Новости

Задачи по физике

Работа добавлена:






Задачи по физике на http://mirrorref.ru

№ 2.4

Три четверти кольца заряжены равномерно по длине с некоторой линейной плотностью заряда. При этом на точечный заряд Q0 = 10–8 Кл, находящийся в центре кольца, действует сила 10–4 Н. Как изменится сила, действующая на заряд, если оставшуюся четверть кольца зарядить с линейной плотностью заряда?

Дано:

Q0 = 10–8 Кл

F1=10–4 Н

Найти:F2

Решение:

Разобьём кольцо на три равные части 1, 2, 3 (см. рис). Согласно принципа суперпозиции электростатического поля общее поле равно векторной сумме полей трех частей:

Заметим, что в силу симметрии

Если оставшуюся четверть зарядить плотностью – τ, то создаваемое ей поле , будет совпадать по направлению с  и  так же в силу симметрии с участком 2.

Таким образом, результирующее поле увеличится ровно в 2 раза, и в 2 раза увеличится сила:

Ответ:

№ 2.14.

Два конденсатора ёмкостями 5 мкФ и 8 мкФ соединены последовательно и присоединены к батарее с ЭДС 80 В. Определить заряд каждого конденсатора, разность потенциалов между обкладками и энергию каждого конденсатора.

Дано:

C1=5 мкФ=5*10-6 Ф

С2=8 мкФ=8*10-6 Ф

ε=80 В

Соединение последовательное

Найти:

q1 ,q2 ,U1 ,U2 ,W1 ,W2

Решение:

При последовательном соединении конденсаторов заряды на конденсаторах одинаковы, то есть:

При последовательном соединении конденсаторов величина, обратная величине полной емкости, равна сумме величин, обратных емкостей отдельных конденсаторов:

При последовательном соединении двух конденсаторов формула упрощается:

По определению зарядq равен произведению емкостиc на ЭДСε:

Тогда подставляем в эту формулу для емкости конденсатора, получаем, что заряд равен:

Так как по формуле заряд равен:

Тогда получаем разность потенциалов между обкладками первого и второго конденсатора соответственно:

Подставляем значения емкости и зарядов, получаем:

Энергия W конденсатора электроемкостью с, заряженного до разности потенциалов U, равна:

Тогда энергия первого и второго конденсатора соответственно равны:

Подставляем значения зарядов и разностей потенциалов:

Ответ:

,

№ 2.24.

В медном проводнике длиной 2 м и площадью поперечного сечения 0,4 мм2 течёт ток. При этом ежесекундно выделяется количество теплоты 0,35 Дж. Сколько электронов проходит за 1 с через поперечное сечение проводника?

Дано:

l=2 м

S=0,4 мм2=0,4*10-6 м2

Q=0,35 Дж

t=1с

e=1,6*10-19 Кл

ρ=1.7*10-8 Ом*м

Найти:N

Решение:

По закону Джоуля – Ленца количество теплоты, выделившееся за единицу времени на конкретном участке электрической цепи прямо пропорционально произведению квадрата силы тока на данном участке и его сопротивлению.

Сопротивление однородного цилиндрического проводника постоянной ширины равно удельному сопротивлению ρ проводника, умноженному на длину проводникаl и делённому на площадь сеченияS:

Подставим эту формулу сопротивления в закон Джоуля – Ленца:

Выразим из этой формулы силу тока:

Сила тока определяется как отношение количества зарядаq, прошедшего через какую-то поверхность, ко времени прохожденияt:

Заряд можно найти путем умножения количестваN электронов на их зарядe=1,6*10-19 Кл:

Следовательно, выражаем из этой формулы искомое количествоN:

Подставим в получившуюся формулу, формулу заряда:

Подставляем ф эту формулу, формулу для силы тока:

Подставляем числовые данные:

Ответ: электронов

№ 2. 34

По контуру, показанному на рисунках, течёт ток 10 А. Определить направление вектора  индукции магнитного поля в точке O и его модуль, если радиус R = 10 см.

Дано:

I=10 А

R=10 см=0,1 м

Найти: В0

Решение:

Разобьём весь контур на пять характерных участков  1, 2, 3, 4, 5 (рис).

Согласно принципу суперпозиции магнитного поля:

Где

Направление поля определяется правилом буравчика, согласно которого все векторы направлены от нас перпендикулярно плоскости рисунка. В проекциях на это направление запишем:

Заметим, что , т.к точка О лежит на продолжении линии тока. Это следует из закон Био – Савара – Лапласа, для всех точек этих участков радиус вектор параллелен току и поле равно нулю.

Поле  представляет половину величины кругового тока

Поля   и   – поля отрезков тока

где  и  – углы между радиус – вектором и током.

В нашем случае ,

Поэтому:

Так

Ответ: 88 мкТл

№ 2. 44

Протон с начальной скоростью 100 км/с влетел в однородное поле напряжённостью 300 В/см так, что вектор скорости совпал с направлением линии напряжённости. Какой путь должен пройти протон в направлении линий поля, чтобы его скорость удвоилась?

