Тема №5244 Решение задач по физике 1001 Гельфгат (Часть 4)
Поиск задачи:

Рассмотрим тему Решение задач по физике 1001 Гельфгат (Часть 4) из предмета Физика и все вопросы которые связанны с ней. Из представленного текста вы познакомитесь с Решение задач по физике 1001 Гельфгат (Часть 4), узнаете ключевые особенности и основные понятия.

Уважаемые посетители сайта, если вы не согласны с той информацией которая представлена на данной странице или считаете ее не правильной, не стоит попросту тратить свое время на написание негативных высказываний, вы можете помочь друг другу, для этого присылайте в комментарии свое "правильное" решение и мы его скорее всего опубликуем.

Ответы в самом низу встроенного документа

13.    ЗАКОНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Закон Ома для участка цепи
13.1.
Моток медной проволоки имеет массу т = 300 г и электрическое сопротивление R — 57 Ом. Определите длину проволоки I и площадь ее поперечного сечения S.
13.2.
Плотностью тока /' называют отношение силы тока в проводнике к площади сечения этого проводника: j = Выразите плотность *ока в проводнике через напряженность Е электрического поля в
ТЗ ■; »г
проводнике и удельное сопротивление р проводника.
4*    '    • '
13.3.
Для нахождения сопротивления проводника Д* используют одну из двух схем (рис. а, б). Сопротивление проводника определяют по формуле Rx ~ U/I, где U — показание вольтметра, I — показание амперметра. Какая из схем дает меньшую погрешность при измерении больших сопротивлений? Малых сопротивлений? Выведите формулы, позволяющие с помощью этих схем измерить Rx как можно более точно, зная сопротивление амперметра ДА и вольтметра Ду.
13.4.
Для измерения сопротивления резистора Rx составлена схема, показанная на рис. б к задаче 13.3. Амперметр показал ток I = 2,0 А, вольтметр — напряжение U = 120 В. Определите Дх, если сопротивление вольтметра Ry = 3,0 кОм. К какой ошибке ЛД* приведет использование приближенной формулы Дх = U/I?
13.5*.
Как с помощью вольтметра, микроамперметра и источника ЭДС с неизвестным внутренним сопротивлением измерить величину не-известного сопротивления Rx, сравнимого с сопротивлением воль-тметра Ду?
13.6*.
Плоский конденсатор с квадратными пластинами 10 см х 10 см, находящимися на расстоянии d = 2,0 мм друг от друга, подключен к источнику постоянного напряжения U = 750 В. В пространство между пластинами вдвигают (см. рисунок) стеклянную пластину толщиной 2,0 мм с постоянной скоростью v = 40 см/с. Какой ток i идет при этом по цепи? • г
Последовательное и параллельное соединения. Вычисление сопротивления цепи
13.7.
Из куска проволоки, имеющей сопротивление До = 32 Ом, сделано кольцо. В каких точках кольца следует подключить провода, чтобы получить сопротивление Д = 6 Ом?
13.8.
Какова максимально возможная величина сопротивления между двумя точками проволочного кольца (см. задачу 13.7)?
13.9.
Имеются четыре одинаковых резистора с сопротивлением До = 6 Ом. Какие сопротивления Д можно получить с их помощью? Начертите соответствующие схемы соединений.
13.10.
Из одинаковых резисторов по 10 Ом требуется составить цепь сопротивлением 6 Ом. Какое наименьшее количество резисторов для этого потребуется? Начертите схему цепи.
13.11.
Определите полное сопротивление показанной на рисунке цепи, если Д, = Д2 = Д5 = Дв = 3 Ом; Д, = 20 Ом; Д, = 24 Ом. Определите силу тока, идущего через каждый резистор, если V. цепи прило-жено напряжение U = 36 В.
К задаче 13.11    К задаче 13.12
13.12*.
«Черный ящик» имеет три клеммы: А, В, С (см. рисунок). Известно, что он содержит только резисторы. Сопротивления ■«черного ящика» при подключении к различным парам клемм: = 5 Ом, Две = 8 Ом, Ддс = 9 Ом. Предложите схему «черного ящика», содержащую минимально возможное число резисторов»
13.13*.
Обмотка реостата имеет сопротивление Л0. Для каждой из трех схем включения реостата (рис. а, б, в) постройте график зави-симости сопротивления цепи R от сопротивления г правой части реостата.
"1
[=>
Рис. а
1
Рис. б
13.14.
Если на вход электрической цепи (см. рисунок) подано напряжение Ui = 100 В, то напряжение на выходе U3 = 40 В; при этом через резистор R-j. идет ток /2 = 1 А. Если на выход цепи подать напряжение Uз = 60 В, то напряжение на входе будет U\ = 15 В. Определите величины сопротивлений R\, R>, R3. 13.16*.
Определите сопротивление R каждой из показанных на рис. а, б, в цепей. Сопротивление каждого из резисторов R0; сопротивлением соединительных проводов можно пренебречь.
13.16*.
Определите сопротивление R тетраэдра, изготовленного из шести одинаковых проволочек с сопротивлением До каждая. Тетраэдр включен в цепь двумя вершинами.
13.17*.
Имеется п точек. Все точки соединены попарно резисторами с сопротивлением До. Каково сопротивление R между любыми дву-мя из этих точек?
13.18*.
Определите сопротивление R между точками Л и В показанной на рисунке цепи. Сопротивление каждого из резисторов Д0.
4
Рис. в
К задаче 13.15
13.19*.
Определите сопротивление Д проволочного куба (см. рисунок) при включении его в цепь точками Ai и С. Сопротивление каждого ребра До.
13.20*.
Определите сопротивление R проволочного куба (см. задачу 13.19) при включении его в цепь точками А\ и D.
13.21*.
Определите сопротивление Д проволочного куба (см. задачу 13.19) при включении его в цепь точками А и Ai.
