Решение
задач С1(№ 28). 12 февраля 2015.
С1_1.
Ток
через вольтметр практически не течет, а сопротивление амперметра пренебрежимо
мало.
2.
Сила тока в цепи определяется законом Ома для замкнутой (полной)
цепи:
В
соответствии с законом Ома для участка цепи напряжение, измеряемое
вольтметром: U = I ( R1 + R2 ) = ε − Ir .
3.
При перемещении движка реостата вправо его сопротивление
уменьшается,
что приводит к уменьшению полного сопротивления цепи.
Сила
тока в
цепи при этом растет, а напряжение на батарее уменьшается.
С1_2. Около
небольшой металлической пластины, укрепленной на изолирующей подставке,
подвесили на шелковой нити легкую металлическую незаряженную гильзу. Когда пластину
подсоединили к клемме высоковольтного
выпрямителя,
подав на нее положительный заряд, гильза пришла в движение. Опишите движение
гильзы и объясните его.
Под
действием электрического поля пластины изменится распределение электронов в
гильзе и произойдет ее электризация: та ее сторона, которая ближе к пластине,
будет иметь отрицательный заряд, а противоположная сторона — положительный. Поскольку
сила взаимодействия заряженных тел уменьшается с ростом расстояния между ними,
притяжение к пластине левой стороны гильзы
будет
больше отталкивания правой стороны гильзы, и гильза будет
двигаться
к пластине, пока не коснется ее. В момент касания часть электронов перейдет с
гильзы на положительно заряженную пластину, гильза приобретет положительный заряд
и оттолкнется от одноименно заряженной пластины. Гильза
отклонится
вправо и зависнет в положении, когда равнодействующая всех
сил
равна нулю.
С1_3.
В
схеме, показанной на рисунке, сопротивления резисторов одинаковы.
Как
изменится напряжение между обкладками конденсатора в результате
замыкания
ключа К? Внутреннее сопротивление источника равно нулю.
Ответ
поясните, указав, какие физические закономерности вы
использовали
для объяснения.
1)
Ответ: напряжение на обкладках конденсатора уменьшится вдвое.
2)
В случае разомкнутого ключа напряжение на обкладках конденсатора
равно
ε, так как внутреннее сопротивление источника тока равно 0.
3)
Резисторы в цепи включены последовательно. Поэтому при замкнутом
ключе
напряжение на обкладках конденсатора равно напряжению на
параллельно
подключенном резисторе, которое, в свою очередь, по закону
Ома
равно U =ε/2 .
С1_4.На трех параллельных металлических
пластинах
большой площади
располагаются заряды, указанные
на рисунке. Какой заряд
находится на левой плоскости первой пластины?
Суммарное электрическое
поле внутри первой пластины должно быть
равно нулю, иначе в ней будет течь ток. Значит,
поле зарядов,
расположенных левее
этого массива, должно компенсироваться полем
зарядов, расположенных справа
от него.
Поэтому, во-первых,
суммарный заряд всех трех пластин должен быть
распределен так, что
суммарный «левый» заряд равен (по величине и по
знаку) суммарному
«правому» заряду.
Во-вторых, суммарный
заряд всех трех пластин равен нулю:
q-3q+2q=0. Значит, слева от проводящего массива первой пластины
(как и справа от него)
должен располагаться суммарный нулевой заряд.
Это достигается в том
случае, когда на левой поверхности первой
пластины находится
заряд 0.
Решение задач части С2(25). 12 февраля 2015.
С2_1.Тело, свободно падающее с высоты 7,8
м, первый участок пути от начала движения проходит за время τ, а такой же
участок в конце – за время 0,5τ.
Найдите
τ.
С2_2.Маленький шарик падает сверху на
наклонную плоскость и упруго
отражается от неё. Найдите скорость шарика в момент
его следующего
удара о плоскость. Угол наклона плоскости к горизонту равен
30°.
Скорость шарика в момент первого удара направлена
вертикально вниз и
равна 1 м/с.
С2_3. На
границе раздела керосина и ртути плавает однородный сплошной цилиндр (см. рисунок).
Доля объема цилиндра, которая находится выше границы раздела жидкостей, α
= 0,367. Какова плотность цилиндра ρ?
ρ1 – плотность керосина,
ρ2 – плотность ртути.
