Практичний посібник «Розв’язування задач з теми «Електричний струм у різних середовищах»

ДПТНЗ «КОЗЯТИНСЬКЕ МІЖРЕГІОНАЛЬНЕ ВИЩЕ ПРОФЕСІЙНЕ УЧИЛИЩЕ ЗАЛІЗНИЧНОГО ТРАНСПОРТУ»

 

 

 

 

Практичний посібник

 «Розв’язування задач з теми «Електричний струм у різних середовищах»

 

 

 

 

 

м. Козятин

2022 р.

 

Практичний посібник «Розв’язування задач з теми «Електричний струм у різних середовищах» складається з чотирьохрівневих завдань з розділу «Електричний струм у різних середовищах», які складені відповідно до діючої програми з фізики.

Посібник містить короткі теоретичні відомості, основні формули, приклади розв’язаних задач. Дана структура дозволяє застосовувати матеріал посібника на різних етапах вивчення теми, а також при дистанційному навчанні та підготовці до ЗНО.

Зараз, коли актуальними є питання здачі здобувачами освіти ЗНО, особлива увага приділяється тестовим завданням. Кожне завдання будь - якого рівня дає змогу перевірити знання вивченої здобувачами освіти теми в цілому. Крім того, різнотипові завдання дають додаткову можливість для впровадження технологій особистісно зорієнтованого навчання на уроках фізики.

Контроль знань розроблений з використанням диференційного підходу до здобувачів освіти: завдання початкового рівня подано у вигляді тестів, в яких потрібно вибрати лише одну правильну відповідь; завдання середнього рівня містять тестові завдання і не складні задачі. Щоб здобувачі освіти проявили здатність використовувати набуті знання, оперувати ними при розв’язанні теоретичних і практичних завдань, для достатнього і високого рівня підібрано завдання, що потребують повного розв’язку.

Посібник рекомендовано для викладачів та здобувачів освіти загальноосвітніх закладів та закладів професійної (професійно-технічної) освіти.

 

 

 

 

Укладач:  Гаврилюк А. Г. – викладач фізики

 

 

 

Розглянуто і затверджено на засіданні методичної комісії природничо – математичного циклу (протокол №10 від10. 05. 2022 р.)

 

Рецензент: Міськова М.Г. – заступник директора з методичної роботи Козятинського МВПУЗТ

Зміст

1. Вступ.....................................................................................................................4

2.Короткі теоретичні відомості..............................................................................5

3. Приклади розв’язування задач………………………………………………...9

4.Самостійна робота ….........................................................................................14

5. Виявляємо предметну компетентність............................................................16

6. Список використаної літератури......................................................................20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступ

Провідниками електричного струму можуть бути різні речовини: метали, розчини електролітів і за певних умов гази та вакуум. Широкого застосування набули речовини, які називають напівпровідниками.

Як уже відомо, для створення струму в якомусь середовищі потрібна наявність у ньому заряджених частинок, здатних переміщатися під дією електричного поля. Цими частинками можуть бути і електрони, і йони. З’ясувати природу струму - означає встановити, які саме заряджені частинки переносять заряд у даному середовищі.

У даному посібнику розглянемо природу і закономірності електричного струму в різних середовищах.

Відомо, що критерієм засвоєння й розуміння навчального матеріалу з фізики є вміння розв’язувати задачі. Рівень цих умінь безпосередньо зв’язаний з кількістю та якістю розв’язаних здобувачами освіти задач.

Фізична задача - певним чином підібрані вправи, головне призначення яких полягає у вивченні фізичних явищ, формуванні понять, розвитку фізичного мислення здобувачів освіти та прищеплювання їм навичок застосовувати свої знання на практиці.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Короткі теоретичні відомості

Електричний струм у металах

Електричний струм у металах є напрямленим рухом електронів.

Сила струму – фізична величина, яка чисельно дорівнює заряду , що переноситься за одиницю часу через поперечний переріз провідника:

.

Сила струму – величина скалярна. Основна одиниця сили струму в системі СІ-[І]= 1А (ампер). Технічним напрямом струму вважається напрям руху позитивних зарядів.

Сила струму в  металах пропорційна середній швидкості впорядкованого руху електронів та їх концентрації n:

I=neS,

де е - заряд електрона; S - площа поперечного перерізу провідника.

