Страница 146 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

1. Какой вывод можно сделать из опыта, показанного на рисунке 94?

1. Решение

На рисунке 94, как правило, изображают опыт, демонстрирующий закон Паскаля. Экспериментальная установка (шар Паскаля) состоит из полого шара, имеющего множество маленьких отверстий по всей его поверхности, и соединенного с ним цилиндра с поршнем. Система заполняется однородной жидкостью (например, водой) или газом.

В ходе опыта на поршень оказывают давление, заставляя его двигаться внутрь. Это создает избыточное давление на поверхность жидкости или газа под поршнем.

В результате мы наблюдаем, что из всех отверстий в шаре начинают вырываться струи жидкости или газа. Важнейшим моментом является то, что все струи имеют одинаковую длину и напор. Это указывает на то, что давление, созданное поршнем, распространилось по всему объему и действует с одинаковой силой на внутреннюю поверхность шара во всех направлениях.

Таким образом, опыт наглядно демонстрирует основной принцип гидростатики, сформулированный Блезом Паскалем.

Ответ: Давление, производимое на жидкость или газ в замкнутом объеме, передается в любую точку этого объема одинаково по всем направлениям (закон Паскаля).

2. Что характеризует напряжение?

2. Электрическое напряжение (или разность потенциалов) — это физическая величина, которая является энергетической характеристикой электрического поля. Она характеризует работу, которую совершает электрическое поле при перемещении единичного положительного заряда по определенному участку цепи.

Напряжение $U$ определяется как отношение работы $A$ электрического поля к величине перемещаемого заряда $q$: $U = \frac{A}{q}$

Из этой формулы видно, что чем больше напряжение на концах проводника, тем большую работу совершит поле, перемещая по нему заряд. Это, в свою очередь, означает, что поле действует на заряды с большей "силой", заставляя их двигаться, то есть создавая электрический ток. Простой аналогией может служить давление воды в трубе: чем выше давление (напряжение), тем сильнее поток воды (ток).

Единицей измерения напряжения в Международной системе единиц (СИ) является Вольт (В). Напряжение на участке цепи равно 1 В, если при прохождении по этому участку заряда в 1 Кулон (Кл) электрическое поле совершает работу в 1 Джоуль (Дж).

Ответ: напряжение характеризует работу электрического поля по перемещению единичного положительного заряда на участке электрической цепи.

3. Какова единица напряжения?

3. Единицей измерения электрического напряжения в Международной системе единиц (СИ) является вольт. Эта единица названа в честь итальянского физика Алессандро Вольта.

Обозначение: международное — V, русское — В.

Электрическое напряжение ($U$) между двумя точками определяется как работа ($A$), которую совершает электрическое поле при переносе единичного положительного заряда ($q$) из одной точки в другую. Формула для определения напряжения: $U = \frac{A}{q}$

Из этой формулы следует определение вольта: 1 вольт — это такое электрическое напряжение, при котором перенос заряда величиной 1 кулон (Кл) требует совершения работы в 1 джоуль (Дж). $1 \text{ В} = \frac{1 \text{ Дж}}{1 \text{ Кл}}$

Также вольт можно выразить через основные единицы СИ (килограмм, метр, секунда, ампер): $1 \text{ В} = \frac{\text{кг} \cdot \text{м}^2}{\text{с}^3 \cdot \text{А}}$

Ответ:Вольт (В).

4. Каким прибором измеряют напряжение?

4. Для измерения электрического напряжения, также известного как разность потенциалов, используется измерительный прибор, который называется вольтметр. На принципиальных электрических схемах вольтметр принято обозначать кружком с вписанной в него латинской буквой V.

Правило подключения вольтметра в цепь заключается в том, что его необходимо подключать параллельно тому элементу или участку цепи, на котором измеряется напряжение. Это означает, что щупы (клеммы) вольтметра присоединяются к двум точкам, между которыми необходимо определить разность потенциалов.

