Фізика 8 клас збірник задач - Леонід Кирик - 2016

ВІДПОВІДІ

ТЕПЛОВІ ЯВИЩА

2. Внутрішня енергія

2.10. Так; не однакові (вода має більшу внутрішню енергію).

2.11. Внутрішня енергія повітря унаслідок його відкачування з балона буде зменшуватися, оскільки зменшується кількість молекул у балоні й, отже, їхня потенціальна енергія.

2.18. Ні; так.

2.19. Розв’язання. Під час кожного удару виконують певну роботу, і цвях отримує енергію. Коли цвях забивають, цю енергію витрачають на подолання сил опору волокон дерева й сил тертя (в остаточному підсумку ця енергія переходить у внутрішню, що спричиняє нагрівання всього цвяха й шарів дерева навколо нього). Енергія, передана вже забитому цвяху, переходить переважно у внутрішню енергію головки цвяха.

2.22. Поява туману означає, що повітря в посудині стало холоднішим, і, отже, його внутрішня енергія зменшилася.

2.24. Більше енергії молоток передає свинцю, тому що в цьому випадку вся його кінетична енергія перетворюється на внутрішню енергію свинцю й молотка.

2.27. Ні, неможливо. Так може бути, якщо всі молекули повністю зупиняться.

2.30. Дві ознаки зміни внутрішньої енергії;

1) зміна температури тіла;

2) зміна агрегатного етану.

2.31. Розв’язання. У разі пострілу порох згоряє, утворюючи розжарені гази, що створюють величезний тиск. Гази виконують роботу зі збільшення кінетичної енергії кулі, що летить, і кінетичної енергії гвинтівки, частина якої йде на нагрівання ствола й на утворення звукової хвилі. Решта енергії залишається в нагрітих газах, що вилітають слідом за кулею, і, зрештою, передається молекулам навколишнього повітря.

2.32. Розв’язання. Слабо накачані шини нагріються більше. Під час руху автомобіля шини безупинно деформуються. При цьому внутрішня енергія шин збільшується. Оскільки слабко накачана шина деформується більшою мірою, ніж краще, накачана, то внутрішня енергія її буде більшою за внутрішню енергію добре накачаної шини. Тому температура недостатньо накачаної шини буде більшою, ніж температура добре накачаної.

3. Види теплообміну

3.17. Нагріте свічкою тепле повітря в результаті конвекції піднімається вгору, захоплюючи за собою пушинку.

3.18. Створюється примусова конвекція, що піднімає нагріті шари рідини вгору й приводить їх у контакт із менш нагрітим повітрям.

3.23. Коли тварини скручуються в клубок, зменшується площа їхньої поверхні, що випромінює енергію. Тварині стає тепліше.

3.24. За температури, що дорівнює температурі людського тіла, коли не відбувається теплообміну.

3.25. У лід, тому що наявність повітря в снігу зменшує його теплопровідність.

3.28. Між тонкими волокнами козячого пуху міститься повітря, що має низьку теплопровідність.

3.29 Неправильно. Лід варто покласти на кришку.

3.30 Нагріте біля поверхні Землі повітря піднімається на значну висоту. Ці теплі конвекційні потоки повітря й дозволяють птахам утримуватися на певній висоті.

3-31. Для поліпшення циркуляції повітря. Тепле повітря разом із різними домішками піднімається вгору, а вентилятор видаляє їх із приміщення.

3.32. Вода має більшу теплопровідність, ніж повітря, тому у воді тіло людини охолоджується швидше.

3.35. Розв’язання. Над нерухомою трубою будинку в тому самому місці виникає конвекційний потік теплого повітря, що піднімається вгору. Труба паровоза, що рухається, викидає тепле повітря на різних ділянках дороги, що дуже повільно піднімається вгору. За швидкого руху поїзда дим стелиться над ним.

3.36. Без примусової циркуляції повітря неможливо було б підтримувати нормальну температуру на боргу корабля. Космонавти дихали б видихуваним повітрям, тому що в стані невагомості немає конвекції, тобто природної циркуляції повітря.

3.37. Розв'язання. Морозиво тане тому, що воно поглинає теплоту з навколишнього повітря. У міру того як повітря поблизу морозива охолоджується, це повітря опускається вниз, а його заміняє тепліше. Що швидше відбувається цей обмін, то швидше танутиме морозиво. Вентилятор же прискорює цей обмін повітря, тому він не тільки не остудить морозиво й не збереже його у твердому стані, а, навпаки, прискорить його танення.

3.38. Ні, не треба, тому що хмари перешкоджають охолодженню поверхні Землі.

3.39. Білий гвинт, відбиваючи сонячні промені, засліплював би льотчика.

3.40. Температура лап птахів відрізняється від температури тіла: так, температура тіла білої куріпки може бути майже на 40 "С вищою за температуру її. лап. Низька температура кінцівок знижує теплообмін — такою є захисна функція організму.

5. Кількість теплоти. Питома теплоємність

5.6. На нагрівання води.

5.7. У мідної.

5.9. Через велику питому теплоємність води.

5.13. 25,2 кДж.

5.14. 24 г.

5.15. На 10 °С.

5.16. 900

5.17. 120 °С.

5.18. 60 °С.

5.19. Якщо опустити алюмінієву ложку, що має більшу питому теплоємність.