Густина струму

j = I / S,

де S – площа поперечного перерізу провідника; І – сила струму в ньому. Одиниця густини струму – А/м².

Напруга – величина, яка чисельно дорівнює роботі переміщення одиничного позитивного заряду на ділянці кола:

U = A / q

Одиниця напруги в СІ - = 1 В (вольт).

Опір металевого провідника залежить не тільки від його геометричних параметрів  та речовини, з якої він виготовлений, але й від температури:

;

,

де ρ₀, ρ - питомі опори речовини провідника відповідно за температури Т₀=273 К (0° С) і за даної температури Т; α - температурний коефіцієнт опору; ΔТ - різниця температур (ΔТ=Т-273 К).

Графічно ця залежність зображується прямою лінією.

Температурний коефіцієнт опору α - фізична величина, яка характеризує залежність опору речовини від температури і чисельно дорівнює відносній зміні питомого опору ρ речовини в разі нагрівання її на 1 К.

Одиниця температурного коефіцієнту опору в СІ - кельвін у мінус першому степені (К^-1).

Розв’язуючи задачі, формулу, яка описує температурну залежність опору провідників, простіше подавати у вигляді: , де R₀, R - опори провідника за 0° С і t °С; α - температурний коефіцієнт опору; t - температура за шкалою Цельсія.

Надпровідність - стан провідника, в якому він практично втрачає електричний опір.

Зараз відомі багато речовин і матеріалів, які за відповідної температури переходять у надпровідний стан.

 

Електричний струм у рідинах

Електроліти - це будь-які тверді тіла або рідини, що мають йонну провідність. Рідкі електроліти - це водні розчини солей, кислот або лугів.

У розчинах і розплавах електролітів електричний струм створюється позитивними та негативними йонами.

Процес розпаду молекул розчиненої речовини на йони під впливом розчинника називають електролітичною дисоціацією.

Зворотні процеси - возз’єднання різнойменних йонів у нейтральні молекули називають рекомбінацією, або молізацією.

Електропрровідність електролітів з підвищенням температури зростає.

Електроліз - процес виділення речовин на електродах, пов'язаний з окисно-відновними реакціями, що відбуваються під час проходження струму.

 

Перший закон електролізу (перший закон Фарадея):

Маса m речовини, яка виділяється на електроді під час електролізу, прямо пропорційна силі струму І та часу t його проходження через електроліт:

m=kIt або m=kq

де k - електрохімічний еквівалент, що залежить від природи речовини.

Одиниця електрохімічного еквівалента в СІ - кілограм на кулон (кг/Кл).

 

Другий закон електролізу (другий закон Фарадея):

Електрохімічний еквівалент k речовини прямо пропорційний її хімічному еквіваленту :

,

де F - стала Фарадея; n - валентність речовини; М - молярна (або атомна) маса речовини.

Стала Фарадея F визначається як добуток модуля заряду електрона на сталу Авогадро N_A: F= N_A=9,65∙10⁴ Кл/моль.

 

Об’єднаний закон Фарадея для електролізу:

, або

Той самий хімічний елемент у різних сполуках може мати різну валентність і відповідно - різні електрохімічні еквіваленти.

 

Електричний струм у газах

Процес утворення в газі позитивних і негативних йонів та вільних електронів з молекул (атомів) називають йонізацією, а збудників йонізації - йонізаторами.

Поряд з йонізацією в газі може відбуватися і зворотний процес - рекомбінація (або молізація) йонів у нейтральні атоми чи молекули.

Електричний струм у газах являє собою напрямлений рух вільних електронів, позитивних і негативних йонів.

Проходження електричного струму крізь газ називають газовим розрядом.

Газовий розряд, який відбувається тільки за наявності зовнішнього йонізатора, називають несамостійним газовим розрядом.

Газ проводитиме електричний струм, якщо його йонізувати. Йонізація електричним ударом стає можливою тоді, коли електрони під час вільного пробігу набувають кінетичної енергії, що перевищує енергію зв’язку W_i електрона з атомом:

,

де m_e - маса електрона; υ - швидкість електрона. W_i - енергія йонізації - це найменша енергія, яку треба надати електрону для його виходу з атома. Енергію йонізації зазвичай виражають у електрон - вольтах (еВ):

1 еВ=1,6∙10^-19 Кл∙1 В=1,6∙10^-19 Дж.

