АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра физики
ФИЗИКА 1
Методические указания и контрольные задания
для студентов всех форм обучения специальности 5В0718 - Электроэнергетика
Алматы 2010
СОСТАВИТЕЛИ: Р.Н. Сыздыкова, Л.А. Тонконогая, Физика 1. Методические указания и контрольные задания для студентов всех форм обучения специальности 5В0718 – Электроэнергетика. – Алматы: АИЭС, 2010. – 35 с.
Методические указания включают расчетно-графические задания (РГР), методические рекомендации и требования к оформлению и содержанию РГР (для заочной формы обучения – контрольные работы), список необходимой литературы.
Введение
Изучение курса физики создаёт фундаментальную базу инженерно – технических знаний, умений и навыков выпускников высшей технической школы, формирует их научное мировоззрение.
Основными целями курса являются:
1 Формирование у студентов умений и навыков использования фундаментальных законов, теорий классической физики, а также методов физического исследования как основы системы профессиональной деятельности.
2 Формирование у студентов творческого мышления и научного мировоззрения, навыков самостоятельной познавательной деятельности, умения моделировать физические ситуации.
В курсе Физика 1 изучаются разделы классической физики «Механика», «Статистическая физика и термодинамика», «Электромагнетизм».
Приобретённые при изучении физики знания и умения составляют ту основу, которая необходима при изучении технических дисциплин «Теоретические основы электротехники», «Электрические машины», «Электротехнологические установки», «Переходные процессы» и другие.
Весь курс Физика 1 состоит из четырех кредитов (модулей), по каждому из которых студенты выполняют расчетно – графическое задание (РГР) по трем уровням сложности (А, В и С – по выбору).
Номер варианта выбирается студентом очной формы обучения и утверждается преподавателем, ведущим практическое занятие. Для студентов-заочников правила выбора варианта контрольных работ приведено ниже.
1.1 Рекомендации к освоению дисциплин «Физика1»
При изучении данной дисциплины необходимо, прежде всего, усвоить основные понятия, законы и принципы классической и современной физики, а затем их важнейшие следствия.
В разделе «Механика» следует обратить особое внимание на:
- кинематические и динамические характеристики поступательного и вращательного движения, связь между ними. При этом необходимо использовать математический аппарат векторной алгебры и дифференциального и интегрального исчислений;
- понятия энергии и работы с учетом особенностей консервативных и неконсервативных сил;
- законы сохранения импульса, момента импульса и механической энергии, их универсальность, отражающую фундаментальные свойства симметрии пространства и времени;
- эффективность использования законов сохранения при решении реальных физических задач;
- границы применимости классической физики.
В разделе «Статистическая физика и термодинамика» необходимо усвоить два качественно различных и взаимно дополняющих друг друга метода исследования физических свойств макроскопических систем, а именно статистический и термодинамический. Особое внимание следует обратить на статистические распределения (Максвелла, Больцмана), законы термодинамики, понятие энтропии и связанное с ней статистическое толкование второго начала термодинамики.
В разделе «Электростатика и постоянный ток» прежде всего, следует акцентировать внимание на роль электрического поля во взаимодействии заряженных тел, его характеристики (напряженность, потенциал) и свойства, выражаемые основными теоремами: 1) о циркуляции электростатического поля; 2) Гаусса.
При решении задач необходимо уметь пользоваться принципом суперпозиции и теоремой Гаусса.
Особого внимания заслуживают вопросы, связанные с распределением зарядов в проводниках и поведением диэлектриков в электрическом поле.
При изучении обобщенного закона Ома необходимо знать четкое разграничение понятий: разность потенциалов, электродвижущая сила и напряжение.
В разделе «Электромагнетизм» при изучении свойств и характеристик магнитного поля важно уяснить сходство и различие этого поля с электростатическим (потенциальный и вихревой характер, наличие или отсутствие источников поля, действие поля на электрические заряды).
1.2 Общие требования к выполнению и оформлению контрольных работ.
Из-за большого разнообразия физических задач не существует единого способа их решения, тем не менее, при решении учебных физических задач можно придерживаться следующего общего алгоритма:
- осмыслите и проанализируйте содержание задачи, установите, в каких условиях находится изучаемая система (объект), сделайте чертёж, график или рисунок, поясняющий физический смысл задачи и ход ее дальнейшего решения;
- подумайте, какие физические законы следует применить в данной ситуации, запишите их уравнения в общем виде, затем – применительно к данной задаче, поясните смысл каждого обозначения в уравнении;
- решите задачу в общем виде, получите рабочую (расчетную) формулу. Числовые значения, как правило, подставляются только в рабочую формулу, выражающую искомую величину;
- производя вычисления величин, руководствуйтесь правилами приближенных вычислений. Все, входящие в данную формулу величины, выражайте в одной и той же системе единиц (желательно в СИ);
- в некоторых случаях целесообразно оценить правдоподобность ответа, это поможет избежать ошибок в решении.
Все РГР и контрольные работы выполняются в тетради (школьной) или набираются на компьютере. На обложке или титульном листе приводятся сведения в соответствии с приведенным ниже примером.
Пример – РГР №1, М1 (Контрольная работа №1) по дисциплине «Физика1» студента группы БЭ – 10 –1 Бусакова И.Е. Вариант 15 (Шифр 255325 – для студентов заочной формы обучения).
Каждая работа выполняется в отдельной тетради. Работа должна быть выполнена аккуратно, рисунки – карандашом при помощи линейки. Условия задач переписываются полностью, без сокращений, затем оно должно быть записано с помощью общепринятых символических обозначений в краткой форме под заглавием «Дано». Решение каждой задачи необходимо сопровождать краткими пояснениями, раскрывающими смысл используемых обозначений, где возможно, дать схематически чертеж, поясняющий решение задачи. Необходимо указать какие физические законы лежат в основе данной задачи, решить ее в общем виде (в буквенных обозначениях), после чего подставить числовые данные и произвести вычисления, указать единицу искомой физической величины. При вычислениях рекомендуется пользоваться правилами приближенных вычислений и грамотно записывать ответ.
Для замечаний преподавателя на странице оставляются поля.
В конце работы необходимо указать, каким учебником или учебным пособием студент пользовался при изучении физики.
Если контрольная работа студентами-заочниками пересылается по электронной почте, все требования, касающиеся её оформления, пояснения решений, также должны быть выполнены. В случае, если контрольная работа при рецензировании не была зачтена, студент обязан исправить ошибки и представить работу на повторную рецензию. Повторная контрольная работа представляется вместе с незачтенной. Рецензент может пригласить студента для беседы по существу решения задач.
1.2.1 Правила выбора варианта контрольной работы для студентов-заочников.
В каждом кредите ( модуле) курса приведены две таблицы по 10 вариантов задач в каждой. Номер варианта выбирается по двум последним цифрам шифра (номера зачетной книжки) студента следующим образом:
- если предпоследняя цифра шифра нечетная, номера задач берутся из таблицы 1, если четная или ноль – из таблицы 2;
- последняя цифра шифра определяет номер варианта в соответствующей таблице.
1.2.3 Пример решения и оформления задачи
Электрическое поле создано длинным цилиндром радиусом
R=1
см, равномерно заряженным с линейной плотностью
t=20 нКл/м.
Определите разность потенциалов двух точек этого поля, находящихся на
расстоянии 
и
от поверхности цилиндра, в средней его части.
Дано: Решение:
R=1 см Для
определения разности потенциалов
t=20 нКл/м воспользуемся соотношением между
напряженностью поля и изменением
потенциала 
______________________
Для поля с осевой симметрией, каким является поле
цилиндра, это соотношение можно записать в виде 
или
/
Интегрируя это выражение, можно найти разность
потенциалов двух точек, отстоящих на расстояниях 
и 
от оси цилиндра:
(1)
Так как цилиндр длинный и точки взяты вблизи его средней части, то для выражения напряженности поля можно воспользоваться формулой напряженности поля, создаваемого бесконечно длинным цилиндром:
.
Подставив выражение Е в (1), получим
или
(2)
где
;
;
.
Произведем
вычисления, учитывая, что величины r1 и
r2,
входящие в формулу (2) в виде отношения, можно выразить в сантиметрах:
.
Ответ:
.
