Правая сторона, страница 46 - гдз по физике 8 класс самостоятельные работы Генденштейн, Орлов

Самостоятельная работа 6. Работа и мощность электрического тока. Вариант 5 - страница 46.

Условие.

Правая сторона

Оборудование: две разные лампочки, помеченные значками «1» и «2»; вольтметр; источник тока; провода; ключ.

1. Соберите электрическую цепь, содержащую последовательно соединённые лампочки. Измерьте напряжение на лампочках и сделайте вывод, в какой из лампочек мощность тока больше.

Схема электрической цепи: _________.

Результаты: _________.

2*. Рассчитайте отношение $\frac{Q_1}{Q_2}$ значений количества теплоты, выделяемого каждой из лампочек за одно и то же время.

Результаты: _________.

Решение.

Соберите электрическую цепь, содержащую последовательно соединённые лампочки. Измерьте напряжение на лампочках и сделайте вывод, в какой из лампочек мощность тока больше.

Схема электрической цепи:

Результаты:

1. Собираем электрическую цепь по схеме, соединяя последовательно источник тока, ключ (К) и две разные лампочки (Л1 и Л2).

2. При последовательном соединении сила тока $\text{I}$ во всех элементах цепи одинакова: $I_1 = I_2 = I$.

3. С помощью вольтметра, подключая его параллельно каждой лампочке по очереди, измеряем напряжение на них: $U_1$ на лампочке 1 и $U_2$ на лампочке 2.

4. Мощность тока $\text{P}$ на участке цепи вычисляется по формуле $P = U \cdot I$.

5. Мощности на лампочках равны: $P_1 = U_1 \cdot I$ и $P_2 = U_2 \cdot I$.

6. Так как сила тока $\text{I}$ одинакова для обеих лампочек, то мощность будет больше у той лампочки, на которой больше падение напряжения. Если в ходе измерений получится, что $U_1 > U_2$, то и мощность лампочки 1 будет больше мощности лампочки 2 ($P_1 > P_2$).

7. Согласно закону Ома для участка цепи ($U=I \cdot R$), напряжение прямо пропорционально сопротивлению при постоянном токе. Следовательно, большее напряжение будет на лампочке с большим сопротивлением. Таким образом, при последовательном соединении мощность тока больше в той лампочке, сопротивление которой больше.

Ответ: Мощность тока больше в той лампочке, на которой измерено большее напряжение. Это та лампочка, у которой большее электрическое сопротивление.

2*. Рассчитайте отношение $\frac{Q_1}{Q_2}$ значений количества теплоты, выделяемого каждой из лампочек за одно и то же время.

Дано:

$I_1 = I_2 = I$ (последовательное соединение)
$t_1 = t_2 = t$ (одно и то же время)
$U_1, U_2$ (напряжения, измеренные в п.1)

Найти:

$\frac{Q_1}{Q_2} - ?$

Решение:

Количество теплоты $\text{Q}$, выделяемое проводником с током, определяется законом Джоуля-Ленца: $Q = I^2 \cdot R \cdot t$, где $\text{I}$ – сила тока, $\text{R}$ – сопротивление, $\text{t}$ – время прохождения тока.

Для первой лампочки количество теплоты будет $Q_1 = I_1^2 \cdot R_1 \cdot t$.

Для второй лампочки: $Q_2 = I_2^2 \cdot R_2 \cdot t$.

Поскольку лампочки соединены последовательно, сила тока в них одинакова ($I_1 = I_2 = I$). Время $\text{t}$ также одинаково по условию задачи.

Найдем отношение $\frac{Q_1}{Q_2}$:

$\frac{Q_1}{Q_2} = \frac{I^2 \cdot R_1 \cdot t}{I^2 \cdot R_2 \cdot t} = \frac{R_1}{R_2}$

Таким образом, отношение количеств теплоты равно отношению сопротивлений лампочек.

Используя закон Ома ($R = \frac{U}{I}$), мы можем выразить отношение сопротивлений через напряжения, измеренные в первом пункте, так как ток $\text{I}$ одинаков:

$\frac{R_1}{R_2} = \frac{U_1/I}{U_2/I} = \frac{U_1}{U_2}$

Следовательно, искомое отношение равно отношению напряжений на лампочках:

$\frac{Q_1}{Q_2} = \frac{U_1}{U_2}$

Для получения численного значения необходимо подставить результаты измерений напряжений $U_1$ и $U_2$ из первого пункта.

Ответ: Отношение количеств теплоты $\frac{Q_1}{Q_2}$ равно отношению напряжений на соответствующих лампочках $\frac{U_1}{U_2}$.