«Центр дополнительного образования для детей» Государственное бюджетное

Государственное бюджетное
образовательное учреждение
дополнительного образования детей
«Центр дополнительного
образования для детей»
350000 г. Краснодар,
ул. Красная,76
тел. 259-84-01
E-mail:[email protected]
КРАЕВЫЕ ЗАОЧНЫЕ КУРСЫ
«ЮНИОР»
Физика 8 класс
ответы и критерии оценки заданий
к работе № 3, 2014-2015 учебный год
Задача 1. (10 балла)
1. Какие меры предосторожности надо принять, чтобы при переливании бензина
из одной цистерны в другую он не воспламенился?
2. Для заземления цистерны бензовоза к ней прикрепляют стальную цепь,
нижний конец которой несколькими звеньями касается земли. Почему такой цепи нет
у железнодорожной цистерны?
3. Если вынуть один капроновый чулок из другого и держать каждый в руке на
воздухе, то они расширяются. Почему?
4. Почему мельчайшие капельки одеколона, разбрызгиваемого пульверизатором,
оказываются наэлектризованными?
5. Как при помощи отрицательно заряженной палочки узнать неизвестный знак
заряда электроскопа?
6. Металлическому шарику сообщают положительный заряд. Как изменится при
этом его масса?
7. Почему в опытах по электризации тел рекомендуется подвешивать
наэлектризованные тела не на простых, а на шелковых нитях?
8. Будут ли наэлектризовываться близко расположенные электрические заряды в
безвоздушном пространстве?
9. На заряженном проводнике находиться пыль. Что будет происходить с
проводником?
10.
Как изменится взаимодействие между зарядами, если расстояние между
ними увеличить в два раза?
Решение. Ответы:
1. Во время перевозки и при переливании бензин электризуется, может
возникнуть искра, и бензин вспыхнет. Чтобы этого не произошло, обе цистерны и
соединяющий их трубопровод заземляют.
2. Потому, что железнодорожная цистерна заземлена через колеса рельса.
3. При трении чулки электризуются. Одноименные заряды отталкиваются.
Поэтому поверхность чулка раздувается.
4. Электризация происходит при взаимодействии (трении) капелек одеколона о
воздух.
5. Приблизить палочку к электроскопу. Если угол отклонения стрелки
увеличивается – электроскоп заряжен отрицательно, если уменьшится –
отрицательно.
6. Масса шарика уменьшиться, так как при электризации положительным
зарядом число электронов в шарике уменьшается.
7. Так как шелк является диэлектриком, поэтому утечки зарядов не будет.
8. В безвоздушном пространстве взаимодействие зарядов будет, поскольку
вокруг каждого заряда существует электрическое поле.
9. Проводник теряет заряд, так как является проводником.
10.
Взаимодействие между зарядами уменьшиться, так как электрическая сила
зарядов уменьшиться.
Задача 2. (10 балла) Дана электрическая цепь (см. рисунок).
1)
Если
на
вход
цепи
подать
R2
напряжение 8В, то на выходе оно равно 2В.
2)
Если на вход подано напряжение
10В, а к выходу присоединён амперметр с малым
вход
сопротивлением, то он покажет ток силой 1А.
R1 R3
3)
Если к выходу подвести напряжение
5В, то на входе оно равно 5В. Определите R1, R2
R3
выход
и
Решение. Начертим эквивалентные схемы:
R2 U 2 8


R
U
2 , значит, R2  4R3 (1),
3
3
в 1) случае
U 10
R2  1 
I
1 , откуда R2  10Ом (2),
во 2) случае
R2 U 2 5


R
U
5 , откуда R2  R1  10Ом (3).
1
1
в 3) случае
Из (1)
R3 
R2
 2.5Ом
4
.
Ответ: R1= 10 Ом, R2= 10 Ом, R3= 2,5 Ом
V
Задача 3. (5 баллов). Собрана электрическая цепь
схеме, изображённой на рисунке. Вольтметр,
включённый
параллельно
резистору
сопротивлением
R1=0,4Ом
показывает
по
R1
R2
U
напряжение U1=34В. Напряжение на зажимах поддерживается постоянным и равным
U=100В. Найти отношение силы тока, идущего через резистор с сопротивлением
R2=0,6Ом
Решение. Сила тока, идущего через вольтметр, будет определяться как:
IВ  IR  IR
I
I
(1), где R и R - силы токов, идущих через резисторы сопротивлением R1
U
U  U1
IR  1
IR 
R1 (2), а
R2 (3). Поделим (1) на (3), с учётом (2),
и R2 соответственно.
