Физика

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Санкт-Петербургский Государственный Технологический Университет Растительных полимеров
Кафедра физики
ФИЗИКА
часть 2
Электростатика. Постоянный ток. Электромагнетизм. Электромагнитные колебания и волны
Программа, методические указания и контрольные задания
Для студентов заочного факультета всех специальностей
Санкт-Петербург
2005

Стоимость решения одной задачи по физике от ...руб.
Выполнены следующие задачи:
Контрольная работа 3, задачи:
2, 4, 7, 12, 14, 17, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 32, 34, 37, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 62, 64, 67

Контрольная работа 4, задачи:
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 22, 27, 29, 32, 37, 38, 42, 43, 44, 45, 47, 49, 52, 56, 57, 58, 59, 62, 67

Задача 02
Два шарика одинакового объёма, обладающие массой 0,6∙10-3г каждый, подвешены на шёлковых нитях длиной 0,4м так, что их поверхности соприкасаются. Угол, на который разошлись нити при сообщении шарикам одинаковых зарядов, равен 600. Найти величину зарядов и силу электрического отталкивания между ними?

Задача 04
В элементарной теории атома водорода принимают, что электрон обращается вокруг протона по круговой орбите. Какова скорость обращения электрона, если радиус орбиты принять равным 0,53•10-10 м?

Задача 07
Два заряда взаимодействуют в вакууме на расстоянии 2,2•10-2м с такой же силой, как и в трансформаторном масле на расстоянии 1,48см. Какова диэлектрическая проницаемость трансформаторного масла?

Задача 12
Электрон движется по направлению силовых линий однородного поля напряжённостью 2,4В/м. Какое расстояние он проходит в вакууме до полной остановки, если его начальная скорость 2•105м/с? Сколько времени будет длиться полёт?

Задача 14
Расстояние между двумя точечными зарядами 3,3•10-7Кл и – 3,3•10-7Кл равно 1см. Найти напряжённость поля в точке, находящейся на перпендикуляре, восстановленном к середине линии , соединяющей оба заряда на расстоянии 1см от неё.

Задача 17
Две параллельные металлические пластины, расположенные в диэлектрике с диэлектрической проницаемостью 2,2 обладают поверхностной плотностью заряда 3 и 2 мкКл/м2. Определить напряжённость и индукцию электрического поля между пластинами и вне пластин.

Задача 21
Поверхность плотного заряда на бесконечной равномерной заряженной плоскости равна 3*10(-10) Кл/м2. Вычислить поток вектора напряженности через поверхность сферы диаметром 1 м, рассекаемой этой плоскостью пополам.

Задача 22
Электрическое поле создается тонкой бесконечно длинной нитью равномерно заряженной с линейной плотностью заряда Кл/м. Определить поток вектора напряженности через цилиндрическую поверхность длиной 2 м, ось которой совпадает с нитью.

Задача 23
Бесконечно длинный цилиндр радиусом 0,1 м заряжен с поверхностной плотностью заряда Кл/м2. Определить поток вектора напряженности через единицу длины цилиндрической коаксиальной поверхности в случаях, когда окружающая среда: 1) воздух; 2) вода.

Задача 24
Протон, двигаясь в электрическом поле, приобрел скорость 400 м/с. Какую ускоряющую разность потенциалов он пролетел?

Задача 25
Два заряда и Кл находятся на расстоянии 40 см один от другого. Какую работу надо совершить, чтобы сблизить их до расстояния 15 см?

Задача 26
Определить потенциал точки поля находящейся на расстоянии 5*10-2 м от центра заряженного шара, если напряженность поля в этой точке 5*105 В/м. Определить величину заряда шара.

Задача 27
Два равных точечных заряда по 10-8 Кл каждый находятся на расстоянии 1 м друг от друга. Вычислить напряженность E и потенциал φ в точке поля, находящейся на середине расстояния между зарядами. Какую работу надо совершить, чтобы сблизить их до расстояния 0,5 м?

Задача 28
Пылинка, несущая заряд 12,2*10-9 Кл притянулась к равномерно заряженной плоскости площадью 2 м2 с зарядом 10-5 Кл/м2. Определить, какое расстояние при этом пролетела пылинка, если работа, совершенная полем равна 56*10-5 Дж.

Задача 29
В поле заряда Кл перемещается заряд Кл. Вычислить работу, совершаемую полем, если перемещение происходило между точками с напряженностью 400 и В/м.