5.20. Залізо має більшу теплопровідність і меншу питому теплоємність, ніж цегла. Крім того, маса цегляної печі більша, ніж залізної.

5.21. Після дощу в ґрунті багато води, яка має більшу питому теплоємність. Крім того, унаслідок випаровування ґрунт охолоджується.

5.24. Малою питомою теплоємністю піску.

5.25. 1,24 МДж.

5.26. 722,4 кДж.

5.27. 0,5 кг.

5.28. 60 °С.

5.29.

5.30.

5.32. Гас нагріється до вищої температури, тому що він має меншу питому теплоємність.

5.33. Графік А — для води; графік В — для чайника.

5.34. Графік 2 побудовано для заліза, тому що його питома теплоємність більша й для нагрівання на таку саму температуру буде потрібна більша кількість теплоти, а отже, і часу.

5.35. Після охолодження температура брусків буде однаковою. Чавунний брусок, що має більшу питому теплоємність, віддав більшу кількість теплоти.

5.36. 15,2 °С.

5.37. 85 кг холодної води й 65 кг гарячої.

5.38. 25 кг і 75 кг.

5.39. 19,5 °С.

5.40. 55 °С.

6. Плавлення й кристалізація

6.9. Температура кристалізації спирту нижча, ніж температура кристалізації ртуті.

6.10. Температура плавлення бронзи нижча, ніж заліза.

6.12. Вода, замерзаючи, розширюється й може розірвати радіатор.

6.13. Для танення льоду необхідна певна кількість теплоти, що надходить із навколишнього повітря. У результаті повітря охолоджується.

6.14. Прикмету зазначено правильно. Утворення кристаликів снігу й льоду пов’язане з виділенням енергії в навколишнє середовище. Тому під час снігопаду великого зниження температури повітря бути не може.

6.15. Ні, не завжди. Якщо тіло було у твердому стані за температури плавлення, то передана кількість теплоти піде на його плавлення за незмінної температури.

6.16. 41 кДж.

6.17. 90 г.

6.18. 13 кДж.

6.19. 80 г.

6.20. 0,6 кг.

6.21. 0,85 МДж.

6.23. Вода, що міститься у волокнах дерев, на морозі замерзає. Лід, розширюючись, розриває волокна й тріскотить.

6.25. Розв’язання. Тонкі леза ковзанів чинять значний тиск на лід. Під цим тиском лід плавиться. Утворюється гарне змащення, а тертя стає дуже маленьким. Прикладаючи невеликі зусилля, хлопчики швидко переміщаються. За сильних морозів змащення не утворюється, оскільки енергії, що виділяється завдяки тертю ковзанів об лід, недостатньо для нагрівання льоду до температури плавлення.

6.26. Для теплопередачі дотичні тіла повинні мати різну температуру. Оскільки в обох випадках температури тіл однакові, то вода в жодній із пляшок не замерзне (процес кристалізації супроводжується відводом певної кількості теплоти).

6.27. Стаючи тугішим, гіпс виділяє певну кількість теплоти, що передається РУЦІ.

6.28. У першому, тому що на розчинення цукру (на руйнування його кристалічної ґратки) витрачається енергія.

6.31. 2,2 Мдж.

6.32. Вода охолола до температури кристалізації; 1,76 кг.

6.33. 2,64 кг.

6.35. За сонячної морозної погоди. Сонячні промені нагрівають сніг на даху й спричиняють його танення. Вода, стікаючи на тіньовий бік, замерзає, утворюючи бурульки.

6.36. Завдяки великій питомій теплоті плавлення льоду танення снігу й льоду навесні відбувається поступово. На це вперше звернув увагу шотландський учений Джозеф Блек у середині XVIII століття. Розтала вода встигає усмоктуватися в ґрунт. Якби сніг, що накопичився за зиму, розтанув весь відразу, як тільки температура повітря підвищується до 0 °С, відбувалися б спустошливі поводі1, яких, на щастя, не спостерігаємо.

6.37. У металу теплопровідність більша, ніж у дерева. Отже, метал відводить від тонкої плівки води теплоту настільки швидко, що вона охолоджується нижче точки плавлення й замерзає.

6.39. Гаряча вода розплавляє тонкий шар льоду й повільно замерзає. При цьому вона встигає рівномірно розтектися, і поверхня льоду стає гладкою.

6.40. Розв’язання. У річці на глибоких місцях відбувається конвекція: шари води біля поверхні охолоджуються, стають густішими, ніж нижні, і опускаються вниз, а з глибини піднімається тепліша вода. На мілководді поверхневі охолоджені шари води опускатися не можуть; їм нема куди опускатися, і в результаті тут раніше, ніж на глибокому місці, утворюється крига.

6.42. Графік на рисунку а відповідає холоднішому приміщенню.

6.43. Коли спускний апарат швидко рухається в атмосфері, на нього діє чимала сила опору, внаслідок чого виділяється тепло й корпус розжарюється. Поки на корпусі є легкоплавкий метал, температура корпусу не може піднятися вище за температуру плавлення цього металу.

6.45. Маса льоду не повинна перевищувати 0,76 кг. Розв'язання. У результаті теплообміну вода може охолонути не більше ніж на 30 °С. При цьому вона віддає кількість теплоти, що не перевищує Qв = cmв |Δt|, де |Δt| = 30 °С.