Кінетичної енергії, завдяки якій відбувається ударна йонізація, електрон набуває за рахунок роботи сил електричного поля:

, або ,

де е - заряд  електрона; Е - модуль напруженості електричного поля; l - довжина вільного пробігу електрона; U_i - різниця потенціалів, яку проходить електрон на довжині вільного пробігу.

 

Електричний струм у вакуумі

Вакуум - це середовище, в якому немає частинок речовини.

Щоб у вакуумі існував струм, слід помістити у вакуум джерело вільних заряджених частинок, наприклад електронів. Найбільша концентрація вільних електронів - у металах. Для подолання сил кулонівського притягання до позитивних йонів електрону необхідно витратити певну енергію.

Енергію, яку необхідно витратити електрону, щоб залишити поверхню металу, називають роботою виходу.

Якщо кінетична енергія електрона буде більшою або дорівнюватиме роботі виходу (), то він залишить поверхню металу та стане вільним.

Процес випускання електронів із поверхні металів називають емісією.

Термоелектронна емісія - процес випускання електронів нагрітими тілами.

Електричний струм у вакуумі являє собою напрямлений рух вільних електронів, отриманих, наприклад, у результаті термоелектронної емісії.

Найпростіший з електронних приладів - вакуумний (ламповий ) діод. Цей прилад складається зі скляного балона, у якому містяться два електроди: катод і анод. Якщо нагрітий металевий електрод помістити у вакуумі разом із іншим електродом та приєднати їх, відповідно, до негативного та позитивного полюсів джерела струму, то електрони почнуть рухатися впорядковано між електродами  - виникає електричний струм. Якщо змінити полярність підключення джерела, то струму не буде.  Вакуумний діод має однобічну провідність.

 

Електричний струм у напівпровідниках

Напівпровідниками називають речовини, електрична провідність яких менша, ніж у провідників електричного струму, та більша, ніж у діелектриків.

З підвищенням температури питомий опір напівпровідників зменшується.

Питомий опір деяких напівпровідників знижується зі збільшенням освітленості. Введення домішок може різко зменшити питомий опір напівпровідників.

Типовими напівпровідниками є германій та кремній, які утворені  елементами четвертої групи. Кожен з атомів зв’язаний із чотирма сусідніми двохелектронними або ковалентними зв’язками. З підвищенням температури зв'язок  валентних електронів з атомними ядрами слабшає і деякі з них унаслідок теплового руху можуть залишати свої атоми. Атом напівпровідника, що втратив хоча б один електрон, стає позитивним йоном.

Електрон, що залишає міжатомний зв'язок , стає вільним, а там, де він був, утворюється вакантне місце (вакантний енергетичний рівень), яке називають діркою.

Електропровідність напівпровідників зумовлена наявністю в них негативно заряджених вільних електронів та позитивно заряджених дірок.

Електрони  та дірки за відсутності зовнішнього електричного поля рухаються хаотично в різні боки і не виходять за межі напівпровідника. Саме вони зумовлюють власну електропровідність напівпровідника.

 

Типи напівпровідників

1. Чисті напівпровідники (германій, кремній) мають власну провідність, що виникає в результаті розриву ковалентних зв’язків у чистому напівпровіднику.
2. Домішкові напівпровідники n-типу (домішка Арсену в кремнії) мають електронну провідність. Домішкові атоми мають більшу валентність, ніж основні атоми, тобто містять один зайвий електрон. За підвищення температури ці зайві електрони стають вільними.
3. Домішкові напівпровідники р-типу (домішка Індію в кремнії) мають діркову провідність. Валентність домішкових атомів менша від валентності основних атомів, що призводить до нестачі електронів. З’являються «дірки», що «рухаються» під дією  електричного поля як позитивно заряджені частинки.

 

Електронно - дірковий перехід (р- n-перехід)

Являє собою контакт між напівпровідниками р- і n- типу.

У результаті зустрічної дифузії  електронів і дірок біля р- n-переходу утворюється запірний електричний шар, поле якого перешкоджає подальшому переходу електронів і дірок через межу. У запірному шарі низька концентрація вільних носіїв заряду, що спричиняє підвищений опір. Якщо зовнішнє електричне поле напрямлене від напівпровідника р- типу до напівпровідника n- типу (струм іде в прямому напрямку), опір запірного шару різко зменшується; при протилежному напрямку струму опір різко зростає.

