Страница 135 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

1. Какой вывод можно сделать из опыта, показанного на рисунке 84?

1. Решение:

Поскольку само изображение с опытом отсутствует, будем исходить из того, что вопрос относится к стандартному школьному курсу физики, где под рисунком с таким номером часто демонстрируют опыт с сообщающимися сосудами.

На рисунке, как правило, изображены несколько сосудов разной формы, соединенных у основания общей трубкой. В сосуды налита однородная жидкость (например, подкрашенная вода).

В ходе опыта можно наблюдать, что независимо от формы и ширины сосудов, жидкость в них устанавливается на одном и том же горизонтальном уровне после того, как приходит в состояние покоя.

Это явление объясняется тем, что давление внутри покоящейся однородной жидкости на одной и той же глубине одинаково. Давление, создаваемое столбом жидкости, рассчитывается по формуле: $p = \rho \cdot g \cdot h$ где $\rho$ — плотность жидкости, $g$ — ускорение свободного падения, а $h$ — высота столба жидкости.

Если бы уровни жидкости в сосудах были разными, то давление на любом произвольном горизонтальном уровне в нижней части системы было бы различным. Это привело бы к перетеканию жидкости из сосуда с более высоким уровнем (и большим давлением) в сосуд с более низким уровнем (и меньшим давлением) до тех пор, пока давление не выровняется. Равновесие наступает именно тогда, когда высоты столбов жидкости во всех сосудах становятся одинаковыми.

Таким образом, опыт с сообщающимися сосудами наглядно демонстрирует один из основных принципов гидростатики.

Ответ: В сообщающихся сосудах любой формы поверхности однородной жидкости, находящейся в состоянии покоя, устанавливаются на одном уровне.

2. Что характеризует напряжение?

2. Электрическое напряжение (или разность потенциалов) — это скалярная физическая величина, которая характеризует работу, совершаемую электрическим полем при перемещении единичного положительного заряда из одной точки поля в другую на данном участке цепи.

Напряжение показывает, какая работа совершается электрическим полем при перемещении заряда величиной в 1 кулон ($q=1$ Кл) на этом участке. Оно является энергетической характеристикой электрического поля.

Формула для расчета напряжения: $U = \frac{A}{q}$, где U — электрическое напряжение, A — работа электрического поля по перемещению заряда, а q — величина перемещаемого заряда.

Единицей измерения напряжения в Международной системе единиц (СИ) является вольт (В). Напряжение на участке цепи равно 1 вольту, если при прохождении по этому участку заряда в 1 кулон электрическое поле совершает работу в 1 джоуль: $1 \text{ В} = \frac{1 \text{ Дж}}{1 \text{ Кл}}$.

Таким образом, напряжение характеризует способность электрического поля совершать работу по перемещению заряженных частиц, что, в свою очередь, и создает электрический ток. Чем выше напряжение на участке цепи, тем большую работу совершает поле при перемещении одного и того же заряда и, следовательно, тем интенсивнее движение заряженных частиц (при прочих равных условиях).

Ответ: напряжение характеризует работу, которую совершает электрическое поле при перемещении единичного положительного заряда по участку электрической цепи. Это физическая величина, равная отношению работы электрического поля к величине перемещаемого заряда.

3. Какова единица напряжения?

Единицей измерения электрического напряжения (а также разности потенциалов и электродвижущей силы) в Международной системе единиц (СИ) является вольт.

Международное обозначение: V. Русское обозначение: В.

Эта единица названа в честь итальянского физика и физиолога Алессандро Вольта, одного из основоположников учения об электричестве, создавшего первый химический источник тока («вольтов столб»).

Напряжение — это скалярная физическая величина, равная отношению работы, совершаемой электрическим полем при переносе пробного заряда из одной точки в другую, к величине этого заряда.

По определению, напряжение между двумя точками равно 1 вольту, если для перемещения электрического заряда величиной 1 кулон между этими точками электрическое поле совершает работу в 1 джоуль. Это определение выражается формулой:

$U = \frac{A}{q}$

В этой формуле:

U — напряжение в вольтах (В);

A — работа электрического поля в джоулях (Дж);

q — электрический заряд в кулонах (Кл).