Т а б л и ц а 1 – РГР № 1, М 1
|
Уровень |
Вариант |
Волькенштейн В.С. «Сборник задач по общему курсу физики».-М., 1990 |
Чертов А.Г., Воробьёв А.А.«Задачник по физике». -М.,2006. – 640 с. |
Задания к практическим занятиям. Физика./Под ред. Ж.П. Лагутиной./.-М., 1989 |
Приложение А |
А |
1 |
|
1-33,2-35,3-26,3-50 |
4.47 |
1,6 |
|
|
2 |
|
2-39,3-25,3-48,5-13 |
5.20 |
2,11 |
|
|
3 |
1.48,2.33 |
|
4.22,5.24,6.34 |
3,8 |
|
|
4 |
2.70,3.6 |
1-27,2-6,3-8 |
|
4,18 |
|
|
5 |
2.65,3.3,3.42 |
2-4,3-48 |
|
5,9 |
|
|
6 |
|
1-10,2-2,2-13,3-19(3),5-11 |
|
10,19 |
|
|
7 |
1.51,2.30,2.58,3.7, 3.20 |
|
|
7,15 |
|
|
8 |
2.57,3.11,3.22 |
|
3.36,6.1 |
12,17 |
|
|
9 |
1.25,2.56,2.140,3.16 |
3-20(3) |
|
13,16 |
|
|
10 |
1.22,2.37,2.125 |
2-34,3-9 |
|
14,20 |
В |
11 |
|
2-41,2-59,3-33,5-5 |
4.21 |
23,37 |
|
|
12 |
1.44,17.5 |
2-60,2-74,3-34 |
|
25,38 |
|
|
13 |
|
2-70,2-75,3-30(1) |
4.25,6.12 |
21,24 |
|
|
14 |
17.7 |
2-77,3-22,3-30(2),4-9 |
|
22,35 |
|
|
15 |
1.57,2.94,17.8 |
2-78,3-23 |
|
26,39 |
|
|
16 |
|
2-76,3-24 |
3.7,4.46,6.15 |
28,40 |
|
|
17 |
1.61,3.13 |
2-79,4-24,5-36 |
|
32,42 |
|
|
18 |
|
1-25,2-83,3-30(3),4-26, 5-32 |
|
31,36 |
|
|
19 |
|
1-24,2-84,3-30(1),3-45, 4-28 |
|
34,41 |
|
|
20 |
|
2-18,2-85,3-46,4-34,5-27 |
|
33,44 |
|
|
21 |
|
|
1.45,2.18,2.44,3.8, 4.49 |
30,43 |
|
|
22 |
|
|
1.36,2.43,3.39,4.48, 6.11 |
27,29 |
С |
23 |
|
|
1.28,3.9,4.30,5.22, 6.33 |
45,53 |
|
|
24 |
|
2-91,3-18 |
1.29,4.28,6.30 |
46,48 |
|
|
25 |
|
3-17 |
1.48,4.29,5.9,6.46 |
49,52 |
|
|
26 |
|
2-92,3-37 |
1.30,4.26,5.6 |
47,51 |
|
|
27 |
|
3-32 |
3.4,3.37,4.24,5.7 |
50,54 |
Контрольная работа №1 (заочное обучение)
Т а б л и ц а 1 – Варианты контрольных заданий (нечетные)
|
Вариант |
Номера задач (Чертов А.Г., Воробьёв А.А. «Задачник по физике».-М., 1981) |
Приложение А |
||||
|
0 |
1-33 |
2-76 |
3-22 |
3-31 |
5-21 |
1; 6 |
|
1 |
1-26 |
2-57 |
3-24 |
3-44 |
5-3 |
2; 11 |
|
2 |
1-32 |
2-78 |
3-28 |
3-30 (1) |
5-34 |
3; 8 |
|
3 |
1-16 |
2-59 |
3-27 |
3-38 |
5-5 |
4; 18 |
|
4 |
2-5 |
2-72 |
3-26 |
3-50 |
5-12 |
5; 9 |
|
5 |
2-18 |
2-75 |
3-23 |
3-29 |
5-29 |
10; 19 |
|
6 |
2-3 |
2-60 |
3-25 |
3-36 |
5-30 |
7; 15 |
|
7 |
1-35 |
2-77 |
3-19 (2) |
3-35 |
5-41 |
12; 17 |
|
8 |
2-9 |
2-74 |
3-21 |
3-33 |
5-13 |
13; 16 |
|
9 |
2-7 |
2-79 |
3-20 (2) |
3-34 |
5-10 |
14; 20 |
Т а б л и ц а 2 – Варианты контрольных заданий (четные)
|
Вариант |
Номера задач (Чертов А.Г., Воробьёв А.А. «Задачник по физике».-М., 1981) |
Приложение А |
||||
|
0 |
2-2 |
2-71 |
3-22 |
3-29(1) |
5-20 |
14; 20 |
|
1 |
2-7 |
2-86 |
3-27 |
3-53 |
5-4 |
12; 17 |
|
2 |
2-6 |
2-61 |
3-20(1) |
3-50 |
5-41 |
10; 19 |
|
3 |
1-15 |
2-73 |
3-24 |
3-34 |
5-3 |
4; 18 |
|
4 |
1-31 |
2-83 |
3-25 |
3-55 |
5-18 |
2; 11 |
|
5 |
2-18 |
2-61 |
3-28 |
3-29(2) |
5-29 |
1; 6 |
|
6 |
2-9 |
2-77 |
3-20(3) |
3-35 |
5-10 |
3; 8 |
|
7 |
2-5 |
2-58 |
3-19(3) |
3-31 |
5-27 |
5; 9 |
|
8 |
1-16 |
2-74 |
3-19(1) |
3-38 |
5-21 |
7; 15 |
|
9 |
1-36 |
2-67 |
3-21 |
3-49 |
5-32 |
13; 16 |
Приложение А
А 1. Какие системы отсчета (С.О.) называются инерциальными? Перечислите основные кинематические характеристики движения материальной точки и систематизируйте их в две группы: 1) инвариантные величины; 2) неинвариантные. (Для случая нерелятивистских движений u<<с).
А 2. Спутник движется вокруг Земли по эллиптической орбите (рисунок А
1), направление движения показано стрелкой на рисунке. Указать для точек 1,2,3
направление полного ускорения 
. Что можно сказать о знаке величины 
в этих точках?
Рисунок А 1
А
3. Тело брошено с начальной скоростью 
под углом
a к горизонту.
Сопротивление воздуха пренебрежимо мало. а) Нарисовать траекторию тела. Изобразить
на рисунке векторы нормального 
и тангенциального 
ускорений в точках траектории,
соответствующих началу движения (сразу после броска), наивысшей точке подъема,
концу движения (непосредственно перед падением). Чему равны , для этих точек?
А 4. Построить график пути S(t) и ускорения a(t), соответствующие графику скорости u(t) на рисунке А 2.
Рисунок А 2
А 5. Точка движется по расширяющейся спирали так, что ее нормальное ускорение остается постоянным. Как изменятся при этом линейная и угловая скорости?
А 6. Оказывает ли влияние суточное вращение Земли на движение самолета? Самолет движется в северном полушарии вдоль меридиана на юг. Обоснуйте ответ.
А 7. Сформулируйте понятие консервативной силы и приведите примеры.
А 8. Как описывается движение твердого тела в общем виде? Запишите уравнения движения твердого тела. Приведите примеры.
А 9. Какова логическая связь между тремя законами Ньютона? Нельзя ли рассматривать первый закон как следствие второго?
А 10. Если локомотив не может сдвинуть тяжелый поезд с места, то машинист применяет следующий прием: он дает задний ход и, толкнув состав немного назад, дает передний ход. Объясните, почему этот прием позволяет сдвинуть состав с места.
А 11. Проведите аналогию между массой и моментом инерции.
А 12. Сформулируйте и проиллюстрируйте закон независимости действия сил и принцип суперпозиции.
А 13. Человек, плывущий против течения реки с сильным течением, не перемещается относительно берега. Совершает ли он какую-либо работу? Если человек перестанет плыть и, удерживаясь на поверхности воды, будет перемещаться только из-за течения реки, будет ли совершаться работа над ним?
А 14. Когда и почему возникает необходимость рассматривать силы инерции? Приведите примеры.
А
15. Шар массы m2,
имеющий скорость 
,
налетает на покоящийся шар массы m1. Могут
ли после соударения скорости шаров 
и 
иметь направления, показанные на рисунке
А 3. В случае положительного ответа, сформулируйте условия для угла
a.
Рисунок А 3
А 16. Какие поля являются: а) потенциальными; б) непотенциальными? Приведите примеры.
А 17. В чем состоит парадокс близнецов и каково разрешение этого парадокса?
А 18. Запишите релятивистский закон сложения скоростей и получите из него классический закон сложения скоростей. Приведите примеры.
А 19. В чем заключается физический смысл связи между массой и энергией? Что определяет масса в этом случае?
А 20. Что можно сказать о скорости и ускорении точки, если ее траектория – винтовая линия? Ответ поясните рисунком.
А 21. По желобам АВ и АС (рисунок А 4), установленным вдоль диаметра и хорды вертикально расположенной окружности, начинают одновременно соскальзывать без начальной скорости грузы массой m. Сравните: а) время движения грузов по желобам АВ и АС; б) скорости тел в конечных точках. Трением пренебречь.
Рисунок А 4
А 22. Нормальное ускорение частицы постоянно по модулю. Что можно сказать о форме траектории частицы в случаях, когда проекция тангенциального ускорения на направление движения: а) равна нулю; б) положительная; в) отрицательная?
А 23. Покажите отличия и схожесть гравитационных сил и сил инерции. Приведите примеры проявления сил инерции.
А 24. Зачем в неинерциальных системах отсчета нужно вводить силы инерции и чем они отличаются от обычных сил взаимодействия между телами?
А 25. Сравните модуль силы натяжения нити математического маятника в крайнем положении с модулем силы натяжения нити конического маятника. Длины нитей, массы грузов и углы отклонения маятников одинаковы.
А 26. Движение материальной точки задано уравнениями x=at3, y=bt, где a, b-const. Изменяется ли сила, действующая на точку: а) по модулю; б) по направлению.
А 27. Для того, чтобы отвести штангу троллейбуса от провода, водитель прежде одергивает возможно дальше назад веревку, привязанную к кольцу, одетому на штангу. Зачем?