Напівпровідниковий діод - елемент з однобічною провідністю, що містить один р- n-перехід .

Транзистор - напівпровідниковий прилад, що містить два р- n-переходи. Транзистор надає можливості підсилювати слабкі електричні сигнали.

 

 

Приклади розв’язування задач

 

1.               На цоколі електричної лампочки написано: 220 В, 40 Вт. За кімнатної температури опір спіралі 175 Ом. Визначити температуру спіралі лампи в робочому стані. Температурний коефіцієнт опору вольфраму 5,1∙10^-3 К^-1.

Дано:         Розв’язання.

U =220 В Залежність опору металу від температури має вигляд

Р =40 Вт 

R =175 Ом Звідси

t =20 °C ; ,

α =5,1∙10^-3 К^-1      тоді 

 

t₁ - ? Відповідь: 1300 °С.

 

2. За температури 20°С опір мідного провідника 200 Ом. Якщо до нього приєднати джерело струму з ЕРС 300 В і внутрішнім опором 10 Ом, температура збільшиться до 135°С. Визначте силу струму в провіднику. Температурний коефіцієнт опору міді 4,3∙10^-3 К^-1.

Дано:         Розв’язання.

R₁ =200 Ом          Залежність опору металу від температури має вигляд t₁=20 °C             Тоді              

t₂=135°С 

α =4,3∙10^-3 К^-1      

R =10 Ом За законом Ома для замкненого кола

Ɛ=300 В       

 Відповідь: 0,67 А.

І -?

 

3. Мідним дротом тече струм, густина якого  j==10 А/м².

Знайдіть середню швидкість впорядкованого руху електронів, вважаючи, що на кожний атом міді приходиться один електрон провідності.

Розв'язання:

Сила струму І=neS. Отже, густина струму j=, звідки середня швидкість впорядкованого руху електронів =

Заряд електрона знайдемо в таблиці : е =1,6·10^-19 Кл.

Щоб знайти концентрацію електронів, знайдемо концентрацію атомів, так як за умовою вони рівні.

Якщо ρ – густина міді, (ρ=8,9·10³ кг/м³), а m₀ – маса одного атома, то

n=. Але  m₀= , де M – атомна маса міді,

 

N_A – стала Авогадро ( 6,02·10²³ моль^-1 ).

Маємо n= , звідки витікає =

Відповідь: = 0,25·10^-6 ( м/с ).

 

4.               Визначити середню швидкість напрямленого руху електронів у мідному провіднику, якщо площа його поперечного перерізу 20 мм², концентрація електронів провідності 9∙10²⁸ м^-3, а сила постійного струму дорівнює 5 А. За який час електрон переміститься вздовж провідника на 1 см?

Дано:  СІ        Розв’язання.

S=20 мм²            2∙10^-5 м²    Після прикладання електричної напруги до ділянки n=9∙10²⁸м^-3                                         провідника під дією електричного поля електрони                                            І=5 А                                   починають переміщуватися впорядковано. Через          

l=1 cм                 10^-2 м       поперечний переріз провідника переноситься заряд

е =1,6·10^-19 Кл                 за будь-який час. Тоді сила струму в металі

υ -? t -?                                 I=neS, . Перевіримо одиницю вимірювання

 .

 Час,за який електрон проходить шлях l, дорівнює

 t = l/ υ

 

 

Відповідь: t=5747 с=1,5 год; =1,74 мм/с.

 

5. Скільки нікелю виділиться при електролізі за 1 год за сили струму 10 А, якщо відомо, що молярна маса нікелю 0,0587 кг/моль, а валентність нікелю 2?

Дано:             СІ              Розв’язання.

t = 1 год 3600 с   Cкористаємося об’єднаним  законом Фарадея:

І=10 А  

М=5,87∙10^-2 кг/моль                  Перевіримо одиницю вимірювання

n =2

F=96485 Кл/моль 

 m -? Обчислення:

 Відповідь: m=1,095∙10^-2кг≈11 г.

6. При електролізі розчину ZnSО₄ було витрачено енергію 20 гВт∙год. Визначити масу цинку, яка виділилася на електроді, якщо напруга на затискачах електродів дорівнює 4 В.

Дано:           СІ              Розв’язання.