Задача 30
Определить потенциал в начальной точке перемещения заряда Кл, движущегося в поле заряда Кл, если энергия, затраченная на перемещение заряда, равна Дж, а потенциал конечной точки 1500 В. Установить, на каком расстоянии находились заряды в начале и конце перемещения.

Задача 32
Конденсатор с парафиновым диэлектриком ёмкостью 4,42•10-11Ф заряжен до разности потенциалов 150В. Напряжённость поля внутри конденсатора 600В/м. Определить площадь пластин конденсатора, энергию поля конденсатора и поверхностную площадь плотность заряда на пластине.

Задача 34
В горизонтально расположенном плоском воздушном конденсаторе в равновесии удерживаются пылинки с зарядом 4,8•10-19Кл. Какова масса пылинки, если разность потенциалов на пластинках 60В, а расстояние между ними 12•10-3м? Какова индукция поля?

Задача 37
Электрон, пролетев в поле с разностью потенциалов 104В, попадает в плоский конденсатор длиной 10см и движется в первый момент параллельно пластинам на равном расстоянии от них. Расстояние между пластинами 2см, разность потенциалов между ними 300В. Определить вертикальное смещение электрона при вылете из конденсатора.

Задача 41
Батарею из двух конденсаторов емкостью по 3*10(-10) и 4,5*10(-10) A соединили последовательно, включили в сеть с напряжением 220 В. Потом батарею отключили от сети, а конденсаторы соединили параллельно. Каково напряжение на зажимах полученной батареи конденсаторов?

Задача 42
На пластинах плоского воздушного конденсатора с площадью пластин 150 см2 находится заряд Кл. Какова сила взаимного притяжения между пластинами и объемная плотность энергии поля конденсатора?

Задача 43
Батарея из последовательно соединенных конденсаторов емкостью и Ф заряжена до напряжения 2 кВ. Какое количество электричества запасено в батарее?

Задача 44
Плотность энергии заряженного слюдяного конденсатора 106 Дж/м3. Какова напряженность поля конденсатора?

Задача 45
Воздушный конденсатор емкостью мкФ заряжен до 20 кВ. Пред-полагая, что при разряде разрядником 20% энергии рассеивается в виде звуковых и электромагнитных волн, определить количество теплоты, выделяемой в разряднике.

Задача 46
Найти энергию поляризованного слюдяного диэлектрика, находящегося в конденсаторе, если площадь пластины конденсатора 25 см2, толщина диэлектрика 9мм и пластины заряжены до напряжения 2кВ.

Задача 47
На концах проводника длиной 3 м поддерживается разность потенциалов 1,5 В. Каково удельное сопротивление проводника, если плотность тока 5•105 А/м2?

Задача 48
Источник тока, имеющий ЭДС 150 В и внутреннее сопротивление 0,4 Ом питает током 10 ламп сопротивлением по 240 Ом и 5 ламп сопротивлением 145 Ом каждая. Лампы соединены параллельно, сопротивление подводящих проводов 2,5 Ом. Найти напряжение, под которым работают лампы.

Задача 49
Три гальванических элемента (рис.3) с ЭДС 1,3, 1,4 и 1,5 В и с внутренним сопротивлением 0,3 Ом каждый соединены параллельно и замкнуты внешним сопротивлением 0,6 Ом. Определить ток в каждом элементе.

Задача 50
Напряжение на шинах электростанции равно 10 кВ. Расстояние до потребителя 500 км (линия двухпроводная). Станция должна передать потребителю мощность 100 кВт. Потери напряжения на проводах не должны превышать 4%. Вычислить вес медных проводов на участке электростанция – потребитель.

Задача 51
В электронной лампе ток идет от металлического цилиндра к нити, расположенной внутри него по оси. Определить плотность тока вблизи нити и вблизи цилиндра при следующих условиях: ток равен 3 мА, длина нити в цилиндре 2,5 см, диаметр нити 0,02 мм, диаметр цилиндра 1 см.

Задача 52
Имеется моток медной проволоки площадью поперечного сечения 0,1 мм2. Масса всей проволоки 0,3 кг. Определить сопротивление проволоки.

Задача 53
Какое напряжение можно дать на катушку, имеющую 1000 витков медного провода со средним диаметров витков см, если допустимая плотность тока А/мм2?

