Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Задачник по физике

.pdf
Скачиваний:
42
Добавлен:
24.03.2015
Размер:
1.47 Mб
Скачать

Мииистерство образования РОССИЙСКОЙ Федерации

Московская государственная академня тонкой

химичесКОЙ теХНО.1JОГИН им. М.В. Ломоносова

Кафедра физнки

Боброва М.К.

Задачи для лабораториого практикума «Электричество и магнетизм»

(Учебно - методическое пособие)

Москва 2003

www.mitht.ru/e-library

УДК: 539.169.6

Бобровам.к.

ЗадаЧИ,llJПlлабораторного прaкrикyмa «3леюричecrво и

маПlеПDМ».

Под ред. профессора Б.В.Алексеева

Верстка: Боброва мк.

Уч.-метод. пособие: ИПЦ МИТХТ, 2003, стр.28.

в мeroдическом пособии прmщцены условиязадач,llJПl каждой работы, ВЬШOJDlЯемой в лабораторном ПР8Кl1lКYМе <<Элеюричecrвo и манenoм» кафедры физики. Задачи

предназначены ДJUI C8МOC'I'OJI'reIIЬHOГO pewевив ctyдеиraми

прн подгоm8Ке кзaщиreработ.

Y~eнo БИК МИТХТ им. м.в.ломоносова

www.mitht.ru/e-library

работа Э-l.3arlaча 1Вюnoчениев цепьамперМeIpa.

1. Л"шерметр имеет сопротивление 0.02 Ом, его шкала рассчитана на 1,2 А. Какое сопротивление должен иметь шунт , чтобы им можно бьL'IО измерять токи силой 6 А.

2.Митшамперметр со шкалой от О до 15 МА имеет

сопротивление, равное

5 Ом. как должен быть включен прибор в комбинации с

каюшмсопротивлением

для измерения сил токов от О до 0,15 А.

З. Имеется прибор с ценой деления в 10 мА. Шкала прибора

имеет 100 делений Bнyrpeннee сопротивление 100 Ом. как из этого прибора сделать З-lI,{fIерметр для измерения токов до 1О

А.

4. Амперметр, имеющий сопротивление 0,16 Ом, зашунтирован на сопротивление в 0,04 Ом. А\Шерметр показывает 8 А. Чему равна сила тока в цепи?

5. Какой шунт нужно присоединить к стрелочномv

гальванометру со шкалой в 100 делений, ценой деления 1О

МА и внугренним сопротивлением гальванометра 150 Ом. чтобы им можно бьmо поль.'юваться для измерения СИЛ токов до 1 мА?

6. Им:еется предназначеШfЫЙ для измерения токов до 1О А амперметр сопротивлением в 0,18 Ом. шкала которого

разделена па 100 делений. Какое сопротивление надо взять и

как его включить, чтобы этим амперметром можно бьmо измерить силу тока до 100 А ?

7. Определить сопротивление шунтов гальванометра на 1 А и на 1О А. если на прнборе указано, что его полное

сопротивление 20 Ом, а полная шкала соответствует 5

миллиамперам.

8. Каким сопротивлением надо З8ш)'нrировать гальнанометр сопротивлением в 10000 Ом, чтобы уменыmпъ его чувствительность в 50 раз?

9. Определить цену деления гальванометра без myнтa, если с шунтом, сопротивление KOТOPQrO 0,05 Ом, его пена деления

составляет 2 А/дел. Внутреннее сопротивление

гальванометра равно 50 Ом.

10. Внутреннее сопротивление гальванометра 1 Ом. IlIкала JIpиоора имеет 50 делений, цена одного деления 0,01 А Требуется подобрать такой шунт, чтобы прибор мог служигь

для измерения сил токов до 15 А 11. К амперметру, внутреннее сопротивление которого 0,1 Ом.

подкmoчен шунт сопротивлением 0,011 O\f. Определить ток. те!\YlЦИЙ через амперметр, если ток в общей цепи равен 27 А.

12. Параллельно амперметру, имеющему сопротивление О,ОЗ

Ом, включен медный проводник ДJШНОЙ 1О см и диаметром

1.5 мм. Опреде.)шть величину тока в цепи, если aмne]JMeтp показьmает 0,4 А. Удельное сопротивление меди 0.017

:мкОм.М

www.mitht.ru/e-library

-4-

РаботаЭ-I. Задача2. Вюпочен:ие вольтмerpa.

