- 11.01.2016
- 124289
- 3202
Смотреть ещё
2 277
методических разработок по физике
Перейти в каталогКяхтинский филиал
Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение
«Байкальский базовый медицинский колледж
Министерства Здравоохранения Республика Бурятия»
Учебно-практическое пособие по дисциплине «Физика».
Учебное пособие для самостоятельной работы студентов 1 курса.
ГАПОУ «ББМКМЗРБ» специальности 34.02.01 «Сестринское дело»
Автор-составитель: Максимова Сэсэгма Дугаровна
г. Кяхта 2015 г.
Настоящее учебно-практическое пособие по физике «Сборник задач по дисциплине «Физика» составлено в соответствии с действующей программой. Цель пособия – активизировать самостоятельную работу студентов, способствовать выработке у них прочных теоретических знаний, умений и навыков, которые будут использованы ими в будущей профессиональной деятельности.
Рецензент:
Лысенок Елена Леонидовна - методист КФ ГАПОУ «ББМКМЗРБ
Содержание
Кинематика |
4 |
Динамика |
8 |
Законы сохранения в механике |
11 |
Колебания и волны |
14 |
Основы молекулярной физики |
17 |
Основы термодинамики |
19 |
Законы Кулона. Напряженность |
21 |
Конденсаторы |
24 |
Законы Ома |
27 |
Постоянный ток |
29 |
Сила Ампера. Сила Лоренца |
32 |
Электромагнетизм |
34 |
Оптика |
36 |
Квантовая физика |
39 |
Физика атома и атомного ядра |
42 |
Пояснительная записка
Сборник задач по физике предназначен для студентов 1 курса ГАПОУ «ББМК МЗ РБ» специальности 34.02.01 Сестринское дело. Данное пособие может быть использовано для студентов СПО других учебных заведений.
Предлагаемое пособие основано на знаниях и умениях, полученных студентами при изучении физики на теоретических занятиях.
Данное пособие ориентировано на развитие у студентов интереса к занятиям, на организацию самостоятельного познавательного процесса и самостоятельной практической деятельности.
В пособии подобраны задачи по всем темам курса физики. Внутри каждой темы представлены задачи, расположенные по принципу нарастания степени сложности. Кроме того, в пособии даны общие методические указания по решению и оформлению задач, а краткое изложение основных теоретических понятий, законов и формул позволяет оказать максимальную помощь студентам при решении задач.
Кинематика
Теория:
Кинема́тика— раздел
механики, изучающий математическое описание (средствами геометрии, алгебры,
математического анализа…) движения идеализированных тел (материальная точка,
абсолютно твердое тело, идеальная жидкость), без рассмотрения причин движения
(массы, сил и т. д.). Исходные понятия кинематики — пространство и время.
Например, если тело движется по окружности, то кинематика предсказывает
необходимость существования центростремительного ускорения без уточнения того,
какую природу имеет сила, его порождающая. Причинами возникновения
механического движения занимается другой раздел механики — динамика.
Главной задачей кинематики является математическое (уравнениями, графиками,
таблицами и т. п.) определение положения и характеристик движения точек или тел
во времени. Любое движения рассматривается в определённой системе отсчёта.
Также кинематика занимается изучением составных движений (движений в двух
взаимно перемещающихся системах отсчёта).
УСКОРЕНИЕ. РАВНОУСКОРЕННОЕ ДВИЖЕНИЕ
Равноускоренным называется движение, при котором скорость тела за любые равные промежутки времени изменяется одинаково.
Ускорением тела называют отношение изменения скорости тела ко времени, за которое это изменение произошло.
Ускорение характеризует быстроту изменения скорости.
Ускорение - векторная величина. Оно показывает, как изменяется мгновенная скорость тела за единицу времени.
Зная начальную скорость тела и его ускорение, из формулы (1) можно найти скорость в любой момент времени:
Для этого уравнение нужно записать в проекциях на выбранную ось:
Vx=V0x+ axt
Графиком скорости при равноускоренном движении является прямая
ПЕРЕМЕЩЕНИЕ И ПУТЬ ПРИ ПРЯМОЛИНЕЙНОМ РАВНОУСКОРЕННОМ ДВИЖЕНИИ
Предположим, что тело совершило перемещение за время t, двигаясь с ускорением . Если скорость изменяется от до и учитывая, что,
получим
Используя график скорости, можно определить пройденный телом за известное время путь - он численно равен площади заштрихованной поверхности.
СВОБОДНОЕ ПАДЕНИЕ ТЕЛ
Движение тел в безвоздушном пространстве под действием силы тяжести называют свободным падением .
Свободное падение - это равноускоренное движение. Ускорение свободного падения в данном месте Земли постоянно для всех тел и не зависит от массы падающего тела: g = 9,8 м/с 2 .
Для решения различных задач из раздела "Кинематика" необходимы два уравнения:
Примеры решения задач.
Задача№1: Тело, двигаясь равноускоренно из состояния покоя, за пятую секунду прошло путь 18 м. Чему равно ускорение и какой путь прошло тело за 5 с?
За пятую секунду тело прошло путь s = s 5 - s 4 и s 5 и s 4 - расстояния, пройденные телом соответственно за 4 и 5 с.
Ответ: тело, двигаясь с ускорением 4 м/с 2 , за 5 с прошло 50 м.
Задача№2: С подводной лодки, погружающейся равномерно, испускаются звуковые импульсы длительностью t1 = 30,1 с. Длительность импульса, принятого на лодке после его отражения от дна, равна t2 = 29,9 с. Определите скорость погружения лодки v. Скорость звука в воде с = 1500 м/с.
Решение.
Звуковой импульс не является материальной частицей, однако уравнения движения звукового импульса такие же, как и у материальной точки, поэтому можно применять законы кинематики материальной точки.
За время t1 лодка переместится на расстояние vt1, поэтому расстояние в воде между началом импульса и его концом равно
L = ct1 – vt1.
