ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ.
Электрический заряд q - физическая величина, определяющая интенсивность электромагнитного взаимодействия.
[q] = l Кл (Кулон).
Атомы состоят из ядер и электронов. В состав ядра входят положительно заряженные протоны и не имеющие заряда нейтроны. Электроны несут отрицательный заряд. Количество электронов в атоме равно числу протонов в ядре, поэтому в целом атом нейтрален.
Заряд любого тела: q = ±Ne , где е = 1,6*10 -19 Кл - элементарный или минимально возможный заряд (заряд электрона), N - число избыточных или недостающих электронов. В замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов остается постоянной:
q 1 + q 2 + … + q n = const.
Точечный электрический заряд - заряженное тело, размеры которого во много раз меньше расстояния до другого наэлектризованного тела, взаимодействующего с ним.
Закон Кулона
Два неподвижных точечных электрических заряда в вакууме взаимодействуют с силами, направленными по прямой, соединяющей эти заряды; модули этих сил прямо пропорциональны произведению зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними:
Коэффициент пропорциональности
где - электрическая постоянная.
где 12 - сила, действующая со стороны второго заряда на первый, а 21 - со стороны первого на второй.
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ. НАПРЯЖЕННОСТЬ
Факт взаимодействия электрических зарядов на расстоянии можно объяснить наличием вокруг них электрического поля - материального объекта, непрерывного в пространстве и способного действовать на другие заряды.
Поле неподвижных электрических зарядов называют электростатическим.
Характеристикой поля является его напряженность.
Напряженность электрического поля в данной точке - это вектор, модуль которого равен отношению силы, действующей на точечный положительный заряд, к величине этого заряда, а направление совпадает с направлением силы.
Напряженность поля точечного заряда Q на расстоянии r от него равна
Принцип суперпозиции полей
Напряженность поля системы зарядов равна векторной сумме напряженностей полей каждого из зарядов системы:
Диэлектрическая проницаемость среды равна отношению напряженностей поля в вакууме и в веществе:
Она показывает во сколько раз вещество ослабляет поле. Закон Кулона для двух точечных зарядов q и Q , расположенных на расстоянии r в среде c диэлектрической проницаемостью:
Напряженность поля на расстоянии r от заряда Q равна
ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ ЗАРЯЖЕННОГО ТЕЛА В ОДНОРОДНОМ ЭЛЕКТРО-СТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ
Между двумя большими пластинами, заряженными противоположными знаками и расположенными параллельно, поместим точечный заряд q .
Так как электрическое поле между пластинами с напряженностью однородное, то на заряд во всех точках действует сила F = qE , которая при перемещении заряда на расстояние вдоль совершает работу
Эта работа не зависит от формы траектории, то есть при перемещении заряда q вдоль произвольной линии L работа будет такой же.
Работа электростатического поля по перемещению заряда не зависит от формы траектории, а определяется исключительно начальным и конечным состояниями системы. Она, как и в случае с полем сил тяжести, равна изменению потенциальной энергии, взятому с противоположным знаком:
Из сравнения с предыдущей формулой видно, что потенциальная энергия заряда в однородном электростатическом поле равна:
Потенциальная энергия зависит от выбора нулевого уровня и поэтому сама по себе не имеет глубокого смысла.
ПОТЕНЦИАЛ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ И НАПРЯЖЕНИЕ
Потенциальным называется поле, работа которого при переходе из одной точки поля в другую не зависит от формы траектории. Потенциальными являются поле силы тяжести и электростатическое поле.
Работа, совершаемая потенциальным полем, равна изменению потенциальной энергии системы, взятой с противоположным знаком:
Потенциал - отношение потенциальной энергии заряда в поле к величине этого заряда:
Потенциал однородного поля равен
где d - расстояние, отсчитываемое от некоторого нулевого уровня.
Потенциальная энергия взаимодействия заряда q с полем равна .
Поэтому работа поля по перемещению заряда из точки с потенциалом φ 1 в точку с потенциалом φ 2 составляет:
Величина называется разностью потенциалов или напряжением.
Напряжение или разность потенциалов между двумя точками - это отношение работы электрического поля по перемещению заряда из начальной точки в конечную к величине этого заряда:
[U]=1Дж/Кл=1В
НАПРЯЖЕННОСТЬ ПОЛЯ И РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ
При перемещении заряда q вдоль силовой линии электрического поля напряженностью на расстояние Δ d поле совершает работу
Так как по определению, то получаем:
Отсюда и напряженность электрического поля равна
Итак, напряженность электрического поля равна изменению потенциала при перемещении вдоль силовой линии на единицу длины.
Если положительный заряд перемещается в направлении силовой линии, то направление действия силы совпадает с направлением перемещения, и работа поля положительна:
Тогда , то есть напряженность направлена в сторону убывания потенциала.
Напряженность измеряют в вольтах на метр:
[E]=1 B/м
Напряженность поля равна 1 В/м, если напряжение между двумя точками силовой линии, расположенными на расстоянии 1 м, равна 1 В.
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЕМКОСТЬ
Если независимым образом измерять заряд Q , сообщаемый телу, и его потенциал φ, то можно обнаружить, что они прямо пропорциональны друг другу:
Величина С характеризует способность проводника накапливать электрический заряд и называется электрической емкостью. Электроемкость проводника зависит от его размеров, формы, а также электрических свойств среды.
Электроёмкостъ двух проводников - отношение заряда одного из них к разности потенциалов между ними:
Емкость тела равно 1 Ф , если при сообщении ему заряда 1 Кл оно приобретает потенциал 1 В.
КОНДЕНСАТОРЫ
Конденсатор - два проводника, разделенные диэлектриком, служащие для накопления электрического заряда. Под зарядом конденсатора понимают модуль заряда одной из его пластин или обкладок.
Способность конденсатора накапливать заряд характеризуется электроемкостью, которая равна отношению заряда конденсатора к напряжению:
Емкость конденсатора равна 1 Ф, если при напряжении 1 В его заряд равен 1 Кл.
Емкость плоского конденсатора прямо пропорциональна площади пластин S , диэлектрической проницаемости среды, и обратно пропорциональна расстоянию между пластинами d :
ЭНЕРГИЯ ЗАРЯЖЕННОГО КОНДЕНСАТОРА.
Точные эксперименты показывают, что W=CU 2 /2
Так как q = CU , то
Плотность энергии электрического поля
где V = Sd - объем, занимаемый полем внутри конденсатора. Учитывая, что емкость плоского конденсатора
а напряжение на его обкладках U=Ed
получаем:
Пример. Электрон, двигаясь в электрическом поле из точки 1 через точку 2, увеличил свою скорость от 1000 до 3000 км/с. Определите разность потенциалов между точками 1 и 2.
Электрическое поле. Графическое изображение электрических полей.Урок физики в 11 классе
(базовый уровень)
Учитель: Кононова Е.Ю.
Как заряды « узнают, что им нужно ☻ притягиваться?»☻
ДальнодействиеВзаимодей-
ствие без
посредников.
Мгновенно.
Близкодействие
Взаимодействие
посредством особой
материальной среды.
С конечной скоростью.
(наибольшая
возможная скорость
300 000 км/с)
Близкодействие
Каждое заряженное телосоздаёт поле которое действует
на другие заряженные тела.
Электрическое и магнитное поля
являются частными случаями
Электромагнитного поля которое
распространяется в виде волн.
(вычислил скорость э/м волн)
Подтвердил на опыте
существование электромагнитных волн.
Электрическое поле
– вид материи,окружающей электрические заряды, и
проявляющийся в действии на эти заряды.
электрическое поле
электростатическое
вихревое
Свойства:
Создаётся эл. зарядами
Чем больше эл. заряд, тем его поле сильнее
Действует на эл. заряды с некоторой силой
Действие поля ослабевает с расстоянием ~ 1/r2
Напряжённость электрического поля
Напряжённостью электрического поля в даннойточке называется отношение силы F, действующей
со стороны поля на точечный пробный заряд q
помещённый в данную точку поля к этому заряду.
E= F/ q
E= k Q/r2
+
[Е]= Н/Кл
напряжённость не зависит от величины
пробного заряда, это СИЛОВАЯ
характеристика поля
-
Изображение электрического поля
Линии напряжённости (силовые линии)электрического поля – воображаемые линии,
касательные к которым в каждой точке совпадают в
направлением вектора
напряжённости
электрического поля.
Чем больше Е тем гуще линии
Из «+» выходят в «-» входят
Не пересекаются
непрерывны
Электрические поля разных объектов
сфера+ + +
+
+
+ +
заряженная плоскость
+ + + +
+ + + +
_
_
+
+
- - - - - - -
_
+
_
+
поле двух разноимённо заряженных пластин
Принцип суперпозиции полей
Напряжённость поля, созданного несколькимизарядами, равна векторной сумме
напряжённостей, полей, созданных каждым из
зарядов: Е = E1+E2 +…
Задачи
1)Какая теория - действия на расстоянии или близкодействия- кажется вам более привлекательной? Почему?
2)Как следует понимать, что в данной точке существует
электрическое поле?
3)Как можно обнаружить электрическое поле в данной точке?
4)В каком случае направление действующей на частицу
кулоновской силы противоположно направлению вектора
напряженности электрического поля?
5) С каким ускорением движется протон в электрическом поле
с напряженностью 10 кН/Кл?
(Ответ: 9,6 10й м/с2.)
6)В каких точках напряженность поля двух точечных зарядов с
модулями 4 нКл и 16 нКл равна нулю? Рас стояние между
зарядами равно 12 см. Рассмотрите два случая:
а) заряды одноименные;
б) заряды разноимённые.
Сделайте рисунок.
(Ответ: а) на расстоянии 4 см от меньшего заряда и 8 см от
большего; б) на расстоянии 12 см от меньшего заряда и 24
см от большего.)
задачи
7)Два одинаковых по модулю заряда находятся на некоторомрасстоянии друг от друга. В каком случае напряженность в
точке, лежащей на половине расстояния между ними
больше: если эти заряды одноименные или разноименные?
8)В однородное поле с напряженностью 12 кН/Кл внесли
точечный заряд +2,5 нКл. Какой будет напряженность поля в
точках А, В, С, находящихся на расстоянии 5 см от заряда
(см. рисунок)?
(Ответ: 15 кН/Кл – в точках А и С;
АА
21 кН/Кл - в точке В;
Д
В
3 кН/Кл - в точке Д.)
С
9)В вертикально направленном однородном электрическом
поле находится пылинка массой 10-9 г и зарядом 3,2 ·10-17 Кл.
Какова напряженность поля, если сила тяжести пылинки
уравновешена силой электрического поля.
(Ответ: 0,3 МН/Кл.)
Дома
§ 3; 4;Подготовиться к
самостоятельной
работе № 3
Примерное распределение учебного времени
1. Электродинамика - 41 ч.
1. Электрические взаимодействия – 10 ч.
2. Постоянный электрический ток – 8 ч.
3. Магнитные взаимодействия – 4 ч.
4. Электромагнитное поле – 11 ч.
2. Оптика - 8 ч.
3. Квантовая физика – 24 ч.
1. Кванты и атомы – 8 ч.
2. Атомное ядро и элементарные частицы – 11ч.
3 Строение и эволюция вселенной – 5 ч.
4. Резерв времени – 5 ч.
ИТОГО – 70 ч. (68)
Зачеты
1. Зачет № 1. Электрические взаимодействия.
Вопросы к зачету:
Природа электричества.
Взаимодействие электрических зарядов.
Электрическое поле.
Графическое изображение электрических полей.
Проводники в электростатическом поле.
Диэлектрики в электростатическом поле.
Потенциальная энергия заряда в эл.статическом поле.
Связь между разностью потенциалов и напряженностью.
Электроемкость плоского конденсатора.
2. Зачет № 2. Постоянный электрический ток и магнитные взаимодействия.
Вопросы к зачету:
Электрический ток. Сила тока.
Закон Ома для участка цепи.
Последовательное и параллельное соединения проводников.
Работа тока и закон Джоуля-Ленца.
Мощность электрического тока.
Закон Ома для полной цепи.
Взаимодействия магнитов и токов.
Магнитное поле.
Сила Ампера и сила Лоренца.
Линии магнитной индукции.
Вопросы к зачету:
Электромагнитная индукция.
Закон электромагнитной индукции.
Правило Ленца.
Явление самоиндукции.
Энергия магнитного поля.
Производство, передача и потребление электроэнергии.
Трансформатор.
Электромагнитное поле.
Электромагнитные волны.
Передача информации с помощью электромагнитных волн.
4. Зачет № 4. Оптика.
Вопросы к зачету:
Законы геометрической оптики.
Линзы.
Построение изображение с помощью линз.
Глаз и оптические приборы.
Интерференция света.
Дифракция света.
Невидимые лучи.
5. Зачет № 5. Кванты и атомы.
Вопросы к зачету:
Зарождение квантовой теории.
Законы фотоэффекта.
Строение атома.
Теория атома Бора.
Атомные спектры.
Лазеры.
Корпускулярно-волновой дуализм.
6. Атомное ядро и элементарные частицы.
Вопросы к зачету:
Атомное ядро.
Радиоактивность.
Радиоактивные превращения.
Ядерные реакции.
Энергия связи. Дефект масс.
Деление ядер урана.
Ядерный реактор.
Классификация элементарных частиц.
Открытие позитрона. Античастицы.
Задачи к зачету № 1
1.Два одинаковых проводящих шарика, имеющих электрические заряды 1,8*10 -8 Кл и -2*10 -9 Кл, вследствие притяжения на мгновение соприкоснулись. Как распределился заряд между ними? Определите, с какой силой будут взаимодействовать шарики после соприкосновения на расстоянии 8 мм?
2. Определите силу электрического взаимодействия электрона и протона на расстоянии 1,0*10 -8 см один от другого. Во сколько раз она больше гравитационной силы?
3. Две пылинки находятся на расстоянии 10 см друг от друга. Какой будет сила взаимодействия между ними, если 10 млрд. электронов перенести с одной пылинки на другую?
4. Два шара имеют массы по 10 г. Какие одинаковые заряды необходимо сообщить этим шарам, чтобы кулоновское отталкивание уравновесило гравитационное притяжение? Расстояние между шарами велико по сравнению с их радиусами.
5. Какой заряд должна иметь пылинка массой 0,1 мг, чтобы она «висела» в направленном вверх электростатическом поле напряженностью 1 кН/Кл?
6. С каким ускорением движется протон в электрическом поле напряженностью 40 кН/Кл?
7. Электрическое поле образовано точечным зарядом 24 нКл. Определите, на каком расстоянии от него расположена точка, в которой напряженность поля равна 15 кН/Кл. С какой силой в этой точке действует поле на пробный заряд 1,8 нКл?
8. *По теории Бора электрон в атоме водорода движется вокруг ядра по круговой орбите. Определите напряженность поля, создаваемого зарядом ядра на расстоянии, равным радиусу первой орбиты электрона, т.е. 5,3*10 -11 м. и скорость движения электрона по этой орбите вокруг ядра.
9. *Два проводящих шарика пренебрежимо малых размеров получили вместе 5*10 9 избыточных электронов. Как распределился заряд на шариках, если в вакууме на расстоянии один от другого 3 см они взаимодействуют с силой 1,2 мкН. Сколько избыточных электронов имеет каждый шарик?
10. *Два одинаковых маленьких заряженных шарика, находясь на расстоянии 40 см один от другого в вакууме, отталкиваются с силой 270 мкН. После того, как их привели в соприкосновение и вновь удалили на прежнее расстояние, сила отталкивания между ними стала равна 360 мкН. Определите заряды на шариках до их соприкосновения. С какой силой будут взаимодействовать шарики после соприкосновения, если вначале их заряды имели противоположные знаки?
11. *Нарисуйте линии напряженности электрического поля, образованного двумя точечными зарядами неодинаковой величины.
А . В однородное поле с напряженностью 10 кН/Кл, направленной вверх, внесли заряд 25 нКл. В какой точке напряженность поля станет равной нулю?
В. Два положительных заряда 0,2 мкКл и 1,8 мкКл закреплены на расстоянии 60 см друг от друга. Где нужно разместить третий заряд, чтобы действующие на него кулоновские силы компенсировали друг друга?
С. В каких точках напряженность поля двух точечных зарядов с модулями 4 нКл и 16 нКл равна нулю? Расстояние между зарядами равно 12 см. Рассмотрите два случая: а) заряды одноименные; б) заряды разноименные. Сделайте рисунок.
Д. Некий «ученый» поставил цель получить такие «атомные ядра», чтобы кулоновское отталкивание между ними в точности компенсировало гравитационное притяжение. Какой должна быть доля протонов в этих «ядрах»? Какова минимально возможная масса такого «ядра»?
12. Потенциальная энергия заряда 5 нКл в электрическом поле равна 8 мкДж. Чему равен потенциал поля в этой точке?
13. В точке поля с потенциалом 100 В заряженное тело имеет потенциальную энергию -0,5 мкДж. Каков его заряд?
14. Какую работу совершает поле при перемещении заряда 3 нКл с потенциалом 50 В в точку с потенциалом 250 В?
15. При переносе из одной точки в другую заряда 4 нКл электрическое поле совершило работу 12 мкДж. Какова разность потенциалов между этими т очками?
16. При переносе из точки 1 в точку 2 заряда 5 мкКл потребовалось совершить работу 31 мДж против Кулоновских л. Какова разность потенциалов между точками 1 и 2?
17. Электрические потенциалы двух электрических проводников, находящихся в воздухе, равны 50В и -50В. Какую работу совершит электрическое поле этих при переносе заряда 8*10 -4 Кл с одного проводника в другой?
18. В однородном электрическом поле две точки лежат на одной силовой линии. Расстояние между точками равно 20 см. Каково напряжение между ними, если напряженность поля 75 кВ/м?
19. На каком расстоянии от заряда 1,5 нКл в машинном масле напряженность поля равна 6 кВ/м?
20*. Сравните потенциал и напряженность
Электрического поля в точках А и В, А ● ●В С● ●Д
С и Д (см рис.)
21*.
Электрон влетает в однородное электрическое поле со скоростью 1 км/с, направленной вдоль линии напряженности. Определите работу поля по торможению электрона до его полной остановки. Какова разность потенциалов между начальной и конечной точками?
22*. При радиоактивном распаде солей урана вылетают α-частицы со скоростью примерно 2 . 10 4 км/с. Какой должна быть разность потенциалов двух точек электрического поля, чтобы при перемещении между ними α-частицы приобрели такую же скорость?
23. Определите заряд пластины плоского конденсатора емкостью 0,02 мкФ, если напряженность поля в конденсаторе 320 В/см, а расстояние между пластинами 0,5 см.
24. Площадь пластин слюдяного конденсатора 15 см 2 , а расстояние между пластинами 0,02 см. Какой емкостью обладает конденсатор?
25 . Энергия заряженного конденсатора емкостью 400 мкФ равна 200 Дж. Определите разность потенциалов между его обкладками.
26*. Разность потенциалов между пластинами плоского конденсатора 150 В. Площадь каждой платины 150 см 2 , а заряд 5 нКл. Какое расстояние между пластинами?
27*. Какой заряд был сообщен плоскому конденсатору емкостью 15 пФ, если напряженность между пластинами равна 80 кВ/м, а расстояние между пластинами 6 мм?
28*. Какова напряженность электрического поля внутри плоского воздушного конденсатора, если его заряд равен 2 мкКл, а площадь пластин 200 см 2 .
29*. Определите энергию плоского конденсатора с площадью каждой обкладки 200 см 2 . Толщина диэлектрика между пластинами 8 мм, заряд на обкладке 5 мкКл (ε = 6).
30. Возможно ли увеличить заряженного школьного конденсатора, не изменяя его заряда?
31. С помощью какого опыта можно убедиться, что заряженный конденсатор обладает энергией?
Задачи к зачету №2
1. Зарядка автомобильного аккумулятора длилась 6 ч. Какой заряд прошел по цепи, если сила тока равнялась 12 А?
2 . Для изготовления реостата сопротивлением 126 Ом использовали никелиновую проволоку с площадью поперечного сечения 0,1 мм 2 . Какова длина проволоки?
3. Определите удельное сопротивление проводника, если его длина 2,4 м, площадь поперечного сечения 0,4 мм 2 . а сопротивление 1,2 Ом.
4. Безопасной для человека считается сила тока 1 мА. Какой заряд проходит за 10 с при таком токе? Сколько электронов должно проходить через поперечное сечение проводника за 1 с, чтобы создать такую силу тока? I , A
5. На рис. показаны графики зависимости
силы тока от напряжения для трех 1,5 1
различных проводников. Каково 1,0 2
Сопротивление каждого из них? 0,5 3
0 10 20 30 U
,
B
6*.
Определите силу тока в цепи, если суммарная масса всего электронов, проходящих за 0,5 с через поперечное сечение проводника равна 1 нг.
7*. Конденсатор емкостью 6 мкФ, заряженный до напряжения 150 В, разрядился через металлический провод за 0,001 с. Какова средняя сила тока при разрядке?
8*. По никелиновому проводнику длиной 10 м идет ток силой 0,5 А. Определите сечение проводника, если к его концам приложено напряжение 20 В.
9*. В цепь источника тока, дающего напряжение 6 В, включили кусок никелиновой проволоки длиной 25 см и сечением 0,1 мм 2 . Какая сила тока установилась в цепи?
10*. Сила тока в спирали электрокипятильника 4 А. Кипятильник включен в сеть с напряжением 220 В. Какова длина нихромовой проволоки, из которой изготовлен спираль кипятильника, если ее сечение 0,1 мм 2 ?
11. Четыре резистора 5 Ом, 10 Ом,4 Ом и 6 Ом
Соединены по схеме, изображенной на рисунке.
Определите общее сопротивление
R1 R3
R4
12
Резисторы, сопротивления которых 2 кОм и 3 кОм соединены параллельно и подключены к источнику постоянного напряжения 15 В. Найдите силу тока через каждый из резисторов и сопротивление цепи.
13. Радиолюбителю нужен резистор сопротивлением 70 кОм. У него нашлись три резистора, сопротивления которых 100 кОм, 50 кОм и 25 кОм. Может ли он получить необходимое сопротивление? Если может, то как? Начертите схему.
14. Определите общее со-
про тивление цепи, изобра- R 1 R 2
женной на рисунке, если
все резисторы имеют R 3 R 4
сопротивление 10 кОм
15*. Из одинаковых резисторов по 10 Ом требуется составить цепь сопротивлением 6 Ом. Какое наименьшее количество резисторов для этого потребуется. Начертите схему цепи.
16*. Из проволоки сопротивлением 32 Ом сделано кольцо. В Каких точках кольца подключить провода, чтобы получить сопротивление, равное 6 Ом?
17*. Найдите силу тока через каждый из резисторов на схеме, изображенной на рисунке, если вольтметр
Показывает 110 В, а R1 = 6.4 Ом R 2
R2= 4 Ом R3 = 12 Ом R1
R4 = 6 Ом R5 = 3 Ом
R6 = 8 Ом R7 = 20 Ом. R 3
R 7 V R 4 R 5 R 6
18. В электроприборе за 15 мин электрическим током силой 2 А совершена работа 9 кДж. Определите сопротивление прибора.
19. Каково напряжение на резисторе сопротивлением 360 Ом, если за 123 мин электрическим током совершена работа 450 Дж?
20. На лампочке для карманного фонарика написано «4В, 1 Вт», а на лампочке в прихожей «220В, 49 Вт». Какая из ламп рассчитана на большую силу тока? Во сколько раз? Каковы сопротивления нитей накала ламп в рабочем состоянии?
21. Имеется пять электрических лампочек, рассчитанных на напряжение 9 В каждая. Три из них имеют расчетную мощность 4 Вт, две – по 6 Вт. Как следует включить их в сеть с напряжением 18 В, чтобы все они горели нормальным накалом?
22. Электрическая печь для плавки металла потребляет ток силой 850 А при напряжении 220 В. Сколько теплоты выделяется в печи за 1 мин?
23. Из какого металла изготовлено спираль нагревательного элемента, мощность которого 480 Вт, если его длина 15 м, сечение 0,21 мм 2 , а напряжение в сети 120 В?
24. Электровоз движется с постоянной скоростью 43,2 км/ч, развивая при этом среднюю силу тяги 43,7 кН. Определите КПД двигателей электровоза, если они работают под напряжением 1,5 кВ и потребляют силу тока 380 А.
25. Какой длины надо взять никелиновую проволоку площадью поперечного сечения 0,84 мм 2 , чтобы изготовить нагреватель на 220 В, при помощью которого можно было бы нагреть 2 л воды от 20 о С до кипения за 10 мин при КПД 80%?
26. Электрический нагреватель за 20 мин доводит до кипения 3 кг воды, начальная температура которой 10 о С. Сила тока в нагревателе 7 А, напряжение в сети 220 В. Какая часть потребляемой нагревателем энергии передается окружающей среде?
27. Подъемник, двигатель которого подключен к сети напряжением 120 В, при силе тока 4 А поднимает равномерно груз массой 72 кг. Определите скорость подъема груза, если КПД подъемника 73,5%.
Зачет № 3.
в проводнике, сечение которого П х х х х х х х
и одна из силовых линий магнитного В В
поля В изображены на рисунке. х х х х х х х
4. Прямолинейный проводник подвешен горизонтально
На двух проводах. Средняя часть проводника, х х х х х х х
Имеющая длину 75 см, находится в однородном горизонтальном магнитном поле с индукцией 2 Тл
(рис 2). Проводник расположен перпендикулярно вектору В. Каким должно быть направление
Тока в проводнике, чтобы натяжение проводов уменьшилось? Ответ поясните.
5. В активной части проводника длиной 50 см, расположенного в магнитном поле с индукцией 0,8 Тл,
течет ток силой 3 А. Найдите силу, действующую на проводник с током, если угол между вектором
магнитной индукции и направлением тока 30 о.
6. Электрон влетает со скоростью в однородное магнитное поле с индукцией В . Скорость электрона
направлена перпендикулярно вектору В . По какой траектории будет двигаться электрон? Ответ
поясните.
7. Электрон движется со скоростью 20 Мм/с в однородное магнитное поле с индукцией 0,5 Тл. Вектор
скорости электрона перпендикулярен вектору магнитной индукции поля. Определите силу,
действующую на электрон со стороны магнитного поля, и радиус окружности, по которой он
движется.
8. Протон, прошедший ускоряющую разность потенциалов 900 В, влетает в однородное магнитное
поле с индукцией 0,3 Тл и движется по окружности. Вычислите радиус окружности, по которой
движется протон.
9. Определить индукцию магнитного поля в воздухе на расстоянии 0,1 м от прямолинейного
проводника, по которому течет ток силой 20 А.
10. Индукция магнитного поля, созданного прямолинейным проводником с стоком силой 10 АВ, равна
10 -5 Тл. На каком расстоянии от проводника находится точка, в которой определена индукция В ?
11. Два параллельных проводника с токами силой по 100 А находятся в вакууме. Определить
расстояние между проводниками, если вследствие их взаимодействия на отрезок проводника
длиной 0,75 м действует сила 5,0*10 -2 Н.
12. Определить силу тока в проводнике, если он притягивает к себе параллельный проводника длиной
2,8 м с током 58 А с силой 3,4*10 -3 Н. Как направлены токи в обоих проводниках? Расстояние
между проводниками 0,12 м.
13. На проволочный виток радиусом 0,16 м, помещенный между полюсами магнита, действует
максимальный механический момент 1,3*10 -5 Н*м. Сила тока в витке 4 А. Определить индукцию В
поля между полюсами магнита.
14. Вычислите энергию магнитного поля катушки с индуктивностью 0,5 Гн при токе в 2 А.
15. Прямолинейный проводник длиной 0,5 м движется в магнитном поле со скоростью 6 м/с под углом
30 о к направлению вектора индукции. Определите индукцию магнитного поля, если в проводнике
возникает ЭДС электромагнитной индукции 3 В.
16. Скорость летящего горизонтально самолета 900 км/ч. Найти ЭДС индукции, возникающую на
концах крыльев этого самолета, если вертикальная составляющая индукции магнитного поля Земли
равна 0,5*10-4 Тл, а размах крыльев самолета 12,5 м.
17. Рамка, содержащая 25 витков, находится в магнитном поле. Определить ЭДС индукции,
возникающую в рамке при изменении магнитного потока в ней от 0,098 до 0,013 Вб за 0,16 с.
18. Какой должна быть длина активной части проводника, движущегося со скоростью 10 м/с в
магнитном поле с индукцией 0,8 Тл перпендикулярно направлению потока, чтобы в проводнике
индуцировалась ЭДС, равная 8 В?
19. Какова индуктивность катушки, если при постепенном изменении тока от 5 до 10 А за 0,1 с в ней
возникает ЭДС самоиндукции, равная 20 В?
20. Для определения направления магнитного меридиана предлагается воспользоваться стаканом с
содой, щепоткой нашатыря NH 4 Cl, ножницами, мотком медной проволоки, небольшой цинковой
пластинкой и пробкой. Как с помощью перечисленного набора предметов выполнить задание?
(Направление работы: 1. Получить гальванический элемент. 2.Конструировать «плавающие
электроды». 3. Соленоид замкнуть с электродами…).
ЗАЧЕТ № 4
Световой пучок идет от алмаза, показатель преломления которого равен 2,4, в стекло с показателем преломления 1,5. Найдите угол, на который отклонится пучок от первоначального направления на границе раздела этих сред, если угол падения равен 30 о.
Постройте изображение предмета в линзе (рис. 1,2,3,4,5). Какими свойствами обладает это изображение?
F o F F O F 2F F O F 2F
Рис. 1 Рис. 2 Рис. 3
O
Рис. 4 Рис. 5
3. Доказательством какого закона является образование тени?
4. Как изменится угол между падающим и отраженным лучами света, если угол падения увеличить на 20 о?
5. Перед вертикально поставленным плоским зеркалом на расстоянии 2 м от его плоскости стоит человек.
Чему равно расстояние между изображением человека и зеркалом?
6. Определить показатель преломления среды, если луч, падая на нее из воздуха под углом 20 о к
горизонту, преломляется и идет в ней под углом 46 о к горизонту.
7. Преломляющий угол призмы 30 о. Луч падает на грань призмы перпендикулярно ее поверхности и
выходит в воздух из другой грани, отклоняясь на угол 20 о от первоначального направления. Определить
показатель преломления стекла призмы.
8. Определить, насколько луч сместится вдоль грани плоскопараллельной стеклянной пластины толщиной
10 см, если угол падения луча 70 о. Показатель преломления стеклянной пластинки 1,5.
9. Луч падает на плоскопараллельную пластинку с показателем преломления 1,5 под углом 60 о. Какова
толщина пластины, если по выходе из нее луч сместился на 0,02м?
10. На каком расстоянии от двояковыпуклой линзы следует поместить предмет, чтобы получить
изображение, уменьшенное в два раза? Фокусное расстояние линзы 0,6 м.
11. При съемке автомобиля длиной 4 м пленка располагалась на расстоянии 0,06 м от объектива. С какого
расстояния снимали автомобиль, если длина его негативного изображения 0,032 м?
12. Частота света 7,5*10 14 с -1 . Какая длина волны и какой цвет соответствует этой частоте в воздухе?
13. Длина волны красного света в воздухе 780 нм. Определить частоту колебаний.
14. За какое время свет проходит расстояние 12 км в воздухе (вакууме) и в воде?
15. Чем объясняется белый цвет снега, черный цвет сажи, зеленый цвет листьев, красный цвет флага?
16. Почему на транспорте сигнал опасности красного цвета?
17. Некоторые автомобили имеют дополнительные противотуманные фары желтого цвета. Почему такие
фары освещают дорогу в туманную погоду?
18. Чем объясняется расцветка крыльев стрекоз?
19. Вода освещена зеленым светом, длина волны которого в воздухе равна 540 нм. Определите длину
волны и частоту этого света в воде.
20 В опыте Юнга две щели освещаются желтым светом длиной волны 600 нм. Дифракционная картина
получается на экране, удаленном от щелей на 2 м. Расстояние между центральным и пятом
максимумами составляет 15 см. Найдите расстояние между щелями.
21. Дифракционный спектр, полученный от лампы накаливания на решетке с числом штрихов 400 на 1 мм,
проецируется на экран. Сколько полных дифракционных максимумов наблюдается на экране?
22. Дифракционная решетка содержит 120 штрихов на 1 мм. Найдите длину волны монохроматического
света, падающего на решетку. Если угол между двумя спектрами первого порядка равен 8 о.
23. Какой наибольшей порядок спектра можно видеть в дифракционной решетке, имеющей 500 штрихов
на миллиметре, при освещении ее светом с длиной волны 720 нм?
24. Двое в столовой взяли на третье чай. Первый сразу долил в стакан сливки, а другой сначала съел
первое и второе, а затем долил сливки в чай. Кто будет пить более горячий чай и почему?
25. Почему в парниках температура значительно выше, чем у окружающего воздуха, даже при отсутствии
отопления и удобрений?
ЗАЧЕТ № 5.
1. Определите красную границу фотоэффекта для платины.
2. Наибольшая длина волны света, при которой наблюдается фотоэффект для калия, 6,2*10 -5 см. Найдите работу выходя электронов из калия.
3. Какой кинетической энергией обладают электроны, вырванные с поверхности меди, при облучении ее светом с частотой 6*10 16 Гц?
4. Работа выхода электрона у закиси меди 5,15 эВ. Вызовет ли фотоэффект ультрафиолетовое излучение с длиной волны 300 нм?
5. Найдите работу выхода электрона с поверхности некоторого материала, если при облучении этого материала желтым светом скорость выбитых электронов равна 0,28*10 6 м/с. Длина волны желтого света равна 590 нм.
6. При фотоэффекте с поверхности серебра задерживающее напряжение оказалось равным 1,2 В. Вычислите частоту падающего света.
7. Чем отличается атом, находящийся в стационарном состоянии, от атома в возбужденном состоянии?
8. Изменяется ли химическая природа элемента при испускании γ-излучения его ядрами?
9. Во что превратился изотоп водорода 1 Н 3 при β – распаде? Запишите реакцию.
10. Что произойдет с изотопом урана – 237 при β – распаде? Как изменяется массовое число нового элемента? Влево или вправо в таблице Менделеева происходит сдвиг? Запишите реакцию.
11. Запишите реакцию непосредственного превращения актиния – 227 во франций – 223. α- или β – распад имеет здесь место.
12. Во что превращается ядро атома урана 92 U 238 поле α – распада и двух β – распадов?
13. В результате какого радиоактивного распада натрий 11 Nа 22 превращается в магний 12 Мg 22 ? Запишите реакцию.
14 Ядро изотопа тория 90 Тh 232 претерпевает α – распад и два β – распада и еще один α – распад. Какие ядра после этого получаются&
15. Какая доля радиоактивных атомов распадается через промежуток времени, равный двум периодам полураспада?
16. Имеется 10 5 атомов радиоактивного изотопа с периодом полураспада 1,5 ч. Сколько примерно атомов из них испытывает превращение за 3 ч?
17. Сколько процентов ядер радиоактивного йода-131с периодом полураспада 8 суток останется через 16 сут?
18. Период полураспада селена-75 равен 120 суток. Сколько процентов атомов этого изотопа распадается за 840 сут?
19. Каков период полураспада радиоактивного изотопа, если за 12 ч в среднем распадается 7500 атомов из 8000 атомов?
20. Период полураспада радиоактивного изотопа равен 20 мин. Через какое время в образце массой 4 г останется 500 мг данного изотопа?
21. Найдите дефект масс ядра атома азота 7 N 15 .
22. Какова энергия связи ядра атом углерода 6 С 13 ?
23. Напишите недостающие обозначения в следующих ядерных реакциях:
1) 5В 11 + ? → 4 Ве 8 + 2 Не 4 ;
2) 4 Ве 9 + ? → 2 2 Не 4 + 0 п 1 ;
3) ? + 1 Н 2 → 43 Тс 99 + 0 п 1
4) 7 N 14 + 0 п 1 → ? + 2 0 п 1 ;
5) 28 Ni 62 + 1 р 1 → ? + γ;
6) 13 Аl 27 + γ → 12 Мg 26 + ? .
24. Произведите энергетический расчет ядерной реакции и выясните, выделяется или поглощается энергия в этой реакции:
1) 3 Li 6 + 1 р 1 → 2 Не 4 + 2 Не 3 ;
2) 4 Ве 9 + 1 Н 2 → 5 В 10 + 0 п 1 .
25. Какое вещество может быть использовано в ядерных реакторах в качестве замедлителя нейтронов?