Таким образом, 1 вольт эквивалентен 1 джоулю на кулон:

$1 \text{ В} = \frac{1 \text{ Дж}}{1 \text{ Кл}}$

Вольт также можно выразить через основные единицы СИ. Учитывая, что джоуль ($ \text{Дж} = \text{кг} \cdot \text{м}^2 \cdot \text{с}^{-2} $) и кулон ($ \text{Кл} = \text{А} \cdot \text{с} $), получаем выражение для вольта:

$1 \text{ В} = \frac{\text{кг} \cdot \text{м}^2 \cdot \text{с}^{-2}}{\text{А} \cdot \text{с}} = \text{кг} \cdot \text{м}^2 \cdot \text{с}^{-3} \cdot \text{А}^{-1}$

На практике часто используются кратные и дольные единицы:

- микровольт (мкВ): $1 \text{ мкВ} = 10^{-6} \text{ В}$

- милливольт (мВ): $1 \text{ мВ} = 10^{-3} \text{ В}$

- киловольт (кВ): $1 \text{ кВ} = 10^{3} \text{ В}$

- мегавольт (МВ): $1 \text{ МВ} = 10^{6} \text{ В}$

Ответ: Единицей напряжения является вольт (В).

4. Каким прибором измеряют напряжение?

4. Каким прибором измеряют напряжение?

Решение

Для измерения электрического напряжения, или разности потенциалов, между двумя точками электрической цепи используется прибор, называемый вольтметром. Единицей измерения напряжения в системе СИ является Вольт (В).

При работе с вольтметром необходимо соблюдать несколько ключевых правил:

1. Подключение: Вольтметр подключается параллельно тому участку цепи или тому элементу (например, резистору, лампочке), на котором требуется измерить напряжение. Это означает, что его клеммы присоединяются к двум точкам, между которыми измеряется разность потенциалов.

2. Внутреннее сопротивление: Вольтметр должен обладать очень большим внутренним сопротивлением. В идеальном вольтметре оно считается бесконечным ($R_V \rightarrow \infty$). Такое высокое сопротивление необходимо для того, чтобы ток, протекающий через сам прибор, был пренебрежимо мал. Это гарантирует, что подключение вольтметра не окажет существенного влияния на режим работы электрической цепи и не исказит измеряемое значение напряжения.

3. Обозначение: На электрических схемах вольтметр принято обозначать в виде круга с латинской буквой V внутри.

В современной практике для измерения напряжения часто используют мультиметры — универсальные приборы, которые могут работать в режиме вольтметра, а также измерять силу тока (как амперметр) и сопротивление (как омметр).

Ответ: напряжение измеряют прибором, который называется вольтметр.

5. Как включают вольтметр в цепь?

4. Каким прибором измеряют напряжение?

Электрическое напряжение (или разность потенциалов) измеряют с помощью специального прибора, который называется вольтметр. Также для этой цели можно использовать универсальный измерительный прибор — мультиметр, установив его в режим измерения напряжения (V).

Ответ: Напряжение измеряют вольтметром или мультиметром в режиме вольтметра.

5. Как включают вольтметр в цепь?

Вольтметр всегда подключается параллельно тому участку электрической цепи, на котором необходимо измерить напряжение. Это означает, что его клеммы присоединяются к двум точкам, между которыми измеряется разность потенциалов (например, к выводам резистора, лампочки или источника питания).

Ответ: Вольтметр включают в цепь параллельно измеряемому участку.

