Физика 8 класс: тепло и электричество — разбор задач

Восьмой класс — это две большие темы: тепловые явления и электричество. В первом полугодии задачи про «сколько теплоты нужно, чтобы нагреть воду», во втором — про резисторы, вольты и амперы. Формул становится заметно больше, чем в 7 классе, и у многих именно здесь физика «ломается».

На самом деле, задачи 8 класса ещё более однотипные, чем в седьмом. В тепловых задачах одна главная формула Q = c · m · Δt и две вспомогательные для плавления и сгорания. В электричестве — закон Ома и два правила соединения. Всё остальное выводится.

В статье — девять задач по всем ключевым темам с пошаговым разбором в стиле Razbery: объяснение, откуда взялась каждая цифра.

Тепловые явления: три формулы

Значения, которые стоит знать: вода c = 4200 Дж/(кг·°C), лёд c = 2100, λ льда = 340 000 Дж/кг (в некоторых учебниках 330 000), L воды = 2 300 000 Дж/кг, q дров ≈ 10 000 000 Дж/кг, q бензина ≈ 46 000 000 Дж/кг.

Ключевая идея: при нагревании температура растёт, а при плавлении и кипении — не меняется, всё тепло уходит на изменение состояния. Поэтому в формулах плавления и парообразования нет температуры.

Задача 1. Нагреть воду

Условие: сколько теплоты нужно, чтобы нагреть 2 кг воды от 20 °C до кипения?

Дано: m = 2 кг, t₁ = 20 °C, t₂ = 100 °C, c = 4200 Дж/(кг·°C).

Решение: Q = c · m · (t₂ − t₁) = 4200 · 2 · (100 − 20) = 4200 · 2 · 80 = 672 000 Дж = 672 кДж.

Ответ: 672 кДж.

Проверка порядка величины: нагреть литр воды на 1 градус — 4,2 кДж. Два литра на 80 градусов — в 160 раз больше, около 670 кДж ✓.

Задача 2. Расплавить лёд

Условие: сколько теплоты нужно, чтобы расплавить 0,5 кг льда при 0 °C?

Решение: лёд уже при температуре плавления, нагревать не надо. Q = λ · m = 340 000 · 0,5 = 170 000 Дж = 170 кДж.

Ответ: 170 кДж.

Совет: если лёд взят при −10 °C, задача становится двухэтапной: сначала нагреть лёд до 0 °C по формуле c_льда · m · 10, потом расплавить. Читай условие: температура льда в начале — это подсказка, сколько этапов.

Задача 3. Многоэтапная задача: лёд в воду

Условие: лёд массой 0,5 кг при −10 °C нужно превратить в воду при 20 °C. Сколько теплоты потребуется?

Этап 1. Нагреть лёд от −10 до 0 °C: Q₁ = 2100 · 0,5 · 10 = 10 500 Дж.

Этап 2. Расплавить лёд: Q₂ = 340 000 · 0,5 = 170 000 Дж.

Этап 3. Нагреть воду от 0 до 20 °C: Q₃ = 4200 · 0,5 · 20 = 42 000 Дж.

Итого: Q = 10 500 + 170 000 + 42 000 = 222 500 Дж ≈ 222,5 кДж.

Ответ: 222,5 кДж.

Обрати внимание: на плавление ушло в 16 раз больше, чем на нагрев льда на 10 градусов. Поэтому лёд в стакане тает долго, а чай остывает быстро.

Задача 4. Сгорание топлива

Условие: сколько теплоты выделится при полном сгорании 200 г сухих дров? Удельная теплота сгорания 10 МДж/кг.

СИ: m = 0,2 кг, q = 10 000 000 Дж/кг.

Решение: Q = q · m = 10 000 000 · 0,2 = 2 000 000 Дж = 2 МДж.

Ответ: 2 МДж.

Связка с задачей 1: 2 МДж хватит нагреть до кипения примерно 6 кг воды от 20 °C (2 000 000 / 336 000 ≈ 6) — если бы всё тепло шло в воду. В реальности КПД костра низкий, большая часть уходит в воздух.

Электричество: закон Ома

Три величины: напряжение U (вольты), сила тока I (амперы), сопротивление R (омы). Связь: I = U / R. Отсюда U = I · R и R = U / I.

Аналогия с водой: напряжение — напор, ток — сколько воды протекает, сопротивление — узость трубы. Больше напор — больше поток. Уже труба — меньше поток.

Задача 5. Закон Ома

Условие: к резистору сопротивлением 4 Ом приложено напряжение 12 В. Найди силу тока.

Решение: I = U / R = 12 / 4 = 3 А.

Ответ: 3 А.

Последовательное и параллельное соединение

Как запомнить: при последовательном соединении путь току удлиняется — сопротивление растёт. При параллельном появляются дополнительные дороги — сопротивление падает.

Задача 6. Последовательное соединение

Условие: резисторы 2 Ом и 6 Ом соединены последовательно и подключены к 16 В. Найди ток в цепи и напряжение на каждом резисторе.

Шаг 1. Общее сопротивление: R = 2 + 6 = 8 Ом.

Шаг 2. Ток (одинаковый для всех): I = U / R = 16 / 8 = 2 А.

Шаг 3. Напряжение на первом: U₁ = I · R₁ = 2 · 2 = 4 В. На втором: U₂ = 2 · 6 = 12 В.

Проверка: U₁ + U₂ = 4 + 12 = 16 В ✓ — совпало с общим напряжением.

Ответ: I = 2 А, U₁ = 4 В, U₂ = 12 В.

Заметь: большее напряжение упало на большем сопротивлении. Это всегда так при последовательном соединении.

Задача 7. Параллельное соединение

Условие: два резистора по 6 Ом соединены параллельно и подключены к 12 В. Найди общее сопротивление и общий ток.