А 28. Диск радиуса
R катится по горизонтальной поверхности без проскальзывания
(рисунок А 5). В некоторый момент времени известны скорости 
и ускорение 
его центра. Найдите в
этот момент ускорение 
верхней точки А диска. Изобразите на рисунке.
Рисунок А 5
А 29. Почему монета, катящаяся по плоскости в вертикальном положении (без наклона), движется по прямой, а наклоненная движется криволинейно.
А 30. Почему при ударе кием по нижней части бильярдного шара он движется замедленно, а при ударе по верхней части – первое время ускоренно?
А 31. Волчок (рисунок А 6) вращается в направлении, указанном на рисунке стрелкой. В каком направлении происходит прецессия волчка? Ответ поясните.
Рисунок А 6
А 32. Зависит ли работа, совершаемая над телом, от выбора системы отсчета? Влияет ли это на теорему о связи работы и кинетической энергии?
А
33. Изобразите на рисунке поверхности постоянной потенциальной энергии, а также
силу 
и
градиент 
в некоторой произвольно взятой точке для: а)
однородного поля тяжести; б) гравитационного поля точечной массы.
А
34. Определите положения равновесия и ответьте на вопрос, устойчивы ли они для
поля вида: а) 
;
б) 
, где а –
положительная постоянная. Проиллюстрируйте ответы графиками функций
U(r),
Fr(r).
А
35. Известно, что в «близких» точках 1 и 2 потенциальная энергия частицы равна
соответственно U1=5 Дж,
U2=5,1 Дж. Расстояние между точками
r=1
см. Можно ли по этим данным найти: а) проекцию силы на направление прямой, соединяющей
точки 1 и 2; б) силу 
, действующую на частицу в окрестности
этих точек?
А
36. Консервативна ли сила: а) 
; б) 
? В случае положительного ответа найти
потенциальную энергию U(x,y,z).
А 37. Докажите, что в случае центрального упругого удара два тела обмениваются скоростями, если m1= m2.
А
38. Выведите формулы для скоростей тел после абсолютно упругого удара для
случая, когда тело массы m1 налетает
со скоростью на
покоящееся тело массы m2. В каком
случае налетающее тело: а) продолжит движение в прежнем направлении; б) отскочит
обратно. Приведите примеры.
А
39. Выведите формулы для скоростей тел после абсолютно неупругого удара для
случая, когда тело массы m1 налетает
со скоростью на
покоящееся тело массы m2.
Проанализируйте полученные результаты для случаев: а)
m1>>
m2; б)
m1<<
m2.
А 40. Каким молотком – легким или тяжелым – легче забивать гвозди? Тяжелее или легче сваи должен быть копёр для забивания свай? Ответы подтвердите расчетами.
А 41. Человеку, стоящему на неподвижной скамье Жуковского, дали в руки вращающееся колесо с вертикально ориентированной осью. Сначала человек держал вращающееся колесо над головой, затем повернул ось колеса на 180°. В каком направлении будет вращаться скамья?
А 42. Какими факторами обуславливается несовпадение направления силы и вызываемого ею ускорения в релятивистской динамике?
А 43. Покажите, что квант света, излучаемый в направлении Земли со скоростью u, приближается к Земле не со скоростью с+u, а со скоростью с.
А 44. Найдите (приближенно зависимость ускорения свободного падения тела g от широты местности j (рисунок А 7) и постройте её график g(j).
Рисунок А 7
А 45. Прыгун, отталкиваясь от трамплина, выполняет в воздухе несколько полных оборотов, при этом свертывается клубком, а затем при входе в воду снова выпрямляет тело: а) какую траекторию описывает при этом его центр масс? б) какие законы сохранения выполняются при этом? в) опишите кинематику движения (характер изменения линейной скорости центра масс и угловой скорости вращения).
А 46. Предположим, что спутник на границе атмосферы постепенно теряет энергию из-за сопротивления воздуха. Что происходит со скоростью спутника по мере уменьшения его полной энергии?
А 47. Какие физические величины и законы являются инвариантными? Приведите примеры в классической и релятивистской механиках.
А 48. По кольцу растекается капля жидкости. Как при этом изменяется момент инерции жидкости относительно оси, перпендикулярной плоскости кольца и проходящей через его центр? Учтите, что r<<R, где r – радиус капли жидкости, R – радиус кольца жидкости.
А
49. На горизонтальной плоскости лежит катушка ниток (рисунок А 8) массы
m. Ее
момент инерции относительно собственной оси
I. Радиус
намотанного слоя ниток равен r, внешний радиус катушки
R. Катушку без
скольжения начали тянуть за нить с постоянной силой , направленной под углом
a к горизонту. Напишите уравнения движения катушки.
Рисунок А 8
А
50. Однородный сплошной цилиндр массы m лежит на двух горизонтальных
брусьях (рисунок А 9). На цилиндр намотана нить, за свешивающийся конец которой
тянут с постоянной вертикально направленной силой . Напишите уравнения движения цилиндра. Рисунок
А 9
А 51. Сплошной однородный цилиндр массой
m1 свободно вращается вокруг горизонтальной оси,
укрепленной на подставке массой m2, которая
находится на гладкой горизонтальной поверхности (рисунок А 10). На цилиндр
плотно намотана невесомая нить, к концу которой приложили постоянную горизонтальную
силу .
Напишите уравнения движения для этой системы. Рисунок
А 10
А 52. Шарик катается по круговому вертикальному желобу. Сравните работы при одном обороте шарика по круговой траектории: а) силы нормальной реакции; б) силы тяжести; в) силы трения.
А 53. Предположим, что вниз по наклонной плоскости скатываются три тела одинаковой массы, имеющие одинаковые радиусы: полый цилиндр, шар и сплошной цилиндр. Какое тело скатится быстрее? Что изменится, если у тел будут разные массы? Разные радиусы? Ответы обоснуйте.
А 54. В ходе эксперимента были определены импульс и энергия релятивистской частицы. Найдите её скорость и массу.
Т а б л и ц а 2 - РГР № 2, М 2
|
Уровень |
Вариант |
Волькенштейн В.С. «Сборник задач по общему курсу физики».-М., 1990 |
Чертов А.Г., Воробьёв А.А.«Задачник по физике». -М.,2006. – 640 с. |
Задания к практическим занятиям. Физика. /Под ред. Ж.П. Лагутиной/.-М.,1989 |
Приложение Б |
А |
1 |
5.38,5.54,5.125,5.165,5.197 |
|
|
1,32 |
|
|
2 |
5.97,5.167,5.217 |
10-48,11-62 |
|
2,28 |
|
|
3 |
5.99,5.135,5.171 |
9-25,11-71 |
|
3,29 |
|
|
4 |
5.174,5.195,5.222 |
8-27,10-5 |
|
4,30 |
|
|
5 |
5.97,5.107,5.186,5.196,5.217 |
|
|
5,31 |
|
|
6 |
5.96,5.117,5.198 |
9-18,11-28 |
|
7,33 |
|
|
7 |
5.118, 5.198 |
8-31,10-36,11-70 |
|
6,34 |
|
|
8 |
5.49,5.162,5.223 |
8-27,10-1 |
|
8,35 |
|
|
9 |
5.133,5.159,5.225 |
9-19,11-4 |
|
9,36 |
|
|
10 |
5.49,5.107,5.121, 5.186,5.161 |
|
|
10,37 |
В |
11 |
5.182,5.229 |
10-10,10-68,11-56 |
|
11,38 |
|
|
12 |
5.94,5.183,5.219 |
10-17,10-69 |
|
12,39 |
|
|
13 |
5.53,5.76,5.123,5.221 |
11-68 |
|
13,40 |
|
|
14 |
5.56,5.77,5.108,5.124 |
11-75 |
|
14,41 |
|
|
15 |
|
10-20,11-49,11-74 |
8.17,9.34 |
15,42 |
|
|
16 |
|
10-26,10-64,11-47 |
8.18,9.33 |
16,43 |
|
|
17 |
5.137,5.206,5.228 |
9-19,10-17 |
|
17,44 |
|
|
18 |
|
9-28,10-18,11-7,11-33 |
9.44 |
18,45 |
|
|
19 |
5.58,5.219 |
10-19,11-5,11-66 |
|
19,46 |
|
|
20 |
5.57,5.78,5.191 |
|
8.29,9.36 |
20,47 |
|
|
21 |
|
|
8.23,8.31,8.46, 9.33,9.44 |
21,48 |
|
|
22 |
|
|
8.10,8.39,8.48, 9.35,9.43 |
22,49 |
С |
23 |
|
8-42,11-59 |
8.47,9.21,9.48(а) |
23,50 |
|
|
24 |
|
8-43,11-57 |
8.37,8.45,9.49 |
24,51 |
|
|
25 |
|
8-44,10-37,10-71 |
9.40,9.50 |
25,52 |
|
|
26 |
|
10-3,10-72 |
8.10,9.39,9.48(б) |
26,53 |
|
|
27 |
|
10-22 |
8.14,8.50,9.38,9.50 |
27,54 |
Контрольная работа №2 (заочное обучение)
Т а б л и ц а 1 – Варианты контрольных заданий (нечетные)
|
Вариант |
Номера задач (Чертов А.Г., Воробьёв А.А. «Задачник по физике».-М., 1981) |
Приложение Б |
||||
|
0 |
9-2 |
10-12 |
11-21 |
11-64 |
10-55 |
1; 32 |
|
1 |
9-16 |
10-1 |
11-23 |
11-68 |
10-66 |
2; 28 |
|
2 |
9-19 |
10-4 |
11-33 |
11-65 |
10-65 |
3; 29 |
|
3 |
9-17 |
10-6 |
11-40 |
11-52 |
10-51 |
4; 30 |
|
4 |
9-8 |
10-11 |
11-50 |
11-66 |
10-63 |
5; 31 |
|
5 |
9-27 |
10-7 |
11-18 |
11-69 |
10-61 |
7; 33 |
|
6 |
9-29 |
10-20 |
11-17 |
11-61 |
10-49 |
6; 34 |
|
7 |
9-30 |
10-26 |
11-41 |
11-70 |
10-50 |
8; 39 |
|
8 |
9-18 |
10-8 |
11-20 |
11-63 |
10-64 |
9; 36 |
|
9 |
9-15 |
10-17 |
11-16 |
11-54 |
10-67 |
10; 37 |
Т а б л и ц а 2 – Варианты контрольных заданий (четные)
|
Вариант |
Номера задач (Чертов А.Г., Воробьёв А.А. «Задачник по физике».-М., 1981) |
Приложение Б |
||||
|
0 |
9-15 |
10-4 |
11-36 |
11-62 |
10-49 |
10; 37 |
|
1 |
9-20 |
10-20 |
11-37 |
11-68 |
10-64 |
8; 39 |
|
2 |
9-30 |
10-6 |
11-32 |
11-66 |
10-50 |
7; 33 |
|
3 |
9-19 |
10-8 |
11-22 |
11-72 |
10-55 |
4; 30 |
|
4 |
9-28 |
10-1 |
11-30 |
11-53 |
10-67 |
2; 28 |
|
5 |
9-29 |
10-10 |
11-39 |
11-60 |
10-52 |
1; 32 |
|
6 |
9-27 |
10-17 |
11-24 |
11-71 |
10-63 |
3; 29 |
|
7 |
9-18 |
10-11 |
11-28 |
11-64 |
10-61 |
5; 31 |
|
8 |
9-8 |
10-18 |
11-35 |
11-69 |
10-51 |
6; 34 |
|
9 |
9-7 |
10-26 |
11-34 |
11-54 |
10-65 |
9; 36 |
Приложение Б
Б 1. Можно ли вычислить: а) массу молекулы газа по данному значению М; б) концентрацию молекул по данным значениям r и М; в) среднее расстояние между молекулами по данным значениям М, V, m? Ответы обоснуйте.