6. Как включить вольтметр для измерения напряжения

Для правильного подключения вольтметра и проведения измерений необходимо следовать определенным правилам. Во-первых, вольтметр подключается параллельно элементу цепи, напряжение на котором измеряется. Во-вторых, при измерении в цепи постоянного тока необходимо соблюдать полярность: клемму вольтметра со знаком «+» (обычно красного цвета) подключают к точке цепи с более высоким потенциалом (ближе к «+» источника тока), а клемму со знаком «–» (черного цвета) — к точке с более низким потенциалом. При измерении переменного напряжения полярность не имеет значения. В-третьих, необходимо правильно выбрать предел измерения на приборе. Он должен быть больше, чем предполагаемое измеряемое напряжение, чтобы не повредить вольтметр. Если величина напряжения неизвестна, измерения следует начинать с установки наибольшего возможного предела.

Ответ: Вольтметр нужно подключить параллельно участку цепи, соблюдая полярность (для постоянного тока) и предварительно выбрав подходящий предел измерения.

6. Как включить вольтметр для измерения напряжения на полюсах источника тока?

6. Как включить вольтметр для измерения напряжения на полюсах источника тока?

Решение

Вольтметр – это измерительный прибор, предназначенный для определения разности потенциалов (электрического напряжения) между двумя точками электрической цепи. Чтобы измерить напряжение на полюсах источника тока, необходимо следовать основному правилу подключения вольтметра.

1. Параллельное подключение. Вольтметр всегда подключается параллельно тому участку цепи, на котором измеряется напряжение. В данном случае, чтобы измерить напряжение на полюсах источника, вольтметр нужно подключить непосредственно к этим полюсам. Это означает, что клеммы вольтметра присоединяются к клеммам источника тока.

2. Соблюдение полярности. Очень важно правильно соблюдать полярность подключения. Положительную клемму вольтметра (обычно обозначена знаком «+» или окрашена в красный цвет) следует подключать к положительному полюсу источника тока. Соответственно, отрицательную клемму вольтметра (знак «−» или черный цвет) необходимо подключить к отрицательному полюсу источника. Если перепутать полярность, цифровой вольтметр покажет отрицательное значение, а стрелка аналогового вольтметра отклонится в противоположную сторону, что может привести к его поломке.

3. Высокое внутреннее сопротивление. Вольтметр обладает очень большим внутренним сопротивлением. Благодаря этому при его параллельном подключении через сам прибор протекает ничтожно малый ток. Это гарантирует, что подключение вольтметра практически не влияет на параметры электрической цепи (общее сопротивление, ток, напряжение), и измерение получается точным.

Таким образом, для измерения напряжения на полюсах источника тока его не нужно включать в разрыв цепи (как амперметр). Вольтметр подключается параллельно источнику, фактически создавая с ним дополнительную ветвь.

Ответ: Вольтметр для измерения напряжения на полюсах источника тока необходимо подключить параллельно источнику, соблюдая полярность: положительную клемму вольтметра – к положительному полюсу источника, а отрицательную клемму – к отрицательному полюсу.

УПРАЖНЕНИЕ 29

1. При прохождении одинакового электрического заряда в одном проводнике совершается работа 80 Дж, а в другом — 300 Дж. На каком проводнике напряжение больше? Во сколько раз?

1. Дано:

Работа в первом проводнике, $A_1 = 80$ Дж

Работа во втором проводнике, $A_2 = 300$ Дж

Электрический заряд, $q_1 = q_2 = q$

Найти:

На каком проводнике напряжение больше?

Во сколько раз напряжение больше, $\frac{U_2}{U_1}$?

Решение:

Электрическое напряжение ($U$) на участке цепи определяется как отношение работы электрического поля ($A$), совершаемой при перемещении заряда, к величине этого заряда ($q$). Формула для напряжения:

$U = \frac{A}{q}$

Запишем эту формулу для каждого из двух проводников:

Напряжение на первом проводнике: $U_1 = \frac{A_1}{q_1}$

Напряжение на втором проводнике: $U_2 = \frac{A_2}{q_2}$

По условию задачи, через оба проводника проходит одинаковый электрический заряд, то есть $q_1 = q_2 = q$.