Задача 54
Аккумулятор замыкается один раз таким сопротивлением, что сила тока равна 3 А, второй раз таким сопротивлением, что сила тока равна 2 А. Определить ЭДС аккумулятора, если мощность тока во внешней цепи в обоих случаях одинакова, а внутреннее сопротивление аккумулятора равно 4 Ом.

Задача 55
Сколько ламп мощностью по 300 Вт, предназначенных для напряжения 110 В, можно установить параллельно в здании, если проводка от магистрали сделана медным проводом длиной 100 м и сечением 9 мм2 , а напряжение в магистрали равно 122В?

Задача 56
ЭДС батареи равна 18 В. КПД батареи составляет 0,9 при силе тока 4,5А. Чему равно внутреннее сопротивление батареи?

Задача 57
Трамвайный вагон потребляет ток 100 А при напряжении 600 В и развивает силу тяги 3000 Н. Определить скорость движения трамвая на горизонтальном участке пути, если КПД электродвигателя трамвая 80 %.

Задача 58
Обмотка электромагнитов в динамомашине сделана из медного провода и при температуре 100С имеет сопротивление 14,2 Ом. При работе сопротивление обмотки повысилось до 16,5 Ом. Какой стала температура обмотки?

Задача 59
Электропечь должна выпаривать за 5 мин 1 л воды, взятой при температуре 20С. Какова должна быть длина нихромовой проволоки с сечением 0,5 мм2, если печь работает под напряжением 120 В и ее КПД 80%?

Задача 60
В медных шинах площадью сечения 25 см2 течет ток 250 А. Определить количество теплоты, выделяющейся в единице объема за единицу времени.

Задача 62
В железном проводнике длиной 2м и площадью поперечного сечения 0,4мм2 идёт ток. при этом за минуту выделяется теплота 48Дж. Определить напряжённость электрического поля в проводнике.

Задача 64
На концах проводника длиной 6м поддерживается разность потенциалов 120В. Каково удельное сопротивление проводника, если плотность тока 5•10 -3 А/м2?

Задача 67
Найти число ионов, образующихся при рентгеновском облучении в 1м3 воздуха за 1с, если плоские электроды находятся на расстоянии 25см друг от друга, площадь их 400см2, ток 8•10-8А. Ионы считать одновалентными. Ниже указана стоимость за одну задачу:

Цена: 70 р.

Задача 1
Рамка диаметром 6 см содержит 100 витков. Плоскость витков совпадает с направлением напряженности однородного магнитного поля, равной 15 А/м. Какой вращающий момент действует на рамку при токе в ней 10 А?

Задача 2
Нормаль к плоскости рамки составляет угол 30 с направлением одно-родного магнитного поля. Под каким углом установилась рамка по отношению к полю, если вращающий момент, действующий на рамку, уменьшился в 10 раз. Решение пояснить рисунком.

Задача 3
Напряженность магнитного поля 50А/м. В этом поле находится свободно вращающаяся рамка площадью 10 см2. Плоскость рамки вначале сов-падала с направлением индукции поля. Затем по рамке кратковременно про-пустили ток силой 1 А и рамка получила угловое ускорение 100с-2. Считая условно вращающий момент постоянным, найти момент инерции рамки.

Задача 4
Плоская круглая рамка диаметром 10 см находится в однородном магнитном поле. По рамке протекает ток силой 20 А. На сколько изменится вращающий момент, действующий на рамку, при повороте плоскости рамки на угол 60°? До поворота плоскость рамки совпадала с направлением поля. Напряженность поля 20 А/м, среда воздух.

Задача 5
Плоская круглая рамка состоит из 20 витков радиусом 2 см и по ней те-чет ток в 1 А. Нормаль к рамке составляет угол 90 с направлением магнитного поля напряженностью 30 А/м. Найти изменение вращающего момента, действующего на рамку, если из 20 витков рамки сделать один круглый виток.

Задача 6
Под влиянием однородного магнитного поля в нем движется с ускорением 0,2 м/с2 прямолинейный алюминиевый проводник с площадью поперечного сечения 1мм2. По проводнику течет ток силой 5А, его направление перпендикулярно индукции поля. Вычислить индукцию поля.

Задача 7
В однородном горизонтальном магнитном поле находится в равновесии горизонтальный прямолинейный алюминиевый проводник с током силой 10 А, расположенный перпендикулярно полю. Определить индукцию поля, считая радиус проводника равный 2 мм.