Условие плавания тел: ρVg = ρ1V1g
+ ρ2V2g,
где V – объем цилиндра, V1 и V2 – соответственно
объемы верхней и
нижней частей цилиндра, причем V1 + V2
= V.
Поскольку α = V1/V , тогда находим плотность
цилиндра:
ρ = ρ2 − α(ρ2 − ρ1).
Ответ: ρ ≈ 8900 кг/м3.
№ 29
Решение задач части С3(30). 12 февраля 2015.
С3_1.В горизонтально расположенной
трубке постоянного сечения, запаянной с одного конца, помещен столбик ртути
длиной 15 см, который отделяет воздух в трубке от атмосферы. Трубку
расположили вертикально запаянным концом вниз и нагрели на 60 К. При этом
объем, занимаемый воздухом, не изменился. Давление атмосферы в лаборатории –750
мм рт.ст. Какова температура воздуха в лаборатории?
Рис 1. Рис 2
В
начальный момент времени давление воздуха в правой (закрытой части трубки
равно атмосферному). Когда трубку перевернули – давление воздуха (он теперь
внизу трубки) равно атмосферному давлению + давление столбика ртути : p = p0
+ h , где
p0 = 750 мм рт.ст, h = 150 мм
рт. ст.
Поскольку
нагревание воздуха в трубке происходит до температуры T = T0 + ΔT = T0
+ 60 и первоначального объема, то по уравнению Клапейрона -Менделеева: p0
V=ν RT (p0
+ h)V= ν R(T + 60)
Ответ: T0 = 300 К.
С3_2. В
калориметре находился лед при температуре − 5°С. Какой была масс льда, если
после добавления в калориметр 15 г воды, имеющей температуру 20°С, и
установления теплового равновесия температура содержимого калориметра оказалась
равной − 2°С? Теплообменом с окружающей средой и теплоемкостью калориметра
пренебречь.
Количество
теплоты, необходимое для нагревания льда, находящегося в калориметре, до
температуры t: Q = c1m1(t − t1).
Количество
теплоты, отдаваемое водой при охлаждении ее до 0 °С:
Q1
= c2m2 (t2 − 0).Количество теплоты,
выделяющейся при отвердевании воды при 0 °С: Q2 = λm2.
Количество
теплоты, выделяющейся при охлаждении льда, полученного из
воды,
до температуры t: Q3 = c1m2 (0 − t).
Уравнение
теплового баланса: Q = Q1 +Q2 +Q3 .
С3_3.
Воздушный шар, оболочка которого имеет массу M = 145
кг, наполняется горячим воздухом, нагретым до температуры t = 265 °С. Определите
минимальный объем шара, при котором он начнет подниматься, если
температура окружающего воздуха t0 = 0 °С и давление 105
Па? Оболочка шара нерастяжима и имеет в нижней части небольшое отверстие.
Условие,
соответствующее подъему шара FАрх ≥ Mg + mg ,
где
М – масса оболочки, m – масса воздуха внутри оболочки, или
ρ0gV
≥ Mg + ρgV ⇒ρ0V
≥ M + ρV ,
где
ρ0 – плотность окружающего воздуха, ρ – плотность воздуха внутри
оболочки,
V – объем шара.
Для
воздуха внутри шара:
С3_4.
Одноатомный идеальный газ неизменной массы совершает
циклический
процесс, показанный на рисунке. Газ отдает за цикл
холодильнику
количество теплоты |Qх| = 8 кДж. Чему равна работа
газа за цикл?
За
цикл количество теплоты, отданное холодильнику:
|Qх|
= (U2 – U3) + |A23| = (3/2)(νRT2 –
νRT3) + (1/2)(p0 + 2p0) 2V0 =
=
(3/2)(2p0 3V0 – p0V0) + 3p0V0
= (21/2)p0V0.
Работа
газа за цикл Aц = (p0/2) 2V0 = p0V0.
Отсюда
Ац = (2/21) |Qх| ≈ 760 Дж. Ответ: Ац ≈ 760 Дж.
С3_5.
С3_6.
Решение задач части С4 .