Следовательно, формулы для напряжений можно переписать как:

$U_1 = \frac{A_1}{q}$

$U_2 = \frac{A_2}{q}$

Из этих формул видно, что при одинаковом заряде ($q$) напряжение ($U$) прямо пропорционально совершенной работе ($A$). Поскольку работа во втором проводнике ($A_2 = 300$ Дж) больше, чем в первом ($A_1 = 80$ Дж), то и напряжение на втором проводнике будет больше, чем на первом ($U_2 > U_1$).

Чтобы определить, во сколько раз напряжение на втором проводнике больше, найдем отношение $\frac{U_2}{U_1}$:

$\frac{U_2}{U_1} = \frac{A_2/q}{A_1/q} = \frac{A_2}{A_1}$

Подставим числовые значения:

$\frac{U_2}{U_1} = \frac{300 \text{ Дж}}{80 \text{ Дж}} = \frac{30}{8} = 3,75$

Таким образом, напряжение на втором проводнике в 3,75 раза больше, чем на первом.

Ответ: Напряжение больше на втором проводнике; в 3,75 раза.

2. Напряжение на лампочке карманного фонарика $3,5$ В. Что это означает?

Электрическое напряжение — это физическая величина, которая показывает, какую работу совершает электрическое поле при перемещении единичного положительного заряда по участку цепи. Напряжение обозначается буквой $U$ и измеряется в вольтах (В).

Связь между напряжением ($U$), работой электрического поля ($A$) и электрическим зарядом ($q$) выражается формулой: $U = \frac{A}{q}$

Из этой формулы следует, что $1 \text{ В}$ — это напряжение, при котором для перемещения заряда в $1 \text{ Кл}$ (кулон) совершается работа в $1 \text{ Дж}$ (джоуль). $1 \text{ В} = \frac{1 \text{ Дж}}{1 \text{ Кл}}$

Таким образом, утверждение, что напряжение на лампочке карманного фонарика составляет 3,5 В, означает, что при прохождении через нить накала этой лампочки электрического заряда величиной в 1 Кл, электрическое поле совершает работу 3,5 Дж. Эта работа преобразуется в другие виды энергии: в световую (лампочка светится) и тепловую (лампочка нагревается).

Ответ: Это означает, что при прохождении через лампочку электрического заряда в 1 кулон совершается работа 3,5 джоуля.

3. Каково напряжение на автомобильной лампочке, если при прохождении через неё электрического заряда 100 Кл совершена работа 1,2 кДж?

3. Дано:

Электрический заряд, $q = 100 \text{ Кл}$

Работа, $A = 1,2 \text{ кДж}$

Переведем единицы в систему СИ:

$A = 1,2 \text{ кДж} = 1,2 \cdot 1000 \text{ Дж} = 1200 \text{ Дж}$

Найти:

Напряжение, $U$

Решение:

Электрическое напряжение ($U$) — это физическая величина, которая показывает, какую работу ($A$) совершает электрическое поле при перемещении единичного положительного заряда ($q$) на данном участке цепи.

Связь между этими тремя величинами выражается следующей формулой:

$U = \frac{A}{q}$

Для того чтобы найти напряжение на автомобильной лампочке, подставим в эту формулу данные из условия задачи. Все величины должны быть выражены в основных единицах системы СИ (Работа в Джоулях, Заряд в Кулонах).

$U = \frac{1200 \text{ Дж}}{100 \text{ Кл}} = 12 \text{ В}$

Ответ: напряжение на автомобильной лампочке составляет 12 В.

4. Электрическая лампа от карманного фонаря и электрическая лампа, применяемая в осветительной сети, рассчитаны на потребление силы тока около $0,28 \text{ А}$. Однако вторая лампа излучает значительно больше света и тепла, чем первая. Почему?

Дано:

Сила тока в лампе от карманного фонаря: $I_1 = 0.28 \text{ А}$

Сила тока в лампе от осветительной сети: $I_2 = 0.28 \text{ А}$

Напряжение источника питания карманного фонаря (батарейки): $U_1 \approx 4.5 \text{ В}$ (типовое значение)

Напряжение в осветительной сети: $U_2 = 220 \text{ В}$ (стандартное значение)

Найти:

Объяснить, почему лампа от осветительной сети излучает значительно больше света и тепла.