Такая длина сигнала сохранится и после отражения от дна. Прием импульса закончится в тот момент, когда лодка встретится с задним концом импульса. Поскольку скорость их сближения равна с + v, то продолжительность приема равна
t2 = L/(c + v)
Решая эти уравнения совместно, получим
v = = 5 м/с. Ответ: 5 м/с
Задачи для самостоятельного решения:
Литература:
Динамика
Теория:
Динамика исследует причины движения тел. Известно, что любое тело изменяет свою скорость в результате взаимодействия с другими телами. Сила есть характеристика взаимодействия. Обычно сила обозначается буквой F . Если на тело действует несколько сил, то они складываются как векторы. Сумма всех сил действующих на тело, называется равнодействующей R Масса есть характеристика инертности. Обычно масса обозначается буквой m. Масса — суть скаляр, сила — суть вектор. В основе динамики лежат три закона Ньютона. Первый закон Ньютона утверждает, что существуют такие системы отсчета, в которых, если на тело не действуют никакие внешние силы, оно движется равномерно и прямолинейно. Такие системы отсчета называют инерциальными. Второй закон Ньютона утверждает, что, если на тело массой m действует сила F, то ускорение тела а будет равно
Третий закон Ньютона утверждает, что, если на тело A со стороны тела B действует сила FBA, то на тело B со стороны тела A действует сила Fab , причем Виды сил:
1. Сила упругости. Эта сила возникает при деформации тела. Свойство силы упругости F таково, что при небольших деформациях Δх , F пропорционально Δx и направлена против деформации. Коэффициент пропорциональности к носит название коэффициента жесткости. Таким образом,
2. Гравитационная сила. Известно, что все тела притягиваются друг к другу с силой F пропорциональной массе каждого тела m1 и m2 и обратно пропорциональной квадрату расстояния R между телами.
G = 6,672⋅10-11 Нм2/кг2.
где R0 — радиус Земли, M — масса Земли. Ускорение свободного падения g не зависит от массы притягиваемого тела, поэтому все тела падают с одинаковым ускорением. На поверхности Земли, где Н равно нулю, g≈9,8 м/с2.
3. Вес тела. Весом тела P называют силу, которая давит на опору или растягивает подвес. Эта сила вообще приложена не к телу, а к опоре или подвесу; на тело же действует нормальная реакция опоры или сила натяжения нити. Вес тела может быть равен силе тяжести, а может быть и не равен. Например, если тело лежит на горизонтальной плоскости, то вес тела равен силе тяжести, а если на наклонной, то нет.
4. Сила трения. Силой трения FTP называют силу, которая препятствует движению, т.е. направлена против скорости, и равна
Примеры решения задач.
Задача №1. После удара футболиста неподвижный мяч массой 500 г получает скорость 10 м/с. Определите среднюю силу удара, если он длился в течение 0,5 с.
Дано: m = 500 г
F - ? |
СИ: 0,5 кг
|
Решение: Среднюю силу удара можно найти, используя 2 закон Ньютона , а ускорение тела . Тогда второй закон можно записать в виде: Ответ: |
Задача № 2. Найти проекцию силы, действующей на тело массой 500 кг, если оно движется прямолинейно и его координата изменяется по закону:
Дано: m = 500 кг
F - ?
|
Решение: Уравнение прямолинейного равноускоренного движения имеет вид: . Из уравнения данного движения следует, что ускорение тела равно 2 м/с2. Тогда согласно 2 закона Ньютона Ответ: |
Задачи для самостоятельного решения:
13. В сосуде находится сыворотка крови , плотность которой 1026 кг/м³ и КПН, который равен 6х10-2 Н/м. На глубине 25 см от поверхности жидкости образовался пузырек воздуха д=10 мкм. Определите давление воздуха в пузырьке, если атмосферное давление равно 750 мм рт ст.
14. Найдите кинетическую энергию объема крови, протекающего за одну минуту со скоростью 0,4 м/с через артерию диаметром 3 мм.
15. Определите абсолютное удлинение сухожилия длиной 4 мм и площадью сечения 10-6 м² под действием силы 320Н. Модуль упругости сухожилия принять равным 109Па. Считать сухожилие абсолютно упругим телом…
Литература:
Законы сохранения в механике
Теория:
Сила и импульс:
|
Закон сохранения импульса:
|
Механическая работа:
A = Fs cos α |
Мощность:
|
Кинетическая энергия:
|
Теорема о кинетической энергии:
A = Ek2 – Ek1. |
Потенциальная энергия:
|
Закон сохранения энергии в механических процессах:
Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2.
|
Задача: Взрыв изнутри раскалывает кусок скалы на три части. Два куска летят под прямым углом друг к другу. Масса первого обломка 100 килограмм, его скорость - 12 м/с, масса второго - 250 килограмм, его скорость 8 м/с. Третий обломок отлетел со скоростью 10 м/с. Какова его масса?
Решение
Наша механическая система состоит из трех тел. Поскольку изменение импульса
системы может происходить только под действием внешних сил, запишем:
Dm1v1+ Dm2v2+ Dm3v3=
(F1+F2+F3)Dt. В этой задаче внешней силой
является сила тяжести. Но, поскольку время разрыва очень мало, то импульс
внешней силы посчитаем равным нулю. Таким образом, можно считать нашу систему
замкнутой и применить к ней закон сохранения импульса. До разрыва тела, составляющие
механическую систему, покоились, значит, суммарный импульс системы был равен
нулю. По закону сохранения импульса имеем:
m1v1+m2v2+ m3v3=0.Для
определения направления движения третьего куска выясним, как направлен его
импульс (см. рисунок). Учитывая, что закон сохранения импульса имеет векторный
характер, импульсы тел следует складывать как вектора.
m1v1=1200кг·м/сек.,
m2v2=2000кг·м/сек.,
m3v3=(1,44·106+ 4·106)0.5=2332,38
кг·м/сек., откуда m3=233,238 кг.
Ответ: 233,238 кг
Задачи для самостоятельного решения:
1.Два шара с одинаковыми массами m двигались навстречу друг другу с одинаковыми скоростями v. После неупругого соударения оба шара остановились. Чему равно изменение суммы импульсов двух шаров после столкновения?
2. Два шара с одинаковыми массами m движутся перпендикулярно друг другу одинаковыми скоростями v. Чему равен их суммарный импульс после неупругого удара?