Одной из важнейших характеристик вольтметра является его очень высокое внутреннее сопротивление. В идеальном вольтметре оно стремится к бесконечности. Такое высокое сопротивление необходимо для того, чтобы при подключении к цепи через вольтметр протекал пренебрежимо малый ток. Это позволяет минимизировать влияние самого измерительного прибора на режим работы цепи и, следовательно, получить максимально точное значение напряжения.

Стоит отметить, что в современной практике для измерения напряжения часто применяют многофункциональные устройства — мультиметры, которые могут работать в режиме вольтметра, а также измерять силу тока (в режиме амперметра), сопротивление (в режиме омметра) и другие электрические параметры.

Ответ: Напряжение измеряют вольтметром.

5. Как включают вольтметр в цепь?

4. Каким прибором измеряют напряжение?

Электрическое напряжение, также известное как разность потенциалов, измеряют с помощью прибора, который называется вольтметр. Этот прибор получил свое название от единицы измерения напряжения — вольта (В), которая, в свою очередь, названа в честь итальянского ученого Алессандро Вольта.

Ответ: напряжение измеряют вольтметром.

5. Как включают вольтметр в цепь?

Вольтметр подключается в электрическую цепь параллельно тому элементу или участку цепи, на котором необходимо измерить напряжение. Это означает, что зажимы (клеммы) вольтметра присоединяются к двум точкам, между которыми измеряется разность потенциалов. Такое подключение обусловлено очень большим внутренним сопротивлением вольтметра, благодаря которому через сам прибор протекает пренебрежимо малый ток, и он не оказывает существенного влияния на параметры цепи.

Ответ: вольтметр включают в цепь параллельно тому участку, на котором измеряют напряжение.

6. Как включить вольтметр для измерения напряжения?

Чтобы включить вольтметр для измерения напряжения, необходимо следовать двум ключевым правилам:
1. Параллельное подключение: вольтметр подключается параллельно компоненту цепи (например, резистору, лампочке, источнику питания), напряжение на котором измеряется. То есть, щупы вольтметра должны касаться выводов этого компонента.
2. Соблюдение полярности (для цепей постоянного тока): клемму вольтметра со знаком «+» (обычно красного цвета) следует подключать к точке цепи с более высоким потенциалом (ближе к положительному полюсу источника тока). Клемму со знаком «–» (обычно черного цвета) подключают к точке с более низким потенциалом (ближе к отрицательному полюсу источника). При неправильном подключении полярности стрелка аналогового вольтметра отклонится в обратную сторону, а цифровой вольтметр покажет значение со знаком минус.

Ответ: вольтметр необходимо включить параллельно измеряемому участку цепи, соблюдая полярность: положительную клемму вольтметра к точке с более высоким потенциалом, а отрицательную — к точке с более низким потенциалом.

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

6. Для того чтобы измерить напряжение на полюсах источника тока, вольтметр необходимо подключить параллельно этому источнику. Это означает, что клеммы вольтметра напрямую присоединяются к клеммам (полюсам) источника.

При подключении важно соблюдать полярность. Положительная клемма вольтметра, которая обычно обозначена знаком «+» или имеет красный цвет, подключается к положительному полюсу источника тока. Отрицательная клемма вольтметра, обозначенная знаком «–» или черным цветом, подключается к отрицательному полюсу источника.

Такой способ подключения объясняется тем, что вольтметр — это прибор с очень большим внутренним сопротивлением. Когда он подключен параллельно, через него проходит лишь незначительный ток, который не оказывает существенного влияния на общие параметры электрической цепи. Это позволяет точно измерить разность потенциалов (напряжение) между точками подключения. Включение вольтметра последовательно в цепь является грубой ошибкой, так как его высокое сопротивление практически полностью прервет ток.

Ответ: Вольтметр следует подключить параллельно полюсам источника тока, соблюдая полярность: «плюс» вольтметра к «плюсу» источника, а «минус» вольтметра к «минусу» источника.

