ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМООЦІНЮВАННЯ ДО РОЗДІЛУ 1

• До змісту відповідей

1. (1 бал) Фото якого газового розряду подано на рис. 1?

На рис. 1 подано фото тліючого газового розряду.

2. (2 бали) Щоб визначити маркування напівпровідникового діода, учениця склала електричне коло (рис. 2). Після замикання кола міліамперметр показав наявність струму. Яку провідність має ділянка діода, позначена смужкою?

Ділянка діода, позначена смужкою, має переважно електронну провідність, оскільки вона є катодом і підключена до негативного полюса джерела живлення при прямому напрямку струму.

3. 1) Які прилади та пристрої позначено на рисунку цифрами?

Цифрами на рисунку позначено такі пристрої: 1 — термометр; 2 — скляна посудина з водою (водяна баня); 3 — спиртівка (пальник); 4 — металевий провідник (досліджуваний зразок).

3. 2) Яке дослідження проводили?

За допомогою даної установки проводили дослідження залежності електричного опору металу від температури.

3. 3) Як зміняться результати дослідження, якщо замість мідного дроту використати чистий напівпровідник?

Якщо використати чистий напівпровідник, то з підвищенням температури його опір буде стрімко зменшуватися, на відміну від металевого дроту, опір якого під час нагрівання зростає.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМООЦІНЮВАННЯ ДО РОЗДІЛУ 1

4. 1) Які частинки є вільними носіями заряду в розчинах електролітів?

Вільними носіями електричного заряду в розчинах електролітів є позитивно та негативно заряджені йони.

4. 2) Які електроди слугують катодами, а які — анодами?

Анодами слугують електроди 1 та 3, оскільки вони під’єднані до позитивного полюса джерела струму (або приймають позитивний потенціал у послідовному колі), а катодами слугують електроди 2 та 4, які під’єднані до негативного полюса.

4. 3) Як за відсутності амперметра з’ясувати, що крізь розчин електроліту йде електричний струм?

За відсутності амперметра наявність струму можна встановити за хімічною дією електроліту, а саме за виділенням речовини на електродах або зміною забарвлення розчину навколо них.

4. 4) Якою є маса речовини, що виділилася на катоді ванни 1, якщо електроліз тривав 1 год? Що це за речовина?

Дано:

• $t = 1\text{ год} = 3600\text{ с}$
• $I = 0{,}6\text{ А}$ (згідно з показами амперметра на рис. 4)
• $k = 0{,}329 \cdot 10^{-6}\text{ кг/Кл}$ (електрохімічний еквівалент міді)

Знайти:

• $m - ?$
• Назва речовини — ?

Розв’язання:

У ванні 1 міститься розчин купрум(II) сульфату ($CuSO_4$), тому на катоді виділяється чиста мідь ($Cu$).

$m = k \cdot I \cdot t$

$m = 0{,}329 \cdot 10^{-6} \cdot 0{,}6 \cdot 3600 \approx 0{,}00071\text{ кг}$

$0{,}00071\text{ кг} = 0{,}71\text{ г}$

Відповідь: на катоді виділилося приблизно 0,71 г міді.

ГРУПА РЕЗУЛЬТАТІВ 2. ЗДІЙСНЮЄМО ПОШУК ТА ОПРАЦЬОВУЄМО ІНФОРМАЦІЮ

5. (2 бали) Установіть відповідність між видом газового розряду (1–4) та його схематичним зображенням (А–Г).

ГРУПА РЕЗУЛЬТАТІВ 2. ЗДІЙСНЮЄМО ПОШУК ТА ОПРАЦЬОВУЄМО ІНФОРМАЦІЮ

6. (2 бали) Установіть відповідність між електричним пристроєм (1–4) та його умовним позначенням на електричних схемах (А–Д).

7. (2 бали) За відповідною таблицею установіть електрохімічний еквівалент міді, яким ви скористаєтесь, визначаючи масу міді, що виділиться на катоді внаслідок електролізу купрум(I) ціаніду (CuCN).

Оскільки у сполуці $CuCN$ мідь є одновалентною ($Cu^+$), для розрахунків необхідно використовувати електрохімічний еквівалент міді одновалентної, який становить $0{,}66 \cdot 10^{-6}\text{ кг/Кл}$.

8. (3 бали) На якому електроді (див. рис. 4) під час електролізу виділяється більше металу? Який це метал?

Більше металу виділяється на електроді 3, оскільки це катод у другій ванні з розчином аргентум(I) нітрату ($AgNO_3$). Маса речовини, що виділяється, прямо пропорційна електрохімічному еквіваленту ($m = k \cdot I \cdot t$), а електрохімічний еквівалент срібла ($k_{Ag} \approx 1{,}118 \cdot 10^{-6}\text{ кг/Кл}$) значно більший за електрохімічний еквівалент міді ($k_{Cu} \approx 0{,}33 \cdot 10^{-6}\text{ кг/Кл}$ для $Cu^{2+}$) при однаковій кількості електрики, що пройшла через послідовно з’єднані ванни. Цим металом є срібло.

9. (3 бали) За графіком залежності опору металевого провідника від температури (рис. 5) визначте температурний коефіцієнт опору металу.

Дано:

• $R_0 = 30\text{ Ом}$
• $t_0 = 0\text{ }^\circ\text{C}$
• $t = 150\text{ }^\circ\text{C}$
• $R = 45\text{ Ом}$

Знайти:

• $\alpha - ?$

Розв’язання:

Залежність опору металу від температури визначається за формулою:

$R = R_0 \cdot (1 + \alpha \cdot \Delta t)$

Звідси виражаємо температурний коефіцієнт опору:

$\alpha = \dfrac{R - R_0}{R_0 \cdot \Delta t}$

$\Delta t = t - t_0 = 150 - 0 = 150\text{ }^\circ\text{C}$

$\alpha = \dfrac{45 - 30}{30 \cdot 150} = \dfrac{15}{4500} = \dfrac{1}{300} \approx 0{,}0033\text{ К}^{-1}$

Відповідь: $0{,}0033\text{ К}^{-1}$.

ГРУПА РЕЗУЛЬТАТІВ 3. УСВІДОМЛЮЄМО ЗАКОНОМІРНОСТІ ПРИРОДИ

10. (2 бали) Установіть відповідність між видом самостійного газового розряду (1–4) і назвою пристрою (А–Д).

ГРУПА РЕЗУЛЬТАТІВ 3. УСВІДОМЛЮЄМО ЗАКОНОМІРНОСТІ ПРИРОДИ

11. (2 бали) Під час сріблення виробу протягом 1 год на катоді виділилося 2 г срібла. Якою приблизно була сила струму в процесі сріблення?

Дано:

• $t = 1\text{ год} = 3600\text{ с}$
• $m = 2\text{ г} = 2 \cdot 10^{-3}\text{ кг}$
• $k = 1{,}118 \cdot 10^{-6}\text{ кг/Кл}$ (електрохімічний еквівалент срібла)

Знайти:

• $I - ?$

Розв’язання:

Згідно з першим законом Фарадея для електролізу:
$m = k \cdot I \cdot t$

Звідси виражаємо силу струму:
$I = \dfrac{m}{k \cdot t}$

$I = \dfrac{2 \cdot 10^{-3}}{1{,}118 \cdot 10^{-6} \cdot 3600} \approx 0{,}497\text{ А}$

Відповідь: сила струму в процесі сріблення становила приблизно 0,5 А.

12. 1) Як змінюється опір нитки розжарення під час нагрівання?

Під час нагрівання опір металевої нитки розжарення збільшується.

12. 2) Обчисліть температуру нитки розжарення лампи в робочому стані, якщо в момент увімкнення її температура становить 20 °С.

Дано:

• $t_0 = 20\text{ °C}$
• $\dfrac{I_{0}}{I} = 12{,}5$ (відношення початкового струму до робочого)
• $\alpha = 0{,}0045\text{ °C}^{-1}$ (температурний коефіцієнт опору вольфраму)

Знайти:

• $t - ?$

Розв’язання:

Оскільки напруга в мережі незмінна, за законом Ома:
$\dfrac{R}{R_0} = \dfrac{I_0}{I} = 12{,}5$

Залежність опору від температури визначається формулою:
$R = R_0(1 + \alpha(t - t_0))$

$\dfrac{R}{R_0} = 1 + \alpha(t - t_0)$

$12{,}5 = 1 + 0{,}0045 \cdot (t - 20)$

$11{,}5 = 0{,}0045 \cdot (t - 20)$

$t - 20 = \dfrac{11{,}5}{0{,}0045} \approx 2556$

$t = 2556 + 20 = 2576\text{ °C}$

Відповідь: температура нитки розжарення в робочому стані становить приблизно 2576 °С.

13. (4 бали) Сила струму в ділянці кола, що містить діод Д1 (рис. 6), — 0,5 А. Якою буде загальна сила струму в колі, якщо змінити полярність під’єднання джерела струму? Напруга на ділянці не змінюється, опори резисторів однакові, діоди ідеальні.

Розв’язання:

1. В початковому стані (згідно з рис. 6) струм проходить через верхню гілку з діодом $Д_1$ та середню гілку з резистором 2. Нижня гілка з діодом закрита, оскільки він підключений у зворотному напрямку.
2. Оскільки опори резисторів однакові ($R_1 = R_2 = R_3 = R$) і напруга $U$ однакова для паралельних гілок, сила струму в середній гілці також дорівнює 0,5 А. Загальна сила струму в колі: $I_{заг} = 0{,}5\text{ А} + 0{,}5\text{ А} = 1\text{ А}$.
3. При зміні полярності діод $Д_1$ закривається, і струм через верхню гілку не йде ($I_1' = 0\text{ А}$). Середня гілка з резистором 2 залишається робочою, сила струму в ній $I_2' = 0{,}5\text{ А}$. Нижня гілка з діодом відкривається, і через ідентичність резистора сила струму в ній становить $I_3' = 0{,}5\text{ А}$.
4. Нова загальна сила струму: $I_{заг}' = I_2' + I_3' = 0{,}5\text{ А} + 0{,}5\text{ А} = 1\text{ А}$.

Відповідь: загальна сила струму в колі не зміниться і становитиме 1 А.