3. Два шара с одинаковыми массами 3 кг движутся во взаимно перпендикулярных направлениях со скоростями 3 м/с и 4 м/с. Чему равна величина полного импульса этой системы?
4. На тело массой 2 кг, движущегося со скоростью 1 м/с, начала действовать постоянная сила. Каким должен быть импульс этой силы, чтобы скорость тела возросла до 6м/с?
5. Мальчик везёт санки с постоянной скоростью. Сила трения санок о снег равна 30 Н. Мальчик совершил работу, равную 30 Дж. Определите пройденный путь.
6.При открывании двери пружину жёсткостью 50 кН/м растягивают на 10 см. Какую работу совершает пружина, открывая дверь?
7. Вагон массой 20 т, движущийся со скоростью 0,3 м/с. Догоняет вагон массой 30 т, движущийся со скоростью 0.2 м/с. Найдите скорость вагонов после их взаимодействия, если удар неупругий.
8. Пуля массой 10 г попадает в деревянный брусок, лежащий на гладкой поверхности, и застревает в нём. Скорость бруска после этого становится равной 8 м/с. Масса бруска в 49 раз больше массы пули. Определите скорость пули до попадания в брусок.
9. Спортсмен поднимает гирю массой 16 кг на высоту 2 м, затрачивая на это 0,8 с. Какую мощность при этом развивает спортсмен?
10.Тело массой 100г движется по окружности со скоростью 0,4 м/с. Определите модуль изменения импульса за половину периода.
11. Представляя тело человека в виде цилиндра, радиус которого R=20 см, высота h=1,7 м, и масса m= 70 кг, определите момент инерции человека в положении стоя и лежа относительно вертикальной оси, проходящей через центр цилиндра.
Литература:
Колебания и волны
Теория:
Колебания, рассматриваемые в разделе «Механика», называются механическими, при которых рассматириваются изменения положений, скоростей,ускорений и энергий каких-либо тел или их частей.
Силу, под действием которой происходит колебательный процесс, называют возвращающей силой.
|
||||
.
Простейшим видом периодических колебаний являются гармонические колебания, происходящие по закону синуса или косинуса. Гармоническая колебательная система (система тел, совершающих колебания) обычно имеет одно положение, в котором может пребывать сколь угодно долго – положение равновесия О.
Отклонения от положения равновесия называют смещением, и обозначается Х, а наибольшее смещение (точки В или С) называется амплитудой колебания и обозначается А. Периодические колебания совершаются циклично. Движение в течение одного цикла (когда тело, пройдя все промежуточные положения, возвращается в исходное) называется полным колебанием (О-С-О-В-О). Время одного полного колебания называется периодом колебания (обозначается Т). Если тело за время t совершает nполных колебаний то , а и называется частотой колебаний. Число колебаний за 2π единиц времени называется циклической (круговой) частотой и обозначается ω: Математическая запись гармонического колебания:
где – фаза колебания (физическая величина, определяющая положение колебательной системы в данный момент времени),φ0 – начальная фаза колебания Простейшими колебательными системами являются: а) математический маятник – материальная точка, подвешенная на невесомой нерастяжимой нити и совершающая колебания под действием силы тяжести. Период колебания определяется уравнением: . Период Т зависит лишь от длины маятника и местоположения (удалённости от центра Земли или другого небесного тела), которое определяется величиной ускорения свободного падения ; б) пружинный маятник – материальная точка, закреплённая на абсолютно упругойпружине. Период колебания определяется уравнением:.
Задача: |
||||
Дано:
Найти: m
Решение.
Ответ: m = 0,2 кг.
Задачи для самостоятельного решения:
1.Найти массу груза, который на пружине жёсткостью 250Н/м делает 20 колебаний за 16 с.
2. Груз, подвешенный на пружине жёсткостью 600Н/м, совершает гармонически колебания. Какой должна быть жёсткость пружины, чтобы частота колебаний уменьшилась в 2 раза?
3. Пружинный маятник массой 0,16 кг совершает гармонические колебания. Какой должна стать масса этого маятника, чтобы период колебаний увеличился в 2 раза?
4. Как изменится период колебаний математического маятника, если длину нити увеличить в4 раза, а массу груза уменьшить в 4 раза?
5. Девушка-горянка несёт на коромысле вёдра с водой, период собственных колебаний которых 1,6 с. При какой скорости движения девушки вода начнёт особенно сильно выплёскиваться из вёдер, если длина её шага 60 см?
6. Рыболов заметил, что за 10 с поплавок совершил на волнах 20 колебаний, а расстояние между соседними гребнями волн 1,2 м. Какова скорость распространения волны?
7.По поверхности жидкости распространяется волна со скоростью 2,4 м/с при частоте 2 Гц. Какова разность фаз для точек, лежащих на одном луче и отстоящих друг от друга на 90 см?
8. Амплитуда колебаний математического маятника А=10 см. Наибольшая скорость маятника 0,5 м/с. Определите длину такого маятника, если ускорение свободного падения равно 10 м/с2 .
9. Если длину математического маятника уменьшить в 4 раза, то как изменится частота его малых колебаний?
10. Маятник при свободных колебаниях отклонился в крайнее положение 15 раз в минуту. Какова частота колебаний?
11. При свободных колебаниях пружинного маятника максимальное значение его потенциальной энергии 10 Дж, максимальное значение его кинетической энергии10 Дж. Какова полная механическая энергия груза и пружины?
12. Маятник длиной 1 м совершил 60 колебаний за 2 минуты. Найти ускорение свободного падения для данной местности.
13. Человеческое ухо воспринимает упругие волны в интервале частот …… Каким длинам волн соответствует этот интервал в воздухе? В воде? Скорость звука в воздухе и воде соответственно.
14. Длина слухового прохода уха человека (следовательно, и длина резонирующего в нем воздуха) составляет 2,7 см. Определите частоту звука, при которой слышимость будет наилучшей.
15. Для борьбы с уличным шумом (уличный шум составляет 70 дБ) в стенах высотных зданий в Москве вмонтирован асбестоцементно-пористый материал. Почему это препятствует проникновению звука в здание? (громкость 130 дБ ощущается кожей и вызывает ощущение боли).