Б 2. Что происходит и почему со скоростью теплового движения молекул идеального газа при увеличении давления в процессе, для которого р~r?
Б 3. Давление газа р~n<Wпост>. В каком изопроцессе одновременно с возрастанием n увеличивается и <Wпост>? Объясните ответ.
Б 4. Некоторый газ с неизменной массой переводится из одного равновесного состояния в другое. Изменяется ли в распределении молекул по скоростям: а) положение максимума кривой Максвелла; б) площадь под этой кривой? Если изменяется, то почему?
Б 5. Покажите, как, зная плотность r и молярную массу М, найти число молекул вещества в единице объема? Как называется эта физическая величина?
Б 6. До какой температуры при нормальном атмосферном давлении надо нагреть кислород, чтобы его плотность стала равна плотности азота при нормальных условиях?
Б
7. Имеется смесь различных идеальных газов с массами
m1,
m2,
m3… и молярными массами М1, М2, М3…соответственно.
Покажите, что уравнение состояния такой смеси можно записать в виде 
, где
m –
масса смеси. Найдите М и объясните, что определяет М.
Б 8. Почему при подъеме в атмосфере Земли отношение числа молекул N2 к числу молекул О2 увеличивается.
Б 9. Объясните на качественном уровне, каким образом закон Шарля следует из молекулярно-кинетической теории и соотношения между средней кинетической энергией и абсолютной температурой.
Б 10. Приведите примеры естественно происходящих процессов, которые иллюстрируют деградацию используемой энергии (т.е. её переход во внутреннюю энергию).
Б 11. Начертите и объясните графики зависимости плотности идеального газа в зависимости от температуры при изотермическом, изобарном и изохорном процессах.
Б 12. Если газ быстро сжать (например, переместив поршень), то его температура повысится. Когда газ под поршнем расширяется, происходит его охлаждение. Объясните эти изменения температуры с точки зрения молекулярно-кинетической теории, обратив внимание на то, что происходит в тот момент, когда молекулы сталкиваются с движущимся поршнем.
Б 13. Почему как бы велика ни была скорость воздуха, образующего сильный ветер, она не сделает его горячим?
Б 14. Преобразуйте функцию распределения Максвелла, перейдя от переменной u к переменной U=u/uвер, где uвер – наиболее вероятная скорость молекул.
Б 15. Как изменяется динамическая вязкость газа h при увеличении объема в процессах: а) изобарном; б) изотермическом?
Б 16. Как и почему изменяются при изотермическом расширении газа: а) средняя кинетическая энергия молекул; б) средняя длина свободного пробега молекул?
Б 17. Газ находится в закрытом сосуде. Зависят ли и почему от средней скорости теплового движения молекул газа: а) среднее число столкновений молекулы в 1с с другими молекулами; б) средняя длина свободного пробега молекул?
Б 18. Какая из прямых на рисунке Б 1 правильно изображает в логарифмическом масштабе зависимость средней квадратичной скорости молекул от температуры? Ответ обоснуйте.
Рисунок Б 1
Б
19. Объясните, как изменяется средняя длина свободного пробега молекул газа: а)
при изобарном нагревании; б) при изотермическом увеличении давления? Изменением
эффективного сечения молекул пренебречь. Постройте графики зависимости средней
длины свободного пробега молекул от температуры
<
>=<>(Т).
Б
20. Объясните, как изменяются при изохорном нагревании газа: а) среднее время
между соударениями молекул; б) средняя длина свободного пробега молекул.
Изменением эффективного сечения молекул пренебречь. Постройте графики
зависимости средней длины свободного пробега молекул
<> и среднего времени между соударениями от температуры.
Б 21. Опишите опытные факты, лежащие в основе молекулярно-кинетической теории.
Б 22. Почему при выводе выражения для средней длины свободного пробега молекул предполагается, что молекула сохраняет скорость даже после столкновения?
Б 23. Исходя из распределений Максвелла и Больцмана, объясните, почему на Луне нет атмосферы, а скорость рассеяния атмосферы Земли ничтожно мала?
Б 24. Сосуд разделен пористой перегородкой на две равные части. После того как из обеих частей выкачали воздух, одну из них заполнили водородом (1), а другую – азотом (2). Начальные давления р0 обоих газов одинаковы. Нарисуйте схематически график изменения давления в каждой части сосуда с течением времени.
Б 25. Средняя длина свободного пробега. Приведите несколько способов, позволяющих уменьшить среднюю длину свободного пробега молекул газа.
Б 26. Закон Максвелла о распределении молекул идеального газа по скоростям. Почему кривая распределения скоростей молекул Максвелла асимметрична?
Б 27. Явления переноса, их иногда называют «тройной аналогией»? Запишите уравнение переноса, объединяющее законы Фика, Фурье, Ньютона и объясните его.
Б 28. Объясните, почему для идеальных газов Ср-Сv=R. Каков физический смысл R?
Б 29. Для газа дано: р, V, i=5. Что можно вычислить по этим данным: а) полную внутреннюю энергию газа; б) энергию поступательного движения молекул; в) Cv; г) Сp ? Ответы поясните.
Б 30. Дан неизвестный газ. Можно ли узнать и как, какой это газ, если даны: а) р,V,T,m; б) p,T,r; в) g, Cv? К газу применима классическая теория теплоемкостей.
Б 31. Докажите, почему показатель адиабаты g всегда больше единицы?
Б 32. Теплоизолированная система переходит из одного состояния термодинамического равновесия в другое с первоначальным объемом. Возможно ли, чтобы при этом: а) энтропия системы уменьшилась; б) внутренняя энергия уменьшилась; в) система совершила положительную работу? Объясните.
Б 33. Газ расширяется изотермически, затем сжимается адиабатно до начального объема. Объясните, как изменилась энтропия газа.
Б 34. Раскройте физический смысл понятий работы термодинамической системы и работы над такой системой. Приведите примеры.
Б 35. Обсудите и перечислите факторы, которые не позволяют реальным двигателям достигать предельного КПД двигателя Карно.
Б 36. Как связаны между собой вероятность состояния системы и необратимость? Приведите примеры.
Б 37. Один моль газа нагревают в закрытом сосуде. Сравните приращения энтропии, если газ: а) одноатомный; б) двухатомный. Начальные и конечные температуры газа в обоих случаях одинаковы.
Б 38. Второе начало термодинамики. В реальных условиях невозможно избежать ни самопроизвольных расширений, ни трения, ни теплового рассеяния. Объясните, каков же общий признак у этих односторонних процессов.
Б 39. Приведите примеры естественных (происходящих самопроизвольно) процессов, в которых порядок сменяется беспорядком. Обсудите возможности наблюдения обратных процессов.