Для плавлення льоду йому необхідно передати кількість теплоти Qл = λmл. Із нерівності Qл ≤ Qв, тобто λmл < сmв |Δt|, отримуємо

6.46. До температури, що не перевищує 125 °С.

6.47. 0 °С. Розв’язання. Вода, остигаючи до 0 °С, може передати льоду кількість теплоти Q1 = mвcвtв = 126 кДж. Для плавлення всього льоду необхідна кількість теплоти Q2 = λmл = 165 кДж. Оскільки Q2 > Q1, то повного плавлення льоду не відбудеться; у посудині міститиметься вода й лід за температури 0 °С.

6.48. -30 °С.

6.49. 0 °С; 0,24 кг.

6.50. а) 20 °С; б) 0 °С.

6.51. 7,1 °С.

6.52. 50 °С.

7. Випаровування й конденсація. Кипіння

7.9. Ні, внутрішня енергія пари за будь-якої температури більша за внутрішню енергію такої самої маси рідини за однакової температури.

7.12. У лазні повітря вологе. Випаровування вологи з поверхні нашого тіла утруднене, що призводить до перегріву.

7.16. 36 кДж.

7.17. 20 кДж.

7.18. 5 кг.

7.19. 1,32 МДж.

7.20. 510 кДж.

7.21. 14 кг.

7.22. Конденсуючись, невидима пара перетворюється на видимі краплини води.

7.23. З боку, де дме вітер, волога швидше випаровується, і палець відчуває прохолоду.

7.25. Це — результат «подвійного перетворення»: вода в каструлі частково випарувалася, перетворившись на пару — у газоподібний стан, а, потрапивши на кришку, пара знову перетворилася на воду.

7.27. Річ у тім, що в жаби шкіра дуже легко випаровує вологу. У сухій атмосфері шкіра швидко зневоднюється, тому жаба, якщо справа йде до тепла, сидить у воді. У сиру погоду, коли збирається дощ, вона вилазить на поверхню, бо зневоднення тепер їй не загрожує.

7.28. Розпилювання води й змахування крильми бджіл сприяють інтенсивному випаровуванню води й зниженню температури у вулику. Коли температура у вулику досягає норми, робочі бджоли знову починають збирати нектар.

7.29. На вусах і бороді старого утворився іній. Причина його утворення — конденсація видихуваної водяної пари, що міститься в повітрі, яка, осідаючи на вусах і бороді, замерзає.

7.30. Лапи (піт і запах ідуть у землю).

7.31. Випаровування поту з тіла тварини сприяє теплообміну, але потові залози в собаки розташовані тільки на подушечках пальців, тому, щоб збільшити охолодження організму спекотного дня, собака широко відкриває рота й висуває язик. Випаровування слини з поверхні язика знижує температуру тіла тварини.

7.32. Коли ми бачимо білястий струмок, що виходить із носика чайника, ми бачимо не пару, а туман — малесенькі крапельки води, що утворилися в результаті конденсації невидимої водяної пари.

7.33. Конвекційні потоки повітря, що контактують із зимовими холодними шибками, охололи. При цьому водяна пара, що міститься в цих потоках, сконденсувалася, охолола та кристалізувалася.

7.34. Ні, хмаринка, що вилітає з рота, — це не пар, а туман, що складається з малесеньких краплинок води: вона сконденсувалася з пари, що міститься у видихуваному повітрі.

7.36. Чимале скупчення людей підвищує вміст водяної пари в кімнаті. Контакт із охолодженим склом спричиняє конденсацію цієї пари.

7.37. Спекотного дня випаровується більше води, і вміст вологи в повітрі збільшується. Тому, коли температура знижується, водяна пара конденсується, і випадає рясна роса.

7.38. Розв’язання. Випаровування продовжується, однак водяна пара тепер практично не виходить з банки. Що більше кількість молекул пари над водою, то частіше вони, хаотично рухаючись, потрапляють знов у воду — пришвидшується процес конденсації. За певної кількості водяної пари В банці випаровування і конденсація компенсують одне одного: рівень води не змінюватиметься (через це у щільно закритих посудинах рівень рідини не змінюється протягом багатьох років).

7.39. Не буде, тому що для кипіння необхідний приплив енергії. Температура обох посудин 100 °С, тому зовнішня посудина не передає енергію внутрішній.

7.42. 13,6 МДж.

7.43. 60 г. Розв'язання. Відповідно до рівняння теплового балансу Qв = Qп, де a — віддана парою кількість теплоти. В останній формулі враховано, що вода, яка утворилася в результаті конденсації пари, буде, охолоджуючись, віддавати тепло. Звідси

7.44. 3 кг.

7.45. 9,3 МДж.

7.46. 114 г.

7.47. 46 °С.

7.48. Роса.

7.49. Розв’язання. Спекотними літніми днями шари повітря, що містять водяну пару, нагріваючись від поверхні Землі, спрямовуються вгору, розширюючись при цьому, а отже, і охолоджуючись. Водяна пара конденсується, утворюючи хмари (див. Малюнок). До вечора повітря над поверхнею Землі знову прогрівається, і крапельки води, що утворили хмари, знову випаровуються.

7.50. Оскільки в низині холодніше, саме там конденсується водяна пара, що міститься в повітрі.

7.51. Унаслідок випаровування води.