C4_1.По
прямому горизонтальному проводнику длиной L = 1 м с площадью поперечного
сечения 1,25*10–5 м2, подвешенному с помощью двух
одинаковых невесомых пружинок жесткостью 100 Н/м, течет электрический ток I =
10 А. При включении вертикального магнитного поля с индукцией B = 0,1 Тл
проводник отклонился от исходного положения так, что оси пружинок составляют
с вертикалью угол α (см. рисунок). Абсолютное удлинение каждой из пружинок при
этом составляет 7·10–3 м. Определите плотность материала ρ
провода.
С4_2.
Положительно заряженная пылинка, имеющая массу 10–8 г,
влетает в
электрическое поле конденсатора в точке, находящейся
посередине между его пластинами (см. рисунок). Минимальная скорость, с которой
пылинка должна влететь в конденсатор, чтобы затем пролететь его насквозь, равна
30 м/с. Длина пластин конденсатора 10 см, расстояние между пластинами
1 см, напряженность электрического поля внутри
конденсатора 500 кВ/м. Чему равен заряд частицы? Силой тяжести пренебречь.
Система находится в вакууме.
С4_3.
В электрической
цепи, показанной на рисунке, ЭДС источника тока равна 4,5 В; емкость конденсатора
2 мФ; индуктивность катушки
20
мГн и сопротивление лампы 5 Ом. В начальный момент времени ключ К замкнут. Какая
энергия выделится в лампе после размыкания ключа? Внутренним сопротивлением
источника тока пренебречь. Сопротивлением катушки и проводов пренебречь.
Пока
ключ замкнут, через катушку L течет ток I,
определяемый
сопротивлением
лампочки,
конденсатор
заряжен до напряжения: U = ε. Энергия электромагнитного поля в катушке L:
Энергия
электромагнитного поля в конденсаторе
После
размыкания ключа вся энергия, запасенная в конденсаторе и
катушке,
выделится в лампе:
С4_4.Конденсатор емкостью 2 мкФ присоединен к
источнику постоянного тока с ЭДС 3,6 В и внутренним сопротивлением 1 Ом.
Сопротивления резисторов R1 = 4 Ом, R2 = 7 Ом, R3
= 3 Ом. Каков заряд на левой обкладке конденсатора?
С4_5.
Электрическая цепь состоит из источника тока и
реостата. Внутреннее
сопротивление источника r = 2 Ом. Сопротивление
реостата можно
изменять в пределах от 1 Ом до 5 Ом. Максимальная
мощность тока Рmax, выделяемая на реостате, равна 4,5 Вт. Чему равна ЭДС
источника?
Мощность,
выделяемая в цепи, Р = IU = I(ℰ – Ir).
Корни уравнения I(ℰ – Ir) = 0: I1
= 0,I2 = ℰ /r.
Поэтому
максимум функции P(I) достигается при I = ℰ /(2r) и равен
Pmax =ℰ2/(4r) =4,5
(Вт). Поэтому ℰ2=4r Pmax,
откуда ℰ=6В.
Ответ:
ℰ = 6 В.
С4_6.
С4_7.
А25
ЭДС= U конд + Uрезисторе Uрезисторе =IR
Решение задач С5 13 марта 2014.
C5_1.В
идеальном колебательном контуре амплитуда колебаний силы тока в катушке
индуктивности Im = 5 мА, а амплитуда напряжения на конденсаторе U =
2,0 В. В момент времени t напряжение на конденсаторе равно 1,2 В.
Найдите силу тока в катушке в этот момент.
Тогда:
С5_2.Плоская горизонтальная фигура площадью
0,1 м2, ограниченная
проводящим контуром, с сопротивлением 5 Ом,
находится в однородном
магнитном поле. Пока проекция магнитной индукции на
вертикальную ось О z медленно и
равномерно убывает от некоторого начального значения B1z до
конечного значения B2z = – 0,1
Тл, по контуру протекает заряд
0,008 Кл. Найдите B1z, если ось
Oz
перпендикулярна плоскости фигуры.
С5_3.Тонкий алюминиевый брусок прямоугольного
сечения, имеющий длину
L = 0,5 м, соскальзывает из состояния покоя по
гладкой наклонной плоскости из диэлектрика в вертикальном магнитном
поле индукцией В = 0,1 Тл (см. рисунок). Плоскость
наклонена к горизонту под углом α = 30°. Продольная ось бруска при движении
сохраняет
горизонтальное направление. В момент, когда брусок
пройдет по
наклонной плоскости расстояние l, величина ЭДС
индукции на концах
бруска ε = 0,17 В. Найдите l.
