WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
Елабужский государственный педагогический университет А.В.Акулинина, Р.А.Насыбуллин, Ф.М.Сабирова МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ ПО ОБЩЕЙ ФИЗИКЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ Елабуга - 2004 2 55 Печатается по решению Ученого совета Елабужского государст- венного педагогического университета и рекомендациям УМО учителей физики г.Елабуги.

Допущено Учебно-методическим объединением по направлениям педагогического образования Министерства образования Российской Федерации в качестве учебно-методического пособия для студентов, обучающихся по направлению 540200 Физико-математическое образование Составители:

Акулинина Александра Васильевна, Насыбуллин Рамиль Асхатович, старший преподаватель кафедры общей физики ЕГПУ Сабирова Файруза Мусовна.

Акулинина А.В.;

зав.кафедрой общей физики, канд. физ.-мат. наук, Материалы для практических занятий по общей физике.

доцент ЕГПУ Насыбуллин Р.А., Электричество и магнетизм.

доцент кафедры общей физики, канд. физ.-мат. наук Сабирова Ф.М.

Рецензенты: (Методическое пособие для студентов физико-математического факультета педвуза) зав. каф. теорет. физики ЕГПУ, доцент, канд. физ.-мат. наук Богданов Е.И.

доцент кафедры экспериментальной физики Омского государственного университета, канд. физ.-мат. наук Лобова Г.Н.

* * * учитель-методист, зав. УМО учителей физики г.Елабуги Окулина Н.И.

Технический редактор Сабирова Ф.М.

Акулинина А.В., Насыбуллин Р.А. Сабирова Ф.М. Материалы для практических занятий по общей физике. Электричество и магнеДоговор №. Сдано в печать 23.04.04 г. Формат 84х108/82. Объем 3,5 п.л.

тизм. /Методическое пособие для студентов физико-математического Тираж 300 экз. Отпечатано 5.05.04 г. Типография ЕГПУ.

факультета педвуза и учителей физики. Елабуга: Изд-во ЕГПУ, 2004. – 54 с.

Издательство ЕГПУ. 423630, г.Елабуга, ул.Казанская, 89.

Елабужский государственный педагогический университет, 2004 © 54 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ Ввведение 3 Предлагаемое пособие предназначено для организации самостоя ЭЛЕКТРОСТАТИКА тельной и аудиторной работы на практических занятиях по курсу общей 1. Закон Кулона. Взаимодействие заряженных тел. 4 физики со студентами физико-математического факультета педагогиче2. Напряженность электрического поля. 7 ского института. Здесь собраны задачи по разделу “Электричество и 3. Потенциал электрического поля. Работа по перемеще- 11 магнетизм” в соответствии с Государственным стандартом высшего нию электрического заряда в поле. профессионального образования по курсу физики для специальности 4. Электроемкость. Конденсаторы. 15 «Физика с дополнительной специальностью». По каждой теме задачникПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК практикум содержит основные уравнения, примеры решения задач, ка5. Основные законы постоянного тока 20 чественные и количественные задачи, рекомендованные для обсуждения 6. Правила Кирхгофа (для разветвленных цепей). 25 и решения как на занятиях, так и самостоятельно. Пособие содержит 7. Работа и мощность тока. 28 задачи, в основном, средней трудности, однако имеются и задачи повы8. Электролиз. Законы Фарадея. 33 шенной сложности, которые предназначены для самостоятельного реЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ шения наиболее сильными студентами. В конце приведены ответы и 9. Магнитное поле постоянного тока. Действие магнит- 35 некоторые табличные данные, которые могут оказаться необходимыми ного поля на движущиеся токи. при решении задач.

10. Действие магнитного поля на движущиеся заряды. 39 Пособие может быть рекомендовано и школьным учителям физики, 11. Работа перемещения проводника с током в магнит- 43 работающим с выпускниками, готовящимися к поступлению в вуз, так ном поле. Электромагнитная индукция. Индуктив- как названный раздел курса общей физики содержится в программах ность. вступительных экзаменов по физике. Задачник будет полезен также учиПриложения. 50 телям на занятиях факультативов по решению задач повышенной трудОтветы 50 ности и т.д.