Литература:
Основы молекулярной физики
Теория:
В основе молекулярно-кинетической теории лежат три основных положения:
Масса одной молекулы m0 выражается формулой
Количеством вещества v называется отношение числа молекул N к числу Авогадро NA :
Концентрацией молекул n называется отношение числа молекул N в объеме V к этому объему V:
Давление p можно выразить следующей формулой
Это уравнение носит название основного уравнения молекулярно кинетической теории (МКТ) газов. Это уравнение можно переписать в виде
Средняя кинетическая энергиягде k—постоянная Больцмана.
уравнение Менделеева-Клапейрона
где — универсальная газовая постоянная.
Задача №1. Определить массу одной молекулы водорода.
Дано: М(H2) = 2∙10-3кг/моль NA = 6,02∙1023моль-1
m0 - ? |
Решение: Масса одной молекулы определяется формулой:, Тогда Ответ: . |
Задача №2. Найти число молекул в 2 кг углекислого газа.
Дано: М(СО2)=44∙10-3кг/моль NA=6,02∙1023моль-1
N - ? |
Решение: Масса одной молекулы углекислого газа . Число молекул равно отношению массы всего газа к массе одной молекулы: Ответ: |
Задачи для самостоятельного решения:
11. Каково гидравлическое сопротивление кровеносного сосуда длиной 0,12 м и радиусом 0,1 мм? Х-? Гидравлическое сопротивление …… Динамическая вязкость крови.
12. Определить максимальное количество крови, которое может пройти через аорту в 1 с, чтобы течение сохранялось ламинарным. Диаметр аорты …..=2 см, вязкость ……
Литература:
Основы термодинамики
Теория:
Внутренняя энергия идеального одноатомного газа прямо пропорциональна его абсолютной температуре. Работа внешней силы, изменяющей объём газа на V, равна A=-pV. Работа самого газа А1 =-А= pV, где p - давление газа. Первый закон термодинамики: изменение внутренней энергии системы при переходе её из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе:U=A+Q/
Внутренняя энергия системы тел изменяется при совершении работы и при передаче количества теплоты. В каждом состоянии система обладает определённой внутренней энергией.
Виды изопроцессов: 1. Изотермический - внутренняя энергия не меняется; 2. Изохорный – объём газа не меняется и поэтому работа газа равна нулю; 3.изобарный-передаваемое газу количество теплоты идёт на изменение его внутренней энергии и на совершение работы при постоянном давлении; 4. Адиабатный – при адиабатном процессе количество теплоты равно нулю.
Примеры решения задач.
Задача №1. Какова внутренняя энергия идеального газа, занимающего при температуре 300 К объём 10 м3, если концентрация молекул 5∙1017м-3?
Дано: Т = 300К V= 10 м3 n = 5∙1017м-3
U = ? |
Решение: Внутренняя энергия газа определяется формулой: . Так как концентрация молекул . С учётом формулы количества вещества ,получаем Ответ: |
Задача №2. При нагревании газа его объём увеличился от 0,06 до 0,1 м3. Какую работу совершил газ при расширении, если давление не изменилось? Давление газа принять равным 4∙105Па.
Дано: Р = 4∙105Па V1 = 0,06 м3 V2 =0,1 м3 А - ? |
Решение: Так как сам газ совершил работу, воспользуемся формулой: . Подставим данные: Ответ: |
Задачи для самостоятельного решения:
1.Какова внутренняя энергия 10 моль одноатомного газа при температуре 270 С?
2. На сколько изменится внутренняя энергия гелия массой 200 г при увеличении температуры на 200 С?
3. Сравнить внутренние энергии аргона и гелия при одинаковой температуре. Массы газов одинаковы.
4. Как изменяется внутренняя энергия одноатомного газа при изобарном нагревании? при изохорном охлаждении? при изотермическом сжатии?
5. Какова внутренняя энергия гелия, заполняющего аэростат объёмом 60 м3 при давлении 100 кПа?
6. При уменьшении объёма одноатомного газа в 3,6 раза его давление увеличилось на 20%. Во сколько раз изменилась внутренняя энергия?
7. Какую работу совершил воздух массой 200 г при его изобарном нагревании на 20К? Какое количество теплоты ему при этом сообщили?
8. Для изобарного нагревания газа, количество вещества которого 800 моль. На 500К ему сообщили количество теплоты 9.4МДж. Определить работу газа и приращение его внутренней энергии.
9. Объём кислорода массой 160 г, температура которого 270 С, при изобарном нагревании увеличился вдвое. Найти работу газа при расширении. Количество теплоты, которое пошло на нагревание кислорода, изменение внутренней энергии.
10. Для получения газированной воды через воду пропускают сжатый углекислый газ. Почему температура воды при этом понижается?
11.Сколько дров надо сжечь в печке с КПД 40%, чтобы получить из 200 кг снега, взятого при температуре -100 С, воду при 200 С?
12. Какая часть количества теплоты, сообщённому одноатомному газу в изобарном процессе, идёт на увеличение внутренней энергии и какая часть на совершение работы?
13. В батискафе содержится 4,2 кг воздуха при давлении 105 Па и температуре 170 С. На сколько времени хватит этого воздуха человеку, если в минуту он потребляет 750 см3? Молекулярная масса воздуха считайте равной 29×10-3 кг/моль.
14. Сколько молекул ртути содержится в 1 м3 воздуха в помещении, зараженном ртутью, при температуре 200С, если давление насыщенного пара ртути при этой температуре 133 мПа?
Литература:
Закон Кулона. Напряжённость
Теория:
При покое зарядов их взаимодействие называют электростатическим (электрическим). При движении зарядов их взаимодействие будет отличаться от электростатического. Дополнительное взаимодействие зарядов, обусловленное их движением, называется магнитным. В общем случае при движении зарядов их взаимодействие является электромагнитным. Сила взаимодействия двух точечных электрических зарядов прямо пропорциональна величине зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. , где q₁ - величина первого заряда (Кл), q₂ - величина второго заряда (Кл), r - расстояние между зарядами (м), k - коэффициент пропорциональности (k = 9·10⁹Н·м² / Кл²).
Условия для выполнения закона Кулона:
Напряженность электрического поля равна отношению силы, с которой поле действует на точечный заряд к этому заряду. .
