Fyzika IV 1. díl pracovní sešit
s komentářem pro učitele
Fyzika IV 1. díl pracovní sešit s komentářem pro učitele
Elektřina Magnetismus
ISBN 978-80-7230-362-5
@a_p PV = g[p[{ Obsah ElektrickĂŠ jevy.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 ElektrovĂĄnĂ tÄ›les. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 MěřenĂ elektrickĂŠho nĂĄboje.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 ElektrickĂŠ pole. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Kapacita vodiÄ?ĹŻ a kondenzĂĄtory.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 StejnosmÄ›rnĂ˝ elektrickĂ˝ proud a napÄ›tĂ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 ElektrickĂ˝ odpor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Rezistory a jejich zapojovĂĄnĂ.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 PrĂĄce a vĂ˝kon elektrickĂŠho proudu.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ElektrickĂ˝ proud v polovodiÄ?Ăch.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ElektrickĂ˝ proud v elektrolytech.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 ElektrickĂ˝ proud v plynech.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 ElektromagnetickĂŠ jevy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 StĂĄlĂŠ magnetickĂŠ pole. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 StejnosmÄ›rnĂŠ elektromotory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 ElektromagnetickĂĄ indukce.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 StĹ™ĂdavĂ˝ proud.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 ElektrickĂŠ stroje.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Energetika.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 BezpeÄ?nÄ› s elektĹ™inou. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Pokusy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 ZĂĄvÄ›reÄ?nĂŠ opakovĂĄnĂ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Zdroje textĹŻ a pĹ™evzatĂ˝ch Ăşloh.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
;NQ ]\g[p[{Z `R `aNUbW{ Z_NÇ[N N ]_\a\ se spojili hrdinovÊ na jeho zåchranu. www.pevnostpoznani.cz Pevnost poznånà Olomouc 17. listopadu 7 779 00 Olomouc
Bez tebe to [RQ\Xp \b
tel: 585 634 145
=Ă—VWĂ‹ gN [VZV Q\ ]Rc[\`aV ]\g[p[{ gN {a cĂ?QRPXw Q\O_\Q_b `ac{ N gNPU_p[Va `cĂ?a ]Ă—RQ aRZ[\a\b N UY\b]\`a{
Fyzika IV – 1. dĂl pracovnĂ seĹĄit
s komentĂĄĹ™em pro uÄ?itele (ElektĹ™ina, Magnetismus) Magnetismus) (ElektĹ™ina,        
UÄ?itelskĂĄ verze pracovnĂho seĹĄitu obsahuje Ä?ervenÄ› odliĹĄenĂ˝ komentĂĄĹ™. Najdete v nÄ›m vĂ˝sledky Ăşloh, nĂĄvrhy Ĺ™eĹĄenĂ i tipy na jejich rozĹĄĂĹ™enĂ. NÄ›kterĂŠ pĹ™Ăklady lze Ĺ™eĹĄit i jinĂ˝m zpĹŻsobem, neĹž je v komentĂĄĹ™i navrĹženo.