7.52. Тому що з поверхні землі йде випаровування. Повітря над полем стає неоднорідним. Там, де випаровування сильніше, воно густіше. Потоки повітря увесь час переміщаються. Промені світла, відбиті від далеких предметів, потрапляють у ці неоднорідні потоки й заломлюються по-різному, тому зображення далеких предметів стають розпливчастими.

7.53. Перед дощем багато речовин, що вбирають у себе вологу з повітря, сиріють.

7.55. Це можна пояснити тим, що за підвищеної вологості дерев’яні предмети відволожуються. Під час горіння волога з деревини скіпки інтенсивно випаровується. Збільшуючись в об’ємі, пара із тріском розриває деревні волокна.

7.56. Перед дощем вологість повітря збільшується, унаслідок чого в мошок, метеликів та інших комах крильця вкриваються дрібними краплинами води й важчають. Тому комахи опускаються вниз, а слідом летять і птахи, що ними годуються, наприклад ластівки.

7.58. Розв'язання. Вода в чайнику отримує тепло від нагрітого полум’ям дна чайника чи від електронагрівника, розташованого на дні. Шари води біля дна нагріваються до температури кипіння раніше інших, тому саме тут виникають бульбашки, наповнені водяною парою. Бульбашки спливають, потрапляючи у холодніші шари води. Унаслідок охолодження пара конденсується, й бульбашки «захлопуються». Відбувається це так швидко, що стінки бульбашок б’ються одна об одну з різким звуком. Безліч таких малесеньких бульбашок і створює характерний шум. Перед самим закипанням верхні шари води вже мають температуру, близьку до температури кипіння, і тому бульбашки перестають «захлопуватися». А після закипання ми чуємо булькання бульбашок, що лопаються на поверхні води.

7.59. Розв’язання. Після відкриття посудини тиск у ній знизиться практично до нуля, і ніщо не завадить більшати бульбашкам із парою, що виникають у воді. Вода бурхливо закипить. Процес пароутворення відбувається з поглинанням енергії, тому вода швидко охолоджуватиметься. Внаслідок цього в посудині одночасно з кипінням відбуватиметься й зворотний процес — замерзання води.

7.61. a) t = 32 °С; m = 510 г; б) t = 100 °С; m = 573 г.

Розв’язання. Слід врахувати, що, коли маса пари досить велика, то вже конденсація деякої частини пари спричиняє підвищення температури в калориметрі до 100 °С, тому пара, що залишилася, не конденсуватиметься. Найпростіше розв’язувати задачу, припустивши, що конденсується вся пара; якщо, підставляючи числові дані, ви одержите t < 100 °С, це підтвердить правильність припущення, а якщо t < 100 °C — це припущення с хибним, тобто t = 100 °С. У випадку а з рівняння теплового балансу отримуємо t = 32 °С, тому m = mв + mп; у випадку б знаходимо t = 100 °С; вода отримала кількість теплоти а пара віддала таку саму кількість теплоти.

Отже, маса сконденсованої водяної пари

7.62. 36,5 °С.

7.63. 61 хв.

7.61. 17 °С.

8. Енергія палива. Питома теплота згоряння

8.10. 7,8 МДж.

8.11. 400 г.

8.12. 27 МДж/кг; кам’яне вугілля.

8.13. 123 МДж.

8.14. 86 МДж.

8.15. 190 г.

8.17. Порох на відміну від бензину має меншу питому теплоту згоряння, але більшу швидкість згоряння. Уся енергія пороху виділяється в тисячні частки секунди.

8.18. Деяку кількість теплоти необхідно витратити на випаровування води, що міститься в сирих дровах. Тому питома теплота згоряння сирих дров менша, ніж сухих.

8.19. Береза має більшу густину, ніж сосна, й у разі згоряння березових дров об’ємом 1 м3 виділяється більше теплоти, ніж коли згорають соснові дрова об’ємом 1 м3.

8.20. 31,3 г.

8.21. 0,05 м3.

8.19. На 26 С. Розв’язання. У разі згоряння гасу виділяється енергія, що дорівнює qm. Для підвищення температури води на At необхідна кількість теплоти де с і ρ — відповідно питома теплоємність і густина води. За умовою Q = 0,5qm. Звідси

8.23. 30,5 °C.

8.24. 36,3%.

8.25. Пластмаса горить швидше за папір. Тому, частково згорівши, пластмасовий прутик гасне (через брак кисню) і запалюється знову, коли до нього догорить папір.

8.26. Розв’язання. Коли автомобіль гальмує, його кінетична енергія перетворюється на внутрішню енергію гальмових колодок, шин та інших вузлів (вони нагріваються). Щоб після зупинення набути необхідної швидкості, а отже, й кінетичної енергії, двигун повинен витратити деяку кількість пального. Тому, коли автомобіль рухається, часто зупиняючись, потрібно більше пального.

8.27. Щоб збільшити швидкість нагрівання води, їй треба передавати більшу кількість теплоти за одиницю часу, тобто спалювати щомиті більше палива,

8.28. 0,09 кг.

8.29. 860 С.

8.30. 18 °С.

8.31. 1,3 кг.

8.32. 0,025 г.

8.33. 1 : 3,5.

8.34. 62 л.

9. Тепловий баланс. Рівняння теплового балансу

9.2. 912 кДж.

9.3. 0 °С. Розв’язання. Вода, охолоджуючись до 0 °С, може передати льоду кількість теплоти Q1 = mвcвtв = 126 кДж. Для плинлгння всього льоду необхідна кількість теплоти, що дорівнює Q2 = λmл = 165 кДж. Оскільки Q2 > Q1, повного плавлення льоду не відбудеться; в посудині міститимуться вода й лід за температури 0 °С.