W= 20 гВт∙год      7,2∙10⁶ Дж   За законом Фарадея m=kIt

U= 4В       Витрачена на електроліз енергія дорівнює роботі

k=0,34∙10^-6 кг/Кл                       електричного струму, яку можна визначити за      m -?                                             формулою W=A=IUt, звідки

 Тоді маса цинку, яка виділилася на електроді,

 дорівнює

 Перевіримо одиницю вимірювання

 

Визначимо енергію в джоулях:

W=20 гВт∙год=20∙100 Вт∙3600 с=72∙10⁵Дж=7,2∙ 10⁶ Дж.

Обчислення: 

   Відповідь: m=0,612 кг=612 г.

 

7. Для покриття деталі шаром срібла через електроліт пропускають електричний струм 5 А протягом 10 хвилин. Скільки при цьому використовують срібла? Електрохімічний еквівалент срібла 1,118∙10^-6 кг/Кл. 

Дано:         Розв’язання.

І= 5А                         За першим законом Фарадея для електролізу  m=kIt

t =10 хв=600 с , m=1,118∙10^-6∙5∙600=3,3∙10^-3

k=1,118∙10^-6 кг/Кл       Відповідь: m= 3,3∙10^-3 кг.              

m -?

8. Визначити енергію йонізації атома гелію, якщо його потенціал дорівнює 24,5 В.

Дано:         Розв’язання.

U_і=24,5 В Необхідна енергія йонізації дорівнює: W_i = е U_і, де

е =1,6·10^-19 Кл е - заряд електрона.

W_i - ?                         Перевіримо одиницю вимірювання:

 

Обчислення: W_i=1,6∙10^-19∙24,5=3,92∙10^-18 Дж

Відповідь: W_i =3,92∙10^-18 Дж.

 

9. Енергія йонізації атомів ртуті дорівнює 10,4 еВ. З якою найменшою швидкістю має летіти електрон, щоб відбулась йонізація атома ртуті при ударі?

Дано:             СІ              Розв’язання.

W_i =10,4 еВ            16,64∙10^-19 Дж   Для того, щоб йонізувати атом ртуті,

m_е =9,1∙10^-31 кг електрон повинен мати кінетичну енергію,

υ_min -? яка дорівнює енергії йонізації:

 W_к = W_{i ,} або 

де m_е - маса електрона; υ_min - найменша швидкість електрона, за якої відбувається йонізація. Тоді

Перевіримо одиницю вимірювання:

Обчислення:

Відповідь: υ_min=1,9∙10⁶ м/с.

 

10.  У телевізійному  кінескопі прискорююча анодна напруга дорівнює 16 кВ, а відстань від анода до екрана становить 30 см. За який час електрони проходять цю відстань?

Дано:         СІ              Розв’язання.

U=16 кВ 1,6∙10⁴ В     Використаємо формулу для роботи виходу

l =30 cм 0,3 м            А_вих= U  і кінетичної енергії 

е =-1,6·10^-19 Кл Прирівнюємо роботу виходу до кінетичної

m_е =9,1∙10^-31 кг енергії  А_вих= Е_к і визначимо швидкість електрона

t - ?  U=

Щоб визначити час, вважаємо, що електрон надалі рухається рівномірно

Відповідь: t =4∙10^-9 с.

 

Самостійна робота

Варіант 1

1П. Яка електропровідність у металах?

А. Йонна.       Б. Електронна.        В. Дірково-електронна.          Г. Змішана.

2П. Вкажіть на правильну відповідь: при підвищенні температури провідність електролітів…

А…. не змінюється.          Б…. спадає.          В…. зростає.          Г…. інша.

3С. Під час електролізу CuSО₄ йони міді…

А…. випадають в осад.                                             Б…. осідають на аноді.        

В…. не осідають, а залишаються в розчині .          Г…. осідають на катоді.

4С. Питомий опір напівпровідників зменшується з ростом температури, тому що…

А…. збільшується кількість вільних електронів і дірок.

Б…. зменшується кількість вільних електронів.

В…. швидше йде процес рекомбінації вільних електронів і дірок.

Г…. зменшується густина напівпровідника.

5Д. Скільки нікелю виділиться  на катоді при електролізі за 1 год, якщо сила струму дорівнює 10 А?