Recenzovaly: RNDr. Irena DvořåkovĂĄ, Ph.D.; RNDr. ZdeĹˆka KamarĂĄdovĂĄ SchvĂĄlilo MĹ MT Ä?j.: MSMT-23 450/2016 dne 2. zåřà 2016 k zaĹ™azenĂ do seznamu uÄ?ebnic pro zĂĄkladnĂ vzdÄ›lĂĄvĂĄnĂ jako souÄ?ĂĄst ucelenĂŠ Ĺ™ady uÄ?ebnic pro vzdÄ›lĂĄvacĂ obor Fyzika s dobou platnosti ĹĄest let. Š Prodos, 2017 ISBN 978-80-7230-362-5 ISBN 978‑80‑7230‑357‑1
doc. RNDr. Roman KubĂnek, CSc.  Mgr. LukĂĄĹĄ Richterek, Ph.D.  RNDr. Renata HolubovĂĄ, CSc. Ilustrace: TomĂĄĹĄ KopĹ™iva, Robert JanĂĄk  GrafickĂĄ Ăşprava, sazba: Robert JanĂĄk  OdpovÄ›dnĂĄ redaktorka: JiĹ™ina Forbelskå  Fotografie: Petr Dzik – str. 12, 26, 53  ObĂĄlka: Robert JanĂĄk, TomĂĄĹĄ KopĹ™iva Vydalo pedagogickĂŠ nakladatelstvĂ  PRODOS spol. s r.o.  KollĂĄrovo nĂĄm. 7  772 00 Olomouc www.ucebnice.org  prodos@prodos.eu VĂ˝roba: Prodos, 2017 ISBN 978‑80‑7230‑357-1 ISBN 978-80-7230-362-5
E l e k t r ic k é j e v y Elektrování těles 1. Doplň do následujícího textu chybějící slova. Přijme-li původně neutrální atom do svého obalu jeden nebo více dalších . . . . . . . elektronů . . . . . . . . . . . . . . . . . , převažuje počet záporných elektronů nad počtem kladných . . . . . . . . .protonů . . . . . . . . . . . . . . . . a atom jako celek má . . . . . . .záporný ...............
náboj. Označujeme ho jako . . . . . . . . . záporný . . . . . . . . . .iont . . . . ./. aniont . . . . . . . . . . . . . . . . . Ztratí-li naopak atom
jeden nebo více . . . . . . .elektronů . . . . . . . . . . . . . . . . . ze svého obalu, převažuje počet kladných . . . . . .protonů . . . . . . . . . . . . . . nad počtem záporných elektronů. V obalu zůstává po chybějícím . . . . . . .elektronu . . . . . . . . . . . . . . . . prázdné místo. Takto vzniklou částici s . . . .kladným . . . . . . . . . . . . nábojem označujeme jako . . . . . . .kladný . . . . . . . .iont . . . . ./. kationt . . . . . . . . . . . . .
2. Do schématu doplň základní pojmy týkající se stavby atomu. Poté ke každé částici připiš, zda má elektrický náboj a jaký.
atom
protony
. . . . . . .kladný .............
náboj
neutrony
. . . . . . .nemají .............
náboj
. . . . . .záporný ..............
náboj
jádro
obal
elektrony
3. Na obrázcích jsou jantar a kožešina. Dokresli, jak jsou v nich rozloženy nabité částice, pokud předměty nejsou v kontaktu (A). Naznač, co se děje, když předměty třeme o sebe (B). Nakresli, jak jsou nabité částice rozloženy poté, co jsme jantar a kožešinu o sebe třeli (C). Rozhodni, zda jsou jantar a kožešina právě neutrální / kladně zelektrované / záporně zelektrované. B A C
. . . .neutrální ............
záporně zelektrovaný ................
. . . .neutrální ............
kladně zelektrovaná ................
Elektrické jevy
4. Nakresli neutrální atom sodíku (A) a neutrální atom chloru (B). Do dalších dvou obrázků dokresli, co se stane, když atom chloru přijme elektron atomu sodíku (C, D). Obrázky popiš.
11
. . . . . . . . . . . . . .Na . . . . . . . . . . . . . . . .
17
11
. . . . . . . . . . . . . .Cl ................
17
. . . . . . . . . . . . . Na . . . . . . . . . . . . . . . . . +
. . . . . . . . . . . . . Cl ................. −
5. Přiřaď k pojmům správné definice. uzemnění aniont elektrostatická indukce polarizace elektrování tělesa kationt
částice se záporným nábojem částice s kladným nábojem přesun elektronů z jedné látky na jinou vodivé spojení vodivého předmětu se zemí přemístění nábojů ve vodiči při přiblížení zelektrovaného tělesa při přiblížení zelektrovaného tělesa k izolantu dojde k vytvoření dvojic nábojů a vytvoření nepřenositelného vázaného náboje
6. Xenie experimentovala s hřebenem a svými vlasy. Nejprve třela hřeben o svůj svetr. Pak si začala hřebenem česat vlasy. Vlasy jsou k hřebenu přitahovány, ale navzájem se od sebe odpuzují. Stručně vysvětli proč, případně nakresli obrázek. Hřeben se třením o svetr zelektroval záporně a při česání vznikl na vlasech opačný náboj. Všechny vlasy jsou tedy nabity souhlasným nábojem, a proto se vzájemně odpuzují.