С5_4.
С5_5.
Электроны,
вылетевшие в положительном направлении оси OX под действием света с
катода фотоэлемента, попадают в электрическое и магнитное поля (см. рисунок).
Какой должна быть частота падающего света
ν,
чтобы в момент попадания самых быстрых электронов в область полей действующая
на них сила была направлена против оси OY? Работа выхода для
вещества катода 2,39 эВ, напряжённость электрического поля 3 · 102
В/м, индукция магнитного поля 10−3 Тл.
С5_6.Небольшой груз,
подвешенный на длинной нити, совершает гармонические колебания с амплитудой 0,1
м. При помощи собирающей линзы с фокусным расстоянием 0,2 м изображение
колеблющегося груза проецируется на экран, расположенный на расстоянии 0,5 м от
линзы. Главная оптическая ось линзы перпендикулярна плоскости колебаний
маятника и плоскости экрана. Максимальная скорость изображения груза на экране
равна 0,3 м/с. Какова длина нити подвеса?
С5_7.
С5_8. Плоская катушка
диаметром 6 см, состоящая из 120 витков, находится в однородном магнитном поле,
индукция которого 6⋅10–2
Тл. Катушка поворачивается вокруг оси, перпендикулярной линиям индукции, на угол
180° за 0,2 с. Плоскость катушки
до и после поворота перпендикулярна
линиям
индукции поля. Чему равно среднее значение ЭДС индукции,
возникающей
в катушке?
Решение задач С6 13 марта 2014.
C6_1.Образец,
содержащий радий, за 1 с испускает 3,7⋅1010 α-частиц,
обладающих импульсом 1,0⋅10–19
кг⋅м/с. За
какое время выделится энергия
100 Дж? Масса α-частиц
равна 6,7⋅10–27 кг.
Энергией отдачи ядер,
γ-излучением и релятивистскими эффектами пренебречь.
С6_2. Препарат
активностью 1,7⋅1011
частиц в секунду помещен в медный контейнер массой 0,5 кг. За 30 мин
температура контейнера повышается на 1,3 К. Найдите энергию α-частицы, считая,
что энергия всех α-частицполностью переходит во внутреннюю энергию.
Теплоемкостью препаратаи теплообменом с окружающей средой пренебречь.
За
время Δt в препарате выделяется количество теплоты Q = A⋅ε⋅Δt, где
А
– активность препарата, ε – энергия α-частицы, Δt – время.
Изменение
температуры контейнера определяется равенством
Q
= с⋅m⋅ΔT, где с
– удельная теплоемкость меди, m – масса контейнера, ΔТ
–
изменение температуры контейнера.
Выделившееся
количество теплоты идет на нагревание контейнера.
С6_3.
Уровни
энергии электрона в атоме водорода задаются формулой
, где n = 1, 2, 3,
… . При переходе атома из состояния Е2 в
состояние
Е1 атом испускает фотон. Попав на поверхность фотокатода,
фотон
выбивает фотоэлектрон. Длина волны света, соответствующая
красной
границе фотоэффекта для материала поверхности фотокатода,
λкр
= 300 нм. Чему максимальная
возможная скорость фотоэлектронов?
С6_4.
На
рисунке представлены энергетические уровни
электронной
оболочки атома и указаны частоты
фотонов,
излучаемых и поглощаемых при
переходах
между этими уровнями. Какова
частота
ν24, если ν13 = 7·1014 Гц, ν32 =
3·1014 Гц, а
при
переходе с уровня Е4 на уровень Е1
излучаются
фотоны длиной волны λ = 360 нм?
С6_5. Пациенту
ввели внутривенно V0 = 1 см3 раствора, содержащего изотоп
2411Na, общей активностью а0 = 2000 распадов в
секунду. Период
полураспада
изотопа равен 15,3 ч. Какова активность такой же по
объему
пробы крови пациента через t = 3 ч 50 мин, если общий объем его
крови
V = 6 л?
Активность
всего объема крови пациента по прошествии времени t равна
a(t) = a02-t/T
Активность
образца крови в момент времени t:
С6_6.
С6_7.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.