А. Від 6 г до 8 г.    Б. Від 8 г до 10 г.     В. Від 10 г до 12 г.     Г. Від 12 г до 14 г. 

6В. Опір вольфрамової нитки лампи при 20°С дорівнює 20 Ом. Опір тієї ж нитки в робочому стані 188 Ом. Якою є температура розжареної нитки?

 

Варіант 2

1П. Яка електропровідність в електролітах?

А. Електронна.         Б. Дірково-електронна.         В. Йонна.          Г. Змішана. 

2П. Вкажіть на правильну відповідь: при підвищенні температури провідність металів…

А…. зменшується.      Б…. зростає.        В…. не змінюється.         Г…. інша.

3С. Під час електролізу AgNО₃ йони NО₃… 

А…. випадають в осад.                                             Б…. осідають на катоді.        

В…. не осідають, а залишаються в розчині .          Г…. осідають на аноді.

4С. Дія фоторезистора ґрунтується на залежності опору напівпровідника від…

А…. тиску.                        Б…. концентрації газу в навколишньому середовищі.

В…. температури.            Г…. інтенсивності падаючого світла.

5Д. Визначити масу срібла, що виділилося за 2 години на катоді при електролізі нітрату срібла, якщо електроліз проводиться при напрузі 2 В, а опір розчину 5 Ом.

А. Від 0,5 г до 1 г.     Б. Від 1 г до 2 г.     В. Від 2 г до 3 г.    Г. Від 3 г до 4 г.       

6В. Швидкість впорядкованого руху вільних електронів у провіднику, становить 0,1 мм/с. Якої сили струм тече в ньому, якщо площа його перерізу дорівнює 1 мм², а концентрація вільних електронів становить 10²⁵ м^-3?

 

Варіант 3

1П. Питомий опір металів…

А…. не залежить від температури. 

Б…. зростає зі збільшенням температури.

В…. убуває з ростом температури обернено пропорційно до температури.

Г…. убуває з ростом температури обернено пропорційно до квадрата температури.

2П. Вкажіть на правильну відповідь: при підвищенні температури опір напівпровідників…

А…. зменшується.           Б…. зростає.            В…. не змінюється.

3С. Другий закон Фарадея встановлює взаємозв’язок між…

А…. масою речовини, що виділяється на електродах, і зарядом.

Б…. електрохімічним еквівалентом речовини та її молярною масою.

В…. силою струму, що протікає через електролітичну ванну, і напругою на ванні.

Г…. кількістю молекул, що дисоціювали, і масою речовини, що виділилася на електродах.

4С. Яка провідність в напівпровіднику?

А. Йонна.            Б. Змішана.             В. Електронна.             Г. Діркова.

5Д. Скільки часу тривав електроліз CuSО₄ при силі струму 1 А, якщо на катоді виділилося 33 мг міді?

А. 1000 с.             Б. 100 с.              В. 10 с.            Г. Інша.

6В. Яка концентрація вільних електронів у провіднику площею 3 мм², якщо швидкість впорядкованого руху  електронів  становить 0,1 мм/с, а сила струму - 4,8∙10^-4 А?

 

Варіант 4

1П. Як змінюється опір провідників з пониженням температури?

А. Зростає.          Б. Спадає.           В. Не змінюється.           Г. Інша.

2П. Вкажіть на правильну відповідь: електроліз - це…

А…. утворення йонів при розчиненні речовин.

Б…. об’єднання йонів різних знаків.

В…. процес виділення  на електродах речовин.

3С. Питомий опір електролітів зменшується з ростом температури, тому що…

А…. змінюється густина речовини.

Б…. збільшується кількість йонів за рахунок дисоціації молекул електроліту.

В…. зменшується середня квадратична швидкість руху молекул.

Г…. зменшується кількість йонів за рахунок рекомбінації.

4С. Які носії електричних зарядів у напівпровіднику n- типу є неосновними?

А. Йони «+».        Б. Йони «-».          В. Електрони.          Г. Дірки.

5Д. При якому струмі проходив електроліз CuSО₄, якщо на катоді виділилося 33 мг міді протягом 100 с?

А. 5 А.                 Б. 10 А.               В. 1 А.              Г. Інша.

6В. Швидкість впорядкованого руху електронів у провіднику дорівнює 0,2 мм/с, їх концентрація становить 10²⁵ м^-3. Яка площа перерізу провідника, якщо сила струму в ньому - 3,2∙10^-4 А?