Б 40. Имеются два разных газа в цилиндрах, находящихся при одинаковых параметрах состояния. Один газ одноатомный, другой – двухатомный. Сначала они в одинаковой степени расширяются изотермически, а затем адиабатически. Какой из них совершил большую работу при изотермическом расширении? Почему? Какой – при адиабатическом расширении? Почему? Покажите процессы на р, V – диаграмме.
Б 41. Чем отличается поведение энтропии при обратимых и необратимых процессах в замкнутой системе? Ответ поясните, сопровождая примерами.
Б 42. Газ переходит из одного и того же начального состояния 1 в одно и то же конечное состояние 2 в результате следующих процессов: а) изотермического; б) изобарного; в) изохорного. Рассмотрев эти процессы графически, покажите: 1) в каком процессе работа расширения максимальна; 2) когда газу сообщается максимальное количество теплоты.
Б 43. В термодинамике утверждают, что энтропия – это мера беспорядка. Почему? Приведите примеры.
Б 44. В газе происходят процессы: а) изохорное нагревание; б) адиабатное сжатие. Начальные температуры равны. Количество теплоты, поглощаемое в случае а, равняется работе над газом в случае б. Сравните конечные температуры.
Б 45. Используя Т-S-диаграмму, докажите, что термический КПД необратимого цикла всегда меньше коэффициента полезного действия цикла Карно.
Б 46. В равновесном процессе в газе, представленном графиком АВС на рисунке Б 2, точки А и С лежат на адиабате. Отличны ли от нуля в этом процессе: а) количество поглощенной газом теплоты; б) изменение энтропии?
Рисунок Б 2
Б 47. Газ расширяется обратимо: а) изотермически; б) изобарно; в) адиабатно. Начальные и конечные объемы во всех процессах совпадают. В каких случаях прирост энтропии газа минимален и максимален?
Б 48. Приведите несколько примеров, которые бы подчинялись первому началу термодинамики, но если бы они действительно произошли, то привели бы к нарушению второго начала термодинамики.
Б 49. В чем заключаются трудности классической теории теплоёмкости идеальных газов?
Б 50. Можно сказать, что полное изменение энтропии в ходе процесса является мерой необратимости этого процесса. Обсудите, почему справедливо это утверждение, исходя из того, что для обратимого процесса DS=0.
Б 51. Объясните явления переноса исходя из второго начала термодинамики.
Б 52. Что такое вечный двигатель второго рода? Может ли вечный двигатель второго рода в качестве нагревателя использовать воду океанов и морей, забирая из нее внутреннюю энергию в форме теплоты и непрерывно преобразовывая ее в работу?
Б 53. Что такое вечный двигатель второго рода? Почему невозможно осуществить периодически действующий вечный двигатель, комбинируя изотермическое расширение с адиабатическим процессом сжатия?
Б 54. Газ переходит из состояния 1 в состояние 2 (рисунок Б 3) в одном случае непосредственно, во втором – через состояния 3 и 4. Что можно сказать о приращении энтропии в этих случаях. Ответ доказать прямым расчетом.
Рисунок Б 3
Т а б л и ц а 3 - РГР № 3, М3
|
Уровень |
Вариант |
Волькенштейн В.С. «Сборник задач по общему курсу физики».-М., 1990 |
Чертов А.Г., Воробьёв А.А.«Задачник по физике». -М.,2006. – 640 с. |
Задания к практическим занятиям. Физика. /Под ред. Ж.П. Лагутиной/.-М.,1989 |
Приложение Б |
А |
1 |
10.1 |
14-36,15-55,18-6,20-2 |
|
1;11 |
|
|
2 |
|
14-38,16-2,18-13, 19-25,20-3 |
|
2;12 |
|
|
3 |
|
14-6,17-12,18-8, 19-10,19-27 |
|
3;13 |
|
|
4 |
9.45 |
14-4,15-60,19-29,18-9 |
|
4;14 |
|
|
5 |
|
14-2,15-41,19-31,15-36 |
13.33 |
5;15 |
|
|
6 |
9.13,9.64 |
15-27,18-2, 20-4 |
|
6;16 |
|
|
7 |
9.78,9.63,10.41 |
14-51,20-5 |
|
7;17 |
|
|
8 |
9.44(б),9.72,9.115,10.43 |
|
12.11 |
8;18 |
|
|
9 |
9.69,10.37 |
14-37,15-6,17-13 |
|
9;19 |
|
|
10 |
|
14-51,15-9,18-3,20-13 |
12.14 |
10;20 |
В |
11 |
|
14-13,15-43,15-57, 20-8 |
14.21 |
26;31 |
|
|
12 |
10.48 |
13-12,14-14,15-58, 20-9 |
|
24;34 |
|
|
13 |
|
13-14,14-10,15-16, 15-59,20-10 |
|
25;36 |
|
|
14 |
|
13-15,15-15,15-61, 18-7,19-31 |
|
22;35 |
|
|
15 |
9.110,10.56 |
14-8,15-22,14.16 |
13.32 |
21;39 |
|
|
16 |
|
14-17,15-15,15-62, 17-11,20-27 |
|
27;37 |
|
|
17 |
9.18,9.38,9.76,10.49 |
15-67 |
|
30;38 |
|
|
18 |
9.19,9.74 |
15-45,19-32 |
15.48 |
29;40 |
|
|
19 |
|
13-16,15-23,15-70, 17-18,19-33 |
|
28;41 |
|
|
20 |
|
13-17,14-15,15-24, 15-57 |
14.20 |
23;42 |
|
|
21 |
|
|
11.45,12.40,13.29,14.35,15.41 |
32;43 |
|
|
22 |
|
|
12.6,12.35,13.30, 14.12,15.45 |
33;44 |
С |
23 |
9.58 |
13-18,14-20,14-28, 16-17 |
|
50;45 |
|
|
24 |
|
16-15 |
11.39,12.2,14.15, 15.20 |
47;53 |
|
|
25 |
|
14-31,15-50,18-17, 19-35 |
15.47 |
49;46 |
|
|
26 |
|
14-19,15-47,15-63, 18-18,19-36 |
|
48;52 |
|
|
27 |
|
15-46,16-18,18-19 |
11.43,12.27 |
51;54 |
Контрольная работа №3 (заочное обучение)
Т а б л и ц а 1 – Варианты контрольных заданий (нечетные)
|
Вариант |
Номера задач (Чертов А.Г., Воробьёв А.А. «Задачник по физике».-М., 1981) |
Приложение В |
||||
|
0 |
14-4 |
15-49 |
15-55 |
17-15 |
20-6 |
1; 11 |
|
1 |
14-10 |
15-36 |
15-61 |
17-11 |
19-26 |
2; 12 |
|
2 |
14-38 |
15-39 |
15-58 |
18-14 |
19-27 |
3; 13 |
|
3 |
14-22 |
15-47 |
15-62 |
18-8 |
20-1 |
4; 14 |
|
4 |
14-50 |
15-37 |
15-66 |
18-9 |
19-25 |
5; 15 |
|
5 |
14-25 |
15-44 |
15-57 |
51-5 |
19-14 |
6; 16 |
|
6 |
14-43 |
15-38 |
15-54 |
51-3 |
19-12 |
7; 17 |
|
7 |
14-40 |
15-48 |
15-52 |
18-3 |
19-23 |
8; 18 |
|
8 |
14-12 |
15-46 |
15-57 |
18-11 |
19-33 |
9; 19 |
|
9 |
14-5 |
15-43 |
15-56 |
18-5 |
20-4 |
10; 20 |
Т а б л и ц а 2 – Варианты контрольных заданий (четные)
|
Вариант |
Номера задач (Чертов А.Г., Воробьёв А.А. «Задачник по физике».-М., 1981) |
Приложение В |
||||
|
0 |
14-3 |
15-46 |
15-59 |
18-11 |
20-3 |
10; 20 |
|
1 |
14-9 |
15-37 |
15-57 |
18-6 |
20-5 |
8; 18 |
|
2 |
14-21 |
15-39 |
15-60 |
18-5 |
19-26 |
6; 16 |
|
3 |
14-36 |
15-44 |
15-54 |
18-10 |
19-25 |
4; 14 |
|
4 |
14-49 |
15-36 |
15-61 |
17-17 |
20-2 |
2; 12 |
|
5 |
14-23 |
15-38 |
15-51 |
17-4 |
19-17 |
1; 11 |
|
6 |
14-41 |
15-49 |
15-67 |
51-5 |
19-13 |
3; 13 |
|
7 |
14-37 |
15-47 |
15-55 |
18-4 |
19-27 |
5; 15 |
|
8 |
14-2 |
15-43 |
15-56 |
18-9 |
19-28 |
7; 17 |
|
9 |
14-11 |
15-42 |
15-65 |
18-7 |
19-32 |
9; 19 |
Приложение В
В 1. Фундаментальным свойством заряда является его инвариантность – заряд не изменяется при движении носителя заряда. Объясните, обладает ли свойством инвариантности плотность заряда (объемная, поверхностная, линейная).
В 2. Известно, что поле плоского конденсатора однородно. Пусть напряженность его Е, а заряд на обкладках конденсатора q. Равна ли qЕ сила, действующая на каждую пластину конденсатора? Дайте ответ и докажите справедливость своего утверждения.
