Задание 22, страница 168 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

Возьмите две лампочки для карманного фонарика и подключите их к батарейке сначала параллельно, затем последовательно. Вместо проводов можете использовать алюминиевую фольгу. Вам потребуются и другие материалы, возможно, картон, пластилин. Расскажите о результатах вашей конструкторской работы. Сравните яркость горения лампочек при параллельном и последовательном соединении.

Результаты конструкторской работы

Для выполнения задания необходимо собрать две различные электрические цепи, используя доступные материалы: две лампочки для карманного фонарика, батарейку, алюминиевую фольгу в качестве проводников, картон в качестве основания и пластилин для фиксации компонентов.

1. Схема последовательного соединения:

Элементы цепи соединяются друг за другом, образуя единый контур. Полоска фольги соединяет положительный полюс батарейки с первым контактом первой лампочки. Вторая полоска фольги соединяет второй контакт первой лампочки с первым контактом второй лампочки. Третья полоска соединяет второй контакт второй лампочки с отрицательным полюсом батарейки. Компоненты можно закрепить на картоне с помощью пластилина, который также помогает обеспечить надежный контакт между фольгой и клеммами.

Наблюдение: При замыкании цепи обе лампочки загораются, но их свечение очень тусклое, заметно слабее, чем если бы была подключена всего одна лампочка.

2. Схема параллельного соединения:

Каждая лампочка подключается к источнику питания независимо от другой. Для этого от положительного полюса батарейки отводятся две отдельные полоски фольги, каждая к своей лампочке. Аналогично, вторые контакты обеих лампочек соединяются с отрицательным полюсом батарейки, также с помощью двух отдельных полосок фольги, сходящихся у полюса.

Наблюдение: В этой схеме обе лампочки горят очень ярко. Их яркость сравнима с яркостью одной лампочки, подключенной напрямую к той же батарейке.

Ответ: В результате сборки двух схем было экспериментально установлено, что при последовательном соединении две лампочки горят очень тускло, в то время как при параллельном соединении обе лампочки горят ярко.

Сравнение яркости горения лампочек при параллельном и последовательном соединении

Яркость свечения лампочки накаливания напрямую зависит от электрической мощности, которая на ней выделяется. Мощность $P$ связана с напряжением $U$, силой тока $I$ и сопротивлением $R$ соотношениями: $P = I \cdot U = I^2 \cdot R = \frac{U^2}{R}$. Для сравнения яркости проанализируем мощность, выделяемую на каждой лампочке в обоих случаях. Будем считать, что обе лампочки одинаковы (имеют одинаковое сопротивление $R$), а напряжение батарейки равно $U$.

При последовательном соединении:

Лампочки соединены в одну цепь, поэтому общее сопротивление цепи равно сумме их сопротивлений: $R_{посл} = R + R = 2R$.

Сила тока, протекающего через каждую лампочку, одинакова и по закону Ома для всей цепи равна: $I_{посл} = \frac{U}{R_{посл}} = \frac{U}{2R}$.

Напряжение на каждой лампочке: $U_{л} = I_{посл} \cdot R = \frac{U}{2R} \cdot R = \frac{U}{2}$. То есть напряжение источника делится поровну между двумя лампочками.

Мощность, выделяемая на каждой лампочке, и определяющая ее яркость: $P_{посл} = \frac{U_{л}^2}{R} = \frac{(U/2)^2}{R} = \frac{U^2}{4R}$.

При параллельном соединении:

При таком подключении напряжение на каждой лампочке равно напряжению источника питания: $U_{л} = U$.

Мощность, выделяемая на каждой лампочке: $P_{парал} = \frac{U_{л}^2}{R} = \frac{U^2}{R}$.

Сравнение:

Теперь мы можем сравнить мощности, выделяемые на одной лампочке в обоих случаях: $\frac{P_{парал}}{P_{посл}} = \frac{U^2/R}{U^2/(4R)} = 4$.

Таким образом, теоретический расчет показывает, что мощность каждой лампочки при параллельном соединении в 4 раза больше, чем при последовательном. Это полностью объясняет наблюдаемую разницу в яркости.

Ответ: Лампочки при параллельном соединении горят значительно ярче, чем при последовательном, потому что на каждой из них выделяется в четыре раза большая электрическая мощность. Это происходит из-за того, что при параллельном подключении к каждой лампочке приложено полное напряжение батарейки, а при последовательном — только половина.