Дано:

V0=100 км/с=100*103 м/с=105 м/с

E=300 В/см=3*104 В/м

α=00

V=2V0

q=e=1,6*10-19 Кл

m=1,67*10-27 кг

Найти:s

Решение:

В соответствии с законом сохранения энергии, можно записать:

,

где

Распишем подробнее каждую энергию и работу:

гдеm – масса протона,  – начальная скорость,  – скорость перемещения протона,   – напряженность электрического поля,q – заряд протона,s – искомое перемещение, α – угол между электрической силой и направлением перемещения (в условииcosα=1)

При этом электрическую силуF можно расписать как:

Подставим эту формулу электрической силы в формулу закона сохранения энергии:

Выразим из данной формулы искомую величинуS, подставим числовые значения:

По условию задачи , подставим это условие в получившуюся формулу:

Ответ: 5,22 мм

№ 2.54.

Рамка, имеющая 103 витков площадью 5 см2, замкнута на гальванометр с сопротивлением 10 мОм. Рамка находится в однородном магнитном поле с индукцией 10–2 Тл, причём линии индукции перпендикулярны её плоскости. Какой заряд протечёт по цепи гальванометра, если направление магнитного поля изменится на противоположное?

Дано:

N=103

R=10 мОм=10*10-3 Ом=10-2 Ом

S=5 см2=5*10-4м2

B=10-2 Тл

α=00

Найти:q

Решение:

Магнитным потокомΦ через площадьS контура называют величину:

,

где B – модуль вектора магнитной индукции, α – угол между вектором  и нормалью   к плоскости контура, в данной задаче линии индукции перпендикулярны её плоскости, что означает, что α=00.

По закону электромагнитной индукции ЭДС, индуктированная в контуре, содержащимN витков, численно равна скорости изменения магнитного потока, охватываемого этим контуром, умноженному на количество витков:

Подставим в данную формулу предыдущую:

Кроме этого ЭДС можно выразить по формуле:

Приравняем формулы для ЭДС:

Сила токаI равна отношению электрического заряда q, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения t:

Подставим формулу для силы тока в предыдущую формулу, выразим зарядq, найдем его:

Ответ: 1 Кл

№ 2.74.

На дифракционную решётку нормально к её поверхности падает параллельный пучок света с длиной волны 600 нм. Дифракционная картина наблюдается на экране, удалённом от решётки на расстояние 1 м. Расстояние между двумя максимумами интенсивности первого порядка равно 20 см. Определить постоянную дифракционной решётки

Дано:

λ=600 нм=600*10-9 м=6*10-7 м

L=1 м

l=20 см=0,2 м

k=1

Найти:d

Решение:

Постояннаяd дифракционной решетки, длина волны λ и угол φ отклонения лучей, соответствующихk-му дифракционному максимуму, связаны соотношением:

, гдеk – порядок спектра, в данной задачеk=1,

C учетом этого выразим постоянную дифракционной решеткиd:

Подставляем числовые данные, получаем:

Ответ: 6 мкм

№ 2.84.

Оценить наименьшие ошибки, с которыми можно определить скорость электрона, протона и шарика массой 1 мг, если координаты частиц и центра шарика установлены с неопределенностью 1 мкм.

Дано:

me=9,11 *10-31 кг

mp=1,672*10-27 кг

mш=1 мг=10-6 кг

Δx=1 мкм=10-6 м

=1,05*10-34 Дж*с

Найти:

ΔVe, ΔVp, ΔVш

Решение:

Формула соотношения неопределенностей для координаты и импульса частицы следующая:

,

где  – неопределенность координаты частицы,  – неопределенность проекции импульса частицы на осьx; - постоянная Планка.

Неопределенность импульса можно найти как произведение массы частицы на неопределенность ее скорости:

Подставим данную формулу для неопределенности импульса в предыдущую формулу, получим:

Выражаем неопределенности скорости:

Тогда наименьшей ошибкой при оценке скорости электрона будет величина:

Тогда наименьшей ошибкой при оценке скорости протона будет величина:

Тогда наименьшей ошибкой при оценке скорости шарика будет величина:

Ответ:, ,

№ 2.94.

Счётчик-частиц, установленный вблизи радиоактивного изотопа, при первом измерении за одну минуту зарегистрировал 1406 частиц, а через 4 часа только 400 частиц за минуту. Определите период полураспада этого изотопа.

Дано:

A1=1406 в минуту

Т=4 ч

A2=400 в минуту

Найти:T1/2

Решение:

Активность радиоактивного препарата определяется произведением начальной активности на экспоненциальную функцию:

,

где  – начальная активность, λ – постоянная распада,t – момент, прошедший с начала распада до момента первого наблюдения.

Постоянная распада связана с периодом полураспада соотношением:

Подставляем данную формулу для постоянной полураспада в формулу активности радиоактивного препарата:

Выразим активность при первом и втором измерениях:

Найдем отношение активностей:

Извлечем из обеих частей равенства натуральный логарифм, выражаем период полураспада:

Подставляем числовые данные:

Ответ: 2,205 ч

Задачи по физике на http://mirrorref.ru


Похожие рефераты, которые будут Вам интерестны.

1. Реферат Задачи по физике

2. Реферат Задачи по физике цепи и соединения

3. Реферат Задачи всероссийской студенческой олимпиады по физике (в технических вузах)

4. Реферат Методичка по физике

5. Реферат Лекции по физике

6. Реферат Шпаргалка по физике

7. Реферат Тесты по физике

8. Реферат Все ответы по физике

9. Реферат Тесты по физике с ответами

10. Реферат Контрольная работа по физике