Материалы для практических занятий по общей физике (стр. 11 )

11.5. В одной плоскости с бесконечно длинным прямым током 20 А на расстоянии 1 см находятся две шины, параллельные току. По шинам поступательно перемещается проводник длиной 0,5 м. Скорость его 3 м/с, постоянна и направлена вдоль шин. Найти разность потенциалов, возникающую на концах проводника.

11.6. Чему равна индукция однородного магнитного поля, если при вращении в нем прямолинейного проводника длиной l=0,2 м вокруг одного из его концов с угловой скоростью w=50 рад/с на концах проводника возникает разность потенциалов U=0,2 В?

11.7. Проволочный контур, имеющий форму равностороннего треугольника со стороной 10 см, помещен в однородное магнитное поле с индукцией 0,5 Тл так, что плоскость контура составляет угол 30о с направлением поля. В некоторый момент времени поле начинает равномерно уменьшаться и через некоторый промежуток времени спадает до нуля. Определить этот промежуток времени, если ЭДС индукции в контуре равна 40 В.

11.8. В катушке без железного сердечника, имеющей 100 витков, диаметр сечения 10 см и длину 50 см, величина тока равномерно увеличивается на DI = 0,1 А за Dt=1 с (посредством реостата). На катушку надето кольцо из медной проволоки с площадью сечения 2 мм2. Считая, что магнитные потоки, пронизывающие катушку и кольцо, в любой момент равны между собой, найти ток в кольце.

11.9. В длинной катушке радиусом R=2 см, содержащей N=500 витков, сила тока I=5 А. Определить индуктивность катушки, если индукция магнитного поля внутри катушки B=12,5 мТл.

11.10. а) две катушки с индуктивностями 5 мГн и 3 мГн включены последовательно и расположены так, что их магнитные поля взаимно усиливают друг друга. Индуктивность этой системы оказалась равной 11 мГн. Чему равна взаимная индукция катушек? б) Какова будет индуктивность системы катушек, если, не меняя расположение катушек, переменить направление тока в одной из них на обратное?

11.11. Найти индуктивность соленоида, полученного при намотке провода длиной l1=10 м на цилиндрический железный стержень длиной l2= 10 см. Магнитная проницаемость железа m=400.

11.12. Определить индуктивность петли из двух проводов. Длина петли 1500 м, диаметр проводов 1 мм, расстояние между осями проводов 2 см. Магнитным полем внутри проводов можно пренебречь.

11.13. а) определить энергию магнитного поля, если по петле из двух проводов (см. предыд. задачу) идет ток силой 8 А. б) решить ту же задачу, считая провод бесконечно тонким.

11.14. Проволочный виток, имеющий площадь 100 см2, разрезан в некоторой точке и в разрез включен конденсатор емкостью 40 мкФ. Виток помещен в однородное магнитное поле, линии индукции которого перпендикулярны плоскости витка. Индукция магнитного поля изменяется со скоростью 10-2 Тл/с. Определить заряд конденсатора.

11.15. При изменении тока от 1 А до 10 А в соленоиде, содержащем 400 витков, его магнитный поток увеличился на 6.10-3 Вб. Чему равна средняя ЭДС самоиндукции, возникающая в соленоиде, если изменение тока произошло за 0,1 с.

11.16. Почему для обнаружения индукционного тока замкнутый проводник лучше брать в виде катушки?

11.17.Почему телефонные провода не следует подвешивать на столбах с проводами переменного тока.

11.18. В какой момент искрит рубильник: при замыкании или размыкании? Если параллельно рубильнику включить конденсатор, искрение прекращается. Объясните явление.

Приложения

Диэлектрическая проницаемость диэлектриков.

____________________________________________________________

Воск	7,8	Парафин	6	Эбонит	2,6
Вода	81	Слюда	6	Парафинированная	2
Керосин	2	Стекло	6	бумага
Масло	5	Фарфор	6

Удельное сопротивление проводников (при 0оС), мкОм. м.

__________________________________________________

Алюминий	0,025	Медь	0,017	Свинец	0,22
Графит	0,039	Нихром	100	Сталь	0,10
Железо	0,087	Ртуть	0,94

Ответы.

1.1. 8,94 см. 1.2. На расстоянии 40 см от заряда 4q. 1.3. 0,59 нН. 1.4. - 2,23 нКл. 1.5. 18,27 нКл. 1.6. 15,6 г. 1.7. 1,1 мкКл. 1.8. rо= er/(e-1). 1.9. 219 м/с, 6,59.1014с-1. 1.10 На пыльной шероховатой поверхности заряды распределяются с большой плотностью на выступах пылинок, с которых они быстро стекают.

2.1. а) Е=0, б)60 кВ/м, в)30 кВ/м. 2.2. 112 кВ/м. 2.3. За отрицательным зарядом на расстоянии d(). 2.4. а) 20 мкН, б) 126 мкН, в) 62,8 мкН. 2.5. 36ГВ/м. 2.6. Fl =3,4 Н/м. 2.7. 3,12 МВ/м. 2.8. 5,1 кН/м2. 2.9. 17 мкПа. 2.10. а) При постоянстве напряжения между пластинами. б) При постоянстве зарядов.

3.1. 1,2 мкДж. 3.2. а) 11,3 В, б) 30 В. 3.3. 113 мкДж. 3.4. 4,8 мм. 3.5. 22 мкм. 3.6. 9,6.10-14 Н; 1,05.1017м/с2; 3,24 м/с; 5,3 мкКл/м2. 3.7. 480 нс, 22 см. 3.8. 1,33.107м/с, 41о21’. 3.9. В 2,24 раза.

4.1. 710 мкФ, Dj=1400 В. 4.2. 3,6 кВ. 4.3. 3 см. 4.4. В данном случае q1=q2. С1=17,7 пФ, С2=46 пФ, s1=s2=q/S=531 нКл/м2. 4.5. В данном случае U1=U2. Тогда С1=17,7 пФ, С2=46 пФ, s1=531 нКл/м2, s2=1,38 нКл/м2. 4.6. Е=U/ (x ln (R/r)=136 кВ/м. 4.7. а) 300 В, б) 75 В. 4.8. 1,17 нФ, 2,1 м. 4.9. 0,33 мкФ. 4.10 q1=q2=8 мкКл, U1=4 В, U2=2В. 4.11. 0,05 Дж. 4.12. 7 мм, 7 нКл, 1,46 пФ, 15,8 мкДж. 4.13. Е= 60кВ/м, W1=20 нДж, W2=8 мкДж. 4.14. Е1 =Е2= 150 кВ/м, W1=20 мкДж, W2=50 мкДж. 4.15. Да, т. к. потенциал не зависит от массы. 4.16. Одинаково.

5.1. q=0,5It=50 Кл. 5.2. 200. 5.3. l=500 м, d=1мм. 5.4. 5/6 Ом. 5.5. 5,4 В. 5.6. 2294,5оС. 5.7. Соединенные параллельно R2 и R3соединить последовательно с R1. 5.8. r=2R, Rобщ =4R. 5.9. а) 0,5 Ом, б) »0,3 Ом. 5.10. 77 мА. 5.11. 4 А, 10А, 6,25 А, 2,5 А, 1,25 А. 5.12. 6,4 В. 5.13. В первом. 5.14. 99 Ом 5.15. 0,01 Ом. 5.16. На границах электролита образуются действительные заряды, изменяющие поле. 5.17. Силовые линии следуют всем изгибам трубки или провода. Это вызывается наличием действительных зарядов на стенках трубки (или на изоляции провода). 5.18. Для улучшения электрической проводимости стыков. 5.19.Уменьшится. 5.20. а) Нуль. б) Влево. в) Показания А2 все время меньше показания А2. г) Увеличится. 5.21. При движении ползунка влево разность потенциалов на клеммах вольтметра уменьшается, но при переходе в точку С показания вольтметра, строго говоря, будут меньше в два раза.

6.1. 11=1/3 А, 12=2/3 А, 13=1 А. 6.2. а) U1=0,27В, U2 =1,27В, U3 =-2,23В. б)0,73 В. 6.3. 0,5 Ом, 0,33 Ом, 0,5 Ом. 6.4. 11=1,5 А, 12=2,5 А, 13=4 А 6.5. Без вычислений видно, что 14=0, так как R4 закорочено. Приняв это во внимание, находим 11=0,4 мА, 12=0,7 мА, 13=1,1А. 6.6.
E=I4 [R1(R2R5+R5R3+R4R5+R2R4)+R3(R2R4+ R2R5+R5R1)]/(R5R3). 6.7. I1=0,87 А, I2=-1,31 А. 6.8. 11=0,6 А, 12=-2,9 А, 13=-2,3 А. 6.9. 11=12=0,44 А, 13=0,88 А, 14=2,75 А, 15=2,18 А, 16=1,45 А, 17=3,63 А. 6.10. 13=0, U3=0

7.1. n=U(U0-U)S/(lrP)=23 7.2. 16 т. 7.3. Из вычислений и графика зависимости мощности от R нагрузки следует, что из спиралей нужно составить нагреватель сопротивлением, как можно более близким к 20 Ом, т. е. к r. Использовать лишь спираль сопротивлением 20 Ом нельзя, так как при этом потребляемая мощность будет равна Р=(e/(R+r))2R=5Вт, что противоречит условию задачи, так как каждая из спиралей рассчитана на мощность не более 2 Вт. Из всех возможных схем соединения спиралей наилучшая имеет вид, представленный на рис.

7.4. 3,4.10-6м2. 7.5. 25 А, 333 кДж. 7.6. t=Rmc(t2-t1)/(U2h), где с и
t2= 100оС - удельная теплоемкость и температура кипения воды. 7.7. а) 30 мин, б) 6 мин 40 с. 7.8. Р=605 Вт, I =2,75 А, t=17,3 мин.
7.9. I1=20A, h1=0,17; I2=4A, h2=0,83. 7.10. 4,5кВт, 540 Вт, 3,96 кВт, 88%. 7.11. 42%, 6,45 Вт, 50%. 7.12. 12 В; 2 Ом. 7.13. 100кДж. 7.14. 1 кДж. 7.15. 1 А/с. 7.17. От охлаждения проволоки ее сопротивление уменьшается и ток увеличивается. 7.20. Лампа Л5

8.1. 15,5 мкм. 8.2. m=mIt/2F=0,045 г, где m - молекулярный вес воды. 8.3.1,6.10-19 Кл. 8.4. 7,5.10-7м/с. 8.5. 53%. 8.6. mNi=34 г, mAg=9,2 г. 8.7. t=m(R+r)/(ke)»9ч 32 мин.

9.1. Н1=120 А/м, Н2=159 А/м, Н3=135 А/м. 9.2. Н1=199 А/м, Н2=0, Н3=183 А/м. 9.3. Между токами I1 и I2 на расстоянии 3,3 см от точки А. 9.4. Правее точки А на расстояниях 1,8 см и 6,96 см от нее. 9.5. Н=54 А/м. 9.6. I=2pRB/(p+1)m0. 9.7. Н1=8 А/м, Н2=55,8 А/м. 9.8. U=prl2/SH=0,12 В. 9.9. а) Н=62,2 А/м, б) Н=38,2 А/м. 9.10. Н=6,67 кА/м. 9.11. Из 4 слоев. 9.12. а) 120 Н, б) нет. 9.13. F==5,3 мкН. 9.14. B=mmg/(I l)=0,2 Тл. 9.15. Сделать большое число витков из тонкой проволоки. 9.16. На северном географическом полюсе. 9.17. Намагничивание железных вертикальных предметов в магнитном поле Земли доказывает, что напряженность этого поля имеет вертикальную составляющую. 9.19. В обоих случаях притягиваются.

10.1. 3,7.107м/с, 3900 эВ. 10.2. R1/R2=m1/m2=1840. 10.3. F=5.10-15 Н, R=3,2 см, Т=1,3 мкс. 10.4. v==7,6.106 м/с. 10.5. Скорость электрона должна быть направлена перпендикулярно к плоскости, в которой лежат векторы Е и В, равна v=E/B=3.106 м/с. 10.6. R=mv sin a/lB=2,4 мм, h=2pmv cos a/ lB=2,6 cм. 10.7. 4,2.10-3 Тл. 10.8. R=(2mE)1/2/ lB=65 см. 10.9. 1,8.10-14Н. 10.10. 433 эВ. 10.11. 3,94 см.

11.1. А=0,2 Дж, Р=20 мВт. 11.2. A=pR2I B cos a=0,31 Дж. 11.3. A=m0Ннpd2I/2=1,57.10-4 Дж. 11.4. 4,7.10-3 В. 11.5. 4,7.10-3 В. 11.6. B=2U/(wl2)=0,2Тл. 11.7. 2,65.10-5 с. 11.8. Величина тока в кольце: I ==-7,4.10-4А, где m - магнитная проницаемость воздуха. 11.9. L=pR2NB/I= 1,6 мГн. 11.10. а) 1,5 мГн, б) 5 мГн. 11.11. L=m0ml12/4pl2=40 мГн. 11.12. L=4lm ln [(2a-d)/d]=2,2 мГн. 11.13. а) 0,07 Дж, б) бесконечность. 11.14. 4нКл. 11.15. 24 В. 11.16. В катушке возникает большая ЭДС, так как ЭДС индукции пропорциональна длине проводника, движущегося в магнитном поле, т. е. пропорциональна числу витков катушки. 11.17. В телефонных проводах будет индуцироваться переменная ЭДС, создающая помехи разговору. 11.18. Ток самоиндукции, возникающий при размыкании, заряжает конденсатор и не проходит поэтому в виде искры через рубильник.

Литература.

1. . Сборник задач по курсу общей физики. - М.:Просвещение, 1978.

2. Волькенштейн задач по физике. - М.: Наука, 1985.

3.

, Осанова по физике.- М.: Высшая школа, 1981.

4. , Дмитриев проведения упражнений по физике во втузе. - М.:Высшая школа, 1981.

5. Решение задач по физике (ч.2) - М.:Мир, 1993.

6. Савельев вопросов и задач по общей физике. - М.:Наука, 1982.

7. Сахаров задач по физике. - М.: Учпедгиз. 1960.

8. Тульчинсий качественных задач по физике. - М.:Просвещение, 1965.

9. (ред.) Сборник задач по курсу общей физики.- М.:Просвещение, 1989.

10. , Воробьев по физике. - М.: Высшая школа, 1981.

СОДЕРЖАНИЕ

Ввведение	3
ЭЛЕКТРОСТАТИКА 1. Закон Кулона. Взаимодействие заряженных тел.	4
2. Напряженность электрического поля.	7
3. Потенциал электрического поля. Работа по перемещению электрического заряда в поле.	11
4. Электроемкость. Конденсаторы.	15
ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК 5. Основные законы постоянного тока	20
6. Правила Кирхгофа (для разветвленных цепей).	25
7. Работа и мощность тока.	28
8. Электролиз. Законы Фарадея.	33
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ 9. Магнитное поле постоянного тока. Действие магнитного поля на движущиеся токи.	35
10. Действие магнитного поля на движущиеся заряды.	39
11. Работа перемещения проводника с током в магнит-ном поле. Электромагнитная индукция. Индуктивность.	43
Приложения.	50
Ответы	50
Литература	53

, Насыбуллин Рамиль Асхатович, Сабирова Файруза Мусовна.

Материалы для практических занятий по общей физике.

Электричество и магнетизм.

(Методическое пособие для студентов физико-математического факультета педвуза)

* * *

Технический редактор

Договор № ____. Сдано в печать 23.04.04 г. Формат 84х108/82. Объем 3,5 п. л. Тираж 300 экз. Отпечатано 5.05.04 г. Типография ЕГПУ.

Издательство ЕГПУ. 423630, 9.