1. Электрическая лампочка от карманного фонарика и электрическая лампа, применяемая в осветительной сети, рассчитаны на потребление силы тока около 0,28 А. Однако вторая лампа излучает значительно больше света и тепла, чем первая. Почему?

1. Для решения этой задачи необходимо рассмотреть понятие электрической мощности. Количество света и тепла, выделяемое электрической лампой, прямо пропорционально ее мощности.

Дано:
Сила тока лампочки от карманного фонарика, $I_1 = 0.28$ А.
Сила тока лампы от осветительной сети, $I_2 = 0.28$ А.
Напряжение в осветительной сети (стандартное значение), $U_2 = 220$ В.
Напряжение в карманном фонарике (типичное значение для 3 батареек), $U_1 \approx 4.5$ В.

Найти:
Почему лампа, применяемая в осветительной сети, излучает значительно больше света и тепла, чем лампочка от карманного фонарика.

Решение:
Мощность электрического тока $P$ определяется по формуле: $$P = U \cdot I$$ где $U$ — напряжение, а $I$ — сила тока.

Несмотря на то, что сила тока в обеих лампах одинакова, они рассчитаны на совершенно разное напряжение. Лампочка от карманного фонарика работает от нескольких батареек, общее напряжение которых обычно не превышает нескольких вольт. Например, три последовательно соединенные батарейки по 1,5 В дают напряжение $U_1 = 4.5$ В. Лампа же для осветительной сети работает от бытовой электросети с напряжением $U_2 = 220$ В.

Рассчитаем мощность для каждой лампы:

1. Мощность лампочки от карманного фонарика:
$P_1 = U_1 \cdot I_1 \approx 4.5 \text{ В} \cdot 0.28 \text{ А} = 1.26 \text{ Вт}$

2. Мощность лампы от осветительной сети:
$P_2 = U_2 \cdot I_2 = 220 \text{ В} \cdot 0.28 \text{ А} = 61.6 \text{ Вт}$

Сравнивая полученные значения, видим, что мощность лампы от сети ($P_2$) почти в 50 раз больше мощности лампочки от фонарика ($P_1$). Поскольку мощность — это скорость преобразования энергии, лампа с большей мощностью преобразует больше электрической энергии в световую и тепловую в единицу времени. Именно поэтому она светит значительно ярче и выделяет больше тепла.

Ответ:
Лампа, применяемая в осветительной сети, излучает значительно больше света и тепла, потому что она рассчитана на гораздо большее напряжение (220 В) по сравнению с лампочкой от фонарика (около 4.5 В). При одинаковой силе тока это приводит к значительно большей потребляемой мощности ($P = U \cdot I$), которая и определяет количество выделяемого света и тепла.

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

Электрическое напряжение (обозначается буквой $U$) — это физическая величина, которая показывает, какую работу совершает электрическое поле при перемещении единичного положительного заряда по данному участку цепи. Напряжение определяется по формуле: $U = \frac{A}{q}$, где $A$ — это работа электрического поля, измеряемая в Джоулях (Дж), а $q$ — это величина электрического заряда, измеряемая в Кулонах (Кл).

Единицей измерения напряжения в системе СИ является Вольт (В). Напряжение на участке цепи равно 1 В, если при прохождении по этому участку заряда в 1 Кл электрическое поле совершает работу в 1 Дж. То есть, $1 \text{ В} = 1 \frac{\text{Дж}}{\text{Кл}}$.

Исходя из этого определения, утверждение, что напряжение на лампочке карманного фонарика составляет 3,5 В, означает следующее: когда через нить накала лампочки проходит электрический заряд величиной в 1 Кулон, электрический ток совершает работу, равную 3,5 Джоулям. Эта работа преобразуется в другие виды энергии — в основном в тепловую и световую, что и заставляет лампочку светиться.

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

3. 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?