Примеры решения задач.
Задача №1. С какой силой взаимодействуют два маленьких шарика в вакууме, если один из них имеет заряд 6нКл, а второй – 3нКл? Расстояние между шариками 5 см.
Дано: q1 = 6 нКл q2 = - 3нКл r = 5 cм
F = ?
|
СИ: = 6·10-9 Кл = - 3·10-9Кл = 0,05 м |
Решение: Силу взаимодействия между шариками определяем по формуле закона Кулона для вакуума: Ответ: . |
Задача.
С какой силой взаимодействуют два заряда 2 по 10 нКл, находящиеся на расстоянии 3 см друг от друга?
|
Ответ:F=1mH |
Задачи для самостоятельного решения:
Литература:
Конденсаторы
Теория:
ЭЛЕКТРОЕМКОСТЬ
- характеризует способность двух проводников накапливать электрический
заряд.
- не зависит от q и U.
- зависит от геометрических размеров проводников, их формы, взаимного
расположения, электрических свойств среды между проводниками.
Единицы измерения в СИ: ( Ф - фарад )
КОНДЕНСАТОРЫ
- электротехническое устройство, накапливающее заряд
( два проводника, разделенных слоем диэлектрика ).
Обозначение на электрических схемах:
Электроемкость плоского конденсатора
Включение конденсаторов в электрическую цепь параллельное и последовательное
Тогда общая электроемкость (С):
при параллельном включении
.
при последовательном включении
ЭНЕРГИЯ ЗАРЯЖЕННОГО КОНДЕНСАТОРА
Конденсатор - это система заряженных тел и обладает энергией.
Энергия любого конденсатора:
Энергия конденсатора равна работе, которую совершит электрическое поле при
сближении пластин конденсатора вплотную,
или равна работе по разделению положительных и отрицательных зарядов
,необходимой при зарядке конденсатора.
Примеры решения задач:
Задача:
Дано:
Найти Е.
Решение.
Ответ: Е = 4000 кВ/м.
Задача №2. Конденсатор ёмкостью С1 соединяют параллельно с конденсатором ёмкостью С2 = 2С1. До соединения напряжение на первом конденсаторе составляло U1, а на втором U2 = 0,5U1. какова разность потенциалов на зажимах полученной батареи?
Дано: С2 = 2С1 U2 = 0,5U1 U1
U - ? |
Решение: До соединения заряд первого конденсатора ; После соединения . Соответственно для второго конденсатора - до соединения; - после соединения. По закону сохранения энергии . Отсюда . Ответ: . |
Задачи для самостоятельного решения:
1.Площадь каждой пластины плоского конденсатора 401 см2 . Заряд пластин 1,42 мкКл. Найти напряжённость поля между пластинами.
2.Наибольшая ёмкость школьного конденсатора 58 мкФ. Какой заряд он накопит при его подключении к полюсам источника постоянного напряжения 50 В?
3.На конденсаторе написано: 100 пФ; 300В. Можно ли использовать этот конденсатор для накопления заряда 50нКл?
4. Во сколько раз изменится ёмкость конденсатора при уменьшении рабочей площади пластин в 2 раза и уменьшении расстояния между ними в 3 раза?
5. Найти ёмкость плоского конденсатора, состоящего из двух круглых пластин диаметром 20 см, разделённых парафиновой прослойкой 1 мм.
6. Площадь каждой пластины плоского конденсатора равна 520см2 . На каком расстоянии друг от друга надо расположить пластины в воздухе, чтобы ёмкость конденсатора была равна 46 мкФ?
7. Плоский конденсатор состоит из двух пластин площадью 50см2 каждая. Между пластинами находится слой стекла. Какой наибольший заряд можно накопить на этом конденсаторе, если при напряжённости поля 10МВ/м в стекле происходит пробой конденсатора?
8.В импульсивной фотовспышке лампа питается от конденсатора ёмкостью 800 мкФ, заряженного до напряжения 300 В. Найти энергию вспышки и среднюю мощность, если продолжительность разрядки 2,4мс.
9.Конденсатору ёмкостью 10 мкФ сообщили заряд 4 мкКл. Какова энергия заряженного конденсатора?
10.Площадь каждой из пластин плоского конденсатора 200 см2 , а расстояние между ними 1 см. Какова энергия поля, если напряжённость поля 500 кВ/м?
11. . Вычлените электроемкость тела человека, считая ее равной емкости электропроводящего шара того же объема. ……. плотность тела принять равной ….., масса человека m=60 кг. Электроемкость шара…..
Литература:
Законы Ома
Теория:
Закон Ома читается так: сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.
здесь I – сила тока в участке цепи, U – напряжение на этом участке, R – сопротивление участка.
закона Ома для полной цепи - сила тока прямо пропорциональна сумме ЭДС цепи, и обратно пропорциональна сумме сопротивлений источника и цепи , где E – ЭДС, R- сопротивление цепи, r – внутреннее сопротивление источника.
Задача:
Рассчитать силу тока, проходящую по медному проводу длиной 100м, площадью поперечного сечения 0,5мм2, если к концам провода приложено напряжение 6,8B.
Дано:
I=100м
S=0,5мм2
U=6,8В
I-?
Решение:
Ответ: Сила тока равна 2А.
Задачи для самостоятельного решения:
11. . при сухой коже сопротивление между ладонями рук может достигать значения R1=105 Ом, а при влажных ладонях это сопротивление существенно меньше, R2=1000 Ом. Оцените ток, который пройдет через тело человека при контакте электрической сетью напряжением U=220В……
Литература:
Постоянный ток
Теория:
Электрический ток-это упорядоченное движение заряженных частиц.
Сила тока равна отношению заряда, переносимое через поперечное сечение проводника за интервал времени, к этому интервалу времени. Если сила тока со временем не меняется, то ток называется постоянным. Для возникновения и существования электрического тока в веществе. Необходимо во-первых, наличие свободных заряженных частиц; во-вторых, необходима сила, действующая на них в определённом направлении. На заряженные частицы действует электрическое поле с силой F=qE. Сопротивление проводника R=l/S.Единица сопротивления – Ом. Закон Ома для участка цепи: I=U/R. При упорядоченном движении заряженных частиц электрическое поле совершает работу, её принято называть работой тока. Работа тока А =IUt. Мощность тока равна отношению работы тока за время к этому интервалу времени.P=A/t=IU=U2/R.
