Завдання для самооцінювання до розділу 3

Зміст

ГРУПА РЕЗУЛЬТАТІВ 1. ПРОВОДИМО ДОСЛІДЖЕННЯ ПРИРОДИ

1. (2 бали) На рис. 1 зображено дві пари кульок, підвішених на шовкових нитках. Визначте знак заряду кульки 2; кульки 3.

Відомо, що однойменні заряди відштовхуються. Кулька 1 має «плюс» і відштовхує кульку 2, тому друга кулька теж позитивна (+). Кулька 4 («мінус») притягує кульку 3, отже, кулька 3 заряджена позитивно (+).

2. (2 бали) Які твердження є хибними?

Неправильними є твердження (а) та (в). При підключенні вольтметра обов’язково слідкують за полярністю («+» до «+», «–» до «–»). А для отримання позитивного заряду скляну паличку труть об шкіру або шовк.

3. (3 бали) Які прилади й пристрої знадобляться для того, щоб експериментально перевірити закон Ома для ділянки кола?

Для досліду потрібні: а) реостат, б) ключ, г) амперметр, д) вольтметр, е) з’єднувальні дроти та ж) джерело струму.

4. (5 балів) За рис. 2 визначте: 1) ціну поділки шкали амперметра; 2) межі вимірювання вольтметра; 3) силу струму в резисторі; 4) напругу на резисторі; 5) опір резистора.

1. Ціна поділки амперметра — 0,1 А.
2. Діапазон вимірювання вольтметра — 0–4 В.
3. Струм у колі — 0,5 А.
4. Напруга на приладі — 1,4 В.
5. Опір складає 2,8 Ом.

ГРУПА РЕЗУЛЬТАТІВ 2. ЗДІЙСНЮЄМО ПОШУК ТА ОПРАЦЬОВУЄМО ІНФОРМАЦІЮ

5. (2 бали) На цоколі електричної лампи зазначено: «4,4 В; 0,22 А». Яким є опір нитки розжарення лампи під час світіння?

Дано: $U = 4,4$ В, $I = 0,22$ А.
Знайти: $R$.

Розв’язання: За законом Ома: $R = U / I = 4,4 / 0,22 = 20$ Ом.
Відповідь: 20 Ом (варіант г).

6. (2 бали) На рис. 3 наведено вольт-амперні характеристики двох пристроїв. Чи має нагрівальний елемент бойлера більший опір?

Ні. З графіка видно, що при тій самій напрузі струм у бойлері вищий, ніж у прасці. Оскільки $R = U/I$, більша сила струму означає менший опір.

7. (3 бали) На рис. 4 подано вольт-амперні характеристики двох провідників. Визначте суму опорів цих провідників.

Обчислимо опір для кожного випадку:
$R_1 = 4 \text{ В} / 1 \text{ А} = 4 \text{ Ом}$.
$R_2 = 10 \text{ В} / 0,9 \text{ А} = 11,1 \text{ Ом}$.
Сума: $4 + 11,1 = 15,1 \text{ Ом}$ (близько до варіанта «Г»).

8. (5 балів) Назвіть елементи електричного кола, позначені на рис. 5 цифрами. Як і чому змінилась яскравість світіння лампочки після того, як повзунок реостата пересунули праворуч?

Елементи: 1 — батарея, 2 — ключ, 3 — амперметр, 4 — лампа, 5 — реостат, 6 — вольтметр.
Світло лампи стало тьмянішим. Рух повзунка праворуч збільшив довжину активної частини обмотки, що підвищило опір реостата. Це зменшило силу струму в колі.

ГРУПА РЕЗУЛЬТАТІВ 3. УСВІДОМЛЮЄМО ЗАКОНОМІРНОСТІ ПРИРОДИ

9. (2 бали) Якою є напруженість у деякій точці електричного поля, якщо на заряд 5 нКл це електричне поле діє із силою 2 мкН?

Напруженість $E = F / q$.
$E = (2 \cdot 10^{-6}) / (5 \cdot 10^{-9}) = 400$ Н/Кл.
Відповідь: 400 Н/Кл (варіант в).

10. (2 бали) Яким є опір ніхромового дроту завдовжки 20 см і з площею поперечного перерізу 2 мм²?

Використаємо формулу $R = \rho \cdot l / S$.
$R = 1,1 \cdot 0,2 / 2 = 0,11$ Ом.
Відповідь: 0,11 Ом (варіант а).

11. Установіть відповідність між дією з дротом (1–3) і зміною його опору (А–Г).

1 — Б. При згинанні навпіл довжина меншає вдвічі, а переріз зростає вдвічі → опір падає в 4 рази.
2 — В. Опір — властивість провідника, він не залежить від наявності струму.
3 — Г. Зменшення площі перерізу вдвічі збільшує опір у 2 рази.

12. Поясніть, як і чому за допомогою негативно зарядженої ебонітової палички незаряджений електроскоп набув позитивного заряду (рис. 6).

Це результат електростатичної індукції та заземлення. Негативна паличка відштовхує вільні електрони в нижню частину електроскопа. При торканні рукою (заземленні) ці електрони стікають у землю. Після того як прибирають руку і паличку, на електроскопі залишається надлишковий позитивний заряд.

13. Протягом 10 с через ділянку кола пройшов електричний заряд 15 Кл, при цьому електричне поле на ділянці виконало роботу 315 Дж. Визначте: 1) напругу на ділянці; 2) силу струму в ділянці; 3) опір ділянки.

1. Напруга: $U = A / q = 315 / 15 = 21$ В.
2. Сила струму: $I = q / t = 15 / 10 = 1,5$ А.
3. Опір: $R = U / I = 21 / 1,5 = 14$ Ом.