 

 

Виявляємо предметну компетентність

Варіант 1

1П. Швидкість впорядкованого руху вільних електронів визначається за формулою …

А. = IneS.       Б. = (еnS)/І.        В. =І /(еnS).       Г. = (Іеn)/ S.

2П. Електропровідність у газах здійснюється переважно за рахунок…     

А…. молекул газів.                             Б…. негативних йонів.

В…. електронів та йонів.                   Г…. протонів.

3С. Донорні домішки у напівпровіднику n- типу …

А…. збільшують кількість дірок.

Б…. збільшують кількість вільних електронів. 

В…. надають напівпровіднику  позитивний заряд.

Г…. надають напівпровіднику  негативний заряд.

4С. Що таке термоелектронна емісія?

А. Йонізація атомів при нагріванні газів.

Б. Випускання електронів нагрітим катодом.

В. Вибивання електронів з катода позитивними йонами.

5Д. Скільки витрачається електричної енергії в кВт-годинах на рафінування 1 т міді, якщо напруга на електролітичній ванні дорівнює 0,4 В?

А. 330 кВт∙год.    Б.0,33 кВт∙год.    В. 0,33∙10^-6 кВт∙год.    Г. 660 кВт∙год.

6Д. У вакуумному діоді електрон підлітає до анода, маючи швидкість 8 Мм/с. Знайти анодну напругу.

А. 180∙10^-18 В.            Б. 1 В.            В. 180 В.            Г. 1,6∙10^-19 В.

7В. При якій напруженості поля починається самостійний розряд у повітрі, якщо енергія йонізації молекул дорівнює 2,4∙10^-18 Дж, а середня довжина вільного пробігу електронів 5 мкм?

 

Варіант 2

1П. Яке співвідношення є математичним записом першого закону Фарадея для електролізу?

А. .           Б. m=kIt.             В. F =qυBsinα.               Г. .

2П. Вкажіть два правильні висловлювання.

А. Рідини можуть бути провідниками, діелектриками, напівпровідниками.

Б. Всі рідини є електролітами.

В. Електрохімічний еквівалент міді дорівнює 0,43 мг/Кл.

Г. Поряд з йонізацією в газах відбувається рекомбінація.

3С. Властивість р-n-переходу, яку застосовують у напівпровідникових діодах, це -

А  зменшення опору під час нагрівання.

Б  зменшення опору під час освітлення.

В  одностороння провідність.

Г  збільшення опору під час нагрівання.

4С. На якому графіку правильно відображено залежність опору металевих провідників від температури?

5Д. Скільки витрачається електричної енергії в кВт-годинах на рафінування 200 кг міді, якщо напруга на електролітичній ванні дорівнює 0,4 В?

А. 0,066 кВт∙год.       Б. 660 кВт∙год.      В. 0,066∙10^-3 кВт∙год.        Г. 66 кВт∙год.                

 6Д. Яка напруга між анодом і катодом вакуумного діода, якщо електрони, пролітаючи відстань від катода до анода, набувають швидкості 16 Мм/с.

А. 720∙10^-18 В.                Б. 720 В.                В. 1В.             Г. 720∙10^-12 В.

7В. Фоторезистор, який у темряві має опір 2,5 кОм, ввімкнено послідовно з резистором, що має опір 5 кОм. Коли фоторезистор освітили, сила струму в колі зросла в 4 рази при незмінній напрузі. Визначити опір освітленого фоторезистора.

 

Варіант 3

1П. Яке співвідношення є математичним записом другого закону Фарадея для електролізу?

А. F =qυBsinα.              Б. m=kIt.             В.              Г. .

2П. Блискавка є прикладом…

А…. тліючого розряду.                  Б…. коронного розряду.

В…. іскрового розряду.                 Г…. термоелектронної емісії.

3С. Якщо у хімічно чистому взірці кремнію деякі атоми Сіліцію замінити тривалентними атомами Індію, то основними носіями струму у напівпровіднику будуть…

А…. електрони.               Б…. дірки.              В…. електрони і дірки.

4С. Випускання електронів катодом при його нагріванні це…

А…. йонізація.                         Б…. йонізація електронним ударом.

В…. рекомбінація.                   Г…. термоелектронна емісія.