1. Через вольтметр со шкалой 100 В протекает ТОК силой 0,1 МА и стрелка отклоняется на один вольт шкалы. Если к нему присоединиrь добавочное сопpomвление в 90 кОм, то какую наибольшую разность пoreЮJ.Иалов можно будет измерить этим прибороМ?

2. Какое баллаcrnое сопротивление надо присоединить к вольтметру,

имеющему сопporивление 140 Ом. чroбы цена деления его lПКa'1ы

увеличилась в 10 раз?

3. Имeercя преднmначенный для измерений разности пoreНIщалов до 30 В вольтметр сопpomвлением 20 кОм, шкала которою разделена

на 150 дел. Какое сопporивление надо взять и как его ШlДо вюпочитъ, чтобы З1IIМ во.iIЬТМerpoм можно бьmо измерить разность пoreнциалов до75 В?

4. ЕСЛИ ВОЛЬ1Мerp соеДИНИl'Ь последовtrreJIЬНО с сопparивлением 1О кОм, то при напряжении 120 В он покажет 50 В. Если его соединить

последовательно с неизвестным сопрсливлением. то он при том же

напряжении покaжer 1О В. Опредemnъ этосопротивление.

5. Вольтметр рассчитан на измерение максимального напряжения 30 В.

При этом через волыметр идет ток 1О мА. Какое дополнительное coпporивление нужно присоедmnrrь к ВОЛЬ1Метру, чтобы им можно бъmо измерить напряжение 150 В?

6. Вольтметр, подюnoченный к и<.'ТОЧНИКУ тока с ЭДС 120 В и внyIpeННИМ сопparивлением 50 Ом, показывает 118 В. Определить

Bнyrpeннee сопротивление вольтметра.

7. Вольтметр, внутреннее сопротивление кaropoгo 50 ком,

подкточенный к источнику вместе с допoлниreльным

сопротивлением 120 кОм, показывает напряжение 100 В. Опредemnъ напряжение назажимах источника.

8. д1lЯ измерения напряжения в сети 220 В [lоследовательно соединили

два вольтметра с максимальными напряжениями 150 В и

сопроrиВ.'Iениями 28 кОм и 16.кОм. Определить показания КЮlЩОГО

ВOJIЬТМcтpa.

9. Вольтмerp с внутренним сопporивлением 400 ом подюnoчен для

измерения к УЧacтI\,У цепи с сопpomвлением 20 Ом и показывает напряжение 100 В. Оценить погрешность в поI<aЗaНИЯX вольтмегра.

10. Вольтмerp с соnporивлением 100 ом, подюпочеННblЙ к клеммам элемента, показывает разность пoreнциалов 2 В. При замыкании

этого же ЭJIемента на сопpomвление 15 Ом вюпоченный в цепь

амперметр показывает ток 0,1 А. найти ЭДС элеменга, если сопротивление амперметра 1Ом.

11. В цепь, состоящую из ЭДС и сопporи:вления 10 м. вюпочaIOТ

вольтметр: сначала последовательно, а затем параллельно резистору.

При этом показания вольтметра оказываюгся одинаковыми. Каково

ВI~ШIее сопротивление эдс, если сопpomвление вольтметра 1

кОм.

12. Bo,-IЪТМeI'p, соединенный последовательно с сопротивлением 1О кОм при

ВЮDOчении в сеть с напряжением 220 В показываег 70 В, а соединенный

последовmeлъно с неизвесwww.mmithtым сопротиалением.ru/e-libraryон при том же

напряжении покажer 1О В. Определить это сопротивление.

Работа Э-l. Задача 3. Постоянный roк.

1 .В меЩIO}f npoводн:ике ДJIИНой 2 м и сечением 0,4 мм при при прохождеюш тока вьщеляется мощносгь 0,34 ВТ. Найдите rmсло

элею:ронов, проходящих через поперечное сече5е проводниI<a за

одну секунду. Удельное соnpoтивлеШlе меди 1',7'1О Ом'М.