Дано:

Работа электрического тока в первом проводнике $A_1 = 80 \text{ Дж}$

Работа электрического тока во втором проводнике $A_2 = 300 \text{ Дж}$

Электрический заряд, прошедший через проводники, одинаков: $q_1 = q_2 = q$

Все данные представлены в системе СИ.

Найти:

1. На каком проводнике напряжение больше?

2. Во сколько раз?

Решение:

Работа электрического тока $A$ на участке цепи связана с напряжением $U$ на этом участке и прошедшим через него зарядом $q$ соотношением:

$A = U \cdot q$

Из этой формулы выразим напряжение:

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

На каком проводнике напряжение больше?

Для первого и второго проводников можем записать:

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

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

Так как по условию заряд $q$ одинаков, напряжение $U$ прямо пропорционально работе $A$. Сравним значения работы:

$A_2 = 300 \text{ Дж}$, а $A_1 = 80 \text{ Дж}$.

Поскольку $300 > 80$, то $A_2 > A_1$.

Следовательно, напряжение на втором проводнике больше, чем на первом: $U_2 > U_1$.

Ответ: напряжение больше на том проводнике, где совершается работа 300 Дж.

Во сколько раз?

Чтобы определить, во сколько раз напряжение на втором проводнике больше, чем на первом, 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 работ:

$\frac{U_2}{U_1} = \frac{300 \text{ Дж}}{80 \text{ Дж}} = \frac{30}{8} = 3.75$

Ответ: в 3,75 раза.

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

Дано:

Электрический заряд, $q = 100 \text{ Кл}$
Работа электрического поля, $A = 1,2 \text{ кДж}$

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

Найти:

Напряжение, $U$ - ?

Решение:

Электрическое напряжение ($U$) — это физическая величина, равная отношению работы ($A$), совершённой электрическим полем при переносе пробного электрического заряда, к величине этого заряда ($q$).

Формула для расчёта напряжения: $$ U = \frac{A}{q} $$

Перед вычислением необходимо перевести значение работы в систему СИ, то есть из килоджоулей (кДж) в джоули (Дж).

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

Теперь подставим числовые значения в формулу и выполним расчёт: $$ U = \frac{1200 \text{ Дж}}{100 \text{ Кл}} = 12 \text{ В} $$

Таким образом, напряжение на автомобильной лампочке составляет 12 Вольт.

Ответ: напряжение на автомобильной лампочке составляет $12 \text{ В}$.

5. На одном участке электрической 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 на первом участке равна работе на втором участке: $A_1 = A_2$

Найти:

На каком участке цепи напряжение больше и во сколько раз, то есть найти отношение напряжений $\frac{U_1}{U_2}$ или $\frac{U_2}{U_1}$.

Решение:

Работа электрического тока на участке цепи определяется как произведение напряжения (разности потенциалов) на концах этого участка на величину заряда, прошедшего по нему. Формула для работы выглядит следующим образом:

$A = U \cdot q$

где $A$ — работа, $U$ — напряжение, $q$ — электрический заряд.

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

Для первого участка: $A_1 = U_1 \cdot q_1$

Для второго участка: $A_2 = U_2 \cdot q_2$

Согласно условию задачи, работа на обоих участках одинакова: $A_1 = A_2$.

Это позволяет нам приравнять выражения для работы:

$U_1 \cdot q_1 = U_2 \cdot q_2$

Чтобы найти, во сколько раз одно напряжение больше другого, выразим их отношение. Разделим обе части уравнения на $U_2$ и на $q_1$:

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

Подставим в полученное выражение числовые значения зарядов:

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

Так как отношение $\frac{U_1}{U_2}$ равно 6 (числу, которое больше единицы), это означает, что напряжение на первом участке $U_1$ больше напряжения на втором участке $U_2$. Конкретно, напряжение на первом участке больше в 6 раз.

Ответ: напряжение больше на первом участке цепи (по которому был перемещен заряд 100 Кл) в 6 раз.