Номер 10, страница 254 - гдз по физике 8 класс учебник Изергин

Домашние экспериментальные задания - номер 10, страница 254.

Условие.

Задание 10

Исследование зависимости электрического сопротивления проводника от его длины и площади поперечного сечения

Цель: убедиться в справедливости формулы $R = \rho\frac{L}{S}$.

Порядок выполнения

1. Для выполнения этого задания вам потребуется батарейка для карманного фонарика, лампочка на 3,5 В, несколько проводников (изолированный провод с зачищенными концами длиной 20–25 см). Для удобства работы лучше к центральному контакту лампочки и к цоколю припаять проводники длиной 10–15 см.

2. Соберите простейшую электрическую цепь, состоящую из батарейки, лампочки и подводящих проводов. Убедитесь в том, что лампочка горит.

3. Растворите в пол-литровой банке с водой 1–2 ложки поваренной соли, вылейте солёную воду в тарелку. Солёная вода будет проводником, зависимость сопротивления которого от длины и площади поперечного сечения вы будете определять.

4. Разомкните цепь лампочки и опустите зачищенные концы проводников в солёную воду. Обратите внимание на яркость свечения лампочки.

5. Проверьте, как изменяется накал нити лампочки при изменении расстояния между опущенными в воду концами металлических проводников. Сделайте вывод о зависимости сопротивления жидкого проводника от его длины.

6. Изменяя глубину погружения концов металлических проводников в солёную воду, определите зависимость сопротивления проводника от площади поперечного сечения.

7. Сделайте письменный отчёт о проведённом исследовании.

Решение.

5. Проверьте, как изменяется накал нити лампочки при изменении расстояния между опущенными в воду концами металлических проводников. Сделайте вывод о зависимости сопротивления жидкого проводника от его длины.

При выполнении данного пункта эксперимента наблюдается следующая картина: когда расстояние между опущенными в солёную воду концами проводников увеличивается, яркость свечения лампочки уменьшается. Наоборот, при сближении концов проводников, яркость свечения лампочки возрастает.

Яркость свечения лампочки является качественным показателем силы тока в цепи. Согласно закону Ома для полной цепи, сила тока $\text{I}$ определяется выражением $I = \frac{\mathcal{E}}{R_{общ}}$, где $\mathcal{E}$ – ЭДС источника, а $R_{общ}$ – полное сопротивление цепи, которое складывается из сопротивления лампочки, внутреннего сопротивления источника и сопротивления солевого раствора. Поскольку ЭДС источника и сопротивление остальных элементов цепи постоянны, изменение силы тока вызвано изменением сопротивления раствора.

Уменьшение яркости свечения означает уменьшение силы тока, что, в свою очередь, свидетельствует об увеличении общего сопротивления цепи. Так как изменяемым параметром было расстояние между проводниками, которое представляет собой длину жидкого проводника $\text{L}$, можно сделать вывод: с увеличением длины $\text{L}$ проводника его сопротивление $\text{R}$ увеличивается.

Вывод: Электрическое сопротивление жидкого проводника прямо пропорционально его длине.

Ответ: При увеличении расстояния между концами проводников (длины $\text{L}$) накал нити лампочки ослабевает, что говорит об увеличении сопротивления жидкого проводника. При уменьшении расстояния накал усиливается, что свидетельствует об уменьшении сопротивления. Следовательно, сопротивление жидкого проводника прямо пропорционально его длине ($R \propto L$).

6. Изменяя глубину погружения концов металлических проводников в солёную воду, определите зависимость сопротивления проводника от площади поперечного сечения.

При выполнении этого пункта эксперимента, изменяя глубину погружения концов проводников в солёную воду при неизменном расстоянии между ними, наблюдается следующее: при увеличении глубины погружения яркость свечения лампочки увеличивается. При уменьшении глубины погружения яркость, соответственно, уменьшается.

Увеличение яркости свечения лампочки указывает на увеличение силы тока в цепи. Исходя из закона Ома $I = \frac{\mathcal{E}}{R_{общ}}$, увеличение силы тока при постоянной ЭДС $\mathcal{E}$ возможно только при уменьшении общего сопротивления цепи $R_{общ}$. Поскольку сопротивление всех элементов, кроме солевого раствора, неизменно, можно заключить, что сопротивление раствора уменьшилось.

Глубина погружения проводников определяет эффективную площадь поперечного сечения $\text{S}$ жидкого проводника, через которую проходит электрический ток. Чем больше глубина погружения, тем больше эта площадь. Таким образом, эксперимент показывает, что с увеличением площади поперечного сечения $\text{S}$ сопротивление проводника $\text{R}$ уменьшается.

Вывод: Электрическое сопротивление проводника обратно пропорционально площади его поперечного сечения.

Ответ: При увеличении глубины погружения концов проводников, что соответствует увеличению площади поперечного сечения $\text{S}$, сопротивление жидкого проводника уменьшается (накал лампочки увеличивается). При уменьшении глубины погружения сопротивление увеличивается (накал лампочки уменьшается). Следовательно, сопротивление проводника обратно пропорционально площади его поперечного сечения ($R \propto \frac{1}{S}$).

7. Сделайте письменный отчёт о проведённом исследовании.

Отчет о выполнении Задания 10

Тема: Исследование зависимости электрического сопротивления проводника от его длины и площади поперечного сечения.

Цель работы: Убедиться в справедливости формулы $R = \rho \frac{L}{S}$, где $\text{R}$ – сопротивление, $\rho$ – удельное сопротивление вещества, $\text{L}$ – длина проводника, $\text{S}$ – площадь его поперечного сечения.

Ход исследования и результаты:

В ходе работы была собрана электрическая цепь, состоящая из источника тока, лампочки и проводников. В разрыв цепи был включен проводник из солёной воды. Яркость свечения лампочки служила индикатором силы тока в цепи и, следовательно, сопротивления исследуемого проводника.

1. Исследование зависимости сопротивления от длины ($\text{L}$): Расстояние между электродами, опущенными в раствор, изменялось. Было установлено, что при увеличении расстояния (длины проводника) яркость лампочки уменьшалась, что указывает на увеличение сопротивления. При уменьшении расстояния яркость возрастала, что говорит об уменьшении сопротивления. Это подтверждает прямую пропорциональную зависимость: $R \propto L$.

2. Исследование зависимости сопротивления от площади поперечного сечения ($\text{S}$): Глубина погружения электродов в раствор изменялась. Было установлено, что при увеличении глубины погружения (площади сечения) яркость лампочки увеличивалась, что указывает на уменьшение сопротивления. При уменьшении глубины яркость падала, что говорит об увеличении сопротивления. Это подтверждает обратную пропорциональную зависимость: $R \propto \frac{1}{S}$.

Общий вывод:

Проведенное качественное исследование показало, что электрическое сопротивление проводника (в данном случае, солевого раствора) прямо пропорционально его длине и обратно пропорционально площади его поперечного сечения. Эти экспериментальные результаты полностью согласуются с теоретической формулой $R = \rho \frac{L}{S}$. Таким образом, цель работы была достигнута.

Ответ: В ходе исследования было экспериментально установлено, что сопротивление жидкого проводника прямо пропорционально его длине и обратно пропорционально площади поперечного сечения, что подтверждает справедливость формулы $R = \rho \frac{L}{S}$.