Основные формулы по физике 8 класс

Формулы по физике за 8 класс: основные разделы

В 8 классе школьники на уроках физики изучают следующие разделы:

1. Тепловые явления.
2. Электрические явления.
3. Электромагнитные явления.
4. Световые явления.

Рассмотрим подробно основные законы и формулы каждого из разделов. Дадим все необходимые пояснения к ним.

Тепловые явления

В качестве примера можно привести нагревание и охлаждение воздуха, таяние льда, плавление металлов и др.

Закон сохранения энергии

Закон сохранения энергии постулирует, что в природе не происходит возникновения или исчезновения энергии. Энергия существует всегда, просто она превращается из одного вида в другой, передается от одного тела другому, и при этом ее значение сохраняется.

Уравнение, иллюстрирующее закон сохранения механической энергии, выглядит так:

\(E_{k_1}+E_{p_1}=E_{k_2}+E_{p_2}\)

и означает следующее: 

Сумма кинетической и потенциальной энергии тел, которые находятся в замкнутой системе и взаимодействуют между собой силами тяготения и упругости, остается постоянной.

В данном уравнении \(E_{k_1}\) и \(E_{k_2}\) — кинетическая энергия тела, \(E_{p_1}\) и \(E_{p_2}\) — потенциальная энергия тела.

Полная механическая энергия (E) будет определяться по формуле:

\(E=E_k+E_p\)

где \(E_k\) — кинетическая энергия, \(E_p\) — потенциальная.

Формула вычисления количества теплоты

Внутренняя энергия тела может изменяться двумя путями:

• за счет совершения работы; 
• без совершения работы, за счет теплопередачи. 

Определяется по формуле:

\(Q=c\times m\times\left(t_2-t_1\right)\)

где Q — количество теплоты, измеряемое в джоулях, c — удельная теплоемкость, m — масса тела, \(t_1\) — начальная, \(t_2\) — конечная температуры.  

Формула вычисления количества теплоты при сгорании топлива

Для определения количества теплоты при сгорании топлива необходимо знать удельную теплоту сгорания q — количество теплоты, которое выделяет 1 килограмм топлива при полном сгорании.

Формула выглядит так:

\(Q=q\times m\)

где Q — количество теплоты при сгорании топлива, измеряется в джоулях, m — масса топлива.

Количество теплоты плавления (кристаллизации)

Для определения количества теплоты плавления нужно знать удельную теплоту плавления (\lambda) — величину, показывающую, какое количество теплоты необходимо дать кристаллическому телу массой 1 кг, чтобы при температуре плавления полностью перевести его в жидкое состояние.

Количество теплоты плавления определяется по формуле:

\(Q=\lambda\times m,\)

Количество теплоты кристаллизации находят таким образом:

\(Q=-\lambda\times m\)

где Q — количество теплоты плавления или кристаллизации, измеряется в джоулях, m — масса тела.

Формула вычисления абсолютной влажности

Абсолютная влажность (ρ) показывает плотность водяного пара, т.е. сколько граммов водяного пара содержится в воздухе объемом 1 кубический метр при заданных условиях.

Вычисляется по формуле:

\(p=\frac mV\)

где m — масса водяного пара в воздухе, V — объем воздуха.

Измеряется в \(г/{м^3}\).

Вычисление относительной влажности воздуха

Определение 6

Относительная влажность воздуха \((\varphi)\) — это отношение абсолютной влажности воздуха (ρ) к плотности насыщенного водяного пара при той же температуре (\(ρ_0\)), выражается в процентах.

Насыщение водяного пара зависит от:

• температуры;
• количества водяных паров;
• давления.

Соответственно, относительную влажность воздуха можно вычислить при помощи формулы:

\(\varphi=\frac p{p_0}\times100\%\)

КПД тепловой машины

С помощью коэффициента полезного действия (КПД) двигателя определяют экономичность различных тепловых двигателей.

КПД двигателя находят по формуле:

\(\eta=\frac{Q_1-Q_2}{Q_1}\times100\%\)

где \eta — КПД, выражается в процентах; \(Q_1\) — количество теплоты, полученное от нагревателя, \(Q_2\) — количество теплоты, отданное телом холодильнику.

Электрические явления

Раздел «Электрические явления» учебника 8-го класса рассматривает основные закономерности и параметры, характерные для работы электроцепей.

Закон Ома для участка цепи

В 1827 году немецкий физик Георг Ом вывел и доказал опытным путем зависимость силы тока от напряжения и сопротивления. Эта зависимость называется законом Ома и звучит так: сила тока на участке электрической цепи прямо пропорциональна напряжению на этом участке и обратно пропорциональна его сопротивлению. 

Формула, отражающая эту зависимость, выглядит так:

\(I=\frac UR\)

где I — сила тока на участке цепи, измеряется в амперах, U — напряжение на участке электроцепи, R — сопротивление участка цепи.

Вычисление удельного сопротивления проводника

Зависимость сопротивления проводника от его размера и материала, из которого он изготовлен, впервые изучил Ом. Он доказал, что сопротивление прямо пропорционально длине проводника, обратно пропорционально площади его поперечного сечения и зависит от материала изготовления.

Зависимость сопротивления от материала изготовления проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1м^2 называют удельным сопротивлением вещества (p).

Сопротивление проводника определяем по формуле:

\(R=\frac{pl}S\)

где R — сопротивление проводника, измеряется в омах, l — длина проводника, S — площадь сечения.

Законы последовательного соединения проводников

Следующие закономерности справедливы для последовательно соединенных проводников в любом количестве:

\(I=I_1=I_2\)

\(U=U_1+U_2\)

\(R=R_1+R_2\)

где \(I_1, U_1, R_1\) — сила тока, напряжение и сопротивление на одном участке цепи, \(I_2, U_2, R_2\) — сила тока, напряжение и сопротивление на другом участке цепи.

Сила тока измеряется в амперах, напряжение — в вольтах, сопротивление — в омах.

Законы параллельного соединения проводников

Для параллельного соединения действуют следующие закономерности:

\(I=I_1+I_2\)

\(U=U_1=U_2\)

\(R=\frac{R_1\times R_2}{R_1+R_2}\)

где \(I_1, U_1, R_1\)1 — сила тока, напряжение и сопротивление первого участка цепи, \(I_2, U_2, R_2\) — сила тока, напряжение и сопротивление второго участка цепи.

Единицы измерения основных характеристик электроцепи одинаковые при последовательном и параллельном соединениях.

Вычисление величины заряда

Измеряется в кулонах, вычисляется по формуле:

\(q=I\times t, \)

где I — сила, t — время прохождения тока.

Нахождение работы электрического тока

Работа электрического тока обозначается символом A, измеряется в джоулях, рассчитывается по формуле:

\(A=U\times I\times t\)

где I — сила тока в проводнике, U — напряжение на концах проводника, t — время протекания тока через проводник.

Формула электрической мощности

Для вычисления мощности тока верно следующее уравнение:

\(P=I\times U\)

где I — сила тока на участке цепи, U — электрическое напряжение.

Закон Джоуля-Ленца

Закон Джоуля-Ленца — закон физики, который дает количественную оценку теплового действия электрического тока. Открыт в 1841 и 1842 году независимо друг от друга Джеймсом Джоулем и Эмилием Ленцем.

Уравнением этот закон выражается так:

\(Q=I^2\times R\times\Delta t\)

где Q — количество теплоты, выделяемое за время \((\Delta t)\), в течение которого ток течет в проводнике, измеряется в джоулях, I — сила тока в проводнике, R — сопротивление проводника.  

Электромагнитные явления

Раздел «Электромагнитные явления» разбирает физические процессы, которые связаны с электрическим током и образующимся вокруг него магнитным полем.

Правило правой руки

Правило буравчика

Световые явления

В разделе «Световые явления» рассматривается свет, его источники и распространение в пространстве, а также основные физические законы, согласно которым свет распространяется в среде. Рассмотрим подробнее каждый из них.

Закон отражения света

Закон отражения света от зеркальной поверхности звучит так: падающий и отраженный лучи лежат в одной плоскости с перпендикуляром, который проведен к границе раздела двух сред в точке падения луча.