В 3. На расстоянии r друг от друга находятся два точечных заряда q1 и q2. S – плоскость симметрии (рисунок В 1). Изучите характер поля этих зарядов в случае, когда оба заряда положительны и равны друг другу q1 = q2 = q. Является ли плоскость S эквипотенциальной? Равна ли нулю напряженность поля во всех точках этой плоскости. Начертите примерный вид силовых линий и эквипотенциальных поверхностей поля.
Рисунок В 1
В 4. Иногда говорят, что силовая линия электростатического поля это линия, по которой будет двигаться электрический заряд в электростатическом поле. Правильно ли это? Дайте ответ с доказательством справедливости своего утверждения.
В
5. В однородное электрическое поле напряженности 
влетает протон, имеющий скорость . Опишите характер
движения протона и траекторию в случаях, когда скорость : 1) параллельна силовым
линиям; 2) направлена против силовых линий; 3) перпендикулярна им.
В 6. В каких случаях для расчета напряженности электрического поля следует применять теорему Гаусса? Составьте полный алгоритм применения этой теоремы.
В 7. Поток напряженности электрического поля, созданного зарядами q1, q2 и q3, через некоторую поверхность, содержащую точку А, равен нулю. Можно ли утверждать, что на заряд, помещенный в точку А, электрические силы не действуют? Поясните ответ примерами.
В
8. Электрическое поле создано точечным зарядом
q. Определите,
как будет меняться поток вектора через сферическую поверхность,
охватывающую заряд q, с увеличением радиуса поверхности? Повлияет ли на
результат изменение положения заряда внутри поверхности? Изменится ли при этом
напряженность поля во всех точках внутри этой поверхности?
В 9. Чем отличается друг от друга явления электризации проводника (электростатической индукции) и поляризации диэлектрика? Что между ними общего? Систематизируйте информацию об этих явлениях.
В 10. Объясните, может ли заряд с металлического шарика, заряженного до потенциала 1 В, полностью перейти на металлический шар, заряженный до потенциала 1000 В?
В 11. Какие эксперименты убеждают в том, что в металлах свободными носителями зарядов являются электроны, а в электролитах – ионы? (Назовите и кратко изложите суть).
В 12. Можно ли прочесть формулу С=q/U так: емкость проводника прямо пропорциональна величине заряда и обратно пропорциональна его потенциалу, а формулу R=Dj/I – сопротивление проводника прямо пропорционально разности потенциалов и обратно пропорционально проходящему току? Ответ обоснуйте.
В 13. Ток течет по однородному проводнику переменного сечения. Сравните силу и плотность тока в сечениях S1 и S2. Какой физический закон позволит обоснованно сделать заключение о величинах I и j?
В 14. Всегда ли напряжение на клеммах батареи меньше ее ЭДС? Возможно ли обратное? Объясните и приведите примеры.
В
15. Скорость электронов на выходе из электронного ускорителя
u, концентрация электронов спадает по мере удаления от оси пучка по
закону 
,
где n0 – концентрация
на оси пучка, r0 –
эффективный радиус сечения электронного пучка. Как изменяется плотность тока
j по
сечению пучка? Запишите формулу и постройте качественно график.
В 16. Имеется гальванический элемент (рисунок В 2), электродвижущая
сила которого e, а внутреннее сопротивление
r. Постройте
качественный график распределения потенциала между точками 1-2 в случае, если
цепь разомкнута.
Рисунок В 2
В 17. При прохождении тока по проводнику в нем выделяется джоулево тепло. За счет какой энергии это происходит?
В 18. Аккумулятор с ЭДС Е и сопротивлением
R
поставлен на подзарядку (рисунок В 3). Чему равна и на что расходуется энергия,
отбираемая от внешней цепи (сети) в этом случае? Запишите закон сохранения
энергии для данного случая. Рисунок
В 3
В 19. Что подразумевают под шунтированием прибора? В каких случаях используют шунтирование и каков бывает результат? Приведите схему включения шунта.
В 20. Согласно формуле Р=U2/R, мощность, рассеиваемая резистором, должна уменьшаться с ростом R, а формула P=I2R подразумевает обратное. Действительно ли существует противоречие в толковании этих формул. Объясните, объяснение подтвердите примерами.
В 21. Пространство между двумя электродами, представляющими собой концентрические сферы радиусов R1 и R2 заполнено однородной проводящей средой с удельным сопротивлением r. На электроды подана разность потенциалов. Полный ток в данном участке цепи равен I. Начертите линии тока в среде между электродами. Получите выражение для плотности тока в среде как функции расстояния от центра сфер.
В 22. Возможно ли такое электростатическое поле (рисунок В 4), вектор напряженности которого во всех точках поля имеет одинаковое направление, а перпендикулярно к этому направлению изменяет свою величину по линейному закону?
Рисунок В 4
В 23. Заряженная металлическая пластинка находится в электрическом
поле, показанном на рисунке В 5. Заряд пластинки
q, слева от
пластинки напряженность поля равна Е1, справа – Е2. Правильно
ли предположение, что сила, действующая на пластинку, равна
q(E2-E1)? Краевыми
эффектами пренебречь. Рисунок
В 5
В 24. Бесконечная плоскость с круглым отверстием радиуса
R
равномерно заряжена положительным зарядом (рисунок В 6). Поверхностная
плотность заряда на плоскости s. Плоскость действует на положительный
точечный заряд q, отстоящий от нее на расстояние
l,
с силой F. Как будет изменяться величина силы
F с
увеличением расстояния l (увеличиваться или уменьшаться). Ответ обоснуйте соответствующими
формулами. Рисунок В 6
В 25. Положительно заряженный уединенный проводящий шар расположен над бесконечной проводящей плоскостью. Начертите приближенную картину эквипотенциальных поверхностей и линий напряженности электрического поля. Можно ли вычислить силу, действующую на шар со стороны индуцированного им заряда на плоскости? Докажите справедливость своего утверждения.
В 26. Между двумя неподвижными точечными зарядами +q и –q по диэлектрическому желобу прокатывается
шарик с зарядом –q (рисунок В 7). Опишите характер движения шарика на
участке АВ. Определите изменение кинетической энергии шарика при переходе из
точки А в точку В. Вся система лежит в горизонтальной плоскости. Трением
пренебречь. Точки А и В лежат в плоскости симметрии точечных зарядов. Рисунок
В 7
В 27. Для заряженного проводника характерно: 1) потенциал проводника одинаков во всех его точках; 2) электрическое поле вблизи его внешней поверхности направлено по нормам к поверхности. На основании этих свойств докажите, что поверхностная плотность зарядов возрастает на выступах и уменьшается во впадинах поверхности проводника.
В
28. По оси металлической трубы (рисунок В 8), сужающейся на участке АВ,
движется со скоростью заряженная частица. Изменится ли скорость
частицы при прохождении сужения?
Рисунок В 8
В
29. В однородное электрическое поле 
(рисунок В 9) помещена пластина из
диэлектрика, в результате чего поле изменилось, как показано на рисунке. Исходя
из свойств векторов 
и
,
определите: 1) силовые линии какого из векторов показаны на рисунке? 2) какая
из диэлектрических проницаемостей больше – вещества пластины
e2 или окружающей
среды e1?
Рисунок В 9
В
30. Покажите и объясните ход линий вектора смещения вне и внутри шара из диэлектрика
(рисунок В 10), помещенного в однородное электростатическое поле для двух случаев:
а) e1>e2; б)
e1<e2.
Рисунок В 10
В 31. Для передачи электроэнергии на большие расстояния используются очень высокие напряжения. Объясните, каким образом высокие напряжения позволяют уменьшить потери в линиях электропередач, и рассчитайте потери мощности в общем виде.
В 32. Являются ли замкнутые проводящие оболочки, приведенные на рисунке В 11 (а,б), экранами? Ответы обоснуйте.
Рисунок В 11
а) Проводящая замкнутая оболочка во внешнем поле;
б) заряд, окруженный замкнутой проводящей оболочкой;
в) заряд, окруженный заземленной замкнутой проводящей оболочкой.
В 33. Являются ли замкнутые проводящие оболочки, приведенные на рисунке В 11(б,в), экранами? Ответы обоснуйте.
В 34. Объясните: 1) как возникают носители тока в газе? Назовите их; 2) от чего зависит концентрация носителей тока в газе? 3) почему средняя подвижность отрицательных носителей заряда больше подвижности положительных?
В 35. Рассмотрим два правильных утверждения: 1) для того, чтобы в проводнике шел ток, в нем (проводнике) нужно создать электрическое поле; 2) заряд на проводнике всегда располагается так, что поле внутри проводника равно нулю. Как совместить эти утверждения? Чем же создается поле внутри проводника при наличии тока?
В 36. Может ли резистор обладать ЭДС? Приведите примеры и объясните механизм возникновения ЭДС, если ответ утвердительный.
В 37. Вы находитесь в ракете, которая движется с ускорением. Покажите, что ускорение ракеты можно определить чисто электрическим методом, имея лишь длинный проводник и электроизмерительные приборы.
В 38. Назовите достоинства и недостатки последовательного и параллельного соединений лампочек в елочной гирлянде.
В 39. Ток течет по проводнику формы, показанной на рисунке В 12.
