Пример билета по физике

Пример билета по физике

1.  Архимедова сила для жидкостей и газов.

2.  Два моля идеального одноатомного газа в начальном состоянии 1 имели температуру Т1 = 300 К, в конечном состоянии 2 объем газа V2 = 3·10-2 м3, давление Р2 = 4·105 Па. Каково изменение внутренней энергии при переходе газа из состояния 1 в состояние 2 ?

3.  Капля масла радиусом R = 6·10-7 м удерживается в равновесии электрическим полем с напряженностью Е = 5·104 В/м, действующим в направлении, противоположном направлению силы тяжести. Определить электрический заряд капли. Плотность масла ρ = 900 кг/м3.

4.  Отрицательная частица влетает в область однородного магнитного поля с индукцией В = 1 мТл, где движется по дуге окружности радиусом R = 20 см. Затем частица попадает в однородное электрическое поле, где пролетает вдоль направления силовой линии участок с разностью потенциалов 1 кВ. При этом скорость частицы изменяется в 3 раза. Определить конечную скорость частицы.

5.  Катод цезиевого фотоэлемента освещается светом с длиной волны λ = 0,5 мкм. Между анодом и катодом фотоэлемента приложено напряжение U = 2 В. Определить скорость фотоэлектронов у анода фотоэлемента. Длина волны красной границы для цезия λ0 = 650 нм; масса электрона m = 9,1·10-31 кг; заряд электрона q = 1,6·10-19 Кл; постоянная Планка h = 6,62·10-34 Дж·с; скорость света с = 3·108 м/с.

Пример решения

Задача 2.

Дано:

Т1 = 300 К

ν = 2 моля

V2 = 3·10-2 м3

Р2 = 4·105 Па

ΔU = ?

Решение:

1.  Внутреннюю энергию идеального газа U1 выразим через известные величины ν и Т1 :

U1 = ν RТ1. (1)

2.  По аналогии запишем формулу внутренней энергии U2:

U2 = ν RТ2.

Заменив ν RТ2 = P2V2, получим

U2 = P2V2. (2)

3.  Изменение внутренней энергии идеального газа ΔU = U2 – U1, а с учетом формул (1) и (2):

ΔU = (P2V2 - ν RТ1). (3)

4.  Определим размерность ΔU:

[ΔU] = Па·м3 = = Н·м = Дж

5.  Подставляя числовые значения в формулу (3), получаем:

ΔU = (4·105·3·10-2 - 2·8,31·300) = 1,8·104 Дж

Задача 3

Дано: Чертеж

Е = 5·104 В/м

R = 6·10-7 м

ρ = 900 кг/м3

q = ?

Решение

1.  Запишем условие равновесия капли в векторном виде:

m+ = 0,

в проекциях на оу (при условии, что заряд капли положителен):

Fэ – mg = 0. (1)

2.  Силу Fэ выразим через напряженность и заряд:

Fэ = qE. (2)

3.  Массу капли определим через плотность и объем:

m = ρV, (3)

где V = πR3.

4.  Используя уравнение (1), находим заряд капли:

πR3ρg = qE

q = . (5)

5.  Определим размерность q:

[q] = = = = Кл

6.  Подставляя числовые значения в расчетную формулу (5), получим:

q = = 1,6·10-19 Кл

Задача 4

Дано: Чертеж

В = 10-3 Тл

R = 0,2 м

U = 103 В

υ1 = 3υ2

υ2 = ?

Пояснения к чертежу:

υ1 – модуль скорости частицы, с которой она движется в магнитном поле; - вектор силы Лоренца. Направление определяется по правилу левой руки для отрицательной частицы; - вектор напряженности тормозящего электрического поля; υ2 – модуль скорости частицы после прохождения участка 1 – 2 с разностью потенциалов U; вектор направлен от нас.

1.  По закону сохранения энергии

- = qU, где q – заряд частицы.

2.  С учетом условия υ1 = 3υ2 получим

. (1)

3.  Удельный заряд частицы выразим из II закона Ньютона применительно к движению частицы в магнитном поле:

maц = Fл; = qυ1Bsinα ; sinα = 1.

= = (2)

4.  Подставим выражение (2) в формулу (1) и выразим υ2 :

υ2 = . (3)

5.  Определим размерность υ2:

[υ2] = = = = =

6.  Подставляя числовые значения в формулу (3), получим:

υ2 = = 3,75·106

Задача 5

Дано:

λ = 0,5 мкм = 0,5·10-6 м

λ0 = 650 нм = 0,65·10-6 м

U = 2 В

υ = ?

Решение:

1.  Из уравнения Эйнштейна для фотоэффекта определим кинетическую энергию электрона в момент вылета из катода:

= hν – Ав, (1)

где частота света равна ν = ; работа выхода электрона из цезия равна Ав = h

2.  В промежутке между катодом и анодом электрон будет двигаться равноускоренно. Его кинетическая энергия у анода возрастает:

= + qU, (2)

где qU – работа электрического поля по перемещению электрона.

3.  Из уравнений (1) и (2) найдем конечную скорость

υ = (3)

4.  Определим размерность υ:

[υ] = = =

5.  Подставляя в формулу (3) числовые значения, получим:

υ = ≈ 8,4·105