Угол падения alpha равен углу отражения \(\beta\):

\(<\alpha=<\beta\)

Закон преломления

Законы преломления света:

1. Лучи, падающий и отраженный, лежат в одной плоскости с перпендикуляром, который проведен к границе раздела двух сред в точке падения луча.
2. Угол преломления может быть меньше или больше угла падения — в зависимости от того, из какой среды и в какую луч переходит.

Закон открыл в 1621 году голландский математик В. Снеллиус.

Вычисление абсолютного и относительного показателя преломления вещества

Он показывает, во сколько раз скорость света в вакууме больше, чем в среде.

Определяется по формуле:

\(n=\frac cv\)

где c — скорость света в вакууме, v — скорость света в данной среде.

Относительный показатель преломления вещества показывает, во сколько раз скорость света в первой среде отличается от скорости во второй среде.

Оптическая сила линзы

Линзы характеризует величину, которую называют оптической силой линзы, измеряется в диоптриях (D).

Оптическая сила линзы обратно пропорциональна фокусному расстоянию линзы (F) и рассчитывается по формуле:

\(D=\frac1F\)

1 диоптрия — это оптическая сила линзы, фокусное расстояние которой составляет 1 м.

Примеры задач с решением

Рассмотрим варианты самых распространенных задач с решениями.

Задачи из раздела «Тепловые явления»

Задача на вычисление количества теплоты

Задача

Какое количество теплоты отдаст стакан горячего чая массой 200 грамм и температурой 90 градусов, остыв до 20 градусов?

Решение:

\(Q=4200*0,2*(20-90)=-58800 Дж.\)

Задача на вычисление количества теплоты при сгорании топлива

Задача

Какое количество теплоты выделится при полном сгорании 300 гр керосина?

(q керосина = \(4,6*10^7\) Дж/кг).

Решение:

\(Q=4,6*10^7*0,3=1,38*10^7=13,8*10^6 \)Дж.

Задача на вычисление абсолютной влажности

Задача

Какой будет абсолютная влажность воздуха, если относительная влажность равна 50% при температуре 20 градусов?

Решение:

Смотрим в таблице, сколько пара может содержаться при температуре 20 градусов. Обнаруживаем значение 17 г. Так как у нас относительная влажность равна 50%, необходимо 17 / 2, получаем 8,5 г/м³. Абсолютная влажность равна 8,5 г/м³.

Задача на вычисление относительной влажности воздуха

Задача

Какой будет относительная влажность при том условии, что при температуре 30 градусов в воздухе содержалось 17 г воды?

Решение:

\(\varphi=17*100/30=56%\)

Задача на вычисление КПД тепловой машины

Задача 

Какой КПД у теплового двигателя, который совершил полезную работу 70 кДж, если при полном сгорании топлива выделилась энергия 200 кДж?

Решение:

\(\eta=70/200*100%=35%\)

Задачи из раздела «Электрические явления»

Задача на вычисление удельного сопротивления проводника

Задача

Чему будет равно сопротивление проводника, в котором течет ток силой 600 мА при напряжении на концах 1,2 кВ?

Решение:

\(R=1200/0,6=200 Ом.\)

Задача на вычисление величины заряда

Задача

Через поперечное сечение проводника за 0,5 часа проходит заряд 2 700 кулонов. Какой будет сила тока в цепи?

Решение:

0,5 часа=1800 с.

\(I=2700/1800=1,5 А. \)

Задача на нахождение работы эл. тока

Задача

Какую работу совершает электрический ток за 10 минут работы утюга с сопротивлением, равным 80 Ом, и работающим от сети с напряжением 220 В?

Решение:

\(А=220^2/80*600=363000 \)Дж.

Задачи из раздела «Электромагнитные явления»

Для решения задач по правилам правой руки и буравчика, важно знать условные обозначения:

Задачи из раздела «Световые явления»

Задача на вычисление абсолютного показателя преломления вещества

Расчет оптической силы линзы

Задача

Какой будет оптическая сила линз объектива фотоаппарата, если его фокусное расстояние составляет 58 мм?

Решение:

58 мм=0,058 м.

\(D=1/0,058=17,24 дптр.\)