Литература 4 ЭЛЕКТРОСТАТИКА Литература.

Электростатика изучает свойства и взаимодействия покоящихся 1. Балаш В.А.. Сборник задач по курсу общей физики. (относительно данной инерциальной системы отсчета), заряженных часМ.:Просвещение, 1978.

тиц и тел.

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

3.

1. Закон Кулона. Взаимодействие заряженных тел.

Мясников С.П., Осанова Т.Н. Пособие по физике.- М.: Высшая школа, 1981.

4. Новодворская Е.М., Дмитриев Э.М. Методика проведения упражне1. Закон Кулона ний по физике во втузе. - М.:Высшая школа, 1981.

r r 5. Парфентьва Н., Фомина М. Решение задач по физике (ч.2) -М.:Мир, q1q1 r F =, 1993.

4 r r o 6. Савельев И.В. Сборник вопросов и задач по общей физике. - М.:Наука, 1982.

где F - сила взаимодействия двух точечных зарядов q1 и q2 ; r - расстоя7. Сахаров Д.И. Сборник задач по физике. - М.: Учпедгиз. 1960.

ние между зарядами; - диэлектрическая проницаемость среды; о- 8. Тульчинсий М.Е. Сборник качественных задач по физике. - электрическая постоянная;

М.:Просвещение, 1965.

1 о= Ф/м =8,85.10-12 Ф/м; =9.109Н.м2/Кл2. 9. Цедрик М.С.(ред.) Сборник задач по курсу общей физики.- 4o 4 9 М.:Просвещение, 1989.

Заряд любого тела q=Ne, где е=1,6.10-19Кл – величина элементар- 10. Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике. - М.: Высшая шконого заряда. ла, 1981.

2. Закон сохранения зарядов: алгебраическая сумма зарядов электрически изолированной системы есть величина постоянная n q1+q2+...+qn= =const.

q i i=Примеры решения задач.



Задача 1. Три одинаковых положительных заряда по 1 нКл располо + qжены по вершинам равностороннего треугольника (см. рис.) Какой отрицательный заряд нужно поместить в центре треугольника, чтобы сила притяжения с его стороны уравновесила q1 r1 q4 qсилы взаимного отталкивания зарядов, Fнаходящихся в вершинах F r FДано: q1=q2=q3=1.10-9Кл Найти: q4 - Решение. Все три заряда, расположенных по вершинам треугольника, находятся в одинаковых условиях. Поэтому для решения задачи достаточно выяснить, какой заряд следует поместить в центре треугольника, чтобы один из трех зарядов, например q1, находился в равновесии.

52 В соответствии с принципом суперпозиции на заряд действует ка8.1. 15,5 мкм. 8.2. m=It/2F=0,045 г, где - молекулярный вес воды.

ждый заряд независимо от остальных. Поэтому заряд q1 будет находить8.3.1,6.10-19 Кл. 8.4. 7,5.10-7м/с. 8.5. 53%. 8.6. mNi=34 г, mAg=9,2 г. 8.7.

ся в равновесии, если векторная сумма действующих на него сил равна t=m(R+r)/(k)9ч 32 мин.

нулю:

r r r r F1 + F2 + F3 + F4 = 0, (1) 9.1. Н1=120 А/м, Н2=159 А/м, Н3=135 А/м. 9.2. Н1=199 А/м, Н2=0, r r r r Н3=183 А/м. 9.3. Между токами I1 и I2 на расстоянии 3,3 см от точки А.

где F1, F2, F3, F4 – силы, с которыми соответственно действуют на 9.4. Правее точки А на расстояниях 1,8 см и 6,96 см от нее. 9.5. Н=r r r А/м. 9.6. I=2RB/(+1)0. 9.7. Н1=8 А/м, Н2=55,8 А/м. 9.8.

