Задачник з фізики 2 к

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
Житомирський технологічний коледж



"Затверджую"
заступник директора
з навчальної роботи

____________ І.І. Бондар
"____" ___________ 2011 р.





Фізика (електрика)


Збірник завдань для практичних робіт (ІІІ-семестр)
для студентів ІІ курсу спеціальності 5.05010301
"Розробка програмного забезпечення"




















Житомир 2011


Збірник завдань для практичних робіт з фізики для студентів спеціальності 5.05010301 "Розробка програмного забезпечення".

У збірнику наведено основні завдання для практичних робіт з усіх тем (і навіть окремих лекцій) курсу фізики (електрика) для підготовки до тематичного контролю знань студентів з цих тем та деякі методичні рекомендаціїї щодо їх виконання.

Перед завданнями з кожної теми наведено теоретичні відомості з цієї теми у вигляді формулювань основних понять, одиниць вимірювання фізичних величин та формул. Також в збірнику є завдання для домашніх самостійних робіт з двох тем – "Статичне електричне поле" та "Закони постійного струму". Ці контрольні роботи є засобом самоконтролю для студентів та контролю з боку викладача за процесом набуття студентами навичок практичного застосування теоретичних знаннь до розв’язування фізичних задач.



Укладач Копетчук В.Б., викладач фізики вищої категорії Житомирського технологічного коледжу.




Методичні вказівки розглянуто і схвалено цикловою комісією фізико-математичних дисциплін.

Протокол №____ від "_____" ______________2011 р.


Голова циклової комісії фізико-математичних дисциплін:

_________________Кусик В.С.





Голова випускаючої циклової комісії: ___________ Максименко М.О.
Розділ №1
Електростатика
Лекція №1. Електричний заряд. Закон Кулона.
Електричний заряд - це внутрішня властивість тіл або частинок, яка характеризує їх здатність до електромагнітних взаємодій.
Одиниця електричного заряду - кулон (Кл) - електричний заряд, який проходить через поперечний переріз провідника при силі струму 1 А за час 1 с.
Існує елементарний (мінімальний) електричний заряд
е = 1,6
·10-19 Кл.
Носій елементарного від’ємного заряду - електрон (me = 9,11
·10-31 кг).
Носій елементарного позитивного заряду - протон ( mp = 1,67
·10-27 кг).
Закон дискретності:
13 EMBED Equation.3 1415
Закон збереження заряду:
13 EMBED Equation.3 1415
Заряд який припадає на одиницю об’єму – це об’ємна густина заряду.
13 EMBED Equation.3 1415
де dq - заряд малого елемента зарядженого тіла об’ємом dV.
Поверхнева густина заряду – це заряд, який припадає на одиницю площі поверхні провідника.
13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415
де dq - заряд малої ділянки зарядженої поверхні площею dS.
Лінійна густина – заряд, який припадає на одиницю довжини.
13 EMBED Equation.3 1415
де dq - заряд малої ділянки зарядженої лінії довжиною dl .
Закон Кулона
13 EMBED Equation.3 1415, де k – коефіцієнт пропорційності : 13 EMBED Equation.3 1415
де 13 EMBED Equation.3 1415-електрична стала.
13 EMBED Equation.3 1415 (табл.)
13 EMBED Equation.3 1415вак =1
13 EMBED Equation.3 1415 – у середовищі
Задачі:


№1
Побудувати графік залежності сили F взаємодії між двома точковими зарядами від відстані між ними, в інтервалі 13 EMBED Equation.3 1415см через кожні 2см. Заряди q1=20нКл та q2=30нКл
№2
У скільки разів сила гравітаційного притягання між двома протонами менше сили їх електричного відштовхування? Заряд протона рівний за модулю і протилежний за знаком заряду електрона. [1,25
·1036]
№3
У вершинах квадрата знаходяться однакові заряди по q=0,3 нКл кожен. Який від’ємний заряд потрібно розмістити в центрі квадрата, щоб система зарядів знаходилась у рівновазі?
№4
Сила гравітаційного притягання двох водяних однаково заряджених краплин радіусами 0,1 мм врівноважується кулонівською силою відштовхування. Визначте заряд краплин. Густина води 1 г/см3. [0,36 аКл]


Лекція №2. Напруженість. Електричне поле.
Напруженість - векторна фізична величина, яка показує з якою силою поле діє на одиничний позитивний заряд q0.13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415 [Н/Кл]=В/м
13 EMBED Equation.3 1415 , тоді 13 EMBED Equation.3 1415 – напруженість електричного поля точкового заряду на відстані r від нього.

