Задачи - опыты по физике (стр. 17 )

Мало того, если осторожно снять растение с провода и насильно навить часть его на другой провод, то оно самостоятельно сматывается с провода и вновь начинает цепляться своими усиками за первый провод. После такой насильной навивки часть листьев и усиков погибает. О чем говорят эти опыты с растением?

Решение и пояснения

       73. (7, 10-й кл.) Один из проводов заземляется на электрической станции. Таким образом, растение, касаясь второго провода, замыкает через себя и землю электрическую цепь. Когда усик или стебелек касаются второго провода, в них возникает электролитическое разложение токов, сопровождающееся выделением газов (главным образом, О2 и Н2). Так как газы выделяются интенсивнее в том участке поверхности стебелька, который касается провода, то поверхность его вздувается – увеличивается и стебелек заворачивается в сторону не удлиненной части. Вследствие этого он отклоняется от провода.

74. Сопротивление земли.

Установка. Школьный телеграфный аппарат. Ключ для него. Пять карманных батареек, последовательно соединенных (или эквивалентная им по ЭДС батарея). Головной телефон. Два квадратных железных листа примерно 30 × 30 см, с совершенно чистой поверхностью, не покрытой ни краской, ни маслом. К каждому листу припаяна изолированная проволока, длиной около 2 м. Моток изолированного провода. Деревянный ящик, высотой 35 см, шириной 30 см и длиной 35 см. В него должны свободно входить вертикально железные листы, расстояние между которыми оставляется около 10 см. Лейка или кувшин. Лопата. Табуретка.

Условие задачи. Возьмите вместе с товарищами все выставленные предметы и материалы и вынесите их на школьный двор или сад.

Установите на табуретке телеграфный ключ и батарею. Соедините их последовательно, но оставьте свободным один полюс батареи и один контакт (клемму) телеграфного ключа. Для замыкания цепи (при нажатом ключе) необходимо еще соединить проводником свободный полюс батареи со свободным контактом (клеммой) ключа. В качестве этого проводника используйте землю. Вложите в ящик два железных листа и, расположив их вертикально, на расстоянии приблизительно 10 см один от другого, плотно засыпьте их влажной землей до краев ящика. Теперь соедините проволоку, идущую от одного железного листа со свободным полюсом батареи, а другую проволоку, идущую от второго железного листа, со свободным контактом ключа. Нажмите ключ. Телеграфный аппарат будет бездействовать. Проверьте вашу цепь электрического тока, включив вместо телеграфного аппарата головной телефон. Каждое замыкание и размыкание - цепи ключом вызовет в телефоне щелчок. Чем же объяснить, что в вашем опыте телеграфный аппарат отказывается работать?

Вам известно, что в телеграфных линиях применяется земля в качестве второго провода, расстояние между заземлениями равно не 10 см, а сотням километров. Разница между вашим опытом и практическими установками заключается в том, что вы железные электроды зарыли в землю, а на практике их зарывают в Землю. Проверьте, имеет ли это значение. (Обратите внимание на написание слова „Земля".)

Выньте обе железные пластины из ящика. Выройте лопатой неподалеку от телеграфного аппарата яму. Ройте до тех пор, пока песок или земля в ямке не станут слегка влажными на ощупь. Тогда поставьте вертикально на дно ямки один железный лист и плотно засыпьте его землей. Полейте сверху водой. Для второй ямки, в которую должен быть зарыт лист, выберите место как можно более удаленное от первой. Это расстояние ограничивается только с одной стороны размерами двора или сада, в котором вы проводите опыты, и с другой стороны – длиной изолированной проволоки, которую дал вам учитель, свернутой в моток. Когда вы зароете в землю второй железный лист (землю сверху польете водой), можете присоединить провода от первого и второго листа к вашей установке.

Каждое нажатие ключа теперь сопровождается работой телеграфного аппарата.

Почему же сопротивление земляного проводника длиной в 10 см оказывается в сотни раз больше, чем сопротивление земляного проводника, длиной в несколько метров и даже десятков метров в вашем втором опыте?

Дополнения. 1. Как изменяется сопротивление телеграфной цепи в зависимости от размеров заземленных электродов?

2. Как изменяется сопротивление телеграфной цепи в зависимости от расстояния между заземленными электродами?

Решение и пояснения

       74. (7, 10-й кл.) Сопротивление земляного проводника, как и любого иного, зависит не только от его длины, но и от площади его поперечного сечения.

Земляной проводник в ящике имел сечение порядка S1 = 103 см2. Сечение Земли во втором опыте имеет порядок S2 =1018 см2.

Если считать, что расстояние между заземлениями в первом опыте l1 = 10 см, во втором положим даже l2 = 1000 км = 108 см и удельное сопротивление земли , то будем иметь:

R1 =  = 10–2и R2 = 10–10.

