Сборник задач по курсу общей физики: Учеб пособие 223 для студентов пед ин-тов по спец. №2105 «Физика» /Г. А. Загуста, Г. П. Макеева, А. С. Микулич и др.; Под ред. М. С. Цедрика. М.: Просвещение, 1989. 271 с.: ил
жүктеу/скачать 3,13 Mb.
|
cedrik
- Бұл бет үшін навигация:
- P=U U
| f \г-~У
иг '///'ГН7///////'/ Рис. 17.17 Рис. 17.16 Рис. 17.18 изолированный металлический шар радиусом R падают капли воды, заряженные до потенциала ф(). Как зависит предельный потенциал, до которого может зарядиться шар, от высоты падения капель, если радиус капли г? На металлический изолированный шарик радиусом R направили пучок заряженных частиц, имеющих массы m и заряды Q. Скорости частиц, находящихся очень далеко от шарика, равны у о и направлены к его центру. Сколько частиц сможет достигнуть поверхности шарика, если при попадании на шарик частица «прилипает» к нему? Два одинаковых точечных заряда Q, находящиеся на концах одного диаметра (рис. 17.18), движутся по окружности радиусом R вокруг заряда Q\. Найти угловую скорость движения зарядов Q и отношение общей кинетической энергии зарядов к потенциальной. В однородное электрическое поле напряженностью Е помещены вдоль одной и той же силовой линии неподвижный заряд +Qi и на расстоянии I от него заряженный шарик массой m и зарядом + Q2 (рис. 17.19). Шарик отпускают. Какую максимальную скорость он получит, двигаясь вдоль силовой линии? Пластины изолированного плоского конденсатора медленно раздвигают так, что емкость его меняется от С i до С2 (Ci>C2), причем поле между пластинами все время остается однородным. Какую работу против электрических сил совершат внешние силы, если заряд конденсатора Q? Плоский воздушный конденсатор с расстоянием между пластинами d = 5 см и площадью пластин S = 500 см2 подсоединен к источнику тока ЭДС W = 2 кВ. Параллельно пластинам в конденсатор вводится металлическая пластина толщиной h = 1 см. Какую работу совершает источник тока? Найти механическую работу, совершенную электрическими силами при повороте ручки настройки конденсатора переменной емкости, подключенного к источнику тока с ЭДС ^ = = 300 В, если емкость его изменяется от Ci = 10 мкФ до С2 — = 100 мкФ. Плоский воздушный конденсатор емкостью С i = 1 мкФ зарядили до разности потенциалов U i = 300 В и отключили 102 от источника напряжения. Какую работу против электрических сил необходимо совершить, чтобы увеличить расстояние между пластинами конденсатора в 5 раз? Какова будет после этого разность потенциалов U<2 между пластинами? Плоский воздушный конденсатор находится во внешнем однородном электрическом поле напряженностью Е и расположен перпендикулярно силовым линиям поля (рис. 17.20). Площадь каждой из пластин S, по пластинам равномерно распределены заряды +Q и — Q, расстояние между пластинами d. Какую работу против электрических сил нужно совершить, чтобы повернуть конденсатор на 180° вокруг оси, перпендикулярной вектору Е? На сферической оболочке радиусом R равномерно распределен заряд Q. Используя закон сохранения энергии, найти электрическую силу, приходящуюся на единицу площади оболочки. Две концентрические сферические поверхности, находящиеся в вакууме, имеют равномерно распределенные одинаковые заряды Q = 3 мкКл. Радиусы этих поверхностей R { = = 1 м и R2 = 2 м. Найти энергию электрического поля, заключенного между этими сферами. Как изменяются емкость С, разность потенциалов ф1—Ф2 = U между пластинами и энергия поля конденсатора W при увеличении (уменьшении) расстояния d между пластинами конденсатора, если: 1) конденсатор зарядили и отключили от источника постоянного напряжения; 2) конденсатор подключен к источнику постоянного напряжения? Объяснить причину изменения С, U к W. Два конденсатора емкостью С\ и С2 заряжены до разностей потенциалов Аф| и Лф2 (Аф1 ф Афг). Доказать, что при параллельном соединении этих конденсаторов их общая электростатическая энергия уменьшается. Объяснить, почему происходит уменьшение энергии. Два конденсатора емкостью С | = 2 мкФ и С2 = 3 мкФ соединили последовательно и зарядили до разности потенциалов U — 1 кВ. Как изменится энергия системы, если ее отключить Е * 4 4 4 4 111 111 f L 4 mint Рис. 17.19 Рис. 17.20 \ 103 от источника напряжения и одноименно заряженные обкладки конденсаторов соединить параллельно? В пространство между пластинами плоского воздушного конденсатора введена капля масла, имеющая заряд Q После зарядки до разности потенциалов С/ —1,5 кВ плоский воздушный конденсатор с расстоянием между пластинами d= 2,0 см и площадью пластин S = 0,20 м~ каждая отключают от источника тока и увеличивают расстояние между пластинами вдвое. Определить работу, совершаемую против сил поля по раздвижению пластин, и плотность энергии электрического поля конденсатора до и после раздвижения пластин. Плоский конденсатор с площадью пластин 20 см2 каждая и расстоянием между ними 3 мм заполнен диэлектриком диэлектрической проницаемостью к = 3. Найти емкость конденсатора; заряд, который необходимо сообщить, чтобы зарядить конденсатор до напряжения 300 В; изменение напряжения конденсатора, если в заряженном состоянии (он отключен) из него вынуть диэлектрик; энергию поля конденсатора при наличии диэлектрика и без него. § 18. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОК Сила тока: I — dt Закон Ома для неоднородного участка цепи: Г ЕЛ ■> R\ > ’ где U12 — напряжение на данном участке цепи, R12 — сумма всех сопротивлений участка. Правила Кирхгофа для разветвленных цепей: Алгебраическая сумма сил токов, сходящихся в узловых п точках, равна нулю: ^1к = 0. Токи, притекающие к узловым k — 1 точкам, считаются положительными, вытекающие — отрицательными, или наоборот. Для любого замкнутого контура, произвольно выбранного в сложной цепи, алгебраическая сумма произведений сил токов 1и на сопротивление Rk соответствующих участков цепи равна алгебраической сумме всех ЭДС, действующих в этом контуре: hkRk = 2Vt. к= 1 *=1 104 Для решения задач выбирается произвольное определенное направление обхода контура (например, по или против часовой стрелки). Во всех участках цепи произвольно выбираются направления токов. Токи, совпадающие с выбранным направлением обхода, считаются положительными, противоположные этому направлению — отрицательными. ЭДС источников тока считается положительной, если она увеличивает потенциал в направлении обхода контура. Мощность, развиваемая током на рассматриваемом участке цепи: P=UU2I. Закон Джоуля — Ленца: Q = I2R t. Закон Ома Сила тока в медном проводе сечением S = 1 мм2, 7—10 мА. Найти среднюю скорость < v ) упорядоченного движения электронов вдоль проводника, если считать, что на каждый атом меди приходится один электрон проводимости. Атомная масса меди А =63,6, плотность р = 8,9 г/см\ В течение 20 с сила тока равномерно возрастала от 0 до 5 А. Какой заряд был перенесен? В проводнике площадью поперечного сечения S = 5 см2 и числом свободных электронов п0= 102Л см 3 сила тока 7 = 10 А. Определить направленную скорость электронов и, считая ее одинаковой для всех электронов. Электрическая цепь (рис. 18.1) состоит из источника тока с внутренним сопротивлением 0,2 Ом и внешнего сопротивления 12,0 Ом. Найти силу тока во внешней цепи, ЭДС источника, если вольтметр показывает 120 В; сопротивление, которое необходимо подключить во внешнюю цепь, чтобы получить от этого источника силу тока 1 А, а также силу тока в цепи и показание вольтметра при коротком замыкании источника. Сопротивлением вольтметра пренебречь. Батарея из двух параллельно соединенных источников с ЭДС 2,0 и 1,8 В и внутренним сопротивлением 50,0 мОм каждый замкнута проводником сопротивлением 2,0 Ом. Найти силу тока в проводнике и в каждом источнике. Рассмотреть для случая последовательного соединения. Каково показание вольтметра (рис. 18.2), если W \ = 1,8 В, ^2 = 2,1 В, ri = 0,l Ом, г2~0,2 Ом? Силой тока в вольтметре и сопротивлением соединенных проводов пренебречь. Из медной проволоки длиной / = 120 м и площадью поперечного сечения S = 24 мм2 намотана катушка. Найти приращение сопротивления катушки при нагревании ее от £i=20°C до f2 = 70°C. 105 Найти температуру нити вольфрамовой лампы накаливания в рабочем состоянии, если известно, что сопротивление нити в момент включения при температуре 20°С в 12,6 раза меньше, чем в рабочем состоянии. К контуру, состоящему из резисторов R На рисунке 18.4, а и б изображены две электрические цепи, состоящие из резисторов с известными сопротивлениями R и 2R и резистор неизвестного сопротивления г. При каком значении г сопротивления обеих цепей, измеренные между точками А и В, окажутся одинаковыми и каково при этом будет общее сопротивление цепей? К батарее с ЭДС W—9 В и неизвестным внутренним сопротивлением подключены последовательно амперметр и вольтметр (рис. 18.5). Сопротивления приборов неизвестны. Если параллельно вольтметру включить проводник неизвестного сопротивления, то показание амперметра вдвое увеличится, а показание вольтметра вдвое уменьшится. Каким станет показание вольтметра после подключения проводника? Найти общее сопротивление участка цепи между точ- 106 “О—I—I ®» -~6 © яП A R1 в R2 С /?.? О F © { Рис. 18.5 Рис. 18.6 ками А и Z>, изображенного на рисунке 18.6, если #i = 0,5 Ом, #2=1,5 Ом, #3 = #4 = #6 = 1,0 Ом, #5 = 0,7 Ом. Сопротивлением соединительных проводов пренебречь. Найти общее сопротивление участка цепи между точками А я В, изображенного на рисунках 18.7, если сопротивление каждого проводника равно R. Вычислить общее сопротивление участка цепи, изображенного на рисунках 18.8, если сопротивление R = 1 Ом. Найти общее сопротивление #общ участка цепи, содержащего бесконечное число проводников (рис. 18.9) сопротивлением R каждый. Что покажет амперметр в схеме (рис. 18.10), если #i = #2 = #3 = 10 Ом, #4 = 15 Ом, ^ =30 В? Сопротивление амперметра очень мало. Для питания прибора напряжение на его. входе нужно устанавливать как можно точнее. Для этого используются два реостата, соединенные так, как показано на рисунке 18.11. Длины реостатов одинаковы, а сопротивление одного из них в 10 раз больше сопротивления другого. Как поступить, чтобы установить напряжение как можно точнее? Во сколько раз точность установки напряжения будет больше, чем в том случае, когда используется лишь один реостат? Как следует включить реостаты, если для питания прибора нужно устанавливать как можно точнее не напряжение, а силу тока? При каком условии через проводник сопротивлением #, подключенный в точках А и В (рис. 18.12), не будет идти ток? Внутренним сопротивлением источников пренебречь. #2 — 2,0 Ом, #з = 8,0 Ом. Найти силы тока в #i, #2, #3. В цепи (рис. 18.14) течет постоянный ток. Ключ К Конденсатор емкостью С = 10,0 мкФ включен в цепь постоянного тока (рис. 18.15). Определить изменение заряда на конденсаторе после замыкания ключа К, если R\ = 2,0 Ом, #2 =#4 = 1,0 Ом, #з = 5,0 Ом, ^ =10,0 В. В цепи (рис. 18.13) ^ =3,0 В, г = 0,8 Ом, #1=0,6 Ом, 107 В Рис. 18.7 Рис. 18.8 Найти заряд на конденсаторе емкостью С, если в цепи (рис. 18.16) течет постоянный ток. Напряжение на клеммах U Имеется батарея с ЭДС W =100 В и внутренним сопротивлением г —2 Ом. На нагрузке нужно получить напряже- 108
R1 A R В R2 Я жүктеу/скачать 3,13 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|