9.4. 530 кг.

9.5. 61 г.

9.6. 480 г.

9.7. 0,58 кг.

9.8. 73,6 °С.

9.9. 0,98 кг.

9.10. 0 °С; 0,24 кг. Вказівка. Увесь лід не розтане, вода охолоне до 0 °С. Рівняння теплового балансу має вигляд де |Δmл| —маса льоду, що розтанув, а |Δtв| = 30 °С.

9.11. 3,5 кг.

9.12. 112 г.

9.13. 1,9 кг.

9.14. 0,37 кг.

9.15. 36 %.

9.16. 0 °С.

9.17. 0 °С; маса льоду збільшиться до 500 г.

9.18. 17 °С.

10. Теплові двигуни

10.11. 20 %, 33 %.

10.12. 20 %.

10.13. 150 кДж.

10.14. 480 кДж.

10.15. 30 %.

10.16. Ні.

10.18. Під час згоряння палива швидкість хаотичного руху молекул збільшується за рахунок енергії, що виділилася, а тиск, тим більший, чим інтенсивніше молекули б’ються об стінки циліндра й дно поршня.

10.19. Наприкінці такту «стиснення».

10.20. Забезпечується найповніше згоряння палива.

10.21. Розв’язання. Пара, розширюючись в циліндрі, виконує роботу за рахунок своєї внутрішньої енергії, що залежить від температури. Під час розширення пари в циліндрі частина її внутрішньої енергії перетворюється на механічну роботу, тому температура пари знижується. Отже, температура вхідної пари вища за температуру вихідної пари.

10.22. 20 %.

10.23. 1,2 кВт.

10.24. Гас (43 МДж/кг).

10.25. 10 г.10.26. 9 кBт.

10.27. 25 %.

10.29. Унаслідок розрідженості повітря й браку в ньому кисню.

10.30. ККД зменшиться.

10.31. Не суперечить: таке можливо, якщо газ під час нагрівання розширювався й виконував роботу.

10.32. Ні. Низький ККД теплових машин пояснюють не стільки тертям у механізмах, скільки необхідністю відводити значну кількість теплоти в холодильник.

10.33. Нуль. Розв’язання. Ні кінетична, ні потенціальна енергія автомобіля не змінилися. Енергія, що виділилася, витрачена на подолання різних видів тертя; отже, вся енергія перейшла у внутрішню енергію нагрітих шин, дороги, повітря тощо.

10.34. 16.

10.35. 2.

10.36. У другому циліндрі — стиснення, у третьому — випускання відпрацьованої суміші, у четвертому — усмоктування пальної суміші.

10.37. 23 м/с.

10.38. 6,1 л.

ЕЛЕКТРИЧНІ ЯВИЩА

12. Електризація тіл. Електричний заряд

12.28. Під час тертя оболонки кулі об повітря вона електризується настільки, що виникає електричний заряд. Якщо оболонку кулі наповнено воднем, то під час виникнення розряду водень може спалахнути.

12.32. Може, залежно від того, чим її натирають.

12.37. Розв’язання. Так, можуть. Саме так електризуються ретельно відполіровані тіла (якщо вони виготовлені з різних матеріалів). Одне з тіл «перетягує» електрони з поверхні іншого і заряджається негативно, інше тіло при цьому заряджається позитивно.

12.39. Розв’язання. Простого дотику недостатньо. Ебоніт — діелектрик, тому заряд не може перетікати з однієї ділянки поверхні палички на іншу. Під час дотику на електрометр перейде заряд лише з дуже невеликої частини поверхні палички. Проводячи ж паличкою по металевій поверхні кульки електрометра, ми передаємо кульці електричний заряд із більшої поверхні.

12.40. Розв’язання. Людське тіло є провідником. Під час дотику двох провідників заряд перерозподіляється між ними так, що на більшому за розміром провіднику виявляється і більший за модулем заряд. Людське тіло набагато більше від кульки, тому практично весь заряд кульки переходить на тіло людини.

13. Закон збереження електричного заряду. Закон Кулона

13.21. -10q.

13.22. 90 Н.

13.23. 30 нКл.

13.24. 0,25 мН.

13.26. 15 мм.

13.26. Збільшити в 256 разів.

13.27. 10,5 нКл.

13.28. а) збільшилася в 1,8 разу; б) зменшилася в 1,25 разу. Вказівка. Спочатку застосуйте закон збереження електричного заряду, а потім закон Кулона.

14. Електричне поле

14.19. Ні. Вказівка. Електризацію може викликати, наприклад, зовнішнє електричне поле або. деякі види випромінювань.

14.21. Достатньо торкнутися рукою однієї з гільз. Якщо після цього їхня взаємодія припиниться, це означатиме, що ми торкнулися зарядженої гільзи.

14.22. Розв’язання. Дотик до гільзи призведе до того, що вона практично розрядиться, Тому відштовхування гільз зміниться притяганням, гільзи зіштовхнуться і їхні заряди знову стануть однаковими (удвічі меншими, ніж на початку досліду). В результаті гільзи знову відштовхуватимуться, але кут між нитками стане помітно меншим.