заряд q1 заряды q2, q3 и q4, F – равнодействующая сил F2 и F3.

U=l2/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.

r r Так как силы F и F4 направлены по одной прямой, то вектор I1I2a 9.11. Из 4 слоев. 9.12. а) 120 Н, б) нет. 9.13. F= =5,3 мкН. 9.14.

ное равенство (1) можно заменить скалярной суммой:

2 l(l + a) F – F4=0, или F = F4.

B=mg/(I l)=0,2 Тл. 9.15. Сделать большое число витков из тонкой проВыразив в последнем равенстве F через F2 и F3 и учитывая, что Fволоки. 9.16. На северном географическом полюсе. 9.17. Намагничива= F3, получим: F 4= F 2 2(1+ cos).

ние железных вертикальных предметов в магнитном поле Земли доказывает, что напряженность этого поля имеет вертикальную составляюПрименяя закон Кулона и имея в виду, что q2=q3= q1, найдем щую. 9.19. В обоих случаях притягиваются.

1 q1q2 1 q = 2(1+ cos), (2) 40 r12 40 r10.1. 3,7.107м/с, 3900 эВ. 10.2. R1/R2=m1/m2=1840. 10.3. F=5.10-15 Н, eB qr R=3,2 см, Т=1,3 мкс. 10.4. v= h2 + 4 R2 =7,6.106 м/с. 10.5. Скооткуда q4= 2(1+ cos).

2m rрость электрона должна быть направлена перпендикулярно к плоскости, Из геометрических построений в равностороннем треугольнике следует, в которой лежат векторы Е и В, равна v=E/B=3.106 м/с. 10.6. R=mv sin r r /lB=2,4 мм, h=2mv cos / lB=2,6 cм. 10.7. 4,2.10-3 Тл. 10.8. R=(2mE)1/2/ что r1= = ; cos = cos 60o=0,5. С учетом этого формула (2) cos300 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=R2I B cos =0,31 Дж. 11.3.

примет вид: q4= q1 / 3 ; q4=0,58.10-9 Кл = 0,58 нКл A=0Ннd2I/2=1,57.10-4 Дж. 11.4. 4,7.10-3 В. 11.5. 4,7.10-3 В. 11.6.

B=2U/(l2)=0,2Тл. 11.7. 2,65.10-5 с. 11.8. Величина тока в кольце: I Задача 2. Два одинаково заряженных шарика, имеющие массу 0,5 г каждый и подвешенные на нитях длиной 1 м, разошлись на 4 см друг от dwS l = =-7,4.10-4А, где - магнитная проницаемость воздуха.

друга. Найти заряд каждого шарика.

l t 11.9. L=R2NB/I= 1,6 мГн. 11.10. а) 1,5 мГн, б) 5 мГн. 11.11.

Дано: m1=m2=m=0,5г=5.10-4 кг, l=1м; r=4 cм=4.10-2м.

L=0l12/4l2=40 мГн. 11.12. L=4l ln [(2a-d)/d]=2,2 мГн. 11.13. а) 0,Найти: q1=q2=q- Дж, б) бесконечность. 11.14. 4нКл. 11.15. 24 В. 11.16. В катушке возниРешение. Так как шарики заряжены, то на кает большая ЭДС, так как ЭДС индукции пропорциональна длине прокаждый из них действует сила электростатиче- r водника, движущегося в магнитном поле, т.е. пропорциональна числу ского отталкивания F. Кроме того на шарики э витков катушки. 11.17. В телефонных проводах будет индуцироваться r переменная ЭДС, создающая помехи разговору. 11.18. Ток самоиндук- действует сила тяжести mg и сила натяжения Fн r ции, возникающий при размыкании, заряжает конденсатор и не прохонити F. Направления сил указаны на рисунн х Fэ r дит поэтому в виде искры через рубильник.