Примеры решения задач.
Задача №1. Номинальная мощность лампы, рассчитанной на напряжение 120В, составляет 25 Вт. Какую мощность будет потреблять эта лампа, если её включить в сеть напряжением 220В? Изменение сопротивления лампы не учитывать.
Дано: Р1 = 25 Вт U1 = 120 В U2 = 220В
Р2 -? |
Решение: Из формулы следует . Тогда . Ответ: |
Задача №2. Два сопротивления R1 = 8 Ом и R2 = 24 Ом включены параллельно. Сила тока, текущего через сопротивление R2 , равна 25 мА. Найдите силу тока, текущего через сопротивление R1.
Дано: R1 = 8 Ом R2 = 24 Ом I2 = 25 мА
I1 - ? |
СИ:
= 0,024 А
|
Решение: Определим напряжение, приложенное к сопротивлениям: . Так как при параллельном соединении напряжение одинаково, то . Теперь можно определить силу тока, текущего через первое сопротивление: Ответ: |
Задача №3. Источником тока в цепи служит батарейка с ЭДС = 30В. Напряжение на зажимах батареи
18 В, а сила тока в цепи 3 А. Определите внешнее и внутренне сопротивление цепи.
Дано: = 30В U = 18 В I = 3 A R = ? r = ? |
Решение: Сила тока в замкнутой цепи определяется по закону Ома для полной цепи: . Отсюда . Тогда Внешнее сопротивление цепи Ответ: |
Задачи для самостоятельного решения:
10. По медному проводнику с поперечным сечением 1 мм2 течёт ток с силой 10 А. Определите среднюю скорость упорядоченного движения (скорость дрейфа) электронов в проводнике.
11. При лечении электростатическим душем к электродам электрической машины приложена разность потенциалов 105 В. Определите заряд, который проходит между электродами за время одной процедуры, если известно, что электрическое поле совершает при этом работу, равную 1800 Дж.
Литература:
Сила Ампера, сила Лоренца
Теория:
Сила Ампера – это сила, действующая со стороны магнитного поля на проводник с током. Закон Ампера: сила Ампера равна произведению вектора магнитной индукции на силу тока, длину участка проводника и на синус угла между магнитной индукцией и участком проводника. F=IBlsinα. Единица силы Ампера – Н, магнитной индукции – Тл, длины проводника – м, силы тока –А. Направление силы Ампера определяются правилом левой руки: если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная к проводнику составляющая вектора магнитной индукции входила ладонь. А четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 900 большой палец покажет направление силы, действующей на отрезок проводника.
Силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля, называют силой Лоренца. Сила Лоренца: F=qvBsinα. Сила Лоренца измеряется в Н.
Примеры решения задач.
Задача №1. На прямолинейный проводник длиной 20 см, расположенный перпендикулярно направлению магнитного поля, действует сила 8 Н. Определите магнитную индукцию, если ток в проводнике равен 40А.
Дано:
|
СИ: = 0,2 м |
Решение: Магнитная индукция магнитного поля
Ответ: . |
Задача №2. В однородном магнитном поле, индукция которого 0,6 Тл, равномерно движется проводник длиной 0.2 м. По проводнику проходит ток силой 4 А. Проводник со скоростью 0,2 м/с движется перпендикулярно направлению магнитного поля. Вычислите работу перемещения проводника за 10 с движения.
Дано: В = 0,6 Тл
|
Решение: Работа по перемещению проводника . Перемещение проводника при равномерном движении .Сила Ампера равна . Тогда работа будет
Ответ: . |
Задачи для самостоятельного решения:
Литература:
Электромагнетизм
Теория:
Закон электромагнитной индукции: ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром: =. Знак «минус» показывает, что ЭДС индукции и скорость изменения магнитного потока имеют разные знаки. Правило Ленца: возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он был вызван. ЭДС индукции в движущихся проводниках: Еi =vBlsin. Эта формула справедлива для любого проводника длиной l , движущегося со скоростью v в однородном магнитном поле. Магнитный поток: Ф=LI, L - индуктивность контура или коэффициент самоиндукции. Магнитный поток измеряется в Вб, индуктивность – Гн, сила тока – А. Энергия магнитного поля равна той работе, которую должен совершить источник, чтобы создать данный ток.: W=. Величину Хс , обратную произведению циклической частоты на электрическую ёмкость конденсатора, называют ёмкостным сопротивлением. Хс=1/wC. Индуктивное сопротивление ХL =wL называют индуктивным сопротивлением. Период свободных электрических колебаний контура Т=
Примеры решения задач:
Задача№1
За 5 мс магнитный поток, пронизывающий контур, убывает с 9 до 4 мВб. Найти ЭДС индукции в контуре.
Дано:
Найти ε. |
Решение:
Ответ: ε = 1 В. |
Задача №2. При какой скорости изменения тока в обмотке электромагнита с индуктивностью 2 Гн среднее значение ЭДС самоиндукции равно 20В?
Дано: L = 2 Гн ES = 20 B
|
Решение: ЭДС самоиндукции , откуда скорость изменения тока Ответ: . |
Задачи для самостоятельного решения:
Литература:
Оптика
Теория:
Законы отражения света:
1.Угол падения α равен углу отражения β.
Углы падения и отражения измеряются между направлением луча и перпендикуляром к поверхности. 2.Падающий луч, отраженный луч и перпендикуляр лежат в одной плоскости.
Законы преломления света (см. практическое занятие №21).
Основной закон тонкой линзы принимает вид: , где d
— расстояние от источника света до линзы, f - расстояние от
линзы до изображения, F- фокусное расстояние линзы. Такой вид
формулы линзы принадлежит Рене Декарту.
Увеличение линзы (Г) показывает во сколько раз величина изображения
предмета (H) превышает размеры (h) самого предмета и равно
отношению расстояния (f) от линзы до изображения к расстоянию (d)
от предмета до линзы.