Elektrické jevy
7. Experimentátorku Xenii by zajímalo, jestli je elektřina, kterou vyrobíme třením různých materiálů, stejná jako elektřina v zásuvce. Rozhodla se ověřit pokusem, zda by takto vyrobenou elektřinou dokázala rozsvítit zářivku. Vyzkoušej to taky. V temné místnosti tři zářivku suchým hadrem a pozorně sleduj, zda se bude něco dít. Své pozorování vysvětli. Třením se zelektruje skleněná trubice a kladný náboj, který třením vznikne, vytvoří elektrické pole o poměrně velké intenzitě. To způsobuje nitkové výboje (záblesky) v plynové náplni trubice. Elektřina vyrobená třením je označována jako statická elektřina. Náboje se v tomto případě nepohybují stálou rychlostí, ale zaujímají určitou oblast nebo se přemisťují v důsledku přitažlivých nebo odpudivých sil, které působí mezi nabitými tělesy. Tření působí na zářivku podobně jako elektřina ze zásuvky, ale pouze krátkodobě. Všem druhům elektřiny je společné, že se přemisťují částice s elektrickým nábojem a koná se při tom práce přímo úměrná velikosti náboje a napětí mezi dvěma místy v elektrickém poli. Tření zářivky vede spolehlivě k světélkování trubice, ale vyžaduje úplnou tmu (běžné zatemnění nestačí).
8. Jaké kanystry (z kterých materiálů) se mohou používat pro přepravu benzinu, jaké ne a proč? Pro přepravu benzinu nelze použít kanystry vyrobené z izolantů (např. z plastu), které jsou náchylné k nabití (zelek-
. .Pro . . . . .přepravu . . . . . . . . . .benzinu . . . . . . . . . .nelze . . . . . . použít . . . . . . . .kanystry . . . . . . . . . .vyrobené . . . . . . . . . . .z. . izolantů . . . . . . . . . .(např. . . . . . . .z. .plastu), . . . . . . . . .které . . . . . . jsou . . . . . .náchylné . . . . . . . . . . k nabití . . . . . . . . . .(zelek....... . .trování) . . . . . . . . . statickým . . . . . . . . . . . .nábojem. . . . . . . . . . . Při . . . . jeho . . . . . .vybití . . . . . . .může . . . . . . vzniknout . . . . . . . . . . . .jiskra, . . . . . . . která . . . . . . .zapálí . . . . . . .výpary . . . . . . . .hořlavého . . . . . . . . . . . .benzinu. . . . . . . . . . .Používat . . . . . . . . . .se .. . .mohou . . . . . . . . kovové . . . . . . . . . kanystry . . . . . . . . . . s těsným . . . . . . . . . . .uzávěrem . . . . . . . . . . . nebo . . . . . . .kanystry . . . . . . . . . .ze . . .speciálního . . . . . . . . . . . . . plastu . . . . . . . .s příměsí . . . . . . . . . . vodivé . . . . . . . . .látky. . . . . . . Pokud . . . . . . . . dojde ...... ..k přenosu . . . . . . . . . . . .náboje . . . . . . . .na . . .kanystr, . . . . . . . . . je . . .náboj . . . . . . .vodivým . . . . . . . . . . materiálem . . . . . . . . . . . . . odveden. ................................................................
9. Tvůj kamarád neví, které z níže uvedených předmětů lze nabít statickou elektřinou. Rozhodl se to zjistit pokusem.
a) Odhadni, které předměty se mu podaří zelektrovat třením, a zakroužkuj jejich názvy. kovová trubka skleněná trubka plastová trubka mikrotenový sáček kovový klíč nafouknutý balónek hliníková lžíce plastové pravítko fixa v plastovém obalu kovové nůžky list papíru list alobalu
b) Navrhni pokus, kterým ověříš svůj odhad. . .Předmět . . . . . . . . . .třeme . . . . . . .např. . . . . . .o svetr, . . . . . . . . .poté . . . . . ho . . . .přiblížíme . . . . . . . . . . . .k malým . . . . . . . . . . kouskům . . . . . . . . . . .papíru. . . . . . . . . Pokud . . . . . . . .předmět . . . . . . . . . .kousky . . . . . . . . papíru . . . . . . . . přitahuje, . . . . . . . . . . . je .. ..zelektrovaný. .................................................................................................................................
c) Co mají předměty, které lze zelektrovat třením, společného?