Задача 8
По двум параллельным проводникам текут токи силой 70 и 80А. Расстояние между проводниками 1,4 см. С какой силой действуют провода на каждый метр длины?

Задача 9
Проводник длиной 20 см с током силой 10 А находится в магнитном поле, индукция которого 0,03 Тл. Направление тока составляет с направлением индукции угол 60. Определить силу, действующую на проводник.

Задача 10
В магнитном поле длинного прямолинейного проводника 1 с током силой 50 А находится отрезок прямолинейного проводника 2 длиной 40 см, по которому проходит ток силой 10 А. Проводники 1 и 2 параллельны друг к другу и расстояние между ними 20 см. Какая сила действует на проводник 2? (среда – воздух).

Задача 11
По двум параллельным проводникам текут токи силой 8 и 12 А. Расстояние между проводниками 32 см. Определить напряженность магнитного поля токов в точках, лежащих посередине между проводниками, если:
1) токи текут в одном направлении;
2) в противоположных направлениях. Сделать рисунок.

Задача 12
Расстояние между длинными параллельными проводниками с токами силой 5 и 10 А равно 0,16 м. Токи текут в противоположных направлениях. Как расположена линия, в каждой точке которой напряженность равна нулю? На каком расстоянии находится эта линия от проводника с током силой 5 А?

Задача 13
По двум длинным проводникам, расположенным параллельно друг другу на расстоянии 10 см, текут в одном направлении токи силой 3,14 и 6,28 А. Определить напряженность поля в точке, расположенной на расстоянии 0,1 м от первого проводника и 0,1 м от второго. Сделать рисунок.

Задача 14
Два длинных прямолинейных проводника с токами силой 6 и 8 А лежат в двух параллельных плоскостях. Токи текут во взаимно перпендикулярных направлениях. Найти напряженность поля в точке, равноудаленной от проводников и лежащей на перпендикуляре между ними. Длина перпендикуляра 0,1 м.

Задача 15
Прямолинейный проводник расположен перпендикулярно плоскости кругового проводника радиусом 20 см и проходит на расстоянии половины радиуса от центра. Прямолинейный ток имеет силу 9,42 А, а круговой – 2 А. Определить напряженность магнитного поля тока в центре круга.

Задача 16
Прямой длинный проводник изогнут в виде угла, равного 600. По проводнику течет ток силой 10 А. Определить индукцию магнитного поля при μ=1 на биссектрисе внутри угла на расстоянии 20 см от вершины.

Задача 17
Перпендикулярно плоскости кольцевого проводника радиусом 20 см проходит изолированный длинный проводник так, что он касается кольца. Сила тока в проводниках 10 А. Найти суммарную напряженность магнитного поля в центре кольца.

Задача 18
Кольцевые проводники с током силой 5 и 10А имеют общий центр и радиусы 12 и 16 см. Их плоскости составляют угол 450. Найти индукцию магнитного поля в общем центре колец.

Задача 19
Вывести формулу и определить напряженность магнитного поля про-водника в форме дуги окружности радиусом 20 см в центре этой окружности. Длина дуги равна половине окружности, сила тока в проводнике 4А.

Задача 20
Два проводника в виде полуколец лежат в одной плоскости и имеют общий центр. Определить напряженность магнитного поля в центре полуколец при следующих данных: радиусы их соответственно равны 10 и 20 см, токи текут в обоих проводниках по часовой стрелке и равны соответственно 1 и 4 А.

Задача 22
По обмотке двухслойного соленоида большой длины протекают токи силой 2А. В одном случае направление токов противоположное, в другом случае – одинаковое. При этом напряжённости соответственно равны 2кА/м и 6кА/м. Каковы диаметры проволок в обмотках?

Задача 27
Зависимость индукции от напряжённости на рисунке. Из заданного материала выполнен сердечник тороида. Индукция поля 1,6Тл. Диаметр проволоки, из которой сделана плотная однослойная обмотка, 1мм, объём тороида 103см3. Чему равна сила тока, текущего по обмотке тороида, индуктивность тороида и энергия его магнитного поля?

Задача 29
По обмотке соленоида длиной 1м протекает ток силой 2,4А. Диаметр витков равен 2см, а число витков 1000. Зависимость индукции от напряжённости сердечника дана на рисунке. Определить поток магнитной индукции внутри соленоида и потокосцепление.