r ке. По условию равновесия равнодействующая m g всех сил равна нулю: y 6 r r r 5.1. q=0,5I=50 Кл. 5.2. 200. 5.3. l=500 м, d=1мм. 5.4. 5/6 Ом. 5.5. 5, F + mg + F =0 (1), э н В. 5.6. 2294,5оС. 5.7. Соединенные параллельно R2 и R3соединить после1 qдовательно с R1. 5.8. r=2R, Rобщ =4R. 5.9. а) 0,5 Ом, б) 0,3 Ом. 5.10. где Fэ=. Выбираем систему координат х0у и запишем уравне4o rмА. 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 дейстние (1) в проекциях на оси 0х и 0у:

вительные заряды, изменяющие поле. 5.17. Силовые линии следуют 0х: Fэ–Fн sin= 0 (2) всем изгибам трубки или провода. Это вызывается наличием действи0у: mg –Fн сos = 0 (3).

тельных зарядов на стенках трубки (или на изоляции провода). 5.18. Для Уравнение (2) делим на уравнение (3): Fэ/mg= tg (4).

улучшения электрической проводимости стыков. 5.19.Уменьшится. 5.20.

По условию r << l, поэтому tg sin = r/2l.

а) Нуль. б) Влево. в) Показания А2 все время меньше показания А2. г) 40mgr Увеличится. 5.21. При движении ползунка влево разность потенциалов Тогда из (4): q2/4o=mgr/(2l), отсюда q = ; q= 1,3.10-9 (Кл).

на клеммах вольтметра уменьшается, но при переходе в точку С показа2l ния вольтметра, строго говоря, будут меньше в два раза.





Задачи для самостоятельного решения.

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=1.1. Два точечных заряда, находясь в воздухе (=1) на расстоянии А 6.5. Без вычислений видно, что 14=0, так как R4 закорочено. Приняв 20 см друг от друга, взаимодействуют с некоторой силой. На каком расэто во внимание, находим 11=0,4 мА, 12=0,7 мА, 13=1,1А. 6.6.

стоянии нужно поместить заряды в масле, чтобы получить ту же силу E=I4 [R1(R2R5+R5R3+R4R5+R2R4)+R3(R2R4+ R2R5+R5R1)]/(R5R3). 6.7.

взаимодействия 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=0,1.2. Два положительных точечных заряда q и 4q закреплены на 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=расстоянии 60 см друг от друга. Определить, в какой точке на прямой, проходящей через заряды, следует поместить третий заряд q1 так, чтобы 7.1. n=U(U0-U)S/(lP)=23 7.2. 16 т. 7.3. Из вычислений и графика он находился в равновесии.

зависимости мощности от R нагрузки следует, что из спиралей нужно 1.3. Два точечных заряда q=1,1 нКл каждый находятся на расстоясоставить нагреватель сопротивлением, как можно более близким к нии 17 см. С какой силой и в каком направлении они действуют на едиОм, т.е. к r. Использовать лишь спираль сопротивлением 20 Ом нельзя, ничный положительный заряд, находящийся на таком же расстоянии от так как при этом потребляемая мощность будет каждого из них.

R1 R1.4. В центр квадрата, в каждой вершине которого находится заряд равна Р=(/(R+r))2R=5Вт, что противоречит усq=2,33 нКл, помещен отрицательно заряд qо. Найти этот заряд, если на ловию задачи, так как каждая из спиралей рас- R4 Rкаждый заряд q действует результирующая сила F=0.

считана на мощность не более 2 Вт. Из всех 1.5. В вершинах шестиугольника помещены одинаковые положивозможных схем соединения спиралей наилучтельные заряды 10 нКл каждый. Какой отрицательный заряд надо пошая имеет вид, представленный на рис.

местить в центре шестиугольника, чтобы результирующая сила, дейст7.4. 3,4.10-6м2. 7.5. 25 А, 333 кДж. 7.6. =Rmc(t2-t1)/(U2), где с и вующая на каждый заряд, была равна нулю t2= 100оС - удельная теплоемкость и температура кипения воды. 7.7. а) 1.6. Два шарика одинаковых радиуса и массы подвешены на нитях 30 мин, б) 6 мин 40 с. 7.8. Р=605 Вт, I =2,75 А, t=17,3 мин.