Г= Оптическая сила
системы линз (D) равна сумме оптической силы каждой линзы (D1,
D2, D3,…), входящей в систему
СИ:дптр. В интерференционной картине:
1) усиление света происходит в случае, когда величина отставания (Δd)
преломленной волны от отраженной волны составляет целое число (k) длин
волн (λ): (k=0, 1, 2, …);2)
ослабление света наблюдается в случае, когда величина отставания (Δd)
преломленной волны от отраженной волны составляет половину длины волны (λ/2)
или нечетное число (k) полуволн: (k=0, 1, 2, …)
СИ: м При прохождении монохроматического света с длиной
волны λ через дифракционную решетку с периодом решетки d максимальное
усиление волн в направлении, определяемом углом φ, происходит при
условии: (k=0, 1, 2, …)
Примеры решения задач:
Задача№1
Дано:
D=10дптр D=1/d+1/f, 1/f=D-1/d
d=12,5см=0,125 м 1/f=10-1/0,125=10-8=2
f-? f=1/2=0,5 м Ответ: 0,5 м
Задача №2. При переходе луча света из стекла (флинт) в глицерин угол преломления оказался равным 300. Определить угол падения луча света на границе раздела двух сред.
Дано: n1 = 1,8 n2 = 1,47
|
Решение: Используя формулы: и , найдем угол падения: . Используя таблицы Брадиса, найдём величину угла падения Ответ: . |
Задачи для самостоятельного решения:
8. Определить угол отклонения лучей зелёного света (длина волны 0,55 мкм) в спектре первого порядка, полученном с помощью дифракционной решётки, период который равен 0,02 мм.
9. Сколько времени идёт свет от Солнца до Земли?
10. Вода освещена красным светом, для которого длина волны в воздухе 0,7 мкм. Какой будет длина волны в воде?
11. Пациент при проверке зрения четко видит буквы на расстоянии 0,16 м от глаза. Определите недостаток его зрения. Какой оптической силы очки ему требуются?
12. Близорукий человек лучше всего различает мелкий шрифт, расположенный на расстоянии d=15 см от глаза. Какие очки для чтения нужны этому человеку?
13. На сколько изменяется оптическая сила нормального глаза человека, если он переводит глаза от книги, которую читал, на рисунок, висящий на стене на расстоянии 2 м от глаза?
14. Во время хирургических операций тень от руки хирурга закрывает операционное поле. Как устранить такое неудобство?
Литература:
Квантовая физика.
Теория.
Одним из явлений, подтверждающих квантовую природу света, является внешний фотоэффект. Квант света с энергией , попадая, например, на металл, может выбить из него электрон. Энергия кванта при этом пойдёт на совершение работы выхода по вырыванию электронов из металла и сообщение электрону кинетической энергии.
Это утверждение называется законом фотоэффекта и записывается в виде уравнения Эйнштейна для фотоэффекта:
.
Фотоэффект наступает при определённой частоте или длине волны падающего излучения, которые называются красной границей фотоэффекта:
.
С помощью квантовой теории удалось объяснить также такие явления, как давление света и люминесценцию.
Давление света при нормальном падении на поверхность
,
где Е – энергия фотонов, падающих на 1м2 тела за 1 с; с – скорость света; - коэффициент отражения.
Энергия фотонов может быть найдена по формулам:
Импульс фотонов:
.
Примеры решения задач.
Задача №1. Определить наибольшую длину волны света, при которой может происходить фотоэффект для пластины, работа выхода которой равна 8,5·10-19Дж.
Дано: Авых = 8,5·10-19Дж
|
Решение: Красная граница фотоэффекта: Ответ: |
Задача №2. Определить наибольшую скорость электрона, вылетевшего из цезия, при освещении его светом с частотой 7,5·1014Гц.
Дано:
|
СИ:
3,2·10-19Дж
|
Решение: Используя уравнений Эйнштейна, определим скорость электронов: ,
Ответ: |
Задача №3. Определить энергию, массу и импульс фотонов видимого света с длиной волны 500 нм.
Дано:
|
СИ: 5·10-7м |
Решение: Энергия фотона: Масса фотона: Импульс фотона: Ответ: ; ; |
Задачи для самостоятельного решения:
Физика атома и атомного ядра.
Теория.
Атом любого элемента состоит из положительно заряженного ядра, вокруг которого по различным орбитам вращаются электроны. При этом выполняются следующие условия:
где me - масса электрона; - скорость электрона на n - орбите; n = 1,2,3 …- порядковый номер
орбиты; h – постоянная Планка.
,
где - частота излучения; Е1 и Е2 – значения энергии электрона на соответствующих орбитах.
Энергия электрона на n – стационарной орбите в простейшем по своему строению атоме водорода:
;
где = 8,85∙1012Ф/м – электрическая постоянная; n = 1,2,3… - номер орбиты (главное квантовое число).
Длина волны света , испускаемого атомом водорода при переходе с орбиты на орбиту , может быть определена по формуле:
,
где R = 1,097∙107 м-1 – постоянная Ридберга. Для видимого света n1=2, n2 = 3,4,5…
Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов, называемых нуклонами. Массовое число А равно числу нуклонов в ядре. Оно представляет собой выраженную в атомных единицах массы массу атома элемента, округлённую до целого числа.
Зарядовое число Z равно числу протонов в ядре, оно совпадает с порядковым номером элемента в таблице Менделеева.
Число нейтронов в ядре N = A – Z.
Атомы одного и того же элемента могут иметь разное количество нейтронов в ядре. Такие атомы называются изотопами данного элемента. Например, у атома кислорода три изотопа: (сверху – массовое число, снизу – зарядовое число).
Мааса ядра Мя меньше массы нейтрального атома Ма на массу электронов, входящих в состав электронной оболочки атома:
Дефектом массы ядра называют разность между суммой масс протонов и нейтронов , составляющих ядро атома, и массой ядра Мя:
В таблицах масс изотопов указывают не массы ядер, а массы нейтральных атомов. Поэтому данную формулу можно преобразовать в виде:
Энергия связи ядра определяется работой, которую нужно совершить для разделения ядра на составляющие его протоны и нейтроны:
,
где с = 3∙108 м/с – скорость света в вакууме. Энергия в данном случае выражена в джоулях. Определено, что энергия, поглощающаяся или выделяющаяся при изменении массы на 1 а.е.м. составляет 931 МэВ. Поэтому для случая, когда дефект массы выражен в атомных единицах массы, соотношение для энергии связи можно записать в виде:
.