14.23. Розв’язання. Потрібно зіткнути кульки, не торкаючись їх рукою. При цьому електричний заряд розподілиться між ними порівну, тобто заряд на кожній із них становитиме половину початкового заряду. Потім, як і раніше, не торкаючись кульок, їх потрібно віддалити одну від одної і після цього доторкнутися пальцем до однієї з них (при цьому практично весь заряд перейде з кульки на тіло експериментатора). Повторюючи цю процедуру, можна зменшити, заряд у 4, 8, 16 разів і т. д. Такий спосіб застосовний тільки для кульок, виготовлених із провідників. Заряд на кульці з діелектрика (наприклад, з ебоніту) не може перетікати навіть на сусідню ділянку поверхні.

14.24. Розв’язання. Нехай, наприклад, ми підносимо до електроскопа негативно заряджене тіло. Частина вільних електронів, відштовхуючись від негативного заряду, перейде на нижню частину стрижня та на стрілку. Стрілка почне відштовхуватися від стрижня та відхилиться від вертикалі (див. Малюнок).

14.25. Розв’язання. Можна зіткнути кульки і піднести заряджену паличку близько до однієї з них (не торкаючись). Унаслідок поділу зарядів кульки набувають рівних за модулем і протилежних за знаком зарядів. Потім треба розсунути кульки і після цього прибрати паличку: кульки залишаться зарядженими.

14.26. Збільшиться; зменшиться. Вказівка. Див. задачу 14.24.

14.28. Можна піднести заряджену кульку до незарядженої й торкнутися пальцем незарядженої кульки. У результаті вона набуде позитивного заряду. Заряд першої кульки залишиться незмінним.

14.30. Можуть. Розв’язання. Ефект перерозподілу зарядів може призвести до притягання однойменно заряджених тіл: «ближня» сторона одного з них може змінити знак заряду (див. Малюнок). Притягання меншого за модулем, але ближче розташованого заряду «пересидить» відштовхування більшого за модулем, але дальнього заряду. Таке можливо, якщо тіла розташовані досить близько одне від одного і заряд одного з них у багато разів перевищує заряд іншого.

ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ

16. Електричний струм. Дії електричного струму

16.22. Магнітну, теплову, хімічну.

16.23. Розв'язання. Джерело струму не створює електричних зарядів. Усередині джерела на заряджені частинки діють сили, що розділяють різнойменні заряди, збільшуючи їхнє електричне притягання: на одному полюсі виникає надлишок позитивних зарядів, а на іншому — надлишок негативних: Ці заряди створюють електричне поле, що й викликає упорядкований рух заряджених частинок у колі.

16.24. Ні. Вказівка. Усередині джерела струм тече від негативного полюса до позитивного (див. Малюнок і попередню задачу).

16.25. Вказівка. Трамвайні рейки заземлені.

16.33. Ні. Якщо одну цинкову пластинку замінити мідною, то вийде гальванічний елемент.

16.34. Розв’язання. Якщо джерело справне, то в склянці з водою (у ній завжди міститься деяка кількість домішок) потече струм. Про наявність струму можна робити висновок за пухирцями газу, що збираються біля електродів.

17. Сила струму та напруга. Електричний опір

17.20. 0,5 А.

17.21. 2,2 Кл.

17.22. За 5 хв.

17.23. 6 В.

17.24. 11 кДж.

17.25. 120 Кл.

17.27. 100 Ом.

17.28. 25 м.

17.29. 1,7 мм2.

17.33. 5 10і2.

17.34. 5 В; 0,25 А.

17.35. 0,5 А.

17.36. 2,6 мм2.

17.37. Не менше 0,47 мм.

17.40. Другий, у 16 разів.

17.41. Із алюмінію, у 2 рази.

17.42. Із міді, в 1,1 разу.

17.43. 0,35 А.

18. Закон Ома для ділянки кола

18.11. 4,4 А.

18.12. 217 В.

18.13. 2 Ом.

18.14. 5 В.

18.15. 15 кВ.

18.16. 12 В.

18.17. 0,01 А.

18.18. 180 Ом.

18.25. 24 Кл.

18.26. 0,5 А.

18.27. 15 В.

18.28. 6 Ом.

18.30. 23 м. Розв’язання. Зі співвідношень випливає звідки

18.31. 2,8 В.

18.32. 0,068 мм2.

18.33. 4,25 В.

18.34. 5 м.

18.35. 5,6 кВ.

19. Послідовне й паралельне з’єднання провідників

19.12. а) збільшиться; б) зменшиться. Відповідь не залежить від типу з’єднання провідників у колі.

19.15. 0,5 А, 25 В, 35 В. Розв’язання. Повний опір ділянки кола R = R1 + R2 = 120 Ом. Сила струму в колі Сила струму в кожному з резисторів така сама. Напруга на першому резисторі U1 =IR1, на другому U2 = IR2 (можна знайти U2 і з формули U = U1 + U2).

19.16. 3 мА, 6 В, 9 В.

19.17. 7,5 мА, 5 мА, 1,2 кОм.

19.19. Сила струму збільшиться, тому що опір ділянки електричного кола зменшиться.

19.21. На сталевому, в 4,3 разу.

19.22. У мідному, в 12 разів.

19.25.

19.26. 5 Ом.