одинаковой длины так, что их поверхности соприкасаются. После со7.9. I1=20A, 1=0,17; I2=4A, 2=0,83. 7.10. 4,5кВт, 540 Вт, 3,96 кВт, общения шарикам заряда qo=0,4 мкКл они оттолкнулись друг от друга и 88%. 7.11. 42%, 6,45 Вт, 50%. 7.12. 12 В; 2 Ом. 7.13. 100кДж. 7.14. разошлись на угол 2=60о. Найти массу каждого шарика, если расстоякДж. 7.15. 1 А/с. 7.17. От охлаждения проволоки ее сопротивление ние от центра шарика до точки подвеса 20 см.

уменьшается и ток увеличивается. 7.20. Лампа Л1.7. Два шарика одинаковых радиуса и массы подвешены на нитях одинаковой длины так, что их поверхности соприкасаются. Какой заряд нужно сообщить шарикам, чтобы сила натяжения нитей стала равной 50 Приложения мН Расстояние от центра шарика до точки подвеса 10 см, масса каждоДиэлектрическая проницаемость диэлектриков. го шарика 5 г.

1.8. Два заряженных шарика одинаковых радиуса и массы подвеВоск 7,8 Парафин 6 Эбонит 2,шены на нитях одинаковой длины и опущены в жидкий диэлектрик, Вода 81 Слюда 6 Парафинированная плотность которого равна и диэлектрическая проницаемость равна.

Керосин 2 Стекло 6 бумага Какова должна быть плотность о материала шариков, чтобы углы расМасло 5 Фарфор хождения нитей в воздухе и в диэлектрике были одинаковыми.

1.9. В элементарной теории атома водорода принимают, что элекУдельное сопротивление проводников (при 0оС), мкОм.м.

трон обращается вокруг ядра по круговой орбите. Определить скорость электрона, если радиус орбиты 53 пм, а также частоту вращения элекАлюминий 0,025 Медь 0,017 Свинец 0,трона.

Графит 0,039 Нихром 100 Сталь 0,1.10. Почему заряженный проводник, покрытый пылью, быстро теряет Железо 0,087 Ртуть 0,свой заряд 2. Напряженность электрического поля.

Ответы.

1. Напряженность электрического поля в данной точке r r 1.1. 8,94 см. 1.2. На расстоянии 40 см от заряда 4q. 1.3. 0,59 нН. 1.4. E = F / q- 2,23 нКл. 1.5. 18,27 нКл. 1.6. 15,6 г. 1.7. 1,1 мкКл. 1.8. о= /(-1). 1.9.

где F - сила, действующая на точечный положительный (пробный) за219 м/с, 6,59.1014с-1. 1.10 На пыльной шероховатой поверхности заряды ряд q0, помещенный в эту точку.

распределяются с большой плотностью на выступах пылинок, с которых 2. Напряженность электрического поля, создаваемого точечным заони быстро стекают.

рядом q на расстоянии r от заряда, 1 q 2.1. а) Е=0, б)60 кВ/м, в)30 кВ/м. 2.2. 112 кВ/м. 2.3. За отрицатель- E =.

4o rным зарядом на расстоянии d( 2 + 1). 2.4. а) 20 мкН, б) 126 мкН, в) 62,3. Теорема Остроградского-Гаусса. Поток вектора напряженности 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. r мкПа. 2.10. а) При постоянстве напряжения между пластинами. б) При E через любую замкнутую поверхность, охватывающую заряды:

n постоянстве зарядов.

i n q, E dS = i =S 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.

n 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, где qi - алгебраическая сумма зарядов, заключенных внутри замкну 22 см. 3.8. 1,33.107м/с, 41о21’. 3.9. В 2,24 раза.

i=той поверхности, n - число зарядов.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.