З’єднання споживачів струму. Робота і потужність струму

ГРУПА РЕЗУЛЬТАТІВ 1. ПРОВОДИМО ДОСЛІДЖЕННЯ ПРИРОДИ

1. Які одержані твердження є хибними? Дія автоматичних запобіжників ґрунтується на…

Хибні варіанти: «а» і «г». Автоматичні запобіжники використовують теплове розширення (біметалева пластина), а не плавлення металу (як у плавких запобіжниках) чи електростатику.

2. Ви намагаєтеся виміряти ККД електричного нагрівника. Які прилади вам НЕ знадобляться?

Зайві: динамометр (в) та лінійка (е). Вони не потрібні для розрахунку теплової енергії води чи роботи струму.

3. (3 бали) На рис. 1 зображено електричне коло. Виберіть усі правильні твердження.

Правильні: б) лампа і резистор з’єднані послідовно; в) розмикання ключа К2 знеструмлює все коло.

4. (4 бали) Як зміняться покази приладів (рис. 2), якщо повзунок реостата перемістити ліворуч?

Вольтметр V₁ — без змін, V₂ — покаже більше, V₃ — покаже менше; амперметр А покаже більший струм.

ГРУПА РЕЗУЛЬТАТІВ 2. ЗДІЙСНЮЄМО ПОШУК ТА ОПРАЦЬОВУЄМО ІНФОРМАЦІЮ

5. (2 бали) Якою є сила струму в нитці розжарення електричної лампи (рис. 3) за номінальної напруги?

$I = P / U = 100 \text{ Вт} / 220 \text{ В} \approx 0,45$ А (відповідає варіанту «а»).

6. (3 бали) Установіть відповідність між назвою електричного пристрою (1–3) та потужністю струму (А–Г) в цьому пристрої.

1 — А (LED-лампа, 5 Вт).
2 — Г (Праска, 2200 Вт).
3 — В (Міксер, 600 Вт).

7. (2 бали) Наприкінці місяця господариня зняла показ лічильника (рис. 4). Визначте вартість спожитої за місяць електроенергії, якщо на початок місяця показ лічильника був 2185,0 кВт⋅год, а тариф становив 4,32 грн за 1 кВт⋅год.

Різниця показів: $2345,0 - 2185,0 = 160$ кВт⋅год.
Вартість: $160 \cdot 4,32 = 691,2$ грн (варіант «г»).

8. (2 бали) На рис. 5 наведено вольт-амперні характеристики двох пристроїв. У скільки разів за напруги 6 В потужність струму в пристрої 1 є більшою за потужність струму в пристрої 2?

У 3 рази. При 6 В струм у першому пристрої — 1,5 А, а в другому — 0,5 А. Оскільки $P=UI$, співвідношення потужностей дорівнює співвідношенню струмів.

9. (3 бали) На рис. 6 схематично зображено три дроти, які виготовлені з різних матеріалів і приєднані до джерела струму. Довжини дротів, а також площі їхніх поперечних перерізів однакові. У якому дроті виділяється найбільша кількість теплоти? Відповідь обґрунтуйте.

У ніхромовому. При послідовному з’єднанні ($Q = I^2Rt$) більше тепла виділяється там, де вищий опір. Ніхром має найбільший питомий опір серед наведених матеріалів.

ГРУПА РЕЗУЛЬТАТІВ 3. УСВІДОМЛЮЄМО ЗАКОНОМІРНОСТІ ПРИРОДИ

10. (1 бал) Три лампи з’єднали послідовно й під’єднали до акумулятора. Якою є напруга на клемах акумулятора, якщо напруги на лампах 4, 6 і 8 В?

18 В. При послідовному з’єднанні напруги додаються: $4 + 6 + 8 = 18$ В.

11. (2 бали) Сила струму в нагрівальному елементі електричної праски становить 5 А, опір елемента — 40 Ом. Яка кількість теплоти виділяється в нагрівальному елементі протягом 5 хв?

Час переводимо в секунди: $t = 300$ с.
$Q = I^2 \cdot R \cdot t = 5^2 \cdot 40 \cdot 300 = 300,000$ Дж = 300 кДж.

12. (4 бали) Транспортер піднімає вантаж масою 300 кг на висоту 16 м протягом 2 хв. Визначте силу струму в електродвигуні транспортера, якщо напруга в мережі дорівнює 380 В, а ККД транспортера становить 60 %.

Формула ККД: $\eta = \frac{mgh}{UIt}$. Виразимо струм:
$I = \frac{mgh}{Ut\eta} = \frac{300 \cdot 10 \cdot 16}{380 \cdot 120 \cdot 0,6} \approx 1,75$ А.

13. За рис. 7 визначте: 1) показ вольтметра; 2) загальну напругу на ділянці; 3) потужність електричного струму в кожному резисторі та на всій ділянці.

1. Напруга на паралельній ділянці ($R_2, R_3$): $U_{2,3} = 1,5 \cdot 2 = 3$ В. Струм через $R_2$: $3/6 = 0,5$ А. Загальний струм ($R_1$): $1,5 + 0,5 = 2$ А. Вольтметр показує напругу на $R_1$: $U_1 = 2 \cdot 3 = 6$ В.
2. Загальна напруга: $6 + 3 = 9$ В.
3. Потужності:
   $P_1 = 2 \cdot 6 = 12$ Вт;
   $P_2 = 0,5 \cdot 3 = 1,5$ Вт;
   $P_3 = 1,5 \cdot 3 = 4,5$ Вт;
   $P_{заг} = 2 \cdot 9 = 18$ Вт.