13.22*.
Определите сопротивление Д цепи (см. рисунок)
<»1ежду точками Ал В, если сопротивление каждого звена Jt0.
13.23*.
Определите сопротивление R показанной на рисунке цепи, если сопротивление каждого звена Во.
13.24**.
Определите сопротивление В бесконечной цепи, показанной на рисунке.
13.25*.
Сопротивление показанной на схеме (см. рисунок) цепи измеряется между точками А и В.
Какое сопротивление Вх необходимо включить между точками С и О, чтобы сопротивление всей цепи не зависело от числа ячеек в ней?
В,
з:
R.
13.26*.
Цепь (см. задачу 13.25) содержит N ячеек (схема одной из ячеек показана на рисунке). Между точками С и D включено сопро-тивление Вх =(V3 - 1)Д. Во сколько раз напряжение на выходе цепи (между точками С и D) меньше напряжения на входе (меяеду точками А и В)?-    , 
13.27.    Д
К гальванометру, сопротивление которого RT = 330 Ом, присоединили шунт, понижа-ющий чувствительность гальванометра в п = 10 раз. Какое сопротивление R надо подключить теперь последовательно, чтобы общее сопротивление цепи не изменилось?
13.28.
К миллиамперметру, рассчитанному на максимальный ток / = 100 мА, присое-диняют добавочное сопротивление, чтобы получить вольтметр, которым можно из-мерять напряжение до U = 220 В. Какой
должна быть величина Дд этого сопротивления, если известно, что при шунтировании миллиамперметра сопротивлением Rm — 0,2 Ом цена его деления возрастает в п = 10 раз?
13.29.
Гальванометр с шунтом соединен последовательно с резистором, сопротивление которого Дд (см. рисунок), и используется как вольтметр. Как нужно изменить Дд, чтобы увеличить цену деления вольтметра в п раз? Сопротивление гальванометра Дг, шунта Rm.
13.30*.
Какой заряд пройдет через ключ К (см. рисунок) после его замыкания?
13.31.
Определите разность потенциалов между точками А и В (см. задачу 13.30) до замыкания ключа К.
13 32*.
В цепи, представленной на рисунке, гальванометр показывает отсутствие тока. Выразите сопротивление Rx через Ri, Д2, Дз- 
13.33*.
На рисунке показана схема мостика Уитстона для измерения сопротивлений. Здесь Ro — эталонное сопротивление, R* — не-известное сопротивление. Скользящий контакт D, соединенный с гальванометром G, перемещается по проводу АВ, имеющему большое сопротивление. Докажите, что ток через гальванометр не проходит, если выполнено
условие ~. Сопротивлением соединительных проводов можно
*CQ l‘i
пренебречь.
13.34*.
При сборке мостика Уитстона (см. задачу 13.33) ошиблись и поменяли местами гальванометр G и ключ К. Как можно измерить неизвестное сопротивление Rx с помощью такой схемы?
13.35*.
Определите силу тока через каждый из резисторов (см. рисунок), если к цепи приложено напряжение U — 84 В. Сопротивления резисторов: К, = R5 = Ra= 12 Ом; R2 = Ra = R7 = 6 Ом; R4 = 24 Ом; Ra = 3 Ом.
13.36*.
В цепи (см. рисунок) сопротивления резисторов подобраны так, что токи через проводники AIA2 и BiB2 не идут. Возникнут ли токи в этих участках цепи, если соединить проводником точки Аз и В3? Как изменятся при этом потенциалы точек Ai, А2, Вь'Вг?
13.37*.
Какой Фок идет через амперметр (см. рисунок), если Дх = Д4 = Д, a Д2 = Дз = ЗД? К цепи приложено напряжение U. Сопротивление амперметра можно считать пренебрежимо малым.
13.38.
Какую силу тока I покажет амперметр в изображенной на рисунке цепи? Сопротивления резисторов: Д1 == 6 Ом; Д2 = 8 Ом; Д3 = 12 Ом) Д4 = 24 Ом. ЭДС источника f> = 36 В, его внутреннее сопротивление г — 1 Ом.
13.39.
Найдите силу тока I через источник и напряжение U на источнике (см. рисунок), если его ЭДС 8 — 15 В, а внутреннее сопротивление г = 4 Ом. Сопротивления всех резисторов- одинаковы:
Д = 68 Ом.
13.40*.
Определите силу тока h через резистор с сопротивлением Д1 (см. рисунок). Сопротивления резисторов:
Д1 = 5 Ом; Д2 = 7 Ом;
Д = 2 Ом. ЭДС источника
£ = 30 В, его внутреннее сопротивление г = 2 Ом.
13.41*.
Определите силу тока 1А через амперметр (см. рисунок), если сопротивления резисторов: Д1 = 20 Ом; Дг = Д4 = 8 Ом; Д3 = 1 Ом. ЭДС источника S = 50 В, его внутреннее сопротивление г = 1 Ом. Сопрот^ле^ие амперметра можно считать пренебрежимо малым.13.42.
Батарея аккумуляторов замкнута на лампу. При этом напряжение на зажимах батареи XJ\ = 20 В. При параллельном подключении еще одной такой же лампы напряжение падает до U2 = 15 В. Определите сопротивление R каждой лампы. Считайте, что соп-ротивление лампы не зависит от ее накала. Внутреннее сопро-тивление батареи г = 1 Ом.
13.43*.
Два вольтметра, подключенные последовательно к ненагруженной батарее, показывают соответственно Ui = 5 В и 11г = 15 В. Если подключить к батарее только первый вольтметр, он покажет U\ = 19 В. Определите ЭДС батареи.
13.44*.
Определите показание амперметра в схеме (см. рисунок), если S = 15 В, Ri = 4,2 Ом; Д2 = 8 Ом; Дз = 12 Ом. Каким станет это показание, если поменять местами амперметр и источник ЭДС? Внутренние сопротивления источника и амперметра малы по сравнению с сопротивлениями резисторов.