2
2
1
1
2
1
получим:
IВ
U 1 R2
1
 0.23
IR
R1 U  U 1 
2
.
Ответ: 0,23
Задача 4. (10 баллов).
Амперметр показывает ток 2,5 А. На двух резисторах
выделяется мощность 50 Вт, на других двух – 200 Вт.
Ключ K замыкают, а напряжение источника изменяют
так, чтобы амперметр опять показывал 2,5 А. Какие
мощности будут выделяться на резисторах после этого?
Уточнения: PR1 = 50 Вт и PR2 = 200 Вт, амперметр
показывает силу тока до разветвления цепи.
Решение.
Поскольку до замыкания ключа сила тока через все
резисторы одинакова и равна I/2, сопротивления резисторов, на которых выделяется
одинаковая
мощность,
равны.
Мощности, выделяющиеся на резисторах:
P1 = I2R1/4, P2 = I2R2/4.
Сопротивления резисторов
R1 = 4P1/I2 = 32 Ом, R2 = 4P2/I2 = 128 Ом.
После замыкания ключа напряжения на всех резисторах одинаковы.
Определим токи через них:
I1R1= I2R2, I1 + I2 = I,
поскольку
ток
через
амперметр
разделяется
между
Поэтому
I1 = IR2/(R1 + R2) = IP2/(P1 + P2) = 2 A.
I2 = IP1/(P1 + P2) = 0,5 A.
Выделяющиеся мощности:
P1/ = I12R1 = 4P1P22/(P1 + P2) = 128 (Вт),
P2/ = I22R1 = 4P2P12/(P1 + P2) = 32 (Вт).
резисторами.
Ответ: 128 Вт, 32 Вт
Задача 5. (10 баллов). В железной водопроводной трубе l = 100 м, проложенной под
Землей, во время сильного мороза замерзла вода на участке l1 = 5 м. Для
предотвращения ледяной пробки к концам трубы подключили источник постоянного
тока с силой тока 1000 A.
3.1. Сколько времени понадобится для устранения ледяной пробки, если температура
всей системы равна 0 °С.
3.2. Определите напряжение на источнике тока.
3.3. Как изменится время устранения ледяной пробки, если вода замерзнет во всей
трубе?
Технические данные: внутренний диаметр трубы 20 мм, наружный – 26 мм,
плотность железа 7800 кг/м3, удельная теплоемкость железа 460 Дж/(кг × °С),
удельной сопротивление 0,1 Ом × мм2/м. Плотность льда 900 кг/м3, удельная
теплоемкость льда 2100 Дж/(кг × °С), удельная теплота плавления льда 3,4 × 105
Дж/кг.
Примечание: Для упрощения решения можно считать, что снаружи трубы находится
также замерзшая вода.
Решение.
3.1. Теплота, подводимая к трубе расходуется на: Q1 – потери вне трубы, Q2 – теплота
идущая во внутрь трубы, Q3 – теплота идущая на нагревание трубы.
Теплота Q1 и Q2 отличаются друг от друга как
Q1/Q2 = ~lπD1/~lπD1 = D1/D1 = 26/20 = 1,3, то есть Q1 = 1,3Q2.
Составим уравнение теплового баланса
Q = 1,3Q2 + Q2 = 2,3Q2. (1)
Здесь потерями на нагревание трубы пренебрегаем, так как температура всей системы
равна 0 oС.
Во внутрь от трубы передается теплота Q2 и часть ее идет на плавление льда
Q2/Q2/ = ~lπD1/~l1πD2 = l/l1 и Q2 = (l/l1) × Q2/, где Q2/ = λm.
Перепишем уравнение (1) в виде
I2Rt = 2,3(l/l1) × λm,
где R = ρжl/S = ρж4l/(π(D12 − D22)) сопротивление железной трубы,
m = ρлπD22l1/4 масса ледяной пробки.
I2ρж4lt/(π(D12 − D22)) = 2,3(l/l1)λρлπ D22l1/4. (2)
Отсюда выразим искомое время
t = 2,3λρлπ2D22(D12 − D22)/(16ρжI2). (3)
После вычислений получаем t = 7,98 мин ≈ 480 с.
