Урок 1.

Физические явления. Метод научного познания. Физические величины и их измерение. Приборы. Физические тела и их свойства.

Физическое явление — это любое изменение в неживой природе, происходящее без изменения состава вещества.

Гипотеза — предположение, выдвинутое для объяснения явления и требующее проверки на опыте.

Физический закон — устойчивая, повторяющаяся закономерность, существующая в природе.

Физическая теория — система основных идей, объясняющих широкий круг явлений.

Физическая величина — это характеристика тела или явления, которую можно измерить.

Физический прибор — это устройство для измерения физической величины.

Измерить физическую величину — это значит сравнить её с однородной величиной, принятой за единицу, т. е. измерить длину — значит сравнить её с эталоном метра

(например, измерить линейкой длину, измерить температуру воды термометром)

У всех приборов есть шкала.

Свойства твердых тел, жидкостей и газов

Последовательное и параллельное соединение проводников. Задачи по теме Сила тока.

Последовательное соединение проводников.

1. Ток, протекающий через все резисторы, при последовательном соединении резисторов один и тот же    I_общ = I₁=I₂.
2. При последовательном соединении резисторов общее напряжение на всем соединении равно сумме напряжений на каждом резисторе U_общ = U₁+U₂.
3. Общее сопротивление последовательно соединенных проводников равно сумме их сопротивлений  R_общ = R₁+R₂.

Основным недостатком последовательного соединения проводников является то, что при выходе из строя одного из элементов соединения отключаются и остальные. Так, например, если перегорит одна из ламп елочной гирлянды, то погаснут и все другие. Указанный недостаток может обернуться и достоинством. Представьте себе, что некоторую цепь нужно защитить от перегрузки: при увеличении силы тока цепь должна автоматически отключаться.

Параллельное соединение проводников.

1. При параллельном соединении напряжение на концах всего разветвления равно напряжению на отдельных его ветвях                            U_общ = U₁=U₂.
2. При параллельном соединении резисторов сила тока в неразветвленной цепи равна сумме сил токов в разветвлениях                          I_общ = I₁+I₂.
3. При параллельном соединении резисторов величина, обратная общему сопротивлению участка цепи, равна сумме сопротивлений каждого резистора  

В одну и туже электрическую цепь параллельно могут быть включены самые различные потребители электрической энергии. Такая схема соединения потребителей тока используется, например, в жилых помещениях.

При решении задач на соединение проводников удобно использовать таблицу

Задачи

1. 1. 1. 1. Как можно использовать одинаковые лампы, рассчитанные на напряжение 36 В, если напряжение сети равно 220 В? Нарисуйте схему цепи.

Решение:

Напряжение сети равно 220 В, значит можно соединить лампы последовательно, тогда U_общ = 36 В *n; U_общ <= 220 В, значит можно соединить последовательно 6 ламп, рассчитанные на напряжение 36 В

Ответ: можно последовательно соединить 6 ламп.

1. 1. 1. 2. Резисторы с сопротивлениями 2кОм=2000 Ом и 8кОм=8000 Ом соединены последовательно. На каком из них больше напряжение? Во сколько раз?

Решение:

По закону Ома

При последовательном соединении I_общ = I₁=I₂, значит напряжение на резисторах будет прямо пропорционально зависеть от сопротивления резисторов

Ответ: Напряжение на втором проводнике больше в 4 раза.

3. Вольтметр V₁ показывает напряжение 12 В (рис.). Каковы показатели амперметра и вольтметра V₂?

Решение:

По закону Ома    

На схеме показано последовательное соединение резисторов, значит сила тока в цепи постоянна I_общ = I₁=I₂

Ответ: 2 А; 4 В.

4. Участок цепи состоит из двух последовательно соединенных резисторов, сопротивления которых 60 Ом и 40 Ом. Напряжение на участке цепи 60 В. Найдите силу тока в цепи и напряжение на каждом из резисторов.

Задачи для самостоятельного решения.

Уровень 1

1. К резистору сопротивлением 10 Ом подключили параллельно резистор сопротивлением 1 Ом. Как изменилось общее сопротивление цепи?
2. Два резистора, сопротивление которых 5 Ом и 10 Ом, подключены параллельно к батарейке. В каком из них сила тока больше?

Уровень 2

1. Проводники сопротивлением 15 Ом и 20 Ом соединены параллельно. Вычислите общее сопротивление соединения.
2. Моток проволоки сопротивлением 20 Ом разрезали на две части и соединили параллельно. Каково сопротивление соединенной таким образом проволоки?

Уровень 3

1. Вычислите сопротивление цепи, состоящей из трех резисторов, сопротивление которых равны 540 Ом, 270 Ом и 135 Ом, если они соединены параллельно.
2. Проводники сопротивлением  3 Ом и 15 Ом соединены параллельно и включены в цепь напряжением 45 В. Определите силу тока в каждом проводнике и в общей цепи.