.. .Jsou . . . . . .to . . .izolanty. ....................................
10. Přečti si následující text a splň úkol.
První pokusy s elektřinou byly občas zvláštní a často také vedly do slepé uličky. Např. Francouz Ch. F. de Cisternay du Fay [d sisterne dyfe] svými pokusy zjišťoval, která tělesa lze elektrovat. Pokusil se dokonce zelektrovat i své vlastní tělo a své pocity popsal: „… cosi jako závan pavučiny na obličeji, bolest a pálení prstů při vybíjení.“ Experimentálně prokázal, že tělesa, která jsou přitahována jantarem, pryží a voskem, jsou skleněnou trubicí nebo křišťálem odpuzována. Ve své zprávě k tomu uvedl: „… a to mě vede k závěru, že jsou zde možné dva druhy rozdílných elektřin.“
Elektrické jevy
Na základě dnešních poznatků o elektrování těles doplň následující věty. Ch. F. de Cisternay du Fay uvažoval o tom, „že jsou zde možné dva druhy rozdílných elektřin“. Dnes víme, že jde o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .dva . . . . druhy . . . . . . . elektrického . . . . . . . . . . . . . .náboje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a umíme látky seřadit do tzv. . . . . . . . . triboelektrické . . . . . . . . . . . . . . . . řady ..............
záporně, při tření tedy
podle toho, jak se třením nabíjejí. Jantar, pryž a vosk se snadno nabíjejí přijímají elektrony z látky, kterou jsou třeny
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Skleněná trubice
a křišťál se snadno nabíjejí kladně, při tření tedy . . . . . . . . uvolňují . . . . . . . . . .elektrony . . . . . . . . . .do . . . látky, . . . . . . .kterou . . . . . . . jsou . . . . . třeny . . . . . . . . . . . . . .
Opakování - Elektrování těles
I. Když je pevné těleso záporně elektrováno, a) atomy v tělese získávají protony, b) atomy v tělese ztrácejí protony, c) atomy v tělese získávají elektrony, d) atomy v tělese ztrácejí elektrony.
II. Chceme-li vlnu záporně zelektrovat, můžeme ji třít a) silonem, b) jantarem, c) sklem, d) gumovým balónkem. III. Elektrostatická indukce může nastat, pokud nabitý předmět přiblížíme a) k izolantu, b) k vodivému předmětu, c) k polovodiči, d) k jakémukoliv předmětu. IV. Jev polarizace může nastat, když nabitý předmět přiblížíme a) k izolantu, b) k vodivému předmětu, c) k polovodiči, d) k jakémukoliv předmětu.
Elektrické jevy
V. Jestliže zelektrujeme pravítko třením o svetr a malé kousky alobalu pak „přiskočí“ k pravítku, které tvrzení není pravdivé? a) Při tření došlo k přesunu elektronů. b) Strana kousků alobalu přivrácená k pravítku je nabita kladně. c) Pravítko při tření o svetr získalo elektrony. d) Pravítko a přivrácená strana kousků alobalu mají souhlasné náboje. VI. Náboj, který byl vytvořen elektrostatickou indukcí, je a) volný – lze ho přenést na jiné vodivé těleso, b) vázaný – tzn. zůstává uzavřen ve struktuře dané látky, c) vždy kladný, d) vždy záporný. VII. Když se bouřkový mrak pohybuje nad krajinou, na zemském povrchu se mění rozložení náboje díky jevu, který nazýváme a) uzemnění, b) aerodynamický vztlak, c) elektrostatická indukce, d) polarizace.