Принцип суперпозиції полів
Напруженість результуючого поля системи точкових нерухомих зарядів дорівнює векторній сумі напруженостей полів, створених кожним із цих зарядів окремо, тобто
13 EMBED Equation.3 1415, або 13 EMBED Equation.3 1415

Задачі:
№1
Сила гравітаційного притягання двох однакових водяних заряджених краплин радіусом R= 0,l мм, зрівноважено кулонівською силою відштовхування, визначити заряд краплин, густина води 103 кг/м3 [3,6 10-19кл]
№2
Два точкових заряди q1=q2= 6 10-11Кл знаходяться на l=12 см один від одного у повітрі. Визначити напруженість поля цих зарядів в точці В, якщо вона знаходиться на перпендикулярі ВГ до прямої АБ і якщо АГ=БГ=ГВ і силу F, яка діє на точковий заряд q0=2 10-11 Кл, який знаходиться в точці В. [2,12 10-9Н; 106Н/Кл]

№3
а) Визначити напруженість електростатичного поля в точці А, яка знаходиться на прямій, що з'єднує заряди q1= 10нКл q2= -8нКл і яка розташована на відстані r=8см від негативного заряду; відстань між зарядами l=20 см.
[10.1КВ/м; 17,5КВ/м]
б) Чому дорівнює напруженість, якщо другий заряд позитивний?

q1 l=20cм q2 r=8см А
№4
Свинцева куля (13 EMBED Equation.3 1415=11,3г/см3) діаметром 0,5см розташована у гліцерині (13 EMBED Equation.3 1415=1,26 г/см3). Визначити заряд кулі, якщо в однорідному електричному полі куля зрівноважилася у гліцерині. Електричне поле напрямлене вертикально вгору і його напруженість Е=4КВ/см. [16,1нКл]
№5
Мідна куля радіусом R=0,5см розташована в маслі. Густина масла м= =0,8 103 кг/м3. Знайти заряд кулі, якщо в однорідному електричному полі куля зрівноважилася в маслі. Електричне поле напрямлено вертикально вгору і його напруженість Е=3,6 МВ/м. (міді=8,6 103кг/м3) [11нКл]
№6
У вершинах квадрату зі стороною 5 см знаходяться однакові позитивні заряди q = 2 нКл. Визначте напруженість електростатичного поля: 1) в центрі квадрату; 2) в середині однієї із сторін квадрату; 3) в одній із вершин квадрату.








Лекція №3. Теорема Гаусса.
Потоком векторів напруженості називають добуток вектора Е крізь поверхню
·S на площу цієї поверхні.
ФЕ = EScos13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415- у вакуумі
13 EMBED Equation.3 1415- у середовищі
13 EMBED Equation.3 1415 - для будь-якої замкнутої поверхні довільної форми, яка охоплює n зарядів.
Приклади розрахунку напруженості
Електричне поле рівномірно зарядженої паралельними нескінченної площини (за теоремою Гаусса).
13 EMBED Equation.3 1415
Електричне поле між двома різнойменно зарядженими паралельними нескінченними. площинами
13 EMBED Equation.3 1415
Поле рівномірно зарядженого циліндра (нитки). 13 EMBED Equation.3 1415
Поле рівномірно зарядженої кулі.
13 EMBED Equation.3 1415
Задачі:

№1
На деякій відстані від нескінченної рівномірно зарядженої площини
· = =1,2 нКл/м2 розташована кругла пластина, площина якої створює з лініями напруженості кут 450. Визначити ФЕ – потік векторів напруженості через пластину, якщо R = 10 см. [ 3,8 В.м]
№2
Побудувати на одному графіку криві залежності напруженості Е електричного поля від відстані r в інтервалі 13 EMBED Equation.3 1415см через кожні 1см, якщо поле утворене:
а) точковим зарядом q=33,3нКл; б) нескінченно довгою зарядженою ниткою з лінійною густиною заряду 13 EMBED Equation.3 1415=1,67мкКл/м; в) нескінченною поверхнею з поверхневою густиною заряду 13 EMBED Equation.3 1415=25мкКл/м2.
№3
Знайти силу F, яка діє на заряд q = 2 СГСq, якщо заряд розміщений: а) на відстані r = 2 см від зарядженої нитки з лінійною густиною заряду
· = 0,2 мкКл/м2; б) у поле зарядженої поверхні поверхневою густиною заряду
· = 20 мкКл/м2; в) на відстані r = 2 см від поверхні зарядженої кулі з радіусом R = 2 см і поверхневою густиною заряду
· = 20 мкКл/м2. Діелектрична проникність середовища
· = 6. (СГСq=1/3 10-9Кл) [20 мкН, 126 мкН, 62,8 мкН]
№4
З якою силою електричне поле зарядженої нескінченної поверхні діє на одиницю довжини зарядженої нескінченно довгої нитки, розміщеної у цьому полі? Лінійна густина заряду на нитці
· = 3 мкКл/м і поверхнева густина заряду на площині
· = 20 мкКл/м2. [3,4 Н/м]
№5
На деякій відстані від нескінченої рівномірно зарядженої площини з поверхневою густиною заряду 13 EMBED Equation.3 1415 розміщений круг радіуса R=15см, який паралельний площині. Знайти потік ФЕ вектора напруженості електричного поля через круг.


