залишаться зарядженими. В іншому випадку — б) пластини заряду не матимуть.

Вправа № 24

1. Теплова дія струму використовується у бойлерах, які гріють воду, у мікрохвильових печах, де готують і розігрівають їжу.

2. Користуватися електроприладами слід обережно, щоб уникнути ураження електричним струмом або його дією, наприклад, тепловою.

3. Під час блискавки проходить електричний струм значної сили, повітря сильно нагрівається внаслідок його значної теплової дії і розширюючись, видає звук, схожий на грім.

4. При скороченні м’язів електричних скатів відчувається електричний заряд; вугор за будовою являє собою гальванічний елемент, здатний створювати значні поля; риба-ніж створює різні за знаком заряди на голові та хвості. Близько 300 видів риб здатні створювати біоелектричні поля і використовувати їх для оборони та полювання.

5. Дано:

Розв’язання:

За означенням: — кількість тепла, що виділяється під час згоряння дров (палива). Маємо: звідси:

Обчислимо значення:

Вправа № 25

1. Під час зарядження акумулятора електрична енергія, яку він споживає від джерела, поступово переходить у хімічну; під час роботи акумулятора хімічна енергія переходить в електричну, і він виступає джерелом живлення.

2. Щоб на двох електроскопах, з’єднаних металевим провідником, підтримувати протилежні за знаком заряди, слід під’єднати кожен із них відповідно до позитивного та негативного полюсів джерела струму.

3. Під час роботи гідроелектростанції механічна енергія води (потенційна), яка з певної висоти падає на лопаті генератора, обертає їх (кінетична), що дозволяє отримувати електричну енергію.

4. Якщо у гальванічному елементі пластини взяти з одного матеріалу, він працювати не буде, оскільки не існуватиме умови виникнення струму.

5. Луїджі Гальвані вивчав скорочення м’язів під дією електричного струму — двох різних металів. Олександро Вольта, ґрунтуючись на цьому, запропонував «вольтів стовп» — перший гальванічний елемент з набору мідних і цинкових пластин.

6. Дано:

Розв’язання:

За означенням: де (потенціальна енергія води, що падає). Маємо: Звідси:

Обчислимо значення:

Вправа № 26

6.

Назва

Символ

Одиниця в СІ

Час

t

с (секунда)

Сила

F

Н (Ньютон)

Електричний заряд

q

Кл (Кулон)

Механічна робота

А

Дж (Джоуль)

Вправа № 27

2. Дано:

Розв’язання:

За означенням: звідси:

Обчислимо значення:

3. Якщо одна з ламп перегорить, коло буде розімкнутим, струм іти не буде, тому амперметр покаже 0.

4. Дано:

Розв’язання:

За означенням: де q = N ∙ e. Маємо: де

Обчислимо значення:

Вправа № 28

1. Рис. а — ціна поділки шкали 1 В, покази U = 4 В.

Рис. б — ціна поділки 0,5 В, покази U = 6 В.

Рис. в — ціна поділки 1 В, покази U = 7 В.

2. Вольтметр під’єднується паралельно до того пристрою, на якому вимірюється напруга.

3. Дано:

Розв'язання:

За означенням: А = qU, звідси

Обчислимо значення:

4. Дано:

Розв’язання:

За означенням: робота з переміщення заряду: А1 = qU; робота при падінні тіла: А2 = mgh. За умовою А1 = А2, тобто qU = mgh. Звідси:

Обчислимо значення:

5. Дано:

Розв'язання:

За означенням: А = qU, q = It. Маємо: А = IUt. Обчислимо значення: А = 0,5 А ∙ 220 В ∙ 60 ∙ 60 с; А = 396 000 Дж = 396 кДж.

6. Знайдіть роботу, яку виконано на перенесення 1019 електронів уздовж нитки розжарювання електричної лампи, що працює за напруги 128 В.

7. За малюнком: х = 4 см, Fпр = 100 Н. За означенням: Fпр = kx, звідси: Обчислимо значення:

Жорсткість пружини ні від сили пружності, ні від видовження пружини не залежить (залежить від матеріалу, з якого виготовлена пружина, та її геометричних параметрів).

Вправа № 29

1. За рис.: 1. U = 18 В, І = 1,2 А. З виразу закону Ома маємо: Обчислимо значення:

2. З рис. 29.4. U1 = 6 В, І1 = 3А; U2 = 10 В, І2 = 4 А; U3 = 8 В, I3 = 2 A; U4 = 8 В, I4 = 1 А.

З виразу закону Ома маємо: Отже:

3. Дано:

Розв'язання:

З виразу закону Ома: маємо: U = IR.

Обчислимо значення: U = 1,5 А ∙ 150 Ом = 225 В.

Вольт-амперна характеристика — пряма лінія, графік якої будується за двома точками.

5. Дано:

Розв'язання:

За означенням: 3 виразу закону Ома: Маємо:

Обчислимо значення:

6. Дано:

Розв’язання:

За виразом закону Ома Оскільки до позначки, що вказує стрілка амперметра, 16 поділок, то ціна поділки приладу становить: 4 А : 16 = 0,25 А.

7. Опір провідника не залежить ні від сили струму в ньому, ні від напруги: зі зміною напруги відповідно змінюється й сила струму, а опір залишається сталим (він залежить від роду металу, з якого виготовлений, та від його геометричних розмірів).

8. Дано:

Розв'язання:

За означенням: з таблиці.

V = S ∙ l, l — довжина кільця, l = πD. Маємо: m = ρSπD.