Шаг 1. R = R₁R₂ / (R₁ + R₂) = 6 · 6 / (6 + 6) = 36 / 12 = 3 Ом.

Для n одинаковых резисторов параллельно: R = R₁ / n. Здесь 6 / 2 = 3 ✓.

Шаг 2. Ток в каждой ветке: I₁ = I₂ = 12 / 6 = 2 А. Общий: I = 2 + 2 = 4 А.

Проверка: I = U / R = 12 / 3 = 4 А ✓.

Ответ: R = 3 Ом, I = 4 А.

Ошибка: для параллельного соединения складывать сопротивления: 6 + 6 = 12 Ом. Это даёт ответ вчетверо неверный. Складываются обратные величины, и общее сопротивление всегда меньше наименьшего.

Мощность и работа тока

Мощность: P = U · I. С законом Ома: P = I² · R = U² / R. Единица — ватт.

Работа (энергия): A = P · t. В джоулях, если время в секундах. Счётчик в квартире считает в киловатт-часах: 1 кВт·ч = 3 600 000 Дж.

Задача 8. Мощность и расход энергии

Условие: обогреватель включён в сеть 220 В, сила тока 2 А. Найди мощность и энергию, которую он потребит за 3 часа. Сколько это стоит при тарифе 6 руб./кВт·ч?

Шаг 1. P = U · I = 220 · 2 = 440 Вт = 0,44 кВт.

Шаг 2. A = P · t = 0,44 кВт · 3 ч = 1,32 кВт·ч.

Шаг 3. Стоимость: 1,32 · 6 = 7,92 руб.

Ответ: 440 Вт, 1,32 кВт·ч, около 8 рублей.

Если нужен ответ в джоулях: A = 440 · 10 800 с = 4 752 000 Дж ≈ 4,75 МДж.

Закон Джоуля–Ленца

Количество теплоты, выделяемое проводником с током: Q = I² · R · t. Именно так греются чайник, утюг и лампочка накаливания.

Задача 9. Нагрев проводника

Условие: через спираль сопротивлением 10 Ом течёт ток 2 А. Сколько теплоты выделится за минуту?

СИ: t = 60 с.

Решение: Q = I² · R · t = 2² · 10 · 60 = 4 · 10 · 60 = 2400 Дж.

Ответ: 2400 Дж = 2,4 кДж.

Пример: Тимур посчитал Q = 2 · 10 · 60 = 1200 Дж, забыв возвести ток в квадрат. Ответ вдвое меньше. Квадрат в формуле Джоуля–Ленца — то, что теряют чаще всего. Записывай формулу буквами, прежде чем подставлять числа: I² на бумаге труднее пропустить, чем в голове.

Алгоритм для задач по электричеству

1. Нарисуй схему, если её нет. Отметь, какие резисторы последовательно, какие параллельно.
2. Найди общее сопротивление, сворачивая схему по частям.
3. По закону Ома найди общий ток.
4. Разворачивай схему обратно: при последовательном ток общий, находи напряжения; при параллельном напряжение общее, находи токи.
5. Проверь: сумма напряжений при последовательном равна общему, сумма токов при параллельном равна общему.

Типичные ошибки

• Не перевести время. Минуты и часы в формулах с джоулями должны стать секундами. Исключение — кВт·ч, там часы.
• Забыть этап. Лёд при −10 °C надо сначала нагреть до нуля, потом плавить, потом греть воду.
• Температура в формуле плавления. Её там нет: Q = λ · m.
• Складывать сопротивления при параллельном соединении. Складываются обратные величины.
• Терять квадрат в I² R t. Ошибка в разы.
• Путать Δt и t. В тепловых задачах Δt — разность температур, в электрических t — время.
• Ответ в непонятных единицах. 672 000 Дж лучше записать как 672 кДж, но не как «672».

Частые вопросы

Как найти количество теплоты 8 класс?

Для нагревания или охлаждения: Q = c · m · (t₂ − t₁), где c — удельная теплоёмкость из таблицы, m — масса в кг, температуры в °C. Для плавления: Q = λ · m. Для сгорания топлива: Q = q · m. Если процесс многоэтапный — считай каждый этап отдельно и складывай.

Как решать задачи на закон Ома?

Выпиши, что известно из трёх величин U, I, R, и найди третью: I = U / R, U = I · R, R = U / I. Если резисторов несколько, сначала найди общее сопротивление по правилам соединения, потом применяй закон Ома ко всей цепи, потом к участкам.

Чем отличается последовательное соединение от параллельного?

При последовательном ток один и тот же во всех элементах, напряжения складываются, сопротивления складываются. При параллельном напряжение одно и то же, токи складываются, а общее сопротивление меньше наименьшего: R = R₁R₂ / (R₁ + R₂) для двух резисторов.

Как найти мощность тока?

P = U · I — напряжение умножить на силу тока, ответ в ваттах. Если известны ток и сопротивление: P = I² · R. Если напряжение и сопротивление: P = U² / R. Энергия за время t: A = P · t.

Как считать задачи с киловатт-часами?

Мощность переведи в киловатты (разделить ватты на 1000), время оставь в часах, перемножь. 440 Вт за 3 часа: 0,44 · 3 = 1,32 кВт·ч. Чтобы получить джоули, умножь кВт·ч на 3 600 000.

Что дальше

• Физика 7 класс: давление и плотность — если провисает база.
• Физика 9 класс: кинематика и динамика — следующий год.
• Разбор задач по физике — общий метод для любой задачи.
• Как понять физику — если формулы не складываются в картину.
• Не сходится с ответом в учебнике? Спроси на Razbery — получишь разбор с объяснением каждого шага.