Напряжение, сопротивление, сила тока, Закон Ома. Задачи по теме Сила тока.

Напряжение – это физическая величина, характеризующая действие электрического поля на заряженные частицы. Оно обозначается буквой U.

Напряжение показывает, какую работу совершает электрическое поле по перемещению единицы заряда на данном участке цепи:

Единица измерения - вольт (В)      [U] = 1 В.

Вольт равен такому электрическому напряжению между двумя точками цепи, при котором работа по перемещению электрического заряда в 1 Кл на этом участке равна 1 Дж.:

Задачи:

1. При прохождении одинакового количества электричества в одном проводнике совершена работа 100 Дж, а в другом 250 Дж. В каком проводнике напряжение больше? Во сколько раз?

2. Определите напряжение на участке цепи, если при прохождении по нему заряда  в 15 Кл, током была совершена работа, равная 6 кДж.

3. При переносе 60 Кл электричества из одной точки электрической цепи в другую за 12 мин совершена работа 900 Дж. Определите напряжение и силу тока в цепи.

Сила электрического тока равна количеству электрического заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника за единицу времени

За единицу силы тока принят 1 Ампер (А)= [Кл/с]

При решении задач время t выражают в секундах

Сила тока в цепи зависит не только от напряжения, но и от свойств проводников, включенных в цепь. Зависимость силы тока от свойств проводника, объясняется тем, что разные проводники обладают различным электрическим сопротивлением.

Электрическое сопротивление – физическая величина.

Обозначается оно буквой [R]=1 Ом

За единицу сопротивления принимают 1 Ом – сопротивление такого проводника, в котором при напряжении на концах 1 вольт сила тока равна 1 амперу.

Закон Ома

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.

Здесь I – сила тока в участке цепи

U – напряжение на этом участке

R – сопротивление участка

Задача:

Электрическая лампа, сопротивление которой 240 Ом, горит полным накалом при силе тока 0,5 А. Чему равно напряжение на зажимах лампы?

Сопротивление проводника зависит от его длины, площади поперечного сечения, а также от вещества, из которого он изготовлен. Для того, чтобы учесть зависимость сопротивления от вещества, вычисляют удельное сопротивления вещества

         Сопротивление проводника из данного вещества длиной 1м, площадью поперечного сечения 1м², называется удельным сопротивлением проводника.

Удобнее выражать площадь поперечного сечения проводника в квадратных миллиметрах мм², т.к. она чаще всего бывает небольшой.

Удельное сопротивление вещества, из которого произведен проводник – табличная величина, есть в учебниках и справочниках.

Из формулы       очевидно, что сопротивление прямо пропорционально длине проводника и обратно пропорционально площади поперечного сечения проводника, т.е. чем толще провод, тем меньше его сопротивление (поэтому «толстый» провод меньше греется).

Задачи:

1. Рассчитайте сопротивление проводника, изготовленного из алюминиевой проволоки длиной 80 см и площадью поперечного сечения 0,2 мм².

2.  Спираль электрической плитки изготовлена из нихромовой проволоки длиной 13,75 м и площадью поперечного сечения 0,1 мм². Плитка рассчитана на напряжение 220 В. Определите силу тока в спирали плитки.

Сила электрического тока равна количеству электрического заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника за единицу времени

За единицу силы тока принят 1 Ампер (А)= [Кл/с]

При решении задач время t выражают в секундах

Например,

Задача 1

Через спираль электроплитки за 12 мин прошло 3000 Кл электричества. Какова сила тока в спирали?

 Задача 2

Ток в электрическом паяльнике равен 500 мА. Какое количество электричества пройдёт через паяльник за 2 мин?

Задача 3

Сколько времени продолжается перенос 7,7 Кл при силе тока 0,5 А?

Задача 4

По обмотке включенного в цепь прибора идёт ток силой 5мА.

Какое количество электричества пройдет через прибор в течение 1 ч?

1. Почему незаряженные тела притягиваются к заряженным независимо от знака их заряда?

Заряженное тело создает вокруг себя электрическое поле, которое, действуя на электроны и протоны в незаряженном теле, вызывает в нем разделение зарядов. В результате заряженное тело будет притягивать «ближнюю половину» незаряженного тела и оттягивать «дальнюю». Хотя заряды «половин» тела по модулю одинаковы, на «ближнюю» его половину действует более сильное поле, поскольку она находится ближе к первому телу. Вследствие этого притяжение «пересилит» отталкивание.

2. Как с помощью отрицательно заряженного металлического шарика зарядить положительно другой такой же шарик, не изменяя заряда первого шарика?

Можно поднести заряженный шарик к незаряженному, коснувшись при этом незаряженного шарика пальцем (на короткое время заземлить). В результате этого шарик приобретет положительный заряд. Заряд первого шарика останется неизменным.

3. Как с помощью отрицательно заряженного металлического шарика зарядить отрицательно другой такой же шарик, не изменяя заряда первого шарика?