Задача 32
Проводник длиной 0,6м движется поступательно в плоскости, перпендикулярной магнитному полю с индукцией 0,5мТл. По проводнику течёт ток силой 4А. Скорость движения проводника 0,8м/с. Во сколько раз мощность, затраченная на нагревание проводника, больше мощности, затраченной на перемещения проводника в магнитном поле?

Задача 37
Обмотка электромагнита, индуктивность которого 0,04Гн, находится под постоянным напряжением. В течение 0,02с в обмотке его выделяется столько же теплоты, сколько энергии содержит магнитное поле. Найти сопротивление обмотки.

Задача 38
Круглая рамка с током силой 1 А и радиусом 4 см находится в воздухе в однородном магнитном поле, напряженность которого 80 А/м. Плоскость рамки составляет угол 14 с направлением индукции поля. Какую работу надо затратить, чтобы повернуть рамку перпендикулярно полю?

Задача 42
Квадратная рамка площадью 20 см2, состоящая из 1000 витков, расположена в однородном поле с индукцией Тл перпендикулярно полю. В течение 0,02 с рамку удалили за пределы поля. Какова ЭДС в рамке?

Задача 43
В однородном магнитном поле напряженностью 1000 А/м (в воздухе) равномерно вращается круглая рамка, имеющая 100 витков средним радиусом 6 см. Ось вращения совпадает с диаметром рамки и перпендикулярна полю. Сопротивление рамки 1 Ом и угловая скорость ее вращения 10 с-1. Найти максимальную силу тока в рамке.

Задача 44
Круглая рамка, имеющая 200 витков и площадь 100 см2, равномерно вращается в однородном магнитном поле вокруг оси, перпендикулярной полю и совпадающей с ее диаметром. Вычислить частоту вращения при индукции поля 0,03 Тл, если максимальный ток, индуцируемый в рамке при ее сопротивлении 20 Ом, составляет 0,02 А?

Задача 45
Круглую рамку диаметром 8 см, нормаль к которой расположена под углом 10 к направлению вектора индукции поля, деформировали так, что она стала квадратной. Затем ее повернули так, что нормаль стала вдоль век-тора индукции поля, напряженность которого 5 кА/м. Какое количество электричества индуцировалось в рамке, если ее сопротивление 0,001 Ом.

Задача 47
В соленоиде сила тока равномерно возрастает от 0 до 50А в течении 0,5с, при этом соленоид накапливает энергию 50Дж. Какая ЭДС индуцируется в соленоиде?

Задача 49
Однослойный соленоид без сердечника выполнен из проволоки диаметром 0,2 мм. Длина соленоида 16см, диаметр его 3 см. При какой скорости изменения силы тока в соленоиде возникает ЭДС самоиндукции 1В?

Задача 52
Протон в магнитном поле с индукцией В = 5•10‾² Тл движется в вакууме по дуге окружности радиусом 50 см. Какую ускоряющую разность потенциалов он прошел перед этим?

Задача 56
Протон с энергией 10 МэВ пролетает через однородное магнитное поле в вакууме перпендикулярно полю. Считая напряженность поля равной 2 кА/м найти силу Лоренца и радиус траектории протона.

Задача 57
В соленоид перпендикулярно вектору индукции его поля влетает α-частица со скоростью 5•103 м/с. Определить силу, действующую на нее при следующих данных: сила тока в обмотке 1 А, соленоид имеет 100 витков на 1 см длины и находится в вакууме.

Задача 58
Параллельно пластинам плоского конденсатора подано однородное магнитное поле напряженностью 3200 А/м. Между пластинами перпендикулярно направлению вектора индукции и параллельно пластинам движется электрон со скоростью м/с. Определить напряженность электрического поля между пластинами.

Задача 59
Заряд движется в вакууме прямолинейно со скоростью м/с во взаимно перпендикулярных магнитном и электрическом полях. Каково должно быть отношение напряженностей этих полей, чтобы имело место такое движение? Как направлена скорость заряда?

Задача 62
Источник тока замкнули на катушку сопротивлением R=40 Oм и индуктивностью L=0,4Гн. Через какое время сила тока в цепи постигнет 90% максимального значения?

Задача 67
В колебательном контуре с периодом 10-5с напряжением на конденсаторе в момент времени 2,5•10-6с (считая от напряжения, равного нулю) составляет 500В. Найти ёмкость конденсатора при общей энергии контура 1мДж.

Ниже указана стоимость за одну задачу:

Цена: 70 р.