Практически сопротивление не зависит от расстояния между заземлениями и определяется главным образом сопротивлением контакта между поверхностями металлических пластинок и землей (см. решение задачи 79).

Дополнения. 1. Чем больше поверхность заземленных электродов, тем меньше контактное сопротивление, а следовательно, и общее сопротивление телеграфной цепи.

2. Практически не изменяется.

Как легко видеть из условия задачи, длина изолированного провода определяется тем максимальным расстоянием, на котором можно (в условиях школьного двора или сада) закопать электроды.

75. Ток в массивном проводнике.

Установка. Большая фотографическая кювета, наполненная водой. (Кювета сделана из непроводящего электрический ток материала.) На одной стороне ее в двух углах укреплены две проволочки, опущенные в воду и соединенные с помощью шнура с сетью электрического освещения. В цепь последовательно включается маломощная лампочка накаливания (рассчитанная на напряжение сети) в качестве предохранительного сопротивления. Головной телефон. Штепсельная розетка, монтированная на дощечке, от которой идут две изолированные проволоки, длиной примерно в 30 см каждая, с зачищенными концами.

Условие задачи. В ванночку (кювету) налита вода, в которую опущены две проволочки (около задней стенки), включенные в сеть городского переменного тока. Электрический ток проходит по жидкости между опущенными в нее проволочками.

Наденьте головной телефон, который включен в розетку. От розетки идут две проволочки, концы которых опустите на некотором расстоянии один от другого в воду у передней стенки ванночки.

Почему через ваш телефон, включенный в цепь в стороне от проволочек, соединенных с сетью, проходит электрический ток? (Телефон звучит.)

Этим приемом широко пользовались во время войны 1914 г. для перехватывания вражеских телефонных переговоров.

Дополнения. 1. Как изменяется сила тока в телефоне, если вы будете увеличивать и уменьшать расстояние между опущенными в жидкость концами проволок? Почему?

Чему равна сила тока в телефоне, если расстояние между концами проволок равно нулю? Почему? Как изменяется сила тока в телефоне, если концы проволок приближать к задней стенке? Почему?

Решение и пояснения

75. (7, 10-й кл.) Линии тока расходятся по всему объему воды, как и по всему объему любого массивного проводника. Они распределяются так же, как распределяются силовые линии электрического поля между опущенными в воду проводами электрической сети.

Дополнения 1, 2 и 3. Вопросы из курса физики.

Вместо головного телефона можно использовать репродуктор, а вместо кюветы – глубокую обеденную тарелку. Таким образом, каждый учащийся, у которого дома имеется головной телефон или репродуктор, получает возможность решать задачу 75 в домашней обстановке.

Проволоки, подводящие ток к кювете, проще всего укрепить к ее краям, согнув их в виде пружинящих головных шпилек и насадив их на край.

76. Изменение сопротивления металла при понижении его температуры.

Установка. Тонкая железная проволочка (aв) натянута на П-образную деревянную рамку с роликами на концах.

Проволочка соединена своими концами с гибкими проводниками (шнуром) (рис. 19); с помощью этих проводников проволочка последовательно, через реостат с движком и рубильник включена в цепь батареи аккумуляторов. Банка с водой, в которую можно вставить одну половину рамки с проволокой.

Условие задачи. Замкните рубильник и медленно передвигайте движок реостата до тех пор, пока железная проволока не раскалится (тёмнокрасный накал) электрическим током.

Как, не изменяя положения движка реостата, можно значительно увеличить накал одной половины железной проволоки?

Дополнения. 1. Меняется ли сила тока в цепи при выполнении опыта?

2. Как изменяется при этом сопротивление одной и другой половин железной проволоки?

Решение и пояснения

76. (7, 10-й кл.) Опустить половину проволоки в воду.
Дополнения (даются вместе с задачей). 1. Увеличивается сила тока.

2. Сопротивление половины проволоки, опущенной в воду, уменьшается. Сопротивление же половины, не опущенной в воду, увеличивается благодаря более высокой температуре проволоки, но не на ту же величину, на которую уменьшилось сопротивление первой половины.

77. Изменение сопротивления металла при повышении его температуры.

Установка. Установка описана в задаче 76. Вместо банки с водой выставляется одна или две спиртовые лампочки.

Условие задачи. На деревянную рамку натянута тонкая железная проволока, которая последовательно через реостат и рубильник может включаться в цепь батареи аккумуляторов. Замкните рубильник и медленно передвигайте движок реостата до тех пор, пока железная проволока не раскалится (тёмнокрасный накал) электрическим током.

Как, не изменяя положения движка реостата, уменьшить накаливание (свечение) одной половины железной проволоки?

Дополнение. Спиртовой лампочкой нагревают одну половину проволоки.

В каком случае получится больший эффект, указанный в задаче, – тогда ли, когда вы держите спиртовку неподвижно, или тогда, когда вы проводите ее пламенем вдоль всей половины проволоки?