Вначале следует получить положительный заряд на каком-либо проводнике (см.задачу 2). Затем поднести этот проводник к незаряженному шарику и, коснувшись его пальцем, на короткое время заземлить.

4. Как известно, одноименные заряды отталкиваются. А могут ли два  одноименно заряженных тела притягиваться друг к другу?

Эффект перераспределения зарядов может привести к притяжению одноименно заряженных тел: «ближняя» сторона одного из них может изменить знак заряда. Притяжение меньшего по модулю, но ближе расположенного заряда «пересилит» отталкивание большего по модулю, но более далекого заряда. Такое возможно, если тела находятся достаточно близко друг к другу и заряд одного из них во много раз превышает заряд другого.

5. Может ли тело при заземлении приобрести электрический заряд?

Да, если тело проводящее и находится во внешнем электрическом поле. Это поле вызывает перераспределение заряда.

6. Покажите с помощью схематических рисунков, как распределяется заряд на заряженных проводящих шаре и конусе. Внешнее электрическое поле отсутствует.

Электроны распространяются равномерно по всей поверхности проводника. Поэтому в шаре заряд распространяется равномерно, а в конусе самое сильное электрическое поле у вершины, где на единицу объема приходится больший заряд.

Агрегатные состояние вещества. Плавление и отвердевание кристаллических тел

Плавление.

При нагревании вся энергия идет на повышение внутренней энергии тела, и температура тела повышается до температуры плавления.

Три основных положения

Кристаллизация

Удельная теплота плавления

Задачи

1. Какое количество теплоты выделится в окружающую среду при кристаллизации 200 г. олова?

2. Какое количество теплоты необходимо для плавления 0,5 кг льда? Начальная температура льда -10^оС.

Примечание к решению задачи

Процесс плавления льда начнется только при достижении температуры плавления. Это количество теплоты, затраченное на нагрев льда.

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ В МЕХАНИЧЕСКИХ И ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССАХ. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ

ТИПИЧНЫЕ ЗАДАЧИ

Использованные материалы (в свободном доступе):

тест вариант 1

тест вариант 2

Удельная теплота сгорания топлива

Пример решения задач:

1. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании 10 кг древесного угля?

2. Масса заряда пороха в патроне пулемета равна 3,2 г. Какое количество теплоты выделяется при каждом выстреле?

3. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании керосина объемом 4 л?

Урок 2. Внутренняя энергия тела. Теплопроводность. Конвекция. Излучение. Количество теплоты. Удельная теплоёмкость.

Кинетическая и потенциальная энергии всех молекул, из которых состоит тело, составляют внутреннюю энергию тела. Внутренняя энергия обозначается буквой U и выражается в джоулях (1 Дж).

Процесс изменения внутренней энергии тела без совершения работы называют теплопередачей.

Энергию, которую тело получает или теряет при теплопередаче, называют количеством теплоты. Количество теплоты обозначают буквой Q и выражают в джоулях (1 Дж).

Теплопроводность — процесс передачи внутренней энергии от одного тела другому или от более нагретой части тела менее нагретой благодаря тепловому движению и взаимодействию частиц.

Конвекция — это процесс переноса энергии потоками жидкости или газа. Процесс нагрева жидкости сопровождается переносом вещества. Нижние нагретые слои поднимаются вверх, а холодные опускаются вниз.

Теплота (энергия) может передаваться в результате теплопроводности или конвекции. В обоих случаях необходимо вещество: при теплопроводности теплота передаётся

в результате движения и взаимодействия молекул, а при конвекции переносится струями жидкости или газа.

Излучение — процесс переноса энергии невидимыми лучами

Чем больше разность между конечной и начальной температурой тела, тем большее количество теплоты надо затратить для его нагрева.

Количество теплоты, поглощаемое телом при нагревании, зависит от массы тела и разности между конечной и начальной температурой тела (прямо пропорционально, т.е. график зависимости Q от ∆t – прямая)

Q ~ m ∆t.

Выделившееся количество теплоты зависит от рода вещества.

Q = сm ∆t.

(1 калория ≈ 4,2 Дж)

1. Количество теплоты — это энергия, которую получает или отдаёт тело в результате теплопередачи.

2. При теплопередаче полученное телом количество теплоты идёт на изменение его внутренней энергии.

Q = ∆U.

3. Количество теплоты, поглощённое или выделенное телом, зависит от массы тела, разности между конечной и начальной температурой тела и рода вещества.

Q = сm ∆t.

4. Количество теплоты, поглощённое телом при нагревании, равно количеству теплоты, выделенному этим телом при охлаждении на столько же градусов.

Дополнительно

Расчет массы тела, если известен объем, производится через плотность вещества.

Плотность — это физическая величина, равная отношению массы тела к его объёму:  ρ = m/ V , единица плотности в СИ: кг/м3 .

Тогда масса тела:  m = ρ V

Тест

Тест 2 вариант