3.2. Напряжение определим из закона Ома для участка цепи
U = IR = I × 4ρжl/(π(D12 − D22)) = 46 B.
3.3. Как следует из формулы (2) − (3) время размораживания льда в трубе не зависит
от количества замерзшей воды в трубе, следовательно, время размораживания
останется прежним.
Ответ. t = 7,98 мин ≈ 480 с.; 46 B; время размораживания останется прежним.
Задача 6. (10 баллов) Нарисовать схему, состоящую из батарейки, двух
переключателей и трех лампочек и имеющую при различных положениях
переключателей следующие режимы работы:
1) Горит первая лампа;
2) Горит вторая лампа;
3) Горит третья лампа;
4) Горят все три лампы.
В последнем случае каждая из ламп должна гореть также ярко, как и тогда, когда она
горит одна.
Решение. Ответ.
Возможная схема подключения представлена на рисунке.
1. Режим переключения между двумя лампами – 2 балла.
2. Режим переключения между тремя лампами – 4 балла.
3. Режим параллельного включения трех ламп – 4 балла.
Задача 7. (10 баллов) К источнику постоянного тока с напряжением 4 В подключены
согласно схеме два одинаковых резистора по 10 Ом каждый и реостат, сопротивление
которого можно менять от 0 до 5 Ом. При каком положении ползунка реостата
мощность, выделяемая на резисторе R1 максимальна? Каково ее значение? Какая
мощность выделяется в этом случае на резисторе R2 ?
Уточнения: два одинаковых резистора соединены последовательно, к ним
параллельно присоединен реостат
Решение. Пусть
параллельного участка
r
-
сопротивление
Rï àð 
напряжение на этом участке
U пар  I общ Rпар 
реостата.
Общее
сопротивление
Rr
,
Rr
URпар
Rпар  R

U
.
2 R/r
Мощность, выделяемая на резисторе R1 :
P1 
2
U пар
,
R1
чем больше U пар , тем больше P1 , следовательно, максимум P1 достигается при r  5
Ом (крайнее левое положение).
U2
P1max 
 0,1 Вт.
2
2

R
/
r
R

max 
На втором резисторе при этом P2 :
2
P2  I общ
R  0,9 Вт,
где I общ 
U
Rrmax
, Rобщ  Rпар  R , Rпар 
.
R  rmax
Rобщ
1. Найдено сопротивление параллельного участка – 1 балл.
2. Найдено напряжение на параллельном участке – 1 балл.
3. Найдена мощность, выделяемая на первом сопротивлении – 2 балла.
4. Сделан вывод о том, что максимальное значение мощности достигается при
максимальном значении сопротивления реостата – 2 балла.
5. Найдено значение мощности, выделяемой на первом сопротивлении – 2 балла.
6. Найдено значение мощности, выделяемой на втором сопротивлении – 2 балла.
Ответ: Р1=0,1 Вт, : Р2=0,9 Вт.
Задача 8. (10 баллов)
Каждый резистор
цепи
имеет
сопротивление 1
Ом.
Через
резистор, расположенный справа, протекает ток
А. Каково напряжение между точками А и В?
1
Решение. Обозначим резисторы, как
показано на верхнем рисунке. Через резисторы
R7 и R8 протекает ток силой 1 А, потому что
резисторы
включены
последовательно.
Сопротивление R78 =2R=2 Ом, а напряжение
U78=2 В. Сила тока через резистор R6 будет
равна I6= U78/R6=2 A.
Через резистор R5 будет равен I5 =I6+I78=3
A, а напряжение на нем 3 В.
Напряжение на резисторе R4 будет определяться U4=U5+U678=5 В. Через это
резистор будет протекать ток I4=5 А.
Через резистор R3 будет протекать ток I3, который можно определить: I3=I4+I5=8
А. Напряжение на нём будет равно U3= 8 В.
Напряжение на резисторе R2 U2=U3+U4. U2=13 В.
Через резистор R2 будет протекать ток I2= U2/R2, I2= 13 A.
Через резистор R1 ,будет протекать ток I1=I2+I3 или
I1=13 А + 8 А=21 А, а напряжение на нем будет равно U1=21 В.
Напряжение между точками А и В будет равно UAB=U1+U2=21 B +13 B=34 B.
Примерные критерии оценивания задания
Знает формулу закона Ома для участка цепи
Знает формулу для определения силы тока в неразветвленной
части цепи
Знает
закономерности
последовательного
соединения
резисторов
Знает закономерности параллельного соединения резисторов
1 балл
1 балл
1 балл
1 балл
Правильно нарисовал эквивалентные цепи
5 балла
Правильно определил напряжение между точками А и В
1 балл
Итого 10 балла
Ответ: UAB=34 B.
Экспериментальный тур
Задача 9. (10 баллов) Изучение теплового электробытового прибора и
определение его характеристик.
Цель работы – ознакомиться с основными деталями и принципом действия
прибора, научиться определять его характеристики.
Приборы и материалы: любой тепловой электробытовой прибор (чайник,
электроплитка, кипятильник и т.п.)
1. Выберите бытовой электроприбор. Определите принцип его действия,
назначение, характеристики бытового электроприбора.
2. По паспортным данным, указанным на самом приборе, определите
электрические параметры, на которые рассчитан этот прибор: напряжение сети U,
потребляемая мощность P.
3. Определите недостающие параметры: силу тока I, протекающего по спирали,
сопротивление спирали R по формулам: I = P : U R = U : I
4. Рассчитайте количество теплоты Q, которое выделяет этот прибор за 5 минут
своей работы, по формуле Q = I2R t Все вычисления выполняйте в системе СИ.
5. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.
6
Напряжение в Мощность
Сила тока в Сопротивление Количество
.
сети U, В
прибора P, Вт спирали I, А спирали R, Ом теплоты
Q,
Разм
Дж
естит
е в
бланке отчёта фотографию своего бытового прибора, на которой видны его
электрические параметры.
Ответьте на вопросы:
1. Почему проводник, по которому протекает электрический ток, нагревается?
Дайте развёрнутый ответ.
2. Приведите примеры использования теплового действия тока.
3. Какими свойствами должен обладать металл, из которого изготавливают
нагревательные элементы?
4. Какие известные вам материалы обладают необходимыми для нагревательного
элемента свойствами?
Задача 10 (10 баллов) Определение КПД электрочайника
Цель работы – научиться определять КПД электроприборов на примере
электрочайника.
Приборы и материалы: Электрический чайник, термометр, часы с секундной
стрелкой.
Указания к работе
1. Рассмотрите электрочайник. По паспортным данным определите
электрическую мощность электроприбора P.
2. Налейте в чайник воду объёмом V, равным 1 л или 1,5 л.
3. Измерьте с помощью термометра начальную температуру воды t1.
4. Включите чайник в электрическую сеть и нагревайте воду до кипения.
5. Определите по таблице температуру кипения воды t2.
6. Заметьте по часам промежуток времени, в течение которого нагревалась вода
Δŧ.
Все измерения выполняйте в системе СИ.
7. Используя данные измерений, вычислите:
а) совершённую электрическим током работу, зная мощность чайника P и время
нагревания воды Δŧ, по формуле A эл.тока = P * Δŧ
б) количество теплоты, полученное водой и равное полезной работе, Q нагр. = cm(t2
- t1)
8. Рассчитайте коэффициент полезного действия электрочайника по формуле
9. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.
Мощн Объём
ость
воды
чайник V, м3
а P, Вт
Начальн
ая
темпера
тура
воды
t1,0С
Время
одного
нагреван
ия воды
в
чайнике
Δŧ, с
Конечная
температ
ура воды
t2,0С
Совершё Количество
нная эл. теплоты
током
Q нагр., Дж
работа
Aэл.тока,
Дж
КПД
чайника
ŋ, %
10. Разместите в бланке отчёта фотографии своего бытового прибора, на которых
видны его электрические параметры и вода, налитая в чайник.
Ответьте на вопросы:
1. Как рассчитать количество теплоты, выделяющегося в проводнике при
протекании по нему тока, зная сопротивление этого проводника?
2. Почему спираль электрочайника изготавливают из проводника большой
площади сечения? Дайте развёрнутый ответ.
3. Приведите примеры других электроприборов, в которых нагревательным
элементом является спираль. Чем эти приборы отличаются друг от друга? Дайте
развёрнутый ответ