5Д. Якої швидкості набувають електрони у вакуумній трубці телевізора, пройшовши прискорюючу напругу в 16 кВ?

А. ≈7,5∙10⁷ м/с.        Б. ≈75∙10⁷ м/с.         В. ≈0,75∙10⁷ м/с.          Г. Інша.

6Д. Питомий опір металів змінюється зі зміною температури тому, що …

А…. змінюється концентрація вільних електронів.

Б…. змінюється швидкість хаотичного руху електронів.

В…. змінюються відстані між йонами кристалічної решітки.

Г…. змінюється інтенсивність теплового руху йонів кристалічної решітки.

7В. Для визначення електрохімічного еквівалента міді катодну пластину спочатку зважили (m₀ = 80,25 г), потім занурили її в електролітичну ванну, послідовно під’єднали амперметр (І=1 А) та інше обладнання до джерела струму. Через 25 хв коло знеструмили, катодну пластину промили й висушили, після чого її знову зважили (m = 80,73 г). Визначте за результатами вимірювань електрохімічний еквівалент міді. Відповідь запишіть у міліграмах на кулон (мг/Кл).

 

Варіант 4

1П. Сила струму, що тече по провіднику, визначається за формулою…

А. I = qnS.     Б. I = enυS.   В. I = enLS.      Г. I = nLS.

2П. Яка природа електричного струму в вакуумі?

А. Змішана.        Б. Дірково - електронна.          В. Йонна.        Г. Електронна.

3С. При використанні акцепторних домішок в напівпровіднику збільшується кількість…

А…. електронів.                                     Б…. дірок.  

В.… позитивних йонів.                          Г.… негативних йонів. 

4С.  Яким є основний механізм йонізації газу при самостійному розряді?

А.Зіткнення між електронами.       

Б. Зіткнення між йонами.

В. Зіткнення електронів з йонами. 

Г. Зіткнення електронів з молекулами або атомами.

5Д. Яка напруга між анодом і катодом у вакуумній трубці, якщо електрон, пролітаючи відстань від катода до анода, набуває швидкості  7,5∙ 10 ⁷ м/с?

А. ≈0,07∙10^-3 В.             Б. 16∙10⁶ В.           В.16∙10³ В.            Г. Інша.

6Д. Фоторезистор увімкнено послідовно з резистором, що має опір 5 кОм. Коли фоторезистор освітили, сила струму в колі зросла в 4 рази, при цьому опір  фоторезистора став 2,5 кОм. Який опір неосвітленого  фоторезистора?

А. 10 кОм.             Б. 25 кОм.             В. 15 кОм.            Г. 5 кОм.

7В. На катоді електролітичної ванни з розчином мідного купоросу за 20 хв виділилося1,64 г міді. Амперметр, який включено в коло послідовно з ванною, показує силу струму 3,8 А. Чи правильно проградуйовано амперметр?

 

 

 

 

 

 

 

      

 

 

 

 

 

 

Список використаної літератури

1. Бар’яхтар В. Г., Божинова Ф. Я., Кірюхін М. М., Кірюхіна О. О. Фізика. 11клас. Академічний рівень. Профільний рівень. - Видавництво «Ранок», 2011 -320 с.
2. Гельфгат І. М. Збірник різнорівневих завдань для державної підсумкової атестації з фізики. - Харків: "Гімназія", 2010 - 80 с.
3. Дудінова О. В., Нємченко К. Е. Практичний довідник. Фізика. – Харків: ТОВ «Видавничий дім Весна» ФОП Співак В. Л.,2013 – 352 с.
4. Завдання ЗНО з фізики 2014 р., 2017 р., 2019 р.
5. Левшенюк Я. Ф., Трофімчук А. Б.- Завдання для тематичного контролю. Рівень стандарту. Фізика, 11 клас.- Кабінет редакційно- видавничої діяльності та друкованої пропаганди передового педагогічного досвіду Рівненського обласного інституту післядипломної педагогічної освіти , 2012-40 с.
6. Тимочків М. І. Фізика 10 клас. Дидактичний матеріал для тематичного контролю знань. - Тернопіль: Навчальна книга - Богдан, 2001 - 160 с.
7. Третяков І. Г., Муранова Н. П. Практичні заняття з фізики. - Київ: Книжкове видавництво НАУ, 2006 - 448 с.