2. Какова средняя напряжешюсть элеrcrpического поля в проводнике с

удельным сопротивлежием lO-{i

ow-м, esmr в единрще объема

проводника выде.1Яется МО1!Цность 1О ВТ! м

?

3. В npoводнике с удельным сопротивлением

10-6 Ом'м градиент

потешщала вдот проводника ~H 2 BiM. Какое I<OJШЧество

теIDlOТЫ вьщелится при этом в '1.см

проводника за 2 секунды?

4. При прохожде~ пocrоя:нного тока через Me~ nPOВОДНИJ{

объемом 10 СМ, с удельным сопротивлеиием 1,7.10 Ом'М, за 10

минут ВВIделилось 100 I<Дж тепда. Onpeдешrrе напряженность

элекгрическоro поля в npoводнике

5. Какая МОIЩIОСТЬ выдeлmrcя в одном кубичесКОМ см. ПРОВОда'ДJШНОЙ

0,2 М, если на его коIЩах ПОДll;ерживaercя pa3..!,ocrь потенциалов 4

В? Удельное сопротивлеШlе npoоода равно 1О I Ом'м.

6. Найдите заряд, npoшеДlШ{Й по npoводнику за время 5 С., если сопротивление проводника при этом равномерно возрастает от 2 Ом до 6 Ом, а разНOC'FЬ потеНIIИWIов на коIЩах проводника

поддерживается постоянной и равной l00Б.

7. найдите суммарный импульс направленжоro $ижения электронов,в

прямоМ проводнике ДJШШIой 1 км, по котоt:юМJ Течет ток СШIой 70

А

Ahi .Oпmur,

8. По железному проводнику reчer ток 1VIопюСТЬЮ 10

чro на каждый атом мeraллa ПРИХОДИТСЯIодин свободный элеюрон,

нaйдиte cкopocrь дрейфа элекrpoвов ПРОВОДI:'IМOCI'И.

9. Какова длина проводника, по которому течег ток 70,4 ~ если

~уммарный импульс электронов в нем соетавлаer4:мкНic ?

10. По npямому медному проводу ДJIИНой 1 I<М И сечением 1 ~ течет

ток силой 4,5 А Cчиraя, на каждый атом меди прихоДИ11'СЯ один

свободвый элекrpoн" найдите время, за которое элекrpон

переместится от одного конца провода до дpyrouo.

2'-3

11, Концентрация элеюронов проводимости в медно\of проводнике 8,5'1 О ~ см

Определите средшою,CKOJPOC'ТЬ направленного движения электронов при

IVIО11ЮСТИ тока 1О A/MM~ _

12, Определить шютность тока, если И3I!,еC'lНО, что за время 10 с через поперечное сечение проводника IVIошадью 5 ммт прошел заряд 100 Кл..

www.mitht.ru/e-library

-6-

РАБОТА ФПЭ-14. ЗАДАЧА 1, Поле конденсатора.

1. Частица с зарядом 3,2'10·19 Кл, пройдя ускоряющую разность

потенциалов 600 В, приобрела скорость 600 м/с. Опредemrre массу

чacmцы.

2.Электеон, ЩJOй,дя в ШIоском конденсаторе от ОДНОЙ пластин:ы: до

другои приобретает скорость 1О КМ!С. найдите разность потенциа.;юв

между :пластинами.

3.Электрон пройдя в ШIоском конденсаторе от одной ШIаС1ИНЫ до

другой, приобретает скорость 1 км /с.. Рaccroяние между плacrинами

4 мм. найдите нanpяжешюсть :шектрического поля в конденсаторе.

4.Электрон, двигаясь под дейcmием :шектрического поля, увеличил

свою скоЕОСТЬ с 10 до 30 Мм!с. Найти разноcrь потешщалов между

началыюи и конечной точкой перемещеIШЯ.

5. Электрон влетел в однородное электрическое поле с напряжеШIОСТЬЮ

1О кВ/м со екоpOC'IЪЮ 8 Мм!с перпендикулярно силовым линиям

поля. найдите величину и направление скорости через 2 не.

6. Определите разность потенциалов, которую доткен проЙ1И в элекгрическом поле :шeкrpoн, имеющий cKopocrь 105 м/с, чroбы его

CKOpocrь возросла В два раза.

7.Электрон движется по направлению силовых .1ИНИЙ однородного электрического поля, напряженность которого 120 ВlM. какое

расстояние пролетит электрон до поmюй потери скорости?

(\)0=105 М/С)

8.Элекrpoн Bъmeтaer из тоЧIЩ потенциал которой равен 600 В, со

скоростью 12000 КМ!С в направ..'Iении силовых линий поля.

Опреде.литъ потенциал точки. дойдя до которой электрон

затормозится.

9.~ CKOpocrъ приобретег электрон, пройдя разность потеIЩИалов 1

кВ.

10.Электрон находится в однородном электрическом поле

напряженностью 200 кВ/м. Какой пуп. пройдег электрон за время 1

нс, ес.,'IИ его начальная CKOpocrь была равна нулю?

11.Какой скороcrью будег обладать электрон в зад. 1О ?

J2.электрон, летевllШЙ горизонraльно со скоростью 1,6 Мм/с, влетел в

ошюродное электрическое поле напряженностью 90 В/см,

направленное Bep1'IOOUIЬHO вверх. Какова будег по модyJПO и нanpaвлеmno скорость электрона через 1 НС?

www.mitht.ru/e-library

-7-

РАБОТА ФПЭ-14. ЗАДАЧА 2. Движение электронов в электрическом поле.

1. Поток элек!ронов в Э:Iектронно-лучевой трубке ускоряercя полем при

напряжении 5 кв и затем влетаer в IlJЮC1Pанство между OТЮIОНЯЮЩИМИ

пластинами. Какую разность потеIЩИaJIОВ с.1едует ПРШIOЖИТЬ к мастинам, чтобы смecrить луч на 5 мм. если длИНа пластин 5 см н

расстояние между ними 2 см.?

2. Нaпиmиre уравнение движения электрона в задаче 1 и рассчитайте его

энергию при вьшете из KoндeHcaтgpa.

3. Электрон, начавIImЙ движение без начальной скорости, прошел разность

потенциалов 10 кв и влетел в IIpOC'IPапCIВO между пластинами ШIоскоro

конденсатора парал.1ельно I1JlаС1ИНам. Наnpяжt:ние на KoндeНtaтope 100

В. расстояние между пластинами 2 см, длина I1.11аcrин 20 СМ. на сколько

сместится след электрона на экране, arcтоящем от конденсатора иа 0.5 М?

4. Какую энерrшo имеет электрон при попадании на экран в задаче 3 и по какой траекroрии он движется?

S. Электрон влетает в плоский конденсатор параллельно его

пластинам со скоростью 1000 КМ/С .Напряженность поля в

конденсаторе 100 В/см, длина конденсатора 5 см. найти

величину и направление скорости электрона при ВЬШeI'e его из

конденсатора. .

6.На какое расстояние от своего первоначального Напра!Щения

сместится электрон за время пролета конденсаторов задаче 5?

7.Поток электронов, получивших свою скорость под действием

напряжения 5 кВ. влетает в середину между пластинами

плоского конденсатора. Какое наименьшее напряжение нужно приложить к конденсатору, чтобы элеIcrpOВLI не ВЬШетали из

него, есJШ размеры конденсатора таковы: дIIИНa пластин 5 см, р!!сстояние между ними 1 см?

8. С какой скоростью упадет на пластину электрон в задаче 7 и какой угол будет составлять вектор скорости с горизонтом?

9.Электрон влетел в плоский конденсатор, имея скорость 10 Мм/с,

направленную параллельно пластинам. В момент вылета из

конденсатора направление скорости элекrpoна составляло угол

35 с первоначалъным направ..'1ением скорости. Определить разность потешmалов между плacrnнами, если дmm:a rшастин 10

см и расстояние между ними равно 2 см.

10.На какое расстояние по вертикали сместился электрон в задаче 9

и с какой скоростью он вьтетел из этого конденсатора?

11.Пучок элекrpонов, направленный параллепьно пласmнам

плоского конденсатора, на nyrи 4 см отклоняется на расстояние 2

мм от первоначальноro направления. KaкyIO СКОр()СТЬ И энергию

имеют первоначально электроны? Напряженность

1лектрическоro поля в конденсаторе 22.5 кВ/м.

12. Какую разность потешmалов надо приложить к пластинам

конденсатора в задаче 11, чтобы электроны не вьтете:ти из него? РаССТОЯlше между пластинами 5 мм.

www.mitht.ru/e-library

РАБОТА ЭС-1 и ЭС-2. ЗАДАЧА 1. Эквипотенциальные JПlНИИ.

1.Шар радиусом 20 м с зарядом 18'10·12 кл находится в воздухе. Найти

радиусы эквипотенциальНЫХ поверхностей, потенциалы которых ОТJШчаются друг от друга на 1,5 мВ.

2. Эквипотенциальная линия проходит через току с напряженностью 5

кВlM, отстоящую от точечного зарюха на раccroяпии 2,5 см. На каком

расстоянии о: создающего }аряда нужно провести другую

эквипотенциальную .iIИнию, чтооы напряжение Между линиями бъmо

равно 25 В?

3. Начертить схему силовых JШНИЙ И эквипотенциальных поверхностей

для системы двух точечных зарюхов + е и +4е , нахоДЯIЦИXСЯ на

расстоянии а друг от друга,

4. Начертить схему силовых линий и эквипотенциальных поверхностей

для системы двух точечных зарядов +е и -4е. находящихся на

расстоянии d друготДР)'Г8.

5. какое пале сmдaли бы две бeзqmrnчные взаимно перпендикулярные плоскости, если бы на них бьmи равномерно нанесены элеюричесmе

зар~ды одного знака с плотностью заряда G на одной,

а на другой

2G?

 

 

 

 

6. Определить

эквипотенциальные

поверхности

по

условиям

предыдущей задачи

7. l)есконечная тонкая п~ямая нить заряжена однородно с линейной плomocrью 2 мкКл/м. ПотеlЩИал на расстояmrn 1 м положить равным

II)'ЛЮ. Вычислить напряженнocrь и потеющал нз расстоянии 10м.

8. На каком расстоянии находятся дРуг от друга на;ходятся точки с rmностью потенциалов 1О В в задаче 71'

9. Бесконечно тонкая прямая нить ~eHa oДН<JpoДНo создaer на расстоянии 10 м напряженность поля 7,2 кВ/м. Прmrnмая потенциал

поля на расстоянии 1 м равным нулю, рассчитать координаты точек с

потенциалами 1О В и 20 В.

10. На каком расстоянии ДDVГ от друга находятся точки с разностью

потенциалов 1В в задзче91"

11. Заряд равномерно распределен по ~конечной плоскости с

поверхностной плотностью 10 и кдм .ОпредеJШТЬ разность

потенциалов двух точек поля, одна из которых находится на

плоскости, адругая удалена от плоскости на расстояние 1О см.

12. На каком расстоянии друг отдруга находятся эквипотенциальные поверхности в задаче 11, если между ними существует напряжение 2 В?

www.mitht.ru/e-library

-9-

РАБОТЛ ЭС-l и ЭС-2. Задача 2. Градиент вектора напряженности.

1. Бесконечная плоскость Pjiвномерио заряжена с поверхностной

ПЛ011ЮСТЪЮ заряда 4 нКлlм. Определить значение н направление

градиента потенциала электрического поля, созданного этой

плоскостью.

2.Напряженность однородного электрического поля равно 120 В/М. Определить разность потенциалов между этон точкой И другой, лежащей на той же силовой линии и отстоящей от П9'вой на 1мм.

3.Элеюростатическое поле создается бесконечнои ~ой нитью,

заряженной равномерно с линейной плотностью 50 пКл/см. Определите числовое значение и направ..'Iение градиента потенциала

вточке на расстоянии 0.5 м ffi'шrrи.

4.Градиент однородного электростатического поля равен 282 В/М.

Определить величину и знак поверхноcrной плотности заряда плоскости, создавшей это поле, если вектор градиента направлен к

плоскости.

5. Электp(JCТатическое поле создается положительным точечным

зарядом. Определите числовое значение н направление градиента

 

потенциала

этого

поля, если на

расстоянии 10 см

ar

заряда

6.

потенnиал равен 100 В.

 

 

 

 

Электрическое поле создано отрицательным точечным зарядом

 

ПотеНItИал поля в точке, удаленнои or заряда на расстояние [2 см,

 

равен -24 В. Определить значение и направление rpaдиента

7.

потенциала в этой точке.

 

 

 

ЗарJЩ, равный 2 мккл распределен равномерно по объему шара

 

радиуса 4 см. Определить НЗПJzавление и значение градиента

 

потенциала

в точке, находящеися

на расстоянии

6

СМ от

ПОJ!epXНости шаеа.

8. Заряд, равныи - 5 мккл равномерно распределен по поверхнocm

ПОЛОГО шара радиусом 1 см. Определить направление и значение

градиента потенциала в точке, находящeitся на расстоянии 15 см от

центра шара..

9. ротеI;JЦИaJ~ некоторого электростатического ПOJIJl имеет вид: Ф =Ф(х

+ l'+ z ).Определитъ МОДУЛЬ градиента этого поля. ЯвmIется ли

это поле однородным?

Е:::; Е ,ех + ЕА + Езе1

10. Напряженность некоторого поля имеет ВИД

,где Е1,Е2, ЕЗ - константы. Является ли

это поле однородным.

Написать выражение для потенциала.

11. Бесконечная ТОНI<ЗЯ прямая нить Hecer ~HOМepвo pacnpeдenенный

по длине нити заряд с плотнОСТЬЮ 1 нКлlм. Каков ~eнт

потенциала в 10чке, удаленной на расстояние 10 см от нити? Укaзa:rь

его направление.

12. Найти потенциал элеК'IpOCтатического поля напряженность которого

имеет вид Е = а( у i,J.. xj).

www.mitht.ru/e-library

-10-

РАБОТА ЭС-1, ЭС-2. Задача 3. Поток вектора напряженности.

1. Электрическое поле создано бесконечной прямой равномерно

заряженной нитью. Линейная плотность заряда равна 0,3 MкКiI!M.

Определить поток вектора напряженности Ч~ поверхность

соосного с нитью цилиндра радиусом 5см и высотои 1О см.

2. Опреде;шть поток вектора напряженности в задаче 1 через

прямоугольную площадку, две большие стороны которой

параллельны заряженной mrnии и

удалены от неё на расстояние 20 см ближняя и 40 см дальняя,

основание площадки равно 1О см.

3. Две параллельные бесконечно прямые нити несут заряды,

равномерно расп~деленные по длине. Линейные плотности

зарядов равны + 0,1 мкКл/м И - 0,2 мкКл/м. Расстояние между

нитями 2 см. Определить поток вектора напряженности через

поверхность цилиндра, ось которого параллельна нитям и проходит

на расстоянии 1 см от каждой, радиус цилиндра 5 см, его высота 20

см.

4. Определить поток вектора напряженности в задаче 3, если линейные плотности зарядов равны и составляют 1мкКл/м.

5.Определить поток вектора напряженности в задаче 3, если линейные

плотности зарядов равны по величине 2 мкКлIм И противоположны

по знаку.

6. Определить поток вектора напряженности в задаче 2, если площадка имеет форму квадрата, сторона которого равна 1О см.

7.В центре сферы радиусом 20 см находится точечный за~яд 10 нКл.

Определить поток вектора напряженности через часть сферической

поверхности ШlOщадью 20 см .

8.Бесконечная плоскость несет заряд,2равномерно распределенный с

поверхностной плотностью 1 мкКлIм . На некотором расстоянии от

плоскости параллельно ей расположен круг радиусом 1О см. ВычисJШТЬ поток вектора напряженности через этот Ig>yr.

9. Вычислить поток вектора напряженности в задаче 8, естl плоскость

круга составляет с направлением заряжснной плоскости угол 300

10. Точеный заряд величиной 1 MкIGr окружен сферой радиусом 4 см.

Определить поток вектора напряженности через половину

поверхности сферы.

J1. Металлический шар радиусом 5 см имеет заряд 4 мкКл. Опредemпь

поток вектора напряжеmюсти через Поверхность сферы радиусом 25 см, если заряженный шар находится янyrpи.

12. Шар из па~афшm радиусом 3 см имеет объемную ШIOТНOCfЬ заряда равную 1 мкКл/м. Найти поток вектора напряжеШJОСТИ через одну из

поверхностей куба, внутри которого находиrcя заряженный шар, сторона куба равна 1О см.

www.mitht.ru/e-library

Соседние файлы в предмете Физика