Лекція №4. Робота електричного поля. Потенціал. Різниця потенціалів електричного поля.
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415 - потенційна енергія заряду q0, який знаходиться в полі заряду q на відстані r від нього.
13 EMBED Equation.3 1415- потенціал електричного поля
13 EMBED Equation.3 1415
Потенціал поля точкового заряду 13 EMBED Equation.3 1415
Різниця потенціалів двох точок 1 і 2 визначається роботою, яку виконують сили поля, при переміщенні одиничного позитивного заряду з точки 1 в точку 2.
13 EMBED Equation.3 1415
Для графічного зображення розподілу потенціала використовують еквіпотенціальні поверхні - поверхні, в усіх точках яких потенціал має одне й теж значення. В усіх випадках: а) вектор 13 EMBED Equation.3 1415перпендикулярен до еквіпотенціальних поверхонь;
б) завжди напрямлений в сторону зменшення потенціалу.
Задачі:


№1
Кільце R=10см із тонкого дроту рівномірно заряджене з лінійною густиною 13 EMBED Equation.3 1415=10нКл/м. Знайти Е поля на осі, яка проходить через центр кільця, в точці А, віддаленій на відстань а=20см від центра кільця. [1КВ/м]
№2
Обчислити потенціальну енергію системи трьох точкових зарядів q1 = 10 нКл, q2 = 20 нКл і q3 = -30 нКл, розташованих у вершинах рівностороннього трикутника зі стороною а = 10 см.
№3
Дві кулі з зарядами q1 =6,66нКл та q2 =13,33 нКл знаходяться на відстані r1=40см Яку роботу А потрібно виконати, щоб наблизити їх до відстані r2=25см? [1,2мкДж]
№4
Знайти потенціал у точці поля яка знаходиться на відстані r = 10см від центра зарядженої кулі радіусом R = l см. Задачу розв’язати якщо: а)дана поверхнева густина заряду на кулі 13 EMBED Equation.3 1415=0,1мкКл/м2; б) даний потенціал кулі рівний 13 EMBED Equation.3 1415=300В. [11,3В; 30В]
№5
Куля масою 40мг, яка має позитивний заряд q=1нКл, рухається зі швидкістю V=10cм/c. На яку відстань r куля може наблизитися до позитивно закріпленого точкового заряду q0=1,33нКл [6см]

№6
Якою є потенціальна енергія системи чотирьох однакових точкових зарядів по 10 нКл кожен, що розташовані у вершинах квадрата зі стороною а = 10 см? [21,7 мкДж]
№7
Сто однакових краплин ртуті, які заряджені до потенціалу 13 EMBED Equation.3 1415, зливаються в одну велику краплю. Який потенціал краплі, що утворилась? [431В]

Лекція №5. Розрахунок різниці потенціалів 13 EMBED Equation.3 1415 по напруженості Е.
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
Потенціал поля рівномірно зарядженої нескінченної площини

Потенціал поля між двома різнойменно зарядженими паралельними нескінченними площинами.

Поле сфери радіуса R

Потенціал поля нескінченно довгого циліндра радіуса R
13 EMBED Equation.3 1415


Задачі:

№1
На відстань r1=4см від нескінченно довгої зарядженої нитки знаходиться точковий заряд q=0.66 нКл. Під дією поля заряд наближається до нитки до відстані r2=2см; при цьому виконується робота А=50 ерг. Знайти лінійну густину заряду 13 EMBED Equation.3 1415 на нитці. (1 ерг = 10-7 Дж)
[0,6 мкКл/м]

№2
Куля радіусом R=2см заряджається негативно до потенціалу 13 EMBED Equation.3 1415=2 кВ. Знайти масу m усіх надлишкових електронів кулі. [2,5
·10-20 кг]

№3
Електричне поле створене зарядженою нескінченною ниткою з лінійною густиною 13 EMBED Equation.3 1415=1нКл/м. Яку швидкість13 EMBED Equation.3 1415 отримує електрон, що наближається під дією поля до нитки вздовж лінії Е з відстані r1 = 2,5 см до r2= 1,5 см. [18Мм/с]
№4
Визначити лінійну густину нескінченно довгої зарядженої нитки, якщо робота сил поля з переміщення заряду 1нКл з відстані r1 = 10 см до r2 = 5 см у напрямку перпендикулярному нитці дорівнює 0,1мДж. [8мкКл/м]

№5
Електростатичне поле створене сферою радіусом 4см, яка рівномірно заряджена з поверхневою густиною 1нКл/м2. Визначити різницю потенціалів між двома точками поля, які знаходяться на відстані r1 = 4см, r2 = 6см. [1,2В]
№6
Нескінченно довга нитка рівномірно заряджена по довжині з лінійною густиною заряду 13 EMBED Equation.3 1415. Визначити різницю потенціалів між двома точками поля, які віддалені від нитки на відстані r1 = 2 см і r2 = 4 см. [125 В]

№7
Заряд розподілений рівномірно по нескінченій площині з поверхневою густиною 13 EMBED Equation.3 1415. Визначити різницю потенціалів 13 EMBED Equation.3 1415 між двома точками поля, одна з яких знаходиться на площині, а інша відділена від площини на відстань d = 10 см.


Семінар №1 по темі: „Конденсатори”.
Електрична ємність окремого провідника.
Конденсатори (плоскі, циліндричні сферичні). Ємність конденсаторів.
З’єднання конденсаторів.
Енергія зарядженого конденсатора.
Застосування конденсаторів.

Сила, з якою пластини конденсатора притягуються одна до одної:
13 EMBED Equation.3 1415
де знак мінус вказує на те, що ця сила є силою притягання. Під дією цієї сили обкладки конденсатора стискають пластину діелектрика, який розміщений між ними, і в діелектрику виникає тиск
13 EMBED Equation.3 1415
Об’ємна густина енергії електростатичного поля плоского конденсатора
13 EMBED Equation.3 1415 де 13 EMBED Equation.3 1415 - електричне зміщення.



Задачі:

№1
Різниця потенціалів між пластинами плоского конденсатора U = 90В. Площа кожної пластини S = 60cм2, її заряд q = l нКл. На якій відстані d знаходяться одна від одної пластини? [4,8 мм]
№2
Електрон летить від однієї пластини плоского конденсатора до іншої. Різниця потенціалів між пластинами U=3 кВ; відстань між пластинами d=5мм. Знайти силу F яка діє на електрон, прискорення а електрона, швидкість v, з якою електрон підлітає до іншої пластини; і поверхневу густину заряду 13 EMBED Equation.3 1415 на пластинах. [9,6
·10-14Н; 1,05
·1017 м/c2; 3,24
·107 м/с; 5,3 мКл/м2.]
№3
Знайти ємність С сферичного конденсатора, який складений з двох сфер радіусами r = 10 см, R = 10,5 см. Простір між сферами заповнений маслом. Який радіус R0 повинна мати куля, яка теж розміщена в маслі, щоб мати таку ж ємність.
[1,17 нФ; 2,1 м]
№4
Два конденсатори ввімкнені послідовно. Ємність першого конденсатора С1=2мкФ. А другого С2=4мкФ. Знайти заряд q1 і q2 і різницю потенціалів U1 і U2 на обкладках кожного конденсатора, якщо загальна різниця потенціалів у колі 6 В.
[8мкКл; 4В; 2В]
№5
Площа пластин плоского повітряного конденсатора S = 0,01м2 відстань між ними d1=2см. До пластин прикладена різниця потенціалів U=3кВ. Яка буде напруженість Е поля конденсатора, якщо, не вимикаючи напругу, розвести пластини на відстань d2=5см. Знайти енергію W1 та W2 конденсатора до і після розведення пластин. [60Кв/м; 20мкДж; 50мкДж]
№6
До пластин плоского повітряного конденсатора прикладена різниця потенціалів U1 = 500 В. Площа пластин S = 200 см2, відстань між ними d1 = 1,5 мм. Пластини розсунули до відстані d2 = 15 мм. Визначити енергію W1 та W2 конденсатора до і після розведення пластин, якщо джерело напруги до розсунення: 1) відмикалося; 2) не відмикалося.

№7
Плоский повітряний конденсатор ємністю С = 10 пФ заряджений до різниці потенціалів U1 = 500В. Після відключення конденсатора від джерела відстань між пластинами конденсатора було збільшено втричі. Визначити: 1) різницю потенціалів на обкладках конденсатора після їх розсунення; 2) роботу зовнішніх сил з розсунення пластин.

№8
Густина енергії електричного поля зарядженого конденсатора дорівнює 300 Дж/м3. З якою силою притягуються обкладки конденсатора, якщо їхня площа S = 100 см2 ?
Домашня контрольна робота
Розв'язати одну з наведених нижче задач. Номер задачі та всі необхідні дані наведено в табл. 1
1. Сферичний повітряний конденсатор складається з двох концентричних сфер з радіусами R1 та R2. Конденсатор заряджено до певної різниці потенціалів. В табл. 1 задано у варіантах R1 , R2 одну з таких величин: Q - заряд на обкладках конденсатора; U- різниця потенціалів між обкладками;
· - швидкість, якої набуває електрон, проходячи під дією сил поля шлях від однієї обкладки до іншої. Знайти: 1) величину, зазначену в останній колонці таблиці; 2) напруженість поля в конденсаторі на відстані r від центра сфери; 3) енергію конденсатора.
2. Циліндричний повітряний конденсатор складається з двох коаксіальних циліндрів радіусами R1 та R2. Довжина конденсатора L. Конденсатор заряджено до певної різниці потенціалів. В табл. 1 задано у варіантах розміри конденсатора й одну з таких величин: Q заряд на обкладках конденсатора; U різниця потенціалів між обкладками;
· - швидкість, яку має протон, проходячи під дією сил поля шлях від однієї обкладки до іншої. Знайти: 1) величину, зазначену в останній колонці таблиці; 2) напруженість поля в конденсаторі на відстані r від осі циліндра; 3) енергію конденсато
·ра.
Плоский повітряний конденсатор з площею пластин S та відстанню між пластинами d заряджено і від’єднано від джерела. В табл. 1 задано за варіантами розміри конденсатора й одну з таких величин: Q - заряд на обкладках конденсатора; U різниця потенціалів між обкладками; Е напруженість поля в конденсаторі;
· швидкість, якої набуде електрон, переміщуючись під дією сил поля від однієї обкладки до іншої. Знайти: 1) величину, зазначену в останній колонці таблиці; 2) на скільки зміниться енергія конденсатора, якщо відстань між його пластинами збільшити удвічі.
Плоский повітряний конденсатор з площею пластин S та відстанню між пластинами d під’єднано до джерела електричної енергії. В табл. 1 задано у варіантах розміри конденсатора та одну з таких величин: Q ~ заряд на обкладках конденсатора; U різниця потенціалів між обкладками; Е - напруженість поля в конденсаторі;
· швидкість, яку матиме протон, переміщуючись під дією сил поля від однієї обкладки до іншої.
Знайти: 1) величину, зазначену в останній колонці таблиці; 2) на скільки зміниться енергія конденсатора, якщо, не від’єднуючи конденсатор від джерела, простір поміж його пластинами заповнити діелектриком з діелектричною проникністю
·.








Таблиця 1




Розділ №2
Електродинаміка
Лекція №6. Електричний струм
Силою струму - називають скалярну фізичну величину, яка чисельно дорівнює зарядові, що переноситься крізь поперечний переріз провідника за одиницю часу. 13 EMBED Equation.3 1415
Густина струму - це відношення сили струму до площі поперечного перерізу провідника.
13 EMBED Equation.3 1415 [А/м2] j= neVq (де n, e, V - концентрація, заряд і середня швидкість впорядкованого руху зарядів)

Опір(R):
це основна електрична характеристика провідника яка характеризує властивість провідника обмежувати силу струму у колі.
13 EMBED Equation.3 1415; R = R0(1+13 EMBED Equation.3 1415) ; 13 EMBED Equation.3 1415 (сименс); 13 EMBED Equation.3 1415 (сименс на метр).
13 EMBED Equation.3 1415- температурний коефіцієнт опору (табл).
Провідність - це величина обернена опору – g [См]
Питомий опір - це опір провідника в формі куба з ребром 1м –13 EMBED Equation.3 1415[Ом
·м]
Питома провідність - це величина обернена питомому опору –13 EMBED Equation.3 1415[См/м]

Задачі:

№1
Струм І у провіднику змінюється з часом t за рівнянням: І=4+2t де І – в амперах і t – в секундах. Яка кількість електрики q проходить через поперечний переріз провідника за час від t1=2c до t2=6c? При якому постійному струмові І0 через поперечний розріз провідника за той же час проходить така ж кількість електрики? [48 Кл; 12 А]

№2
Вольфрамова нитка електричної лампи при t1=200 С має опір 35,8Ом. Яка буде температура t2 нитки лампочки, якщо при підключенні до напруги U=120 В ниткою розжарення потече струм І=0,33А? Температурний коефіцієнт опору вольфраму 13 EMBED Equation.3 1415=4,6 10-3 K-1. [22000С]

№3
По мідному провіднику з поперечним перерізом 1мм2 протікає струм 1А. Визначити середню швидкість впорядкованого руху електронів вздовж провідника, якщо на кожен атом міді припадає один вільний електрон. Густина міді 8.9г/см3 [74 10-6 м/с]

№4
Ламповий реостат складається з п'яти електричних ламп опором r = 350 Ом, ввімкнених паралельно. Знайти опір R реостата, коли: а) горять всі лампочки;
б) вимикається одна, дві, три, чотири лампочки. [а) 70; б) 87,5; 116,7; 175; 350]
№5
Обмотка котушки з мідного дроту при t1=14 °С має опір R1=10 Ом. Після проходження струму опір обмотки став рівний 12,2 Ом. До якої температури t2 нагрілася обмотка? Температурний коефіцієнт опору міді 13 EMBED Equation.3 1415=4,15 10-3 K-1 [700]

Лекція №7. Сторонні сили. У З О.
13 EMBED Equation.3 1415
е.р.с. – показує яку роботу виконують сторонні сили з переміщення одиничного позитивного заряду всередині джерела.
Закон Ома в диференціальній формі
13 EMBED Equation.3 1415
Узагальнений закон Ома (УЗО)
13 EMBED Equation.3 1415
Частинні випадки УЗО
Джерело струму відсутнє
13 EMBED Equation.3 1415

13 EMBED Equation.3 1415
Закон Ома для однорідної ділянки кола

2. Коло замкнуте
13 EMBED Equation.3 1415




З. Коло розімкнуте I=0


13 EMBED Equation.3 1415
R - опір всього кола R= R0 + r, r- опір джерела


13 EMBED Equation.3 1415
Закон Ома для повного кола





13 EMBED Equation.3 1415 – струм короткого замикання

Робота і потужність електричного струму. З'єднання джерел у батарею.
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415 – корисна потужність
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415 – загальна потужність
13 EMBED Equation.3 1415

Послідовне
Паралельне

б=1+2+3
rб=r1+r2+r3



"
б=1=2=3





Закон Джоуля - Ленца.
13 EMBED Equation.3 1415
Задачі:

№1
Елемент з ЕРС =2В має внутрішній опір г=0,5 Ом. Знайти падіння потенціалу Ur всередині елемента при струмі в колі І=0,25 А Який зовнішній опір R при цих умовах. [0,125 В; 7,5 Ом]

№2
Маємо два однакових елемента з EРC =2В і внутрішнім опором г=0,3 Ом, Як потрібно з'єднати ці елементи щоб отримати більший струм, якщо зовнішній опір кола: [а) 5А; 5,7А; б) 0,24А; 0,124А]
а) R=0,2 Ом
б) R=l 6 Ом? Знайти струм в кожному із цих випадків.

№3
Два паралельно з’єднаних елемента з однаковим ЕРС 1=2=2 В і внутрішнім опором r1=1Oм і г2=1,5 Ом замкнуті на зовнішній опір R=1.4 Ом Знайти струм І в кожному з елементів і у всьому колі. [0,6; 0,4; 1]

№4
Два послідовно з’єднаних елемента з однаковим ЕРС 1=2=2 В і внутрішнім опором r1=1Oм і г2=1,5 Ом замкнуті на зовнішній опір R= 0,5 Ом. Знайти різницю потенціалів на зажимах кожного з елементів. [0,66 В; 0В]
№5
Алюмінієвим провідником з S=0,2мм2 протікає струм 0,2 А. Визначити силу, яка діє на окремий вільний електрон, з боку електричного поля. Питомий опір алюмінію 26 нОм*м. [4,16 10-21Н]
№6
Елемент з ЕРС. 13 EMBED Equation.3 1415=1,6 В має внутрішній опір г=0,5 Ом, Знайти ккд. 13 EMBED Equation.3 1415 елемента при силі струму І=2,4 А. [25%]
№7
Батарея з ЕРС 13 EMBED Equation.3 1415і внутрішнім опором r=1 Ом має ккд 13 EMBED Equation.3 1415(мал 1) Падіння потенціалу на опорах R1 та R4 рівне U1 = 4B; U4 = 2B. Який струм I показує амперметр? Знайти падіння потенціалу U2 на опорі R2. [2А; 2В]
Мал. 1

№8
Електричний чайник який має V=600cm3 води при температурі t0=90С забули вимкнути. Опір нагрівника чайника R=16 Ом Через який час t після включення вода в чайнику википить? Напруга в колі нагрівника U=120B, ккд. нагрівника 13 EMBED Equation.3 1415 [49хв.]
№9
Елемент, резистор і амперметр підключені послідовно. Елемент має EРС 13 EMBED Equation.3 1415і внутрішній опір r = 0,4 Ом. Амперметр показує струм I = 1 А. Який ккд 13 EMBED Equation.3 1415 елемента? [80%]
№10
Знайти покази амперметра і вольтметра в схемах показаних на малюнку 2-4. ЕРС батареї 13 EMBED Equation.3 1415 опір R1 = 400 OM і R2 = 600 Ом, опір вольтметра RV = 1кОм.
а) 0,22А; 110В; б) 0,142А; 53,2В в) 0,57А; 110В









Мал. 2 Мал. 3 Мал. 4

№11
Об’єм V=4,5л води можна закип'ятити, витративши електричну енергію W=0,5 кВт
·ч. Початкова температура води to=230C. Знайти ккд 13 EMBED Equation.3 1415 нагрівника. [80%]


Лекція №8. Правила Кірхгофа
Правило I
Алгебраїчна сила струмів, які сходяться у вузол, дорівнює нулю
I1+ I5 = I2 + I3 + I4 або І1 - І2 - І3 - І4 + І5 = 0
Струм, який входить у вузол, вважають позитивним, а струм, який виходить з вузла – негативним.
Правило II
У контурі алгебраїчна сума спадів напруг (добутків сил струмів на опори відповідних ділянок) дорівнює алгебраїчній сумі електрорушійних сил, які діють у цьому контурі.
13 EMBED Equation.3 1415

Задачі:
№1
Знайти покази амперметра і вольтметра в схемах показаних на мал. 5. Е.р.с. батареї =110В опір R1 =400 Ом і R2 =600 Ом, опір вольтметра Rv =1 кОм..






Мал. 5


№2
Батарея має Е.р.с. 13 EMBED Equation.3 14151=2В 13 EMBED Equation.3 14152=3В, опір R3=1.5кОм опір амперметра RА=0,5кОм (мал. 6). Падіння потенціалу на опорі R2 рівне U2=1В (струм через цей опір напрямлений зверху до низу). Знайти покази амперметра.





Мал. 6
№3
На мал. 7 13 EMBED Equation.3 1415, R1 = 48 Ом, R2 = 24Ом, спад напруги U2 на опорі R2 дорівнює 12 В. Визначити: 1) силу струму на всіх ділянках кола; 2) опір R3. Внутрішнім опором елементів знехтувати.


Мал. 7




№4
Маємо 120 вольтову лампу потужність цієї лампи Р=40Вт. Який додатковий опір потрібно ввімкнути в коло послідовно з лампою, щоб вона давала нормальне розжарення при напрузі в колі U=220В? Яку довжину ніхромового дроту діаметром d=0.3мм потрібно взяти щоб отримати такий опір? [300Ом; 21,2м]
№5
Батарея з Е.р.с. 13 EMBED Equation.3 1415240В і внутрішнім опором r=1Ом замкнута на зовнішній опір R=23Ом. Знайти повну потужність Р, корисну потужність та к.к.д. 13 EMBED Equation.3 1415 батареї.
[2.4кВт; 2.3кВт; 96%]
№6
Батареї мають Е.р.с 13 EMBED Equation.3 14151=2В та 13 EMBED Equation.3 14152=1В, опір R1=1кОм, R2=0.5кОм і R3=0,2кОм. Опір амперметра RА=0,2кОм (мал. 6). Знайти покази амперметра.
№7
Батареї мають Е.р.с. 13 EMBED Equation.3 14151=2В, 13 EMBED Equation.3 14152=4В, 13 EMBED Equation.3 14153=6В, опір R1=4Ом, R2=6Ом та R3=8Ом (мал. 7). Знайти струм у всіх ділянках кола.
№8
У схемі зображеній на мал. 7 струми I1 та I3 напрямлені зліва направо, струм I2 зверху вниз. Падіння потенціалу на опорах R1, R2, R3 рівні U1=U3=2U2=10B. Знайти е.р.с. 13 EMBED Equation.3 1415 та 13 EMBED Equation.3 1415, якщо 13 EMBED Equation.3 1415.
№9
ЕРС батареї 13 EMBED Equation.3 1415=100В, опір R1=100Ом, R2=200Ом, R3=300Ом опір вольтметра RV=2кОм. Яку різницю потенціалів показує вольтметр (мал. 8)?
№10
На мал. 8 R1 = R2 = R3 = 100 Ом. Вольтметр показує Uv = 200В, опір вольтметра Rv = 800 Ом. Визначити ЕРС батареї, нехтуючи її опором.





Мал. 9
Мал. 8
№11
Визначити силу струму І3, яка протікає через резистор R3 (мал. 9) і напругу U3 на кінцях цього резистора, якщо 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415, R1 = 2 Ом, R2 = 6 Ом, R3 =1Ом. Внутрішніми опорами джерел струму знехтувати.

№12
Знайти кількість теплоти, яка виділяється щосекунди в одиниці об’єму мідного провідника при густині струму 30 А/см2.

№13
Електричний чайник має дві обмотки. При ввімкнені однієї з них вода в чайнику закипає через 15 хв, при ввімкнені іншої - через 30 хв. Через скільки часу закипить вода в чайнику, якщо ввімкнути обидві обмотки: а) послідовно; б) паралельно.

Домашня контрольна робота
Задача
Складіть схему з трьох сполучених ділянок, відображених на мал. 10. Номери ділянок, ЕРС джерел
·1 внутрішній опір джерел r1, опір ділянок R1 (або сила струму I, що протікає по одній із ділянок в напрямку від т. А до В) задано по варіантах в табл. 2. .
Відшукати: 1) величини, зазначені в останній графі таблиці; 2) різницю потенціалів між точками А та В.
Приклад схеми, яка відповідає 25-му варіанту, показаний на мал. 10, а.







Мал. 10, а




Мал. 10



Таблиця 2







Семінар №2 “Напівпровідники”

Власна провідність.
Домішкова провідність.
Фотопровідність
р-n – перехід.
Напівпровідникові прилади. Застосування


Розділ
·
·
·
Електромагнетизм
Лекція №9. Магнітне поле
Магнітне поле – створюється тільки рухомими зарядами, і діє тільки на рухомий в цьому полі заряд, змінюючи траєкторію його руху.
FA = lIBsin
· – сила Ампера
F1 = qVBsin
· – сила Лоренца
В =
·
·0Н, де В – вектор магнітної індукції, Н – вектор напруженості,
· – відносна магнітна проникність середовища,
·0 – магнітна стала 4
· .10-7 Гн/м2
Закон Біо – Савара – Лапласа
13 EMBED Equation.3 1415
магнітне поле прямого провідника зі струмом 13 EMBED Equation.3 1415
магнітне поле в центрі колового струму 13 EMBED Equation.3 1415
Рух зарядженої частинки в магнітному полі
13 EMBED Equation.3 1415 - радіус спіралі
13 EMBED Equation.3 1415 - крок спіралі

Задачі:

№1
Котушка довжиною l = 30 см має N = 1000 витків. Знайти напруженість Н магнітного поля всередині котушки, якщо по ній тече струм І = 2 А. Діаметр котушки вважати малим відносно до її довжини. [6,67 кА/м]
№2
В однорідному магнітному полі з індукцією В=0,5Тл рухається провідник l =10см. Провідником тече струм І=2А. Швидкість руху провідника V=20см/с і напрямлена перпендикулярно до напряму магнітного поля. Знайти роботу А переміщення провідника за час t=10с і потужність Р витрачену на це переміщення. [0,2Дж; 20мВт]
№3
Електрон, прискорений різницею потенціалів U=1кВ, влітає в однорідне магнітне поле, напрям якого перпендикулярний до напрямку його руху. Індукція магнітного поля В=1,19МТл. Знайти радіус R дуги, за якою рухається електрон, період обертання Т та момент імпульсу М електрона. [9см]
№4
Електрон, прискорений різницею потенціалів U=3кВ, влітає в магнітне поле соленоїда під кутом
·=300 до його осі. Число ампер – витків соленоїда І.N=5000 А.в. Довжина соленоїда L=25см. Знайти крок h гвинтової траєкторії електрона в магнітному полі. [3,94см]


Лекція № 10. Циркуляція вектора індукції магнітного поля. Закон повного струму
13 EMBED Equation.3 1415 - циркуляція вектора магнітної індукції.
Теорема про циркуляцію вектора індукції магнітного поля В. (Закон повного струму)
13 EMBED Equation.3 1415
1. Поле прямого струму:
13 EMBED Equation.3 1415
2. Поле всередині соленоїда (соленоїд - загорнутий у спіраль ізольований
провідник, по якому тече електричний струм).
13 EMBED Equation.3 1415
3. Магнітне поле тороїда (тороїд - кільцьова котушка з витками, намотаними на осердя, що має форму тора).

13 EMBED Equation.3 1415

Задачі:

№1
Котушка діаметром D=10 см, на яку намотано N=500 витків дроту, знаходиться в магнітному полі. Знайти середню Е.р.с. індукції 13 EMBED Equation.3 1415, яка виникає в цій котушці, якщо індукція магнітного поля В збільшиться за час t=0,1с. від О до 2 Тл. [78,5B]


№2
Швидкість літака з реактивним двигуном V=950 км/ч. Знайти Е.р.с. індукції, яка виникає між кінцями крил, якщо вертикальна складова напруженості земного магнітного поля НB=39,8 А/м і розмах крил літака l=12,5 м. [165мВ]
№3
Через котушку, індуктивність якої L=20мГн, протікає струм, який змінюється з часом за законом13 EMBED Equation.3 1415, де I0=5A. 13 EMBED Equation.3 1415=213 EMBED Equation.3 1415/T і Т=0,02с. Знайти залежність від часу t:
a) e.р.c самоіндукції 13 EMBED Equation.3 1415, що виникає в котушці;
б) енергії W магнітного поля котушки.

Семінар №3
„Електромагнітна індукція”

Досліди Фарадея
Закон Фарадея. Правило Ленца.
Вихрові струми (струми Фуко)
Струми при розмиканні і замиканні кола.
Застосування явища (трансформатори).
Основні властивості індукційного струму:
1. Індукційний струм виникає завжди, коли відбувається зміна зчіпленого з контуром потоку магнітної індукції;
2. Сила індукційного струму не залежить від способу зміни потоку магнітної індукції, а визначається лише швидкістю його зміни.
Відкриття явища електромагнітної індукції:
1) показало взаємозв’язок між електричним і магнітним полем;
2) запропонувало спосіб отримання електричного струму за допомогою магнітного поля.
13 EMBED Equation.3 1415 – закон Фарадея
13 EMBED Equation.3 1415 – ерс індукції, яка виникає в котушці, що містить N витків.
13 EMBED Equation.3 1415 – ерс індукції в рухомому провіднику.
13 EMBED Equation.3 1415 – ерс самоіндукції, де 13 EMBED Equation.3 1415 – індуктивність контура, яка залежить тільки від геометричної форми контура, його розмірів і магнітної проникності середовища, в якому він знаходиться.
Індуктивність соленоїда:
13 EMBED Equation.3 1415





Література

1. Трофімова Т.И.
"Курс фізики"

2. Дмітрієва В. Ф.
"Фізика"

3. Кучерук
«Загальна фізика»

4. Лопатицький І.Є.
"Курс фізики"










13PAGE 15


13 PAGE \* MERGEFORMAT 14115



q3

q1

q2

A

B

a/2

a/2

a

a





Root EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native

Приложенные файлы

  • doc 18050124
    Размер файла: 2 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий