Świat fizyki Podręcznik dla uczniów gimnazjum Część 3 Pod redakcją Barbary Sagnowskiej Kraków 2010 R ZamKor
Autorzy Barbara Sagnowska, Maria Rozenbajgier, Ryszard Rozenbajgier, Danuta Szot-Gawlik, Małgorzata Godlewska Konsultacje merytoryczne Jadwiga Salach Korekta językowa Agnieszka Kochanowska-Sabljak, Magdalena Puda-Blokesz Rysunki Katarzyna Mentel Zdjęcia Łukasz Opaliński, Fotolia (str. 55, 56, 130), Danuta Szot_Gawlik (str. 128), Corel Profesional Photos (str 131, 150), Marek Godlewski (str. 164) Projekt okładki i układu typograficznego Joanna Wypiór Podręcznik dopuszczony do użytku szkolnego przez ministra właściwego do spraw oświaty i wychowania i wpisany do wykazu podręczników przeznaczonych do kształcenia ogólnego do nauczania fizyki, na podstawie opinii rzeczoznawców: mgr Anny Hartleb, mgr. Waldemara Reńdy, dr Henryki Kaczorowskiej. Etap edukacyjny: III Typ szkoły: gimnazjum Rok dopuszczenia: 2010. Numer ewidencyjny w wykazie (numer dopuszczenia): 11/3/2010 ZamKor R Copyright by ZamKor P. Sagnowski i Wspólnicy sp. j. ul. Tetmajera 19, 31-352 Kraków tel. 12 623 25 20 faks 12 623 25 24 e-mail: zamkor@zamkor.pl www.zamkor.pl ISBN 978-83-60793-69-5 (całość) ISBN 978-83-60793-47-3 (część 3) Druk i oprawa P.W. STABIL, tel. (12) 410 28 20 Podręcznik wydrukowano na przyjaznym papierze www.przyjaznypapier.pl
Spis treści 9. O elektryczności statycznej....5 9.1. Elektryzowanie ciała przez tarcie i zetknięcie z ciałem naelektryzowanym...6 9.2. Siły wzajemnego oddziaływania ciał naelektryzowanych...15 9.3. Przewodniki i izolatory...19 9.4. Zjawisko indukcji elektrostatycznej. Zasada zachowania ładunku.. 24 9.5. Pole elektryczne....31 9.6. Napięcie elektryczne (dla tych, którzy chcą wiedzieć więcej)....35 Repetytorium...40 Sprawdź swoją wiedzę...42 Wprawki egzaminacyjne...................................... 46 10. O prądzie elektrycznym...47 10.1. Prąd elektryczny w metalach...48 10.2. Źródła prądu. Obwód elektryczny...55 10.3. Natężenie prądu elektrycznego...61 10.4. Prawo Ohma. Wyznaczanie oporu elektrycznego opornika...66 10.5. Obwody elektryczne i ich schematy...75 10.6. Praca i moc prądu elektrycznego...92 Repetytorium...102 Sprawdź swoją wiedzę...104 Wprawki egzaminacyjne..................................... 106 11. O zjawiskach magnetycznych...107 11.1. Właściwości magnesów trwałych...108 11.2. Przewodnik z prądem jako źródło pola magnetycznego...114 11.3. Zasada działania silnika elektrycznego zasilanego prądem stałym...121
11.4. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej (dla tych, którzy chcą wiedzieć więcej)...124 11.5. Fale elektromagnetyczne...129 Repetytorium...138 Sprawdź swoją wiedzę...140 Wprawki egzaminacyjne..................................... 142 12. Optyka, czyli nauka o świetle....143 12.1. Źródła światła. Prostoliniowe rozchodzenie się światła...144 12.2. Odbicie światła...150 12.3. Obrazy otrzymywane w zwierciadle płaskim...156 12.4. Obrazy otrzymywane za pomocą zwierciadeł kulistych....159 12.5. Załamanie światła na granicy dwóch ośrodków...165 12.6. Przejście wiązki światła białego przez pryzmat....171 12.7. Soczewki....177 12.8. Obrazy otrzymywane za pomocą soczewek...182 12.9. Porównujemy fale mechaniczne i elektromagnetyczne...188 Repetytorium...190 Sprawdź swoją wiedzę...194 Wprawki egzaminacyjne..................................... 198 13. Przygotowanie do egzaminu....199 13.1. Zjawiska fizyczne...200 13.2. Wielkości fizyczne i ich jednostki...206 13.3. Prawa fizyczne........................................ 213 13.4. Wzory fizyczne...217 13.5. Jednostki wielkości fizycznych...224 13.6. Doświadczenia. Pomiary. Przyrządy pomiarowe...228 13.7. Tabele, diagramy i wykresy...232 Odpowiedzi do zadań...243
O prądzie elektrycznym rozdział 10 10.5. Obwody elektryczne i ich schematy 75 Po dokładnym zapoznaniu się z treścią tego paragrafu potrafisz: Budować proste obwody elektryczne, w których odbiorniki są połączone szeregowo i równolegle. Rysować schematy obwodów elektrycznych. Wyjaśnić, dlaczego urządzenia elektryczne są włączone do domowej instalacji równolegle. W obwodach elektrycznych, które budowaliśmy dotąd, był tylko jeden odbiornik: opornik drutowy lub żarówka. Na ogół jednak w obwodach elektrycznych jest więcej odbiorników. Tak jest np. w naszej domowej sieci elektrycznej. Mogą one być połączone szeregowo lub równolegle. Aby się przekonać, jaka jest różnica między tymi dwoma sposobami łączenia odbiorników i który z nich wykorzystuje się w naszych domach, wykonaj doświadczenie. Doświadczenie 10.2 (obowiązkowe) Cel: Badanie połączeń szeregowych i równoległych odbiorników. Konieczne przyrządy: podstawka z żaróweczkami, zasilacz bateryjny, 4 ogniwa R20, przewody. Kolejne czynności: Budujemy obwód według poniższego schematu (łączenie szeregowe). Zamykamy obwód i sprawdzamy, czy wszystkie żaróweczki świecą.
rozdział 10 O prądzie elektrycznym 76 Wykręcamy jedną z żaróweczek i sprawdzamy, czy pozostałe żaróweczki świecą. Rozmontowujemy obwód i ponownie łączymy elementy według innego schematu (łączenie równoległe). Zamykamy obwód i sprawdzamy, czy wszystkie żaróweczki świecą. Wykręcamy jedną z żaróweczek i sprawdzamy, czy pozostałe świecą. Wynik: Po wykręceniu jednej żaróweczki w pierwszym przypadku żadna żaróweczka nie świeci. W drugim przypadku wszystkie pozostałe świecą. Wnioski: W łączeniu szeregowym wyłączenie jednego odbiornika oznacza przerwę w obwodzie i odłączenie od źródła prądu wszystkich tak połączonych odbiorników. W łączeniu równoległym, po wyłączeniu jednego z odbiorników, prąd elektryczny płynie przez pozostałe odbiorniki. Obwód jest zamknięty. W naszych mieszkaniach odbiorniki są połączone równolegle, ponieważ każdego z nich możemy używać niezależnie od tego, czy przez pozostałe odbiorniki płynie prąd (rys. 10.23).
O prądzie elektrycznym rozdział 10 77 przewody sieci energetycznej, między którymi istnieje napięcie Rys. 10.23 Każde urządzenie jest oddzielnie włączone do sieci energetycznej i może pracować niezależnie od innych. Zdarza się, że w oświetleniu choinkowym wszystkie żarówki muszą pracować równocześnie (rys. 10.24). Oznacza to, że są one połączone szeregowo. Rys. 10.24
rozdział 10 O prądzie elektrycznym 78 Podsumowanie Odbiorniki mogą być połączone szeregowo lub równo legle. Odbiorniki połączone szeregowo mogą pracować tylko równocześnie. Odbiorniki połączone równolegle mogą pracować niezależnie od pozostałych. Zadania i doświadczenia Zadania 1. Narysuj schemat przedstawionego niżej obwodu. 2. Dlaczego w instalacji domowej odbiorniki łączy się równolegle, a nie szeregowo? Doświadczenie Jeśli masz w domu oświetlenie choinkowe, to sprawdź, czy żaróweczki są połączone szeregowo, czy równolegle. Opisz sposób, w jaki to zrobisz.
rozdział 12 Optyka, czyli nauka o świetle 188 12.9. Porównujemy fale mechaniczne i elektromagnetyczne Po dokładnym zapoznaniu się z treścią tego paragrafu potrafisz: Wymienić cechy wspólne i różnice między falami mechanicznymi i elektromagnetycznymi. Omawiając w tym rozdziale zjawiska świetlne, poznaliśmy bliżej właściwości fal elektromagnetycznych, bo światło jest taką falą. Możemy więc porównać właściwości fal mechanicznych i elektromagnetycznych. Kryteria Fale mechaniczne Fale elektromagnetyczne Przykłady Sposób wytwarzania Mechanizm rozchodzenia się Miejsce rozchodzenia się Sposób rozchodzenia się Oddziaływanie na nasze zmysły fala na sprężynie, sznurze, na powierzchni wody, fale akustyczne (dźwięki) drgania źródła fali (np. membrany głośnika, struny) przekazywanie drgań kolejnym porcjom cząsteczek ośrodka tylko ośrodki materialne wykazujące sprężystość (nie rozchodzą się w próżni) promieniowanie X, promieniowanie UV, światło widzialne, promieniowanie podczerwone, mikrofale, fale radiowe drgania o wysokiej częstotliwości elektronów i innych naładowanych cząstek; drgania prądu elektrycznego w antenie nadawczej przenikające się wzajemnie pola elektryczne i magnetyczne; zmiana pola elektrycznego jest warunkiem powstawania pola magnetycznego i na odwrót w próżni oraz w materiałach, które nie przewodzą prądu elektrycznego w ośrodkach jednorodnych prostoliniowo odbijają się odbijają się od metali (np. luster) od wszelkich przeszkód fale w zakresie 20 Hz 20 000 Hz odbieramy jako wrażenie słuchowe fale w zakresie długości 0,4 mm 0,7 mm odbieramy jako wrażenie wzrokowe, podczerwień wywołuje efekty cieplne
Optyka, czyli nauka o świetle rozdział 12 189 Kryteria Fale mechaniczne Fale elektromagnetyczne Transport energii Szybkość rozchodzenia się Wielkości opisujące falę częstotliwość f długość fali l Związek między wielkościami opisującymi falę Znaczenie dla człowieka energia mechaniczna drgań jest przekazywana kolejnym porcjom cząsteczek ośrodka zależy od sprężystości ośrodka fala akustyczna w powietrzu u 340 m/s u w wodzie 1250 m/s u w żelazie 5000 m/s energia elektryczna zamienia się w energię magnetyczną, a magnetyczna w elektryczną w próżni c 300 000 000 m/s; jest to największa szybkość w przyrodzie; z taką szybkością za pomocą fal elektromagnetycznych można przesyłać informacje; w innych ośrodkach u < c; w powietrzu tylko nieco mniejsza od c przy przejściu z jednego ośrodka do drugiego częstotliwość fali nie zmienia się (np. rozchodzący się w powietrzu dźwięk, który powstał na skutek drgań struny ma taką samą częstotliwość, jak drgania tej struny); światło jednobarwne, przechodząc z powietrza do wody, ma nadal taką samą częstotliwość, co objawia się taką samą barwą tego światła droga, którą przebywa fala w czasie jednego okresu drgań f przy przejściu z jednego ośrodka do drugiego f = const następuje zmiana szybkości u, a zatem zmiana długości fali oba rodzaje fal mają wielkie znaczenie w przyrodzie, a także w życiu człowieka Zadania Zadania i doświadczenia 1. Poszukaj odpowiednich informacji i przygotuj prezentację rozwijającą jeden z punktów powyższego zestawienia. 2. W czasie burzy Zosia zmierzyła czas, jaki upłynął między pojawieniem się błyskawicy i usłyszeniem grzmotu. Na tej podstawie oszacowała, w jakiej odległości od niej uderzył piorun. Zapisz w punktach rozumowanie, jakie przeprowadziła Zosia.