Используя законы постоянного тока, определите, одинакова ли напряженность поля
в узком и широком сечениях? На основании полученного результата определите соотношение
между скоростями дрейфа электронов в этих сечениях. Рисунок
В 12
В 40. Однородное проволочное кольцо (рисунок В 13) может
быть включено в цепь через неподвижный контакт А и подвижный В. Определите характер
изменения сопротивления между контактами А и В при изменении положения контакта
В; постройте график зависимости R(l),
где l – участок дуги
между точками А и В. При каком значении длины дуги l
малые смещения контакта В менее всего сказываются на сопротивлении данного
соединения? Рисунок В 13
В 41. Когда конденсатор присоединили к батарее аккумуляторов, он зарядился и его энергия стала равна 1 Дж. Равна ли этой энергии работа, совершенная батареей? Докажите правильность своего ответа вычислением.
В 42. Сравните работу электрических сил и количество теплоты, выделяемое в течение 1 секунды, в следующих случаях: 1) в резисторе, по которому течет ток I при разности потенциалов на концах проводника U; 2) в аккумуляторе, который заряжается током I, при разности потенциалов на его зажимах U; 3) в батарее аккумуляторов, дающей ток I на внешнее сопротивление, при той же разности потенциалов U на зажимах батареи.
В 43. Два элемента с одинаковыми ЭДС e и разными внутренними сопротивлениями r1 и r2 соединяются последовательно и замыкаются на внешнее сопротивление R. Можно ли подобрать величину R так, чтобы разность потенциалов на полюсах первого элемента была равна нулю?
В 44. Две батареи с электродвижущими силами
e1 и
e2 включены
в цепь так, как показано на рисунке В 14. Сопротивления подобраны так, что
амперметр показывает отсутствие тока. Что покажет вольтметр?
Рисунок В 14
В 45. Какой смысл имеют в классической теории электропроводности металлов: 1) длина свободного пробега; 2) время свободного пробега электронов? Дайте толкование этих понятий и объясните, к каким затруднениям теории это приводит.
В 46. Может ли случиться, что два последовательно соединенных элемента с ЭДС e1 и e2 и внутренними сопротивлениями r1 и r2 будучи замкнуты на внешнее сопротивление R, дадут ток более слабый, чем один из этих элементов, замкнутый на то же сопротивление?
В
47. Рассмотрим следующую задачу. Два одинаковых металлических шарика с зарядами
q1=3×10-5 Кл и
q2=15×10-5 Кл
находятся на расстоянии r=1 м, друг от друга. Энергия их взаимодействия 
.
Шарики
соединили проводником, обладающим весьма малой электроемкостью, заряды на них
уравнялись, и проводник убрали. Теперь энергия их взаимодействия стала 
. Откуда взялась «лишняя»
энергия? Нарушен закон сохранения энергии или допущена ошибка в рассуждениях?
Приведите убедительное доказательство своего предположения.
В 48. Два концентрических полых шара заряжены: наружный до потенциала 5В, а внутренний до потенциала 10В. Когда шары соединили проволокой, оказалось, что потенциал внутреннего шара уменьшился, а потенциал наружного – не изменился. Докажите это и поясните, в каком случае уменьшение потенциала внутреннего шара будет более существенным.
В
49. Плоский воздушный конденсатор подсоединили к полюсам батареи аккумуляторов.
При этом энергия поля конденсатора 
. Если пластины медленно раздвинуть, то
энергия конденсатора уменьшится. В то же время, раздвигая пластины, мы
совершаем положительную работу. Как все это увязать с законом сохранения
энергии? Проанализируйте все аспекты происходящего.
В 50. На рисунке В 15 даны графики Ех(х) полей, параллельных оси х. При х=0 j1(0)=j2(0). Постройте графики потенциалов этих полей с учетом приведенных данных. Определите значения потенциалов в точке х=а, считая заданными величины Е1, а.
Рисунок В 15
В 51. Два шара различных радиусов (рисунок В 16) имеют равномерно распределенные
по объему заряды с плотностями r и -r. Расстояние между центрами шаров а. Используя теорему Гаусса докажите,
что поле в полости, образованной пересечением двух шаров, однородно. Рисунок
В 16
В 52. На концах проводника длиной l и радиусом R поддерживается постоянная разность потенциалов U. Исследуйте, исходя из микроскопической картины проводимости, как будет изменяться скорость дрейфа электронов, если удвоить: а) длину l; б) радиус R; в) напряжение U.
В 53. Сравните скорость дрейфа электронов и силу тока в двух проводниках одинаковой формы и размера с одинаковой концентрацией атомов при условии, что на каждый атом в одном проводнике приходится вдвое больше свободных электронов, чем в другом. Воспользуйтесь результатами элементарной классической теории металлов.
В
54. Пусть в проводящую однородную среду помещены два электрода произвольной
формы, электропроводность которых велика по сравнению с электропроводностью
среды. Докажите, что сопротивление однородной среды электрическому току можно
вычислить по формуле 
, где
s - удельная проводимость
среды, а С – емкость конденсатора, обкладками которого являются электроды, а
проводящая среда удалена. Воспользуйтесь методом электростатической аналогии и
теоремой Гаусса.
Т а б л и ц а 4 - РГР № 4, М4
|
Уровень |
Вариант |
Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики. - М., 1990 |
Чертов А.Г., Воробьёв А.А.«Задачник по физике». -М.,2006. – 640 с. |
Физика. Задания к практическим занятиям. /Под ред. Ж.П. Лагутиной./- М.,1989 |
Приложение Г |
|
А |
1 |
11.37, 11.74 |
21-14, 22-7, 24-15, 25-2 |
|
1 |
|
|
2 |
11.48, 11.64, 11.76 |
21-5, 22-1, 24-20 |
|
2 |
|
|
3 |
11.6, 11.39, 11.78 |
22-12, 24-3, 25-4 |
|
3 |
|
|
4 |
11.8, 11.44, 11.65 |
23-6, 24-8 |
16.41 |
4 |
|
|
5 |
|
21-21, 22-8,22-13, 23-10, 25-1 |
17.34 |
5 |
|
|
6 |
11.48, 11.52 |
21-16, 22-6, 23-14, 25-3 |
|
6 |
|
|
7 |
11.37, 11.51 |
21-18, 22-25, 23-11, 25-2 |
|
7 |
|
|
8 |
11.16, 11.52 |
22-26, 23-13, 24-1, 25-4 |
|
8 |
|
|
9 |
11.48,11.64 |
22-1, 24-20, 23-16 |
16.25 |
9 |
|
|
10 |
11.38, 11.44 |
21-20, 23-6, 25-1 |
16.41 |
10 |
|
В |
11 |
11.53, 11.57, 11.80 |
21-31(д), 22-4 |
16.47 |
11 |
|
|
12 |
11.45,11.56 |
21-31(б), 22-9, 23-23 |
16.46 |
12 |
|
|
13 |
11.20(а),11.42,11.49, 11.81 |
22-17 |
16.47 |
13 |
|
|
14 |
11.22, 11.46,11.56 |
22-17, 23-19, 24-4 |
|
14 |
|
|
15 |
11.20(б), 11.43, 11.57 |
22-18, 23-21, 24-5 |
|
15 |
|
|
16 |
11.19(а),11.53 |
23-22,24-7 |
16.46, 17.4 |
16 |
|
|
17 |
11.21 |
22-10, 23-24, 24-20 |
16.49, 25.49 |
21 |
|
|
18 |
11.47, 11.82 |
22-18,23-36 |
16.38,16.47 |
18 |
|
|
19 |
|
22-9, 23-23, 24-19 |
16.36, 16.46, 17.8 |
19 |
|
|
20 |
11.19(б),11.49 |
22-11, 23-7,24-18 |
17.10 |
20 |
|
|
21 |
|
|
16.26,16.43,16.46, 16.50,17.10,17.43 |
17 |
|
|
22 |
|
23-25,24-23 |
16.40,16.44,16.47, 17.45 |
22 |
|
С |
23 |
|
21-32(а),22-19,23-33, 24-12,24-21 |
16.48 |
23 |
|
|
24 |
|
22-20,22-36,23-27,24-9,24-24 |
16.28 |
24 |
|
|
25 |
|
22-22,22-34,23-40,24-10,24-22 |
16.26 |
25 |
|
|
26 |
11.84,11.24,11.50 |
21-27,22-35 |
17.17 |
26 |
|
|
27 |
|
21-32(б),22-22,22-38,23-34, 24-10 |
17.21 |
27 |
Контрольная работа №4 (заочное обучение)
Т а б л и ц а 1 – Варианты контрольных заданий (нечетные)
|
Вариант |
Номера задач (Чертов А.Г., Воробьёв А.А. «Задачник по физике».-М., 1981) |
Приложение Г |
||||
|
0 |
21-16 |
22-1 |
23-2 |
24-3 |
24-18 |
1; 9 |
|
1 |
21-15 |
22-3 |
23-3 |
25-3 |
24-17 |
3; 13 |
|
2 |
21-19 |
22-2 |
23-4 |
25-2 |
24-14 |
8; 12 |
|
3 |
21-21 |
22-6 |
23-5 |
25-1 |
24-13 |
10; 11 |
|
4 |
21-31(а) |
22-13 |
23-11 |
24-8 |
24-16 |
7; 4 |
|
5 |
21-34 |
22-12 |
23-9 |
24-7 |
24-15 |
5; 16 |
|
6 |
21-5 |
22-25 |
23-10 |
24-4 |
24-20 |
17; 21 |
|
7 |
21-20 |
22-15 |
23-17 |
24-5 |
24-19 |
9; 16 |
|
8 |
21-17 |
22-8 |
23-19 |
24-2 |
24-21 |
2; 22 |
|
9 |
21-18 |
22-7 |
23-6 |
24-1 |
24-22 |
15; 24 |
Т а б л и ц а 2 – Варианты контрольных заданий (четные)
|
Вариант |
Номера задач (Чертов А.Г., Воробьёв А.А. «Задачник по физике».-М., 1981) |
Приложение Г |
||||
|
0 |
21-18 |
22-8 |
23-17 |
24-4 |
24-15 |
7; 4 |
|
1 |
21-17 |
22-15 |
23-10 |
24-7 |
24-16 |
10; 11 |
|
2 |
21-20 |
22-25 |
23-9 |
24-8 |
24-13 |
8; 12 |
|
3 |
21-5 |
22-12 |
23-11 |
25-1 |
24-14 |
3; 13 |
|
4 |
21-34 |
22-13 |
23-5 |
25-2 |
24-17 |
1; 9 |
|
5 |
21-31(б) |
22-6 |
23-4 |
25-3 |
24-18 |
1; 9 |
|
6 |
21-21 |
22-2 |
23-3 |
24-3 |
24-22 |
2; 22 |
|
7 |
21-19 |
22-3 |
23-2 |
24-1 |
24-21 |
9; 18 |
|
8 |
21-15 |
22-1 |
23-6 |
24-2 |
24-19 |
17; 21 |
|
9 |
21-16 |
22-7 |
23-19 |
24-5 |
24-20 |
5; 16 |
Приложение Г
Г 1. Чем отличаются взаимодействия неподвижных и движущихся электрических зарядов?