13.45.
К аккумулятору с внутренним сопротивлением г = 0,01 Ом под-ключен резистор с сопротивлением R = 10 Ом. Вольтметр дает одинаковые показания при последовательном и параллельном подключении к резистору. Определите сопротивление вольтметра R\.
13.46*.
Два источника ЭДС соединены, как показано на рисунке. Опре-делите разность потенциалов между точками А и В. Какой станет разность потенциалов, если изменить полярность включения вто-рого источника?
13.47*.
В цепи, показанной на рисунке, ЭДС каждого элемента 8, внут-реннее сопротивление г. Какова разность потенциалов между точками Ai и А2? Между точками Ai и Ау1 Сопротивлением соединительных проводов можно пренебречь.
13.48*.
Как изменится ответ в задаче 13.47, если все элементы будут
обращены друг к другу одноимен-        ^ п
ными полюсами (разумеется, полное число элементов N должно быть четным)?
13.49**.
N одинаковых элементов соединены в батарею. Внутреннее сопротивление каждого элемента г. При каких значениях тип (см. рисунок) сила тока через резистор с сопротивлением R, подключенный к батарее, будет наибольшей? Ре- т шите задачу при N = 100, г = 1 Ом,
R — 2 Ом.
■ 'yMTd
13.50*.
В цепи с внешним сопротивлением R = 2 Ом необходимо обес-печить силу тока / = 2 А. Какое наименьшее число N элементов потребуется для этого, и как они должны быть соединены в батарею? ЭДС каждого элемента 6 = 2 В, внутреннее сопро-тивление г = 1 Ом.
13.51*.
В конце зарядки аккумулятора сила тока h = 3,0 А, а напряжение на клеммах Ui = 8,85 В. В начале разрядки того же аккумулятора сила тока 1% = 4,0 А, а напряжение U% = 8,5 В. Определите ЭДС 8 и внутреннее сопротивление г аккумулятора.
13.52*.
Генератор с ЭДС 8i = 24 В и внутренним сопротивлением п = 0,10 Ом заряжает батарею аккумуляторов с ЭДС 82 = 20 В и внутренним сопротивлением Гг = 0,30 Ом. Параллельно батарее включена лампа с сопротивлением R = 1,5 Ом. Какие токи h, h, Iз протекают через генератор, батарею и лампу?
13.53.
Имеются два последовательно соединенных элемента с ЭДС ^ и 82 и внутренними сопротивлениями п и г2. При каком внешнем сопротивлении R напряжение на зажимах одного из элементов равно нулю? На зажимах какого именно элемента это возможно? 13.54*.
В цепи (см. рисунок) гальванометр показывает отсутствие тока. Эталонный элемент имеет ЭДС 8>о =    1,5 В, внутреннее
сопротивление г0 = 1,5 Ом. Сопротивления резисторов: Ri = 4 Ом; R2 = 4,5 Ом. Определите ЭДС 8 аккумулятора.
К задаче 13.54    К задаче 13.56
13.55.
Реостат подключен к источнику тока. При изменении сопротивления реостата от Ri = 4,0 Ом до Д2 = 9,5 Ом сила тока в  
цепи изменяется от h = 8,0 А до 1% = 3,6 А. Определите ЭДС € источника тока и его внутреннее сопротивление г.
13.66.
Резистор с сопротивлением R подключают к клеммам А и В (см. рисунок). Определите силу тока I через этот резистор.
13.57**.
Если к точкам А и В показанной на рисунке цепи подключить идеальный вольтметр (имеющий бесконечно большое сопротивление), он покажет напряжение С/0. Если к тем лее точкам подключить идеальный амперметр (имеющий нулевое сопротивление), он покажет силу тока /о. Определите силу тока I, текущего по включенному между точками Ап В резистору с сопротивлением R.
Цепи с резисторами и конденсаторами
13.58.
Определите напряжения C/i и 11г на конденсаторах с емкостями Ci и С г (см. рисунок).
13.59.
Определите напряжения Ui, С/г, С/з на каждом из конденсаторов (см. рисунок).
13.60.
Определите ЭДС источника (см. рисунок), если заряд конденсатора
•ЦЧ "• • 
q — 1,08 мКл. Сопротивления резисторов: Ri = 90 Ом; R2 = 30 Ом; Ra = 60 Ом; Ri = 40 Ом. Внутреннее сопротивление источника г = 1 Ом. Емкость конденсатора С = 5 мкФ.
К задаче 13.60    К задаче 13.61
13.61*.
Какой заряд q пройдет через резистор R2 после размыкания ключа К (см. рисунок)? Сопротивления резисторов одинаковы: Ri = R2 = — Ra — Ri — R.
13.62*.
Определите заряд q на конденсаторе емкости С (см. рисунок). Внутреннее сопротивление источника пренебрежимо мало.
Работа и мощность тока 13.63*.
В комнате горит электрическая лампа мощностью Pi = 100 Вт, подключенная к сети с напряжением U = 220 В. Сопротивление Проводов, подводящих к квартире электроэнергию, составляет йо“4 Ом. Как изменится напряжение на лампе, если включить1 электрокамин мощностью Р2 = 500 Вт? 
13.64.
Электрический нагреватель питается от N одинаковых аккумуля-торов, каждый из которых имеет внутреннее сопротивление г. Нагреватель потребляет одинаковую мощность при последовательном и параллельном соединения аккумуляторов. Определите сопротивление нагревателя R.
13.65.
Аккумуляторная батарея имеет ЭДС 8 = 12 В и внутреннее сопротивление г = 0,10 Ом. Сколько лампочек мощностью Р0 = 25 Вт каждая, рассчитанных на напряжение U = 10 В, можно под-ключить к этому источнику ЭДС, чтобы они горели нормальным накалом?
13.66.