Обчислимо значення:

Вправа № 30

1. З формули маємо: Оскільки питомий опір найбільший у того провідника, довжина якого найменша — № 3; найменший питомий опір у найдовшого провідника — № 1.

За таблицею: № 1 — з міді, № 2 — із заліза, № 3 — зі свинцю.

2. Дано:

Розв’язання:

За формулою обчислимо шукане значення:

3. При пересуванні повзунка реостата вліво опір реостата збільшиться, оскільки збільшиться довжина активної частини, а сила струму зменшиться, оскільки

4. Дано:

Розв’язання:

За законом Ома: звідси За означенням Прирівняємо праві частини виразів: Маємо: Обчислимо значення:

5. Дано:

Розв'язання:

За означенням: Коли дріт розрізали навпіл, його довжина зменшилась удвічі. Коли половинки дроту звили, його переріз збільшився вдвічі: S2 = 2S1. Отже, Маємо: тобто R1 = 4R2 — опір зменшився в 4 рази.

6. Дано:

Розв'язання:

За законом Ома За означенням m = ρV. Оскільки V = l ∙ S, маємо: m = ρlS. З виразу визначимо: Маємо:

Обчислимо значення:

7. У штепсельному реостаті за наявності штепселя у гнізді коло замкнене і струм іде не по спіралі, а по мідній пластині, яка має менший опір. За відсутності штепселя струм іде по спіралі, яка має певний опір: 1, 2, 2,5 Ом. Вмикаючи різну кількість штепселів, можна включати різний опір у коло.

Вправа № 31

1. Дано:

Розв'язання:

При послідовному з’єднанні: За законом Ома: Отже, Відповідно:

2. Дано:

Розв’язання:

При послідовному з’єднанні: звідки:

3. Дано:

Розв'язання:

Пошук математичної моделі. За законами послідовного з’єднання: Маємо: За законом Ома:

4. Дано:

Розв’язання:

За законом Ома: звідси: За законами послідовного з’єднання: звідси

5. Дано:

Розв’язання:

За законом Ома: При послідовному з’єднанні: отже, Iзаг = 0,2 А.

За законом Ома

6. Дано:

Розв’язання:

За законом Ома: Першу лампу можна включити в освітлювальну мережу, оскільки в ній тече менший струм, ніж вона розрахована.

7. Дано:

Розв’язання:

За умовою U = 5Uv. Оскільки маємо: звідки При послідовному з’єднанні: Відповідно до закону Ома маємо: Звідси

8. Зміни енергії: потенціальна —> у кінетичну —> у внутрішню (коли кубик опинився на підлозі).

Дано:

Розв’язання:

Робота, що виконує сила тяжіння при падінні: А = mgh. Відповідно:

А = A1 + А2 — повна робота. А = 2,4 Дж + 1,68 Дж = 4,08 Дж.

Вправа № 32

2. Дано:

Розв’язання:

При паралельному з’єднанні: або

Відповідно до закону Ома маємо:

3. Дано:

Розв'язання:

При паралельному з’єднанні: За законом Ома: Маємо:

4. Дано:

Розв’язання:

При паралельному з’єднанні напруга на всіх провідниках однакова: U1 = U2 = U2. За законом Ома: де Маємо:

Отже, сила струму буде найбільшою в тому провіднику, питомий опір якого найменший. За табличними значеннями, це — срібло.

5. Дано:

Розв’язання:

Загальний опір знайдемо покроково.

1) Знайдемо загальний опір ділянки 4-5, де провідники з’єднані паралельно: або

2) Знайдемо опори ділянок 2, 4, 5 та 1, 3, де провідники з’єднані послідовно:

3) Знайдемо опір ділянки 1-5, де провідники 1, 3 та 2, 4, 5 з’єднані паралельно: або

4) Знайдемо загальний опір, додавши R6, який з’єднано послідовно:

За законом Ома:

6. Дано:

Розв’язання:

За законом Ома: U3 = I3R3. Маємо: U3 = 0,1 А ∙ 8 Ом = 0,8 В. При паралельному з’єднанні: U2 = U3. Отже, U3 = 0,8 В. Відповідно до закону Ома:

При паралельному з’єднанні: І2 + І3 = Ізаг; Ізаг = 0,4 А + 0,8 А = 1,2 А.

При послідовному з’єднанні: І1 = І2,3 = Ізаг. Отже, I1 = 1,2 А.

Відповідно до закону Ома: U1 = I1R1 = 1,2 А ∙ 3 Ом = 3,6 В. За законом послідовного з’єднання:

7. Дано:

Розв’язання:

Якщо всі ключі розімкнені, струм іде через R1 та R2. Отже, І1 = І2 = 300 мА (обидва амперметри показують однакові значення). При замкненні ключа R2 струм проходить і через R3, тому покази А2 будуть менші за покази A1. При всіх розімкнутих ключах загальний опір кола визначається виразом: Rзаг = R1 + R2; Rзаг = 5 Ом + 5 Ом = 10 Ом.

Відповідно до закону Ома: Uзаг = Iзаг ∙ Rзаг, маємо: Uзаг = 0,3 А ∙ 10 Ом = 3 В. При замкненому ключі R1 схема матиме вигляд:

Загальний опір знайдемо за виразом: Маємо:

Відповідно до закону Ома:

При послідовному з’єднанні Ізаг = І1 = 0,4 А — покази А1.

8. Дано:

Розв’язання:

За законом послідовного з’єднання:

Загальний опір:

За законами паралельного з’єднання: маємо: звідси:

9. Дано:

Розв’язання:

При паралельному з’єднанні: Uш = UА. Відповідно до закону Ома: U = IR маємо: Звідси: де Отже,





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити