Методическое пособие - Домашние задания по теме "Электростатика, постоянный ток" 10 класс

ФИЗИКА

ПОСОБИЕ ДЛЯ СТУДЕНТОВ

1-го курса на базе 9 классов

дневное отделение

«Электростатика и законы постоянного тока»

   Преподаватель:  Руденко Е.А.

План:

1. Явление электризации. Заряд. Закон сохранения заряда. Взаимодействие зарядов закон Кулона.

2.  Электрическое поле. Напряженность электрического поля.

3. Работа поля по перемещению заряда. Потенциал и разность потенциалов.

4. Проводники и диэлектрики в электрическом поле. Поляризация диэлектриков. Электроемкость. Конденсаторы. Энергия электрического поля заряженного конденсатора.

5. Постоянный электрический ток. Сила тока, напряжение, электрическое сопротивление. Закон Ома для участка цепи. Сверхпроводимость.

6. Последовательное и параллельное соединения.

7. Практическая работа. Расчёт сопротивления разветвлённой цепи.

8. ЭДС источника тока. Закон Ома для полной цепи.

9. Лабораторные работы.

10. Тепловое действие электрического тока. Закон Джоуля—Ленца. Мощность электрического тока.

11. Практическая работа. Расчёт потребляемой мощности.

12. Основные положения электронной теории проводимости. Электролиз.

13. Электрический ток в вакууме, газах. Плазма.

14. Полупроводники. Собственная и примесная проводимости полупроводников. Полупроводниковый диод.

15.  Полупроводниковые приборы.

16. Лабораторная работа «Изучение работы транзистора»

ЭЛЕКТРОСТАТИКА

Основные законы: закон сохранения заряда. закон Кулона принцип суперпозиции полей
Понятия: ·         электризация ·         электрический заряд  q ·         электрическое поле ·         эквипотенциальные поверхности ·         проводники	Характеристики: напряжённость электрического поля  Е силовые линии электрического поля разность потенциалов Δφ электроёмкость С энергия    W поляризация диэлектрическая проницаемость ε
Постоянные величины постоянная Электрическая постоянная ε0 = 8,85∙10-12 Ф/м Элементарный заряд (электрона) е = 1,6∙10-19 Кл Масса электрона m = 9,1∙10-31 кг
	Формулы ·   , [Н] ·    ,   [В/м] ·   ,  [В] ·   , [В] ·      , [Ф] ·   , [Дж]
Конденсаторы Последовательное соединение Параллельное соединение

Задание №1

1.       Что называют электрическим зарядом?

2.       Что называют элементарным зарядом?

3.       Как взаимодействуют разноимённые и одноимённые заряды?

4.       Какая основная единица измерения электрического заряда в СИ?

5.       Что означает дискретность электрического заряда?

6.       Какой физический смысл относительной диэлектрической проницаемости?

                  Два одинаковых проводящих шарика на одинаковых нитях длиной 1,2 м подвешены в одной точке. Заряд первого шарика

+ 600, а второго – 200 нКл. Шарики привели в соприкосновение.
 - Что произойдёт в результате соприкосновения?
 - Каким будет заряд каждого из шариков после их соприкосновения?

                  С какой силой взаимодействуют два заряда по 8 нКл, находящихся на расстоянии 30 см друг от друга?

                  На концах отрезка длиной 16 см расположены точечные заряды +6 и -3 мкКл. Найти модуль силы, действующей на заряд -2 мкКл, помещенный в середине отрезка.

Задание №2

1.       Что называется напряжённостью электрического поля?

2.       Какие единицы измерения напряжённости электрического поля?

3.       Как рассчитать силу, действующую в электрическом поле на заряженное тело?

4.       Как определяют направление  линий напряжённости поля?

5.       Где начинаются и заканчиваются линии напряжённости электрического поля?

6.       Как размещены линии напряжённости относительно поверхности заряженного тела?

7.       О чём свидетельствует плотность силовых линий?

                  Определить напряжённость поля электрического заряда 5Кл находящегося в вакууме на расстоянии 1м от него.

                  На расстоянии 3 см от заряда 4 нКл, находящегося в жидком диэлектрике, напряжённость поля равна 20 кВ/м. Какова диэлектрическая проницаемость диэлектрика?

                  С каким ускорением движется электрон в поле с напряжённостью 10 кВ/м?

Задание №3

1.       От чего зависит работа в однородном электрическом поле?

2.       Почему работа при движении по замкнутой траектории в электрическом поле равна нулю?

3.       Почему заряженное тело в электрическом поле имеет потенциальную энергию?

4.       От чего зависит потенциальная энергия заряженного тела в электрическом поле?

5.       Как определяется потенциал поля точечного заряженного тела?

6.       Какая поверхность называется эквипотенциальной?

7.       Как построить эквипотенциальную поверхность?

      В электрическом поле  из точки А, потенциал которой 450 В, в точку В с потенциалом 900 В движется в вакууме отрицательно заряженная частица с зарядом 1 нКл. Какую работу совершает поле.

      Частица проходит ускоряющую разность потенциалов (в предыдущей задаче), определите кинетическую энергию и скорость, приобретённую частицей в точке В, если в точке А скорость равнялась 0.

Задание №4

1.        Что происходит при внесении проводника в электрическое поле?

2.        Почему в проводнике напряжённость электрического поля равна нулю?

3.        Для чего применяют металлические экраны?

4.        Какое явление наблюдается при внесении диэлектрика в электрическое поле?

5.        Что такое диэлектрическая проницаемость вещества?

6.        Какая физическая величина называется электроёмкостью?

7.        Какие единицы измерения ёмкости?

8.        Как устроен конденсатор?

                  Ёмкость первого конденсатора 0,5 мкФ, а второго 5000 пФ. Сравнить напряжения, которые надо подать на эти конденсаторы, чтобы накопить одинаковые заряды.

                  Модуль напряжённости электрического поля между пластинами конденсатора равен 5 кВ/м, расстояние между пластинами 1 мм, заряд конденсатора 10 нКл. Какова ёмкость данного конденсатора?

                  Плоский воздушный конденсатор, состоящий из круглых пластин радиусом 10 см, расположенных на расстоянии 1 мм друг от друга, заряжен до напряжения 27000 В. Определить ёмкость конденсатора, заряд на пластинах, энергию электрического поля.

Законы постоянного тока.

Законы: ·         Закон Ома для участка электрической цепи:    ·         Закон Ома для полной цепи:  ·         Закон Джоуля-Ленца:
Понятия: ·         Электрический ток ·         Электрическое поле ·         Условия существования электрического тока ·         Источники тока ·         Электрическая цепь ·         Сторонние силы ·         ЭДС	Физические величины, единицы измерения ·         Сила тока   I [А] ·         напряжение  U [В] ·         сопротивление R [Ом] ·         работа  А   [Дж] ·         мощность  Р  [Вт]
Формулы ;    ;     Работа и мощность:	Соединение приборов в электрической цепи Последовательное соединение: I = const; U1+U2+…+Un = U; R1+R2+…+Rn = R Параллельное соединение: U= const;  I1+I2+…+In = I; 1/R1+1/R2+…+1/Rn =1/R

Задание №5

1.       Что такое электрический ток?

2.       Как избирается направление тока?

3.       Что такое сила тока и какими единицами она измеряется?

4.       Что такое электрическое напряжение?

5.       Как определяется сопротивление проводников?

6.       Как формулируется закон Ома?

7.       Какие соединения проводников считаются последовательными, а какие параллельными?

8.       Что такое ток короткого замыкания?

      Конденсатор ёмкостью 100 мкФ заряжается до напряжения 500 В за 0,5 с. Каково среднее значение силы зарядного тока?

      Сколько электронов проходит через поперечное сечение проводника за 1 нс при силе тока 32 мкА?

      Можно ли включать в сеть с напряжением 220 В реостат, на котором написано (30 Ом, 5А);  (2000 Ом  0,2 А)?

$     Найти силу тока в стальном проводнике длиной 10 м и сечением 2 мм², на который подано напряжение 12 мВ.
(ρ_стали = 12∙10^-8 Ом/м)

Задание №6

                  На рисунке приведена схема участка электрической цепи. Сопротивление всех резисторов этого участка одинаково и равно 10 Ом. Определите значение сопротивление участка цепи в том случае, когда будут замкнуты ключи К₃ и К₄ (К₃ и К₁) зарисовать эквивалентные схемы.

                  Какие ключи необходимо замкнуть, чтобы сопротивление участка цепи составило 20 Ом?

                  К источнику с ЭДС 12 В и внутренним сопротивлением 1 Ом подключён реостат, сопротивление которого 5 Ом. Найти силу тока в цепи и напряжение на зажимах источника.

Задание №7

1.                   Как можно определить работу электрического тока?

2.                   Что такое мощность и как она определяется?

3.                   Какими единицами измеряются работа и мощность тока?

4.                   Какое количество тепла выделяет 25-ваттная лампочка за каждую секунду?

5.                   Объясните, почему провода, ведущие ток к электрической лампочке, практически не нагреваются, в то время как нить лампочки раскаляется добела?

6.                   Освещение квартиры требует 5 А при 127 В. Какая мощность в киловаттах при этом расходуется?

                  Дуговая лампа, подсоединённая к генератору,  потребляет ток силой 10 А, при напряжении 100 В. Рассчитайте мощность, потребляемую лампой. Вычислите количество теплоты, которое выделяется в лампе за 10 минут работы.

                  Электродвигатель подключён к источнику постоянного тока напряжением 220 В. Сила потребляемого тока 10 А. Вычислите количество и стоимость электроэнергии, израсходованной за 5 ч работы электродвигателя. Тариф примите 25 коп. за 1 кВт∙ч.

Электрический ток в различных средах.

Носители тока: ·         электроны ·         дырки ·         ионы	Формулы ·         закон Фарадея: m = k∙I∙Δt k – электрохимический эквивалент  ·         , n - валентность ·                        сила тока I = q∙n∙V∙S ·                        сопротивление проводника в зависимости от температуры: ρ = ρ0(1+α∙Δto)
среды ·   металл ·   полупроводник ·   электролит ·   плазма ·   газ ·   вакуум	понятия собственная проводимость примесная проводимость сверхпроводимость электролиз эмиссия

Задание №8

1.       От чего и как зависит сопротивление проводников при постоянной температуре?

2.      Происходит ли диссоциация в растворе, в котором тока нет?

3.      Каким образом, опустив два провода от батарейки в стакан с водой, можно узнать, существует ли между ними напряжение?

4.            Электрическую лампу включили в сеть последовательно с электролитической ванной, наполненной слабым раствором поваренной соли. Изменится ли накал лампочки, если добавить в раствор ещё некоторое количество соли

5.            Благодаря каким частицам создаётся электрический ток в электронно-лучевой трубке? Как эти частицы попадают в трубку?

6.       В чём различие при образовании ионов в газах и в электролитах?

7.       Если газ охладить, то он теряет электропроводимость. Почему?

8.       Долгое время считалось, что воздух проводит электричество. Но затем было обнаружено, что если к заряженному электроскопу поднести свечу, то он достаточно быстро разрядится. Благодаря какому из видов газовых разрядов электроскоп теряет заряд?

9.       Чем отличается разряд, описанный в условии предыдущей задачи, от коронного разряда? При каких условиях возможен переход от одного вида разряда к другому?

þ  Вычислите значение силы тока, при которой протекал электролиз, если за 10 минут на электроде выделилось 0,36 г меди. (электрохимический эквивалент рассчитать для двухвалентной меди Cu²⁺)

Задание №9

1.       Как зависит сопротивление полупроводников от температуры?

2.       Какие носители заряда образуют электрический ток в полупроводнике с собственной проводимостью?

3.       Какие носители заряда являются основными в полупроводнике р-типа (n – типа)?

4.       Какими свойствами обладает р-n переход?

5.            Известно, что полупроводниковые материалы широко применяются во всех радиоустройствах, телевизорах, компьютерах. А знаете ли вы каким типом проводимости обладают полупроводниковые материалы без примесей?

6.       Если есть два резистора: обычный и полупроводниковый (термистор). Их значение сопротивления при комнатной температуре одинаковы. Как определить, какой из них изготовлен из полупроводника?

            Каким типом проводимости будет обладать германий, если к нему добавить в небольших количествах фосфор?

            Почему свободные носители заряда не могут удержаться в области р-n перехода?

$     Придумайте схему охранной сигнализации на случай пожара на основе полупроводников.

ПРИЛОЖЕНИЕ

 Диэлектрические проницаемости веществ (ε)

Винипласт      .......3,5                             Парафинированная

Вода       ..................81                            бумага..........   2,2

Керосин      …........2,1                            Слюда.........    6

Масло.....................2,5                             Стекло.........   7

Парафин..................2                               Текстолит......7

Удельное сопротивление ρ (при 20 °С) и температурный коэффициент сопротивления α металлов и сплавов

Электрохимические эквиваленты, мг/Кл (10-⁶ кг/Кл)

Алюминий    (А1³⁺)… 0,093           Никель   (Ni²⁺)......0,30

Водород       (Н⁺)     ....   0.0104       Серебро   (Ag⁺).....1,12

Кислород     (О^2-)    ....   0,083          Хром   (Сг³⁺)......0,18

Медь             (Си²⁺).....0 33               Цинк   (Zn²⁺)......0,34

Олово            (Sn²⁺).....0,62