Определите напряжение U на полюсах источника ЭДС (см. рисунок) и общую мощность Р, потребляемую резисторами. Какие токи h и 12 текут через резисторы? Сопротивления резисторов Ri = 8 Ом, f?2 = 24 Ом; ЭДС источника 8 — 40 В, его внутреннее сопротивление г = 2 Ом.
13.67.
На участке АВ в цепи (см. рисунок) выделяется одинаковая мощность при разомкнутом и замкнутом ключе. Определите сопротивление Rx, если До = 20 Ом. Напряжение U считайте неизменным.
13.68.
К источнику ЭДС подключаются поочередно резисторы с сопро-тивлениями Ri и Rz. В обоих случаях на резисторах выделяется одинаковая мощность. Определите внутреннее сопротивление г источника. 
13.69.
Имеются два резистора с сопротивлениями Ri = 2,0 Ом ий2 = 4,5 Ом. Их подключают к источнику тока сначала параллельно, а потом последовательно. При какой величине внутреннего сопротивления г источника тока в обоих случаях во внешней цепи выделяется одинаковая мощность?
13.70*.
При поочередном подключении к источнику ЭДС двух электри-ческих нагревателей с сопротивлениями Rx — 3 Ом и R2 = 48 Ом в них выделяется одинаковая мощность Р = 1,2 кВт. Определите силу тока /К;, при коротком замыкании источника.
13.71.
На одной лампочке написано «220 В, 60 Вт»; на другой «220 В, 40 Вт». Лампочки соединяют последовательно й включают в сеть с напряжением 220 В. Определите полную потребляемую мощность и мощность каждой из лампочек при таком включении. Считайте сопротивление ламп не зависящим от температуры.
13.72.
Имеется пять электрических лампочек, рассчитанных на напря-жение 9 В каждая. Три из них имеют расчетную мощность по 4 Вт, две — по 6 Вт. Как следует включить их в сеть с напряжением 18 В, чтобы все они горели нормальным накалом?
13.73*.
Определите ток короткого замыкания 1КЗ аккумуляторной батареи, если при токе h = 5 А нагрузка потребляет мощность Pi = 30 Вт, а при токе 1г = 10 А — мощность Р2 = 40 Вт.
13.74.
Электрический чайник имеет две обмотки. Йри включении одной из них вода закипает через ti = 12 мин, при включении другой — через £г = 24 мин. Через сколько времени закипит вода в чайнике, если включить обе обмотки параллельно? Последовательно? Теп-лообменом с воздухом пренебречь.
13.75*.
Поселок, потребляющий электрическую мощность Р = 1200 кВт, находится на расстоянии I = 5 км от электростанции. Передача электроэнергии производится при напряжении U = 60 кВ. До-пустимая относительная потеря напряжения (и мощности) в про-водах k = 1%. Какой минимальный диаметр d могут иметь медные провода линии электропередачи?
13.76.
Во сколько раз следует повысить напряжение U на линии элект-ропередачи, чтобы при передаче той же мощности потери в линии уменьшились в 400 раз? Потери во всех случаях считать малыми по сравнению с передаваемой мощностью.13.77*.
Электропоезд метро идет по горизонтальному пути со скоростью щ, а затем со скоростью о2 преодолевает подъем с уклоном k — 0,04. Потребляемая сила тока на горизонтальном участке 1\ = 240 А, а на подъеме 12 = 450 А. Коэффициент сопротивления движению ц = 0,02. Определите отношение скоростей vi/v2.
13.78.
Какую силу тока I надо пропустить через железную проволоку диаметром D = 0,5 мм, чтобы через т = 1 с проволока начала плавиться? Начальная температура проволоки to = 0°С; теплопе-редачу в окружающую среду и зависимость сопротивления от температуры не учитывать.
13.79*.
Три тонких проволоки одинакового диаметра — железная, медная и алюминиевая — соединены последовательно. Их подключают к источнику высокого напряжения, и одна из проволок перегорает. Какая? Начальная температура to = 0°С.
13.80*.
Три тонких проволоки одинаковых размеров — железная, медная и алюминиевая — соединены параллельно. Какая из них перегорит первой после подключения к источнику высокого напряжения? Начальная температура t0 = 0°С.
13.81*.
Предохранитель изготовлен из свинцовой проволоки сечением
51    = 0,2 мм2. При коротком замыкании сила тока достигла величины I = 20 А. Через какое время т после короткого замыкания начнет плавиться предохранитель? На сколько за это время нагреются подводящие медные провода сечением
52    = 2,0 мм2? Начальная температура предохранителя to = 27°С. Считайте, что сопротивление свинцовой проволоки не зависит от температуры.
13.82*.
Источник тока с ЭДС 8 и внутренним сопротивлением г замкнут на реостат. Постройте графики зависимости от сопротивления R реостата следующих величин: силы тока I, напряжения U, мощ-ности Р во внешней цепи, полной мощности Ро и КПД цепи ц. При каком R достигается максимальная мощность во внешней цепи? Каков при -этом КПД цепи? 
13.83**.
Оцените время т разрядки конденсатора (см. рисунок) после замыкания ключа. Емкость конденсатора С, сопротивление цепи R. Какой вид имеет график зависимости напряжения U на кон-денсаторе от времени?
13.84**.
Сопротивление реостата (см. рисунок) R = 16 Ом. ЭДС источника
тока ё = 12 В, его внутреннее сопротивление г = 2 Ом. Выразите
I    т
через отношение х = -=- следующие величины: силу тока I через L
источник; напряжение U на полюсах источника тока; мощность Р, выделяющуюся в реостате. Постройте соответствующие графики.
14.    ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ
14.1.
По медному проводнику течет ток. Плотность тока j = 6 А/мм2. Определите среднюю скорость v упорядоченного движения электронов. Можно считать, что на каждый атом меди приходится один свободный электрон.
14.2*.