Решение:

Количество света и тепла, выделяемое лампой, определяется ее мощностью. Мощность электрического тока $P$ вычисляется по формуле:

$P = U \cdot I$

где $U$ — напряжение на потребителе, а $I$ — сила тока.

Хотя по условию задачи сила тока в обеих лампах одинакова, они рассчитаны на работу при совершенно разном напряжении.

1. Лампа от карманного фонаря работает от батареек, напряжение которых обычно составляет несколько вольт (например, 3 В, 4.5 В). Вычислим ее мощность для напряжения $U_1 = 4.5 \text{ В}$:

$P_1 = U_1 \cdot I_1 = 4.5 \text{ В} \cdot 0.28 \text{ А} = 1.26 \text{ Вт}$

2. Лампа, предназначенная для осветительной сети, подключается к бытовой розетке, стандартное напряжение в которой составляет $U_2 = 220 \text{ В}$. Вычислим ее мощность:

$P_2 = U_2 \cdot I_2 = 220 \text{ В} \cdot 0.28 \text{ А} = 61.6 \text{ Вт}$

Сравнивая мощности двух ламп, видим, что мощность лампы для осветительной сети ($P_2$) значительно больше мощности лампы для карманного фонаря ($P_1$). Именно эта разница в потребляемой мощности и приводит к тому, что вторая лампа излучает гораздо больше энергии в виде света и тепла.

Ответ: Лампы рассчитаны на разное напряжение. Лампа от карманного фонаря работает при низком напряжении (несколько вольт), а лампа для осветительной сети — при высоком напряжении (220 В). Поскольку мощность тока прямо пропорциональна напряжению ($P = U \cdot I$), при одинаковой силе тока мощность лампы, включенной в сеть, во много раз больше. Следовательно, она выделяет значительно больше света и тепла.

5. На одном участке цепи при перемещении по нему электрического заряда 100 Кл была совершена такая же работа, как при перемещении заряда 600 Кл на другом участке. На концах какого участка цепи напряжение больше и во сколько раз?

Дано:

Заряд, перемещенный на первом участке цепи, $q_1 = 100$ Кл

Заряд, перемещенный на втором участке цепи, $q_2 = 600$ Кл

Работа, совершенная на первом участке, равна работе на втором, $A_1 = A_2$

Найти:

На каком участке напряжение больше и во сколько раз?

Решение:

Работа электрического поля по перемещению заряда на участке цепи вычисляется по формуле:

$A = U \cdot q$

где $A$ — работа электрического поля, $U$ — напряжение на концах участка, а $q$ — величина перемещенного электрического заряда.

Запишем выражения для работы на первом и втором участках цепи, обозначив напряжения на них как $U_1$ и $U_2$ соответственно:

Работа на первом участке: $A_1 = U_1 \cdot q_1$

Работа на втором участке: $A_2 = U_2 \cdot q_2$

По условию задачи, совершенные работы равны:

$A_1 = A_2$

Следовательно, мы можем приравнять правые части выражений для работы:

$U_1 \cdot q_1 = U_2 \cdot q_2$

Чтобы сравнить напряжения, выразим их отношение $\frac{U_1}{U_2}$ из этого равенства:

$\frac{U_1}{U_2} = \frac{q_2}{q_1}$

Подставим в полученную формулу числовые значения зарядов из условия:

$\frac{U_1}{U_2} = \frac{600 \text{ Кл}}{100 \text{ Кл}} = 6$

Полученное соотношение $U_1 = 6 \cdot U_2$ показывает, что напряжение на первом участке ($U_1$) в 6 раз больше, чем напряжение на втором участке ($U_2$). Первый участок — это тот, по которому был перемещен заряд 100 Кл.

Ответ: Напряжение больше на первом участке цепи (по которому перемещался заряд 100 Кл) в 6 раз.