Энергия связи в этом случае выражена в мегаэлектронвольтах: 1МэВ = 1,6∙10-13Дж.
Изменение энергии при ядерных реакциях определяется соотношением:
, где и - суммы масс частиц до и после реакции. Если >, то энергия выделяется. Если < , то энергия поглощается.
При радиоактивном распаде число радиоактивных (нераспавшихся) атомов убывает со временем по закону:
,
где N0 – число радиоактивных атомов в начальный момент времени, - постоянная радиоактивного распада, t – время распада.
Можно этот же закон радиоактивного распада записать в виде:
, где Т – период полураспада радиоактивного изотопа.
Период полураспада и постоянная радиоактивного распада связаны между собой соотношением:
В результате радиоактивного распада в исходном элементе с течением времени число нераспавшихся ядер уменьшается, но растёт число ядер продуктов распада. Число ядер , распавшихся за время , пропорционально числу нераспавшихся в начальный момент времени ядер и интервалу времени:
Примеры решения задач.
Задача №1. Каково строение ядра изотопа углерода ?
Дано:
Z - ? N - ? |
Решение: Из символической записи изотопа следует, что ядро изотопа углерода состоит из 12 нуклонов (А=12), шести протонов (Z=6) и шести нейтронов (N = A – Z=12-6=6). Ответ: Z=6; N =6. |
Задача №1. Определить длину волны, соответствующую четвёртой спектральной линии в видимой области спектра атома водорода.
Дано:
|
Решение: Длину волны света, излучаемого атомом водорода при переходе с одной орбиты на другую. Определим по формуле: . По условию задачи четвёртая спектральная линия в видимой области света появляется тогда, когда электрон переходит с шестой орбиты () на вторую () (серия Бальмера). Тогда Ответ: . |
Задача №2. Найти энергию связи ядра изотопа гелия , если масса этого изотопа ma = 3,01605 а.е.м., масса протона равна 1,00783 а.е.м.; масса нейтрона 1,00867 а.е.м.; масса электрона 0,00055 а.е.м.
Дано:
mp = 1,00783 а.е.м. mn = 1,00867 а.е.м. me = 0,00055 а.е.м. ma = 3,01605 а.е.м
- ? |
Решение: Энергия связи ядра определяется формулой: , где . Энергия связи Ответ: |
Задача №3. За какое время произойдёт распад 3 мг полония , если в начальный момент его масса равна 0,3 г? Период полураспада полония 138 суток.
Дано:
m1 = 3мг m2 = 0,3 г Т = 138 сут. t = ? |
СИ:
3∙10-6кг 3∙10-4 кг |
Решение: Число атомов , распавшихся за время t, , где N0 – число атомов, не распавшихся в начальный момент времени в 0,3 г полония; N - число атомов, не распавшихся через время t. Так как и , получим Число атомов, содержащихся в какой-либо массе вещества, определяется выражением , где М – молярная масса полония, NA – число Авогадро. Исходя из условий задачи, найдём . Тогда выражение для можно переписать в виде:. Отсюда следует. что , откуда Ответ: t = 2 суток.
|
Задачи для самостоятельного решения:
11. Радоновые ванны, применяемые для лечения, содержат 1,8×106 атомов радона в 1 дм3 воды. На сколько молекул воды приходится один атом радона в лечебной ванне?
12. Почему при рентгенодиагностике желудка больному дают «бариевую кашу»?
13. Для чего врачи-рентгенологи пользуются при работе перчатками, фартуками и очками, в которые введены соли свинца?
14. При облучении в реакторе стабильный кобальт превращается в радиоизотоп : . испытывает β-распад, превращаясь в никель . Найти энергию γ-излучения образовавшегося ядра , используемого для лечения раковых опухолей.
15. Предельно допустимая доза общего облучения для человека равна 0,05 Гр в год. При одном флюорографическом обследовании доза облучения составляет 0,0076 Гр. Выкуривающий 20 сигарет в день получает облучение 1,52 Гр. Какому количеству рентгеновских снимков это соответствует?
16. Больному ввели внутривенно 1 см3 раствора, содержащий искусственный радиоизотоп натрия активностью 2000 Бк. Активность 1 см3 крови, взятой через 5 часов оказалась 0,27 Бк. Найти объем крови человека.
17. В состав табачного дыма входят радиоизотопы свинца, висмута, полония (). Известно, что ядро образовалось после двух последовательных β-распадов. Из какого ядра получился радиоизотоп полония?
18. Почему стронций – 90 считается наиболее опасным радиоактивным элементом для живого организма?
Повторение
Задачи для самостоятельного решения:
За какое время автомобиль, двигаясь с ускорением 0,4 м/с2 , увеличивает свою скорость с 12 до 20 м/с?
Литература:
Использованная литература
1. Мякишев ГЯ., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика учебник 10, М.; Просвещение; 2010
2. Мякишев ГЯ., Буховцев Б.Б. Физика учебник 11, М.; Посвещение; 2010
3. С.А.Смирнов. Сборник задач по физике.2010 г
4. Степанова Г.Н. Сборник задач по физике М., Просвезщение; 2010
5. Рымкевич А.П. Сборник задач по физике М.; Дрофа, 2010
В нашем каталоге доступно 73 637 рабочих листов
Перейти в каталогПолучите новую специальность за 3 месяца
Получите профессию
за 6 месяцев
Пройти курс
Рабочие листы
к вашим урокам
Скачать
6 651 902 материала в базе
Настоящий материал опубликован пользователем Максимова Сэсэгма Дугаровна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт
Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
Удалить материалВаша скидка на курсы
40%Курс профессиональной переподготовки
300 ч. — 1200 ч.
Курс повышения квалификации
72/108 ч.
Курс повышения квалификации
36 ч. — 180 ч.
Мини-курс
10 ч.
Мини-курс
3 ч.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.