На цоколе электрической лампы накаливания с вольфрамовой нитью написано: 120 В, 500 Вт. Если пропускать через эту лампу ток h = 8-мА, то падение напряжения на ней составляет Ui = 20 мВ; при атом нить накала практически не нагревается (температура; U = 20°С). Какова температура t нити наКала в рабочем состоянии? 
14.3.
Подключенная к сети спираль электроплитки раскалилась. Как изменится накал, если на часть спирали попадет вода?
14.4.
Угольный стержень соединен последовательно с железным такого же сечения. При каком отношении длин стержней сопротивление системы не будет зависеть от температуры?
14.5.
Почему при включении в квартире мощного электронагревателя горящие лампочки заметно меркнут, но затем их яркость опять возрастает (хотя и не достигает первоначальной)?
14.6*.
Какую длину I имеет вольфрамовая нить накала лампочки, рассчитанной на напряжение U = 220 В и мощность Р = 200 Вт? Температура накаленной нити Т = 2700 К, диаметр нити d = 0,03 мм. Считайте, что удельное сопротивление вольфрама прямо пропорционально абсолютной температуре.
14.7.
Какое количество теплоты q выделяется в единице объема про-водника за единицу времени при плотности тока у? Удельное сопротивление проводника равно р.
14.8*.
Вольфрамовая нить диаметром di = 0,10 мм и длиной I = 1,0 м натянута в вакууме. К концам нити подводят напряжение и медленно его повышают. При каком напряжении Ui нить пере-горит? Считайте, что сопротивление вольфрама прямо пропор-ционально абсолютной температуре Т. Мощность теплового излучения с единицы площади поверхности нити можно считать равной оТ* (здесь а = 5,67 • КГ8 Вт/(м2*К4) — постоянная Стефа-на-Больцмана). Каким будет ответ, если диаметр нити di = 1,6 мм?
14.9.
Никелирование металлической пластинки с площадью поверх-ности S = 48 см2 продолжалось t = 4,0 ч при силе тока I = 0,15 А. Определите толщину Л слоя никеля. Валентность никеля п = 2.
14.10.
Каков расход электроэнергии W на получение m — 1,0 кг алю-миния, если электролиз ведется при напряжении U = 10 В, а КПД установки ц = 0,80?
14.11.
Йри электролизе подкисленной воды через ванну прошел заряд q = 2500 Кл. Выделившийся кислород находится в объеме V = 0,50 л под давлением р = 101 к Па. Какова его абсолютная температура Т?
14 Л 2.
Две одинаковые электролитические ванны заполнены раствором медного купороса; в первой ванне концентрация раствора выше. Сравните количество выделившейся на их катодах меди, если ванны соединены: а) последовательно; б) параллельно.
14.13.
Две одинаковые электролитические ванны соединены между собой последовательно. В одной из них — раствор CuCl, в другой — СиСЬ. В какой из ванн на катоде выделится больше меди? 14.14*.
При нанесении металлических покрытий с помощью электролиза иногда в конце процесса изменяют направление тока на противо-положное. В результате поверхность становится более гладкой. Почему?
14.15*.
Конденсатор емкостью С = 10 пФ соединен последовательно с резистором, имеющим сопротивление R = 1,0 кОм. Расстояние между пластинами конденсатора d = 3,0. мм. Воздух между пластинами конденсатора ионизируется рентгеновским излуче-нием: каждую секунду в 1 см3 воздуха образуется п = 5 104 пар ионов с зарядом е, равным элементарному. Определите силу тока I в цепи и падение напряжения U на резисторе, если к цепи подключен источник высокого напряжения.
14.16.
Что произойдет с горящей электрической дугой, если сильно охладить отрицательный электрод? Положительный?
14.17.
Какой наименьшей скоростью v должен обладать электрон, чтобы он мог ионизировать неподвижный атом неона? Потенциал иони-зации атомов неона ф = 21,5 В.
14.18*.
Какой наименьшей кинетической энергией Wk и скоростью v должен обладать ион неона, чтобы при столкновении его с не-подвижным нейтральным атомом неона могла произойти иони-зация атома? Потенциал ионизации атомов неона ф = 21,5 В. 14.19
При какой абсолютной температуре Т средняя кинетическая энер-гия движения атомов неона равна энергии, необходимой для ионизации этих атомов? Потенциал ионизации атомов неона ф = 21,5 В. 14.20**.
Электрическое поле действует на свободные электроны в газе и на однозарядные ионы с одинаковой по величине силрц.>Кдзалось бы, 
вследствие этого электроны и ионы должны одинаково часто приобретать кинетические энергии, достаточные для ударной ионизации молекул газа. Однако в действительности главную роль в этом процессе играют электроны. Почему?
14.21*.
Легирование германия акцепторной примесью (например, индием) намного увеличивает концентрацию дырок. Как при этом изменяется концентрация свободных электронов?
14.22*.
Один из концов полупроводника нагревают. Почему при этом возникает разность потенциалов между нагретым и холодным концами? Потенциал какого из них выше?

15.    МАГНИТНОЕ ПОЛЕ. СИЛА ЛОРЕНЦА
15.1.
По двум одинаковым круглым металлическим обручам идут оди-наковые токи. Один из обручей расположен вертикально, другой — горизонтально (см. рисунок). Определите направление вектора магнитной индукции В в общем центре обручей.
15.2.
К двум точкам проволочного кольца подведен ток (см. рисунок). Протекающие по кольцу токи создают магнитное поле. Куда направлен вектор магнитной индукции В этого поля в центре кольца?
15.3.
Из одинаковых кусков проволоки спаян куб. Источник тока, подключен к йротивоположным (лежащим на одной пространст 
венной диагонали) вершинам куба. Докажите, что магнитное поле в центре куба отсутствует.
16.4.
Объясните поведение прямоугольной проволочной рамки с током в магнитном поле. Имеет ли значение, чем создается поле — Землей или стальным магнитом?
15.5.
Мягкая спиральная пружина висит, погрузившись нижним концом на небольшую глубину в ртуть (см. рисунок). Что произойдет после замыкания ключа?
X    X    Iх    X
X    X    X    X
X    X    X    X
X        у    ■V
X
X
X
X
К задаче 15.6

15.6.
Между полюсами электромагнита в горизонтальном однородном магнитном поле с индукцией В — 0,05 Тл находится прямолиней-ный проводник массой от = 5,0 г и длиной 1 = 50 см, подвешенный горизонтально на гибких проводах под прямым углом к маг-нитному полю (см. рисунок). Через проводник пропускают ток. При какой силе тока I исчезает натяжение проводов, поддержи-вающих проводник? В какую сторону должен при этом идти ток?
15.7.
Горизонтальные рельсы находятся в вертикальном однородном магнитном поле на расстоянии I = 15 см друг от друга. На них лежит стальной стержень массой от = 300 г, перпендикулярный рельсам. Коэффициент трения между стержнем и рельсами ц = 0,20. Чтобы стержень сдвинулся с места, по нему необходимо пропустить ток силой / = 40 А. Какова индукция В магнитного поля? 15.8*.
Проволока лежит в плоскости, перпендикулярной однородному магнитному полю. По проволоке идет ток. Докажите, что величина действующей на проволоку силы Ампера определяется только силой тока и расстоянием между концами проволоки, но не зависит от ее формы и длины.
16.9*.
По жесткому кольцу из медной проволоки течет ток силой I = 5,0 А. Кольцо находится в перпендикулярном к его плоскости маг-нитном поле с индукцией В = 0,50 Тл. Сила Ампера стремится растянуть кольцо. Определите механическое напряжение а в проволоке, если радиус кольца R = 5,0 см, а площадь сечения проволоки S = 3,0 мм2.
15.10.
В вертикальном однородном магнитном поле с индукцией В = 0,50 Тл подвешен на двух тонких проволочках горизонтальный проводник массой т = 30 г и длиной I = 49 см. По проводнику пропускают ток силой I = 1,2 А. На какой угол а от вертикали отклонятся проволочки?
15.11.
Почему два параллельных проводника, по которым текут токи в одном направлении, притягиваются, а два параллельных элект-ронных пучка отталкиваются?
15.12.
Электрон влетает со скоростью v в однородное магнитное поле с индукцией В. Скорость электрона направлена перпендикулярно вектору В. По какой траектории будет двигаться электрон?
15.13.
Как зависит период Т обращения электрона йо окружности (см. задачу 15.12) от скорости электрона?
15.14*.
Электрон влетает в однородное магнитное поле под углом а к направлению поля. По какой траектории будет двигаться электрон, если его скорость v, а магнитная индукция поля В?
15.15*.
Опишите движение электрона в однородных параллельных элект-рическом и магнитном полях. Начальная скорость электрона v направлена под углом а к векторам Е и В.
15.16.
Объясните действие «фильтра скоростей», показанного на рисунке.
Внутри прибора созданы однородные поля: магнитное с индукцией В и электрическое с напряженностью Е. Поля направлены перпендикулярно друг к другу и к начальной скорости частиц.
16.17.
Около сильного длинного полосового магнита расположен гибкий свободный провод (см. рисунок). Как расположится провод, если по нему пропустить ток?
15.18.
По двум жестким незакрепленным прямолинейным проводникам, скрещивающимся под прямым углом, проходят токи h и /2 (см. рисунок). Как будет меняться взаимное расположение провод-ников вследствие магнитного взаимодействия между ними?
15.19.
Кювета с раствором медного купороса находится между полюсами сильного электромагнита (см. рисунок). Медный электрод в центре кюветы соединен с положительным полюсом источника тока, а медное кольцо, лежащее в жидкости по периметру кюветы, — с отрицательным. Что произойдет при замыкании цепи?
15.20.
Горизонтальное сверхпроводящее кольцо, по которому течет ток силой I = 2,0 А, «парит» в неоднородном магнитном поле (см. рисунок). Вектор магнитной индукции в точках, где находится 
кольцо, образует угол а = 30° с осью кольца и равен по модулю В = 0,10 Тл. Определите массу т кольца, если его радиус R = 5,0 см. 15.21*.
По металлической ленте течет ток силой I. Лента помещена в однородное магнитное поле с индукцией В (см. рисунок). При этом между точками А и С возникает разность потенциалов (эффект Холла). Объясните это явление. Определите разность потенциалов UAc, если АС = a, AD —
= Ъ; концентрация свободных электронов равна п.
15.22*.
Сплошной металлический цилиндр радиуса = 20 см вращается с постоянной угловой скоростью <в = 103 рад/с. Чему равна напряженность Е электрического ноля внутри цилиндра на рас-стоянии г от оси? Какова разность потенциалов U между поверх-ностью цилиндра и осью вращения? Какова должна быть индукция В магнитного поля, направленного вдоль оси цилиндра, чтобы электрическое поле не возникало?
15.23*.
Пучок однозарядных ионов проходит «фильтр скоростей» (см. задачу 15.16), в котором Е — 500 В/м и В = 0,10 Тл, и попадает затем в область однородного магнитного поля с индукцией Bi = 60 мТл. Ионы движутся под прямым углом к направлению вектора В\. На каком расстоянии х друг от друга окажутся ионы двух различных изотопов неона с относительной атомной массой 20 и 22, пройдя половину окружности?
15.24**.
Магнитное поле (см. рисунок)    г
симметрично относительно оси г, причем проекция вектора магнитной индукции В на ось z
z
составляет В, = В„(1 + —). Опре-
/1о
делите угол а между вектором В и осью г в точке А, лежащей на расстоянии R от оси z и на расстоянии h от плоскости хОу.

16.    ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ
16.1.
Какие явления происходят в кольце, когда в него вдвигают магнит? Рассмотрите случаи, когда кольцо сделано из: а) диэлектрика, б) проводника.
16.2.
Определите направление индукционного тока в металлическом кольце, к которому приближают южный полюс магнита (см. рисунок).
16.3.
Прямоугольная проволочная рамка равномерно вращается вокруг неподвижной оси. Параллельно этой оси расположен провод, по которому течет ток I (см. рисунок). Обозначим плоскость, в которой лежат провод и ось вращения рамки, буквой а. При каких положениях рамки в ней возникает наименьшая ЭДС индукции? Наибольшая?
16.4.
Каркас для глобуса сделан из двух тонких изолированных друг от друга стальных обручей, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях (см. рисунок). В одном из них течет изменяющийся электрический ток. Возникает ли во втором обруче ЭДС индукции?
16.5*.
Магнит падает в длинной вертикальной медной трубе, воздух из которой откачан. Опишите характер падения. Магнит с трубой не соприкаса- к задаче 16.4 ется.
16.6.
Маятник, состоящий из металлических нити, шарика и острия, погруженного в ртуть (см. рисунок), совершает малые колебания в однородном магнитном поле. Как изменится характер колебаний после замыкания ключа К?
16.7*.
Плоская проволочная рамка может свободно вращаться вокруг оси, перпендикулярной магнитной индукции однородного маг-нитного поля. Укажите положение устойчивого равновесия рамки, если магнитное поле убывает; если магнитное поле возрастает. 16.8*.
Свинцовое кольцо радиуса г расположено перпендикулярно ли-ниям индукции однородного магнитного поля. Магнитная ин-дукция поля равна В. Охлаждая кольцо, его переводят в сверх-проводящее состояние, а затем магнитное поле выключают. Какой магнитный поток Ф будет пронизывать после этого плоскость кольца?
16.9.
Какие явления возникают в сверхпроводящем кольце, когда в него вдвигают магнит?
16.10*.
Сверхпроводящая катушка радиуса г состоит из N витков и имеет индуктивность L. Определите силу тока I, возникающего в катушке при включении внешнего однородного магнитного поля с индукцией В, направленной вдоль оси катушки.
16.11*.
По сверхпроводящему проводу, имеющему форму кольца радиуса г, идет ток. Индукция магнитного поля в центре кольца равна Во. Проводу придают другую форму (см. рисунок). Какова теперь индукция В магнитного поля в центре кольца?
16.12*.
Сверхпроводящее изолированное кольцо, по которому идет ток, деформируют, превращая его в «восьмерку» из двух одинаковых колец (см. рисунок). Затем «восьмерку» складывают вдвое так, что получается меньшее кольцо. Как изменится индукция магнитного поля в центре кольца?
16.13**.
Как изменится ответ в задаче 16.12, если перед складыванием «восьмерки» не перекручивать ее (см. рисунок)?
16.14*.
Катушку радиуса г = 3,0 см с числом витков п = 1000 помещают в однородное магнитное поле (ось катушки направлена вдоль линий поля). Индукция поля изменяется с постоянной скоростью
Д Д
— = 10 мТл/с. Какой заряд q будет на конденсаторе, подключен-ном к концам катушки? Емкость конденсатора С = 20 мкФ. 16.15*.
Катушка (см. задачу 16.14) замыкается накоротко. Определите выделяющуюся в ней тепловую мощность Р, если сопротивление катушки R = 16 Ом.
16.16*.
В замкнутую накоротко катушку вводят магнит: один раз быстро, а другой — медленно. Одинаковый ли заряд проходит по цепи в обоих случаях? Одинаковое ли количество теплоты выделяется? 16.17*.
Катушка радиуса г с числом витков п и сопротивлением R на-ходится в однородном магнитном поле с индукцией В. Ось катушки направлена вдоль линий поля. Концы катушки замкнуты. Какой заряд q пройдет через катушку, если повернуть ее ось на угол а? 
  
 
16.18*.
Кусок провода длиной I = 4,0 м складывают вдвое и его концы замыкают. Затем провод растягивают по периметру горизонталь-ной площадки. Какой максимальный заряд qm&y. может при этом пройти через провод, если его сопротивление R = 2,0 Ом? Вер-тикальная составляющая магнитного поля Земли Вг = 50 мкТл.
16.19.
Металлическое кольцо радиуса I имеет пренебрежимо малое сопротивление. Кольцо находится в однородном магнитном поле с индукцией В, перпендикулярной плоскости кольца. Две ме-таллические «стрелки» сопротивлением R каждая имеют контакт между собой и с кольцом (см. рисунок). Одна из них неподвижна, другая равномерно вращается с угловой скоростью со. Определите силу тока I через стержни.
16.20*.
Металлический стержень может скользить без трения по парал-лельным длинным «рельсам», находящимся на расстоянии I друг от друга и соединенным перемычкой с электрическим сопро-тивлением R (см. рисунок). Система находится в перпендикуляр-ном ее плоскости однородном магнитном поле с индукцией В. Как будет двигаться стержень, если к нему приложить постоянную силу F? Электрическим сопротивлением стержня и «рельсов» можно пренеберечь.
16.21**.
Как изменится ответ в х задаче 16.20, если в Т цепь включить источ- ник тока и идеальный ^ диод, как показано на * рисунке?    х
16.22*.
На цилиндрический железный сердечник радиуса г надето изолированное проволочное кольцо того же радиуса, имеющее электрическое сопротивление Л. В сердечнике создано однородное магнитное поле, индукция которого меняется по закону В = aB0t. Как меняется со временем сила тока i в кольце? Разность потенциалов между диаметрально противоположными точками кольца?
16.23**.
Виток провода изогнут в виде восьмерки (см. рисунок), так что г\ = 20 мм и г2 = 60 мм. В течение времени At = 0,50 мс однородное маг-нитное поле, перпендикулярное плоскости витка, равномерно возрастает. Начальное значение индукции магнитного поля равно нулю, конечное В = 50 Тл. На какое напряжение U должна быть рассчитана изоляция между проводами, чтобы не произошел пробой?
16.24**.
Катушка с индуктивностью L и электрическим сопротивлением R подключена через ключ к источнику тока с ЭДС S. В момент t = 0 ключ замыкают. Как изменяется со временем сила тока I в цепи сразу же после замыкания ключа? Через длительное время после замыкания? Оцените характерное время т возрастания тока в такой цепи. Внутренним сопротивлением источника тока можно пренебречь.
 

16.25**.
Через катушку (см. задачу 16.24) течет постоянный ток. В момент to источник тока отключают и катушку замыкают накоротко (см. рисунок). Какой вид имеет график зави-симости силы тока от времени? Ка-ково характерное время т убывания тока в цепи?
16.26*.
На замкнутый ферромагнитный сердечник намотана катушка. Как зависит ее индуктивность L от числа витков N? Магнитную проницаемость сердечника считать неизменной.
16.27*.
Два одинаковых сверхпроводящих кольца могут перемещаться поступательно вдоль одной прямой (см. рисунок). Плоскости колец параллельны друг другу и перпендикулярны этой 
прямой. В начальный момент расстояние между кольцами намно-го превышает их размеры; по кольцам текут в одном направлении токи /о. Какие токи I установятся в кольцах после того, как они сблизятся вплотную? Как при этом изменится энергия магнитного поля?
16.28**.
Опишите движение сверхпроводящих колец (см. задачу 16.27), если в начальный момент токи в кольцах различны по величине. 16.29*.
В цилиндрическом сердечнике радиуса R создано однородное магнитное поле, направленное вдоль оси цилиндра. Индукция магнитного поля изменяется со временем по закону В = kt. Определите напряженность Е вихревого электрического поля на расстоянии г от оси цилиндра.
16.30**.
Индукция однородного магнитного поля в цилиндрическом сердечнике радиуса г (см. рисунок) возрастает со временем по закону В = kt. Проволочное кольцо радиуса 2г имеет общую с сердечником ось. Какова разность потенциалов между точками А и В? Какое напряжение покажет подключенный между точками А и В вольтметр?
Сопротивление вольтметра велико по сравнению с сопротивлением кольца.
16.31**.
Половина проволочного кольца изготовлена из меди, а другая половина — из латуни. Сечение проволоки всюду одинаково, радиус кольца г = 30 мм. Кольцо надето на цилиндрический сердечник того же радиуса. В сердечнике создано однородное магнитное поле, индукция которого возрастает с постоянной ско-
ДД
ростыо — = 500 Тл/с. Определите напряженность электрического At
поля в различных частях кольца.
16.32**.
В проволочном кольце (см. задачу 16.30) разность потенциалов между точкамиА и В равна нулю. Значит ли это, что в проводнике, включенном между точками А и В, не возникнет электрический ток? Может ли включение такого проводника изменить разность потенциалов между точками А и В?
16.33**.
•Определите разность потенциалов U между двумя точками со-единения медного и латунного полуколец (см. задачу 16.31).
16.34**.
Между точками А и В (см. задачу 16.30) включен сверхпроводник АСВ (см. рисунок). Определите силу тока на различных участках цепи и разность потенциалов U между точками А и В. Со-противление проволоки, из которой сделано кольцо, равно R.
16.35.
При торможении поезда метро электродвигатели постоянного тока отключают от сети и подключают к специальным реостатам. Зачем это делают?
16.36*.
Металлический диск радиуса г = 10 см расположен в однородном магнитном поле, перпендикулярном плоскости диска. Диск вра-щается с угловой скоростью со = 500 рад/с. Два скользящих контакта (один на оси диска, другой на его окружности) соединены с резистором сопротивлением Я = 10 Ом. Какая мощность Р выделяется в резисторе, если индукция магнитного поля В = 0,50 Тл? 16.37**.
Сверхпроводящее кольцо радиуса I помещено в однородное горизонтальное магнитное поле с индукцией В. Ось кольца параллельна линиям магнитной индукции поля (см. рисунок). Стержень массой т и длиной I, имеющий сопротивление Я, закреплен одним концом в центре кольца и может без трения поворачиваться вокруг этой точки, сохраняя электрический контакт с кольцом. По какому закону должно изменяться напряжение U, приложенное между кольцом и его центром, чтобы стержень вращался с постоянной угловой скоростью со?
16.38*.
Сопротивление в цени нагрузки генератора переменного тока увеличилось. Как должна измениться мощность двигателя, вращающего генератор, чтобы частота переменного тока не изменилась?
16.39*.
В каком случае обмотка электромотора сильнее нагревается про-ходящим по ней током — когда мотор работает вхолостую или совершает некоторую работу? Напряжение в сети считать посто-янным.
16.40*.
Электродвигатель включен в сеть постоянного тока напряжением U — 120 В. Сопротивление обмотки двигателя R = 12 Ом. Какую максимальную мощность ЛГтах может развить этот двигатель? При какой силе тока 10 достигается эта мощность? Напряжение в сети считать постоянным.
16.41**.
Магнитное поле имеет вертикальную ось симметрии (ось z). Про-
z
екция вектора магнитной индукции В на эту ось Вг = Д> (1 + т~).
Ло
С большой высоты падает медное кольцо диаметра d, имеющее электрическое сопротивление R; плоскость кольца все время горизонтальна, а центр движется вдоль оси г. Определите установившуюся скорость падения и, если масса кольца равна т.

 

Категория: Физика | Добавил: Админ (25.01.2016)
Просмотров: | Теги: 1001, Гельфгат | Рейтинг: 0.0/0


Другие задачи:
Всего комментариев: 0
avatar