1. Расскажите об экспериментальном способе установления зависимости силы тока в проводнике от напряжения на его концах.
Экспериментально установить зависимость силы тока от напряжения можно с помощью простого опыта. Собирают электрическую цепь, состоящую из источника тока, резистора (проводника), амперметра для измерения силы тока и вольтметра для измерения напряжения. Постепенно увеличивают напряжение, фиксируют силу тока и строят график зависимости. Опыт показывает, что при постоянной температуре сила тока прямо пропорциональна напряжению, что подтверждает закон Ома.
2. Что значит «сопротивление проводника равно 1 Ом»?
Если сопротивление проводника равно 1 Ом, это означает, что при подаче напряжения в 1 В через него проходит ток силой 1 А.
3. Какие кратные и дольные единицы сопротивления используют на практике?
На практике используют кратные и дольные единицы сопротивления: килоом (1 кОм = 1000 Ом), мегаом (1 МОм = 10⁶ Ом), миллиом (1 мОм = 0,001 Ом) и микроом (1 мкОм = 10⁻⁶ Ом).
4. Сформулируйте закон Ома для участка цепи.
Закон Ома для участка цепи формулируется так: сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на его концах и обратно пропорциональна его сопротивлению: I = U / R.
5. Как выразить напряжение на участке цепи, зная силу тока в нём и его сопротивление?
Напряжение можно выразить через силу тока и сопротивление по формуле: U = I * R.
6. В чём причина сопротивления проводника?
Сопротивление проводника возникает из-за столкновений свободных электронов с атомами кристаллической решётки материала. Чем больше препятствий на пути движения зарядов, тем выше сопротивление. Оно зависит от материала, длины и толщины проводника, а также температуры.
1. Согласно МКТ, ионы кристаллической решётки металла и свободные электроны совершают тепловое движение. Объясните, почему и как сопротивление проводника зависит от температуры.
Сопротивление проводника зависит от температуры, потому что при нагревании усиливается тепловое движение ионов кристаллической решётки металла. Это приводит к увеличению числа столкновений свободных электронов с ионами, затрудняя их движение. В результате сопротивление проводника возрастает. Для большинства металлов зависимость сопротивления от температуры можно описать линейной формулой: R = R₀(1 + αt), где α – температурный коэффициент сопротивления.
2. Ученик включал в электрическую цепь различные проводники с известными сопротивлениями и записывал показания амперметра и вольтметра. По результатам исследования он построил график (рис. 100), но забыл обозначить координатные оси. Восстановите обозначения на осях. Определите напряжение в цепи, если значения величин на графике указаны в единицах СИ.
По закону Ома: U = I * R, где U — напряжение, I — сила тока, R — сопротивление.
На графике ось абсцисс (горизонтальная) соответствует сопротивлению R (Ом), а ось ординат (вертикальная) — силе тока I (А).
Для определения напряжения U выберем любую точку на графике. Например, при R = 2 Ом, I ≈ 1 А. Тогда: U = 1 А * 2 Ом = 2 В.
Если выбрать другую точку, например, при R = 4 Ом, I ≈ 0.5 А: U = 0.5 А * 4 Ом = 2 В.
Во всех точках U остаётся одинаковым, значит, напряжение в цепи равно 2 В.
3*. Принцип действия вольтметра, изображённого на рисунке 98, такой же, как и амперметра: угол поворота стрелки прямо пропорционален силе тока. Градуируют такой вольтметр на основе закона Ома для участка цепи. Означает ли это, что рассмотренный в параграфе опыт (см. рис. 98) нельзя считать доказательством справедливости закона Ома? Какие приборы вы предложили бы использовать для экспериментальной проверки закона Ома?
Опыт с вольтметром, угол поворота стрелки которого пропорционален силе тока, не может считаться строгим доказательством закона Ома, так как шкала прибора уже градуирована, исходя из этой зависимости. Для объективной проверки лучше использовать два независимых измерительных прибора: амперметр для измерения силы тока и вольтметр для напряжения. Они должны быть подключены к исследуемому проводнику, чтобы экспериментально подтвердить пропорциональность между U и I.
1. Какова сила тока в проводнике, если напряжение на его концах 4,5 В, а сопротивление 15 Ом?
Силу тока можно найти по закону Ома: I = U / R. Подставляем данные: I = 4,5 В / 15 Ом = 0,3 А.
2. Каким сопротивлением должен обладать проводник, чтобы при напряжении на его концах 220 В сила тока в нём была 1 мА?
Для определения сопротивления проводника используем ту же формулу, выразив сопротивление: R = U / I. Подставляем данные: R = 220 В / 0,001 А = 220 000 Ом = 220 кОм.
3. Сила тока в проводнике сопротивлением 6 Ом равна 2 А. Каково напряжение на концах проводника? Как изменится сила тока в данном проводнике, если напряжение на его концах увеличится в 4 раза?
Напряжение на концах проводника: U = I * R = 2 А * 6 Ом = 12 В. Если напряжение увеличится в 4 раза, оно станет 12 В * 4 = 48 В. Новая сила тока: I = U / R = 48 В / 6 Ом = 8 А.
4. Используя вольт-амперную характеристику проводника (рис. 101), определите его сопротивление.
Сопротивление проводника можно определить по графику, взяв любую точку и используя закон Ома: R = U / I. Например, если при 2 А напряжение составляет 10 В, то R = 10 В / 2 А = 5 Ом.
5. При напряжении 110 В сила тока в резисторе равна 5 А. Какова будет сила тока в этом же резисторе, если напряжение на нём увеличить на 10 В?
При напряжении 110 В сила тока: I = U / R = 110 В / (110 В / 5 А) = 5 А. Если напряжение увеличить на 10 В, оно станет 120 В. Новая сила тока: I = 120 В / (110 В / 5 А) = 5,45 А.
Почему вблизи того места, где оборванный провод высокого напряжения соприкасается с землёй, рекомендуется стоять на одной ноге или уходить очень мелкими шагами?
Вблизи оборванного провода высокого напряжения возникает опасность шагового напряжения. Оно возникает из-за разности потенциалов между точками земли, на которые человек ставит ноги. Если стоять на одной ноге, ток не проходит через тело. Если двигаться, следует делать очень мелкие шаги, чтобы разность потенциалов между ногами была минимальной и снизить риск поражения электрическим током.