Г 2. Изложите кратко механизм намагничивания парамагнетика. От чего зависит его магнитная проницаемость? Существует ли в электростатике аналогия рассматриваемому явлению, какая?
Г 3. Заряженная частица движется в однородном магнитном поле по окружности. Определите траекторию частицы после того, как в дополнение к магнитному полю включается электрическое, направленное в ту же сторону.
Г 4. Перечислите обстоятельства, благодаря которым
напряженность магнитного поля 
играет в теории магнитного поля такую же
роль, как электрическое смещение в теории электрического поля.
Г 5. Можно ли намотать катушку соленоида так, чтобы при подключении к нему источника постоянного тока на обоих концах соленоида были южные полюсы? Северные полюсы?
Г 6.
Шарик из мягкого железа находится
вблизи
двух магнитов (рисунок Г 1). Если убрать первый магнит, то на шарик действует
сила 
,
если
убрать второй – то сила 
. Равна ли сила векторной сумме сил 
? Объясните
причины возникновения этих сил.
Рисунок Г 1
Г 7. Определите магнитные полюсы катушки с током (рисунок Г 2) и укажите направление тока, полюсы источника.
Рисунок Г 2
Г 8. Объясните и покажите, может ли замкнутая оболочка из магнетика (рисунок Г 3) быть магнитным экраном?
Рисунок Г 3
Г 9. Можно ли среди магнитных явлений найти явление, аналогичное электризации проводника? Дайте убедительное обоснование своему ответу.
Г 10. Заряженная частица влетает в неоднородное магнитное поле (рисунок Г 4) под углом a<p/2. Покажите и объясните траекторию её движения.
Рисунок Г 4
Г 11. Два длинных прямых провода расположены в горизонтальной плоскости перпендикулярно друг другу. Один проводник жестко закреплен, другой подвешен свободно. Опишите, как будут взаимодействовать эти проводники, если по ним пропустить одинаковые токи I. Укажите направление сил. Каков будет результат такого взаимодействия?
Г 12. Согласно модели атома Резерфорда электроны в атоме движутся по замкнутым орбитам вокруг ядра. Выразите орбитальный магнитный момент электрона через характеристики его движения. Что такое гиромагнитное отношение, чему оно равно для орбитального момента электрона?
Г 13. Установите аналогию между поляризацией диэлектриков и намагничиванием магнетиков. Результаты представьте в виде таблицы. (Обратите внимание на механизмы процессов, электрические и магнитные характеристики вещества, характер изменения поля в веществе).
Г 14. Проведите сравнительный анализ явлений поляризации полярных диэлектриков и намагничивания парамагнетиков (обратите внимание на механизмы явлений, физические величины и их зависимость от внешних условий).
Г 15. Рассмотрите сходство и различие в характере полей: а) магнитного, созданного длинным прямолинейным током; б) электрического, созданного неподвижным зарядом, равномерно распределенным вдоль нити. Начертите силовые линии этих полей, выпишите основные характеризующие их формулы.
Г 16.
Докажите, пользуясь законом полного
тока, что неоднородное магнитное поле
не может иметь одно и тоже направление
во всем пространстве, как изображено
на рисунке Г 5.
Рисунок Г 5
Г 17. Эффект Холла. Как определить в эффекте Холла тип полупроводника (р- или n-тип)?
Г 18. Магнитное поле Земли в окружающем ее пространстве подобно полю постоянного магнита. Начертите силовые линии магнитного поля Земли. Как в этом поле будет двигаться высокоэнергичная заряженная частица, попавшая из космоса в поле Земли в области экватора и имеющая скорость, направленную к центру Земли. Объясните, нарисуйте примерную траекторию частицы, если: а) q>0; б) q<0.
Г
19. По двум металлическим рейкам (рисунок Г 6) может скользить металлический
стержень АВ. По стержню протекает ток, поддерживаемый аккумулятором. Система
расположена горизонтально в однородном магнитном поле, направленном
вертикально («за чертеж»). Т.к. магнитное поле 
действует на стержень с силой Ампера , он будет перемещаться
и эта сила совершит работу. Но эта сила складывается из сил Лоренца,
действующих на электроны, упорядоченно движущиеся по проводнику АВ, а сила
Лоренца работы не совершает. Разрешите это противоречие. Рисунок
Г 6
Г
20. По очень большой пластине течет (рисунок Г 7) однородный ток с постоянной линейной
плотностью 
(«на
нас»). Докажите, что силовые линии магнитного поля, создаваемого этим током,
параллельны пластине. Укажите направление 
над и под пластиной.
Рисунок Г 7
Г 21. На двухпроводной линии постоянного тока (рисунок Г 8) взяты произвольно
две точки А и В на каждом из проводов. Как при помощи вольтметра и магнитной
стрелки определить, с какой стороны находится источник напряжения?
Рисунок Г 8
Г 22. Демонстрационный прибор – колесо Барлоу (рисунок Г 9) представляет собой медный диск, который может вращаться вокруг горизонтальной оси. Нижний край диска погружен в чашечку с ртутью. К оси диска и чашечке подходят подводящие провода. Диск помещается между полюсами магнита перпендикулярно магнитному полю. Объясните, что и почему произойдет с диском при включении постоянного напряжения.
Рисунок Г 9
Г
23. В магнитное поле, представленное суперпозицией полей 
и 
(
) влетает электрон со скоростью 
. Запишите выражение
для вектора и модуля силы, действующей на электрон. Определите форму траектории
электрона, изобразите ее на рисунке с указанием направления всех векторов.
Г 24. Опыты Эйнштейна-де Гааза и Барнетта. Каким образом благодаря им было подтвержден факт о том, что магнетизм обусловлен движением электронов?
Г 25. Пользуясь законом полного тока докажите, что неоднородное поле рисунка Г 10 (а) может существовать в некоторой области пространства, а рисунка Г 10 (б) – не может.
Рисунок Г 10
Г 26. Подвешенный на нити легкий стержень из алюминия внесли в неоднородное магнитное поле. Опишите его поведение и раскройте механизм взаимодействия данного стержня с магнитным полем.
Г 27. Палочка из неизвестного вещества, помещенная между полюсами магнита в вакууме, расположилась вдоль магнитного поля. Затем пространство между магнитами заполнили некоторой жидкостью. Палочка расположилась поперек поля. Что можно сказать про магнитные свойства вещества палочки и жидкости?
Список литературы
1. Савельев И.В. Курс физики. - М.: Наука, 1989. – т.1,2.
2. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. – М.: Высшая школа, 2002.
3. Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высшая школа, 2004.
4. Курс физики. Под ред. В.Н. Лозовского. – СПб: Издательство «Лань», 2001, т.1,2.
5. Савельев И.В. Курс общей физики: Кн.1: Механика. М.: «Издательство АСТ», 2004.
6. Савельев И.В. Курс общей физики: Кн.2: Электричество и магнетизм. М.: «Издательство АСТ», 2004.
7. Савельев И.В. Курс общей физики: Кн.3: Молекулярная физика и термодинамика. М.: «Издательство АСТ», 2004.
8. Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики. М.: Наука, 1981.
9. Физика. Задания к практическим занятиям. Под ред. Ж.П. Лагутиной. – Мн.: Высшая школа, 1989.
10. Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике. – М.: Высшая школа, 1981.
11. Чертов А.Г., Воробьёв А.А.«Задачник по физике». -М.: Изд-во Физико-математич.лит-ры, 2006.