19.28. 5 Ом, 3,6 А, 2,4 А, 1,2 А, 7,2 А. Вказівка. Загальна сила струму в колі I = I1 + I2 + I3, а опір кола Опір кола можна знайти й іншим способом, скориставшись формулою

19.30. а) I1 = І2 = I3 = 12 мА; б) I1 = 8 мА, І2 = I3 = 4 мА; в) І1 = I4 = 12 мА; І2 = I3 = 6 мА.

19.31. I1 = 0,2 А, І2 = I3 = 0,1 А. Розв'язання. Насамперед визначимо, які типи з’єднань резисторів у цьому колі. Для цього накреслимо вихідну схему інакше (накреслимо еквівалентну схему). Подумки замінимо дроти пружними «нитками» і розтягнемо коло, взявшись за полюси джерела струму (див. Малюнок); при цьому ми не розриваємо дроти зі струмом і не з’єднуємо їх у нових вузлах. Із отриманої еквівалентної схеми видно, що резистори 2 і 3-з’єднані паралельно, а резистор 1 з’єднаний із цією ділянкою кола послідовно.

Опір кола R = R1 + R23. Отже,

19.32. I1 = І5 = 0,2 А, I3 = 0,15 А, I2 = I4 = I6 = 0,05 А.

19.33. I1 = 0,3 А, I2 = I4 = 0,1 А, I4 = 0,2 А.

19.34. Розв’язання. Амперметр має показувати силу струму в лампочці. Тому амперметр потрібно підключити послідовно до лампочки: тоді в амперметрі й лампочці сила струму буде однаковою. Щоб напруга на лампочці не змінилася помітно через підключення амперметра, напруга на самому амперметрі має бути малою. Ця умова виконується, якщо опір амперметра малий порівняно з опором лампочки. Зауважимо, що через малий опір амперметра його небезпечно вмикати в коло без навантаження (лампи, резистора тощо) — через нього піде занадто великий струм, що може вивести прилад із ладу.

19.35. Розв’язання. Вольтметр має показувати напругу на лампочці. Тому його слід підключити до лампочки паралельно: тоді на лампочці й вольтметрі буде та сама напруга. Щоб сила струму на лампочці помітно не змінилася внаслідок підключення вольтметра, через вольтметр має іти малий струм. Для цього опір вольтметра повинен бути набагато більшим за опір лампочки.

19.39. Розв’язання. У результаті помилки може вийти Одне з двох кіл, схеми яких зображено на рис. а, б.

У випадку а напруга на вольтметрі практично збігається з повною напругою на ділянці кола, а напруга на лампочці практично дорівнює нулю. Тому вольтметр показує напругу в колі, але струм у колі настільки малий, що лампочка не світиться і показання амперметра практично дорівнюють нулю. У випадку б практично весь струм іде через амперметр (за паралельного з’єднання сила струму в гілці кола обернено пропорційна опору цієї гілки). Лампочка не горить; вольтметр показує напругу, що дорівнює нулю. Якщо амперметр вийде з ладу і на його місці в колі виникне розрив, то вольтметр показуватиме напругу в колі, але лампочка так і не засвітиться.

19.40. 240 Oм, I1 = І2 = І3 = 10 мА, I4 = І5 = 15 мА.

19.41. 200 Oм, I1 = І4 = 24 мА, І2 = І3 =12 мА.

19.44. 2 Ом.

19.45. 2/3 А, 1/3 А, 1 А, 9 В.

19.46. 1 мА, 0,5 мА, 1,5 мА, 9 В.

19.47. 0,12 А, 0,12 А, 0,06 А, 0,06 А.

19.48. I1 = І2 = І3 = I4 = I5 = I6 = 0,1 А. I7 = 0,3 А.

19.49. I1 = І2 = 0,26 А, I3 = 0,52 А, I4 = I5 = 0,39 А, I6 = I7 = 0,91 А.

20. Робота й потужність. Закон Джоуля—Ленца

20.13. У лампочки потужністю 100 Вт.

20.14. Потужність зменшується, оскільки опір волоска розжарювання лампочки збільшується.

20.15. 3 кДж.

20.16. 5 В.

20.17. 0,98 Вт.

20.18. 2,7 А.

20.19. 24 Ом.

20.20. Лампочка для ліхтарика, в 1,4 разу; 16 Ом; 1,2 кОм.

20.21. 38 кДж.

20.22. 1 кДж.

20.23. 0,33 Ом.

20.28. а) у другому, в 10 разів; б) у першому, в 10 разів.

Розв’язання. За послідовного з’єднання сила струму в обох резисторах однакова. Із формули Р = I2R випливає, що за послідовного з’єднання потужність струму в резисторі прямо пропорційна його опору. За паралельного з’єднання сила струму в резисторах неоднакова, тому використовувати формулу Р = I2R недоцільно. У цьому випадку на всіх резисторах та сама напруга, тому варто скористатися формулою Р = U2/R. Із неї випливає, що за паралельного з’єднання потужність струму в резисторі обернено пропорційна його опору.

20.29. а) Р1 = 20 Вт, Р2 = 40 Вт; б) Р1 = 180 Вт, P2 = 90 Вт.

Розв’язання. а) Повний опір усього кола R = R1 + R2 = 60 Ом. Сила струму в кожному з резисторів потужність струму в резисторах Р1 = I2R1, Р2 = I2R2.

б) Потужність струму в резисторах:

20.30. 0,86 кДж, 1,3 кДж.

20.31. 5,4 кДж, 3,6 кДж.

20.32. 3,6 Вт, 7,2 Вт, 10,8 Вт, 21,6 Вт.

20.33. 300 Вт, 180 Вт, 120 Вт, 600 Вт.

20.34. Розв’язання. Відповідно до формули Р = U2/R менший опір має лампочка, розрахована на більшу потужність, тобто на 60 Вт. Застосовувати формулу Р = U2/R для порівняння потужностей за послідовного включення лампочок недоцільно; адже напруги на лампочках у цьому випадку різні. За послідовного з’єднання однакова сила струму в обох лампочках, тому краще скористатися формулою Р = I2R, з якої випливає: менша потужність струму за послідовного з’єднання буде в' тій лампі, опір якої менший (тобто в розрахованій на потужність 60 Вт).

20.35. 9,6 Вт, 14,4 Вт. Вказівка. Загальна потужність обох лампочок менша, ніж потужність, на яку розраховано кожну з них. Це пов’язано з тим, що опір послідовно з’єднаних лампочок більший за опір кожної окремо.

20.36. a) P1 = 90 Вт, P2 = P3 = 22,5 Вт; б) P1 = P2 = P3 = 10 BT, P4 = 90 BT; B) P1 = 40 Вт, P2 = P3 = 10 Вт; г) P1 = P2 = P3 = 10 Вт, P4 = P5 = 22,5 BT.

20.37. За паралельного з’єднання, в 16 разів.

20.40. Розжарювання збільшилося.

20.42. 110 Вт; 121 Вт; у 1,12 = 1,21 разу.

Розв’язання. Лампи в гірлянді з’єднані послідовно, тому напруга в мережі являє собою суму напруг на лампах. Отже, кількість ламп дорівнює 55, а потужність струму в гірлянді дорівнює 110 Вт. Після перегоряння п’яти ламп у гірлянді залишиться 50 ламп, тобто опір гірлянди зменшиться в 1,1 разу. Із формули Р = U2/R випливає, що потужність струму збільшиться в 1,1 разу. Відповідно до формули Р = I2R потужність струму в кожній лампі збільшиться ще помітніше — у 1,12 = 1,21 разу. Внаслідок цього вкорочена гірлянда буде недовговічною — невдовзі перегорить ще якась лампа.

20.43. Нова лампа світитиме менш яскраво, ніж решта; загальна потужність після заміни лампи збільшиться.

20.44. Потужність струму в кожній із трьох однакових ламп 30 Вт, а в четвертій лампі — 19 Вт. Повна потужність збільшилася в 1,1 разу.

20.45. Розв’язання. Опір лампи для кишенькового ліхтарика (16 Ом) набагато менший, ніж опір 40-ватної лампи (1,21 кОм). Тому в разі з’єднання цих ламп послідовно сила струму в колі саме така, на яку розрахована 40-ватна лампа (0,18 A). Лампа для кишенькового ліхтарика розрахована на силу струму 0,25 Л. Тому обидві лампи світитимуть (лампа для кишенькового ліхтарика неповним розжарюванням). Після заміни 40 ватної лампи на 100 ватну сила струму в колі зросте до 0,44 А, і лампа для кишенькового ліхтарика перегорить.

20.46. Р1 = Р2= 1,8 Вт, Р3 = Р4= 0,45 Вт.

20.47. 0,4 А, 6,4 Вт.

20.48. Другий резистор.

20.49. 6 Вт, 12 Вт.

20.50. Див. Малюнок.

20.51. Зменшиться на 27 Вт.

20.52. Р1 зменшиться в 16/9 разу, Р2 збільшиться в 9/4 разу, Рзаг зменшиться в 4/3 разу.

21. Електричний струм у різних середовищах

21.18. 3,4 г.

21.19. 50 хв.

21.20. 0,86 А.

21.22. Якщо електроди вугільні — доти, доки розчин не залишать усі йони міді; якщо електроди мідні — доти, доки не розчиниться анод.

21.25. Розв’язання. Вогні святого Ельма являють собою коронний електричний розряд, що виникає в дуже неоднорідному електричному полі поблизу тіл із великою кривизною поверхні. У цих зонах відбувається йонізація газу, внаслідок чого навколо загострених тіл виникає світний ореол — корона.

21.28. 450 Кл.

21.29. 0,3 мг/Кл.

21.30. 6 г.

21.31. 3,1 доби; 5,4 ∙ 1010 Дж.

21.37. Ні: маса речовини, що виділилася, залежить тільки від величини заряду, що тече, а витрати енергії залежать і від напруги.

21.38. а) кількість міді однакова; б) більше міді виділиться на катоді першої ванни.

21.39. У ванні з розчином СuСl.

21.42. 670 годин. Розв’язання. Відповідно до закону збереження енергії витрати електроенергії дорівнюють роботі електричного струму під час електролізу: A = UIt. Скористаємося законом електролізу: m = kIt. Поділивши перший вираз на другий, отримаємо звідки А Оскільки A = 5Pt, де Р — потужність кожної з ламп, знайдемо час світіння ламп: Перевіривши одиниці величин і підставивши числові значення, знайдемо t = 2,4 ∙ 106 c, тобто близько 670 годин.

21.43. 130 МДж.

21.44. 0,4 Ом.

21.45. 0,45 кг.

21.46. 134 МДж.

___________________________________

1 Повідь — стихійне лихо, пов’язане із затопленням суходолу водою.





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