Основы молекулярной физики и термодинамики

Рабочая программа.

Введение

Предмет физики. Методы физического исследования: опыт, гипотеза, эксперимент, теория. Роль физики в развитии техники и влияние техники на развитие физики.

Физические основы механики

Механическое движение как простейшая форма движения материи. Представление о свойствах пространства и времени. Преобразования Галилея. Механический принцип относительности. Классический закон сложения скоростей. Постулаты специальной теории относительности. Преобразования Лоренца. Понятие одновременности. Релятивистское изменение длин и промежутков времени. Релятивистский закон сложения скоростей.

Поступательное движение твердого тела. Закон инерции и инерциальные системы отсчета. Второй закон Ньютона. Центр масс (центр инерции) механической системы и закон ее движения. Закон сохранения импульса. Энергия как универсальная мера различных форм движения и взаимодействия. Работа силы и ее выражение через криволинейный интеграл. Закон сохранения энергии. Понятие о релятивисткой динамике. Основной закон релятивистской динамики материальной точки. Релятивистское выражение для кинетической энергии. Взаимосвязь массы и энергии. Соотношение между полной энергией и импульсом частицы. Границы применимости классической механики.

Поле как форма материи, осуществляющая силовое взаимодействие между частицами вещества. Потенциальное поле сил. Потенциальная энергия материальной точки во внешнем силовом поле и ее связь с силой, действующей на материальную точку. Напряженность, потенциал поля. Принцип суперпозиции. Закон сохранения механической энергии и его связь с однородностью времени. Удар абсолютно упругих и абсолютно неупругих тел. Закон сохранения и превращения энергии.

Элементы кинематики вращательного движения. Угловая скорость и угловое ускорение, их связь с линейными величинами. Момент силы. Момент количества движения тела относительно неподвижной оси вращения. Момент инерции тела относительно оси. Уравнение динамики вращательного движения твердого тела относительно неподвижной оси. Кинетическая энергия вращающегося тела. Работа при вращательном движении. Закон сохранения момента импульса.

Основы молекулярной физики и термодинамики

Вывод уравнения молекулярно-кинетической теории идеальных газов для давления. Средняя кинетическая энергия молекул. Молекулярно-кинетическое толкование термодинамической температуры. Число степеней свободы молекул. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы молекул. Закон Максвелла для распределения молекул идеального газа по скоростям и энергиям теплового движения. Закон Больцмана для распределения частиц во внешнем потенциальном поле. Среднее число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул.

Явления переноса в термодинамически неравновесных системах. Опытные законы диффузии, теплопроводности и внутреннего трения. Молекулярно-кинетическая теория этих явлений. Термодинамический метод исследования. Термодинамические параметры. Равновесные состояния и процессы, их изображения на термодинамических диаграммах. Работа газа при изменении его объема. Количество теплоты. Теплоемкость. Первое начало термодинамики. Применение первого начала к изопроцессам и адиабатическому процессу идеального газа.

Классическая молекулярно-кинетическая теория теплоемкостей идеальных газов и ее ограниченность. Обратимые и необратимые процессы. Круговые процессы (циклы). Цикл Карно. Макро- и микросостояния. Статистический вес. Энтропия. Энтропия идеального газа. Второе начало термодинамики. Статистическое истолкование второго начала термодинамики.

Отступление от законов идеального газа. Реальные газы.

Уравнение Ван-дер-Ваальса. Сравнение изотерм Ван-дер-Ваальса с экспериментальными. Критическое состояние вещества. Фазовые переходы I и II рода. Внутренняя энергия реального газа.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.1. – М.: Наука, 1982.

2. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.2. – М.: Наука, 1978

3. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.3. – М.: Наука, 1982

4. Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1985.

5. Детлаф А.А., Яворский Б.М., Милковская Л.Б. Курс физики. Т.1-3.- М.: Высшая школа, 1979.

Вари- ант	Номера задач
13	2	20	30	34	48	51	69	75	86	93	109	120	121	133	146

Вари- ант

Номера задач

Вари- ант

Номера задач

Вари- ант

Номера задач

Вари- ант

Номера задач

Механика`

1. Точка движется по окружности радиусом R = 4 м. Закон ее движения выражается уравнением s = A + Bt², где A = 8м, В = -2 м/с². Определить момент времени t, когда нормальное ускорение точки равно 9 м/с². Найти скорость , тангенциальное а_ и полное а ускорения точки в тот же момент времени t.

2. Две материальные точки движутся согласно уравнениям, x₁ = A₁t + B₁t² + C₁t³ и x₂ = A₂t + B₂t² + C₂t³, где A₁ = 4 м/c, B₁ = 8 м/c², C₁ = -16 м/с³, А₂ = 2 м/с, В₂ = -4 м/с², С₂ = 1 м/с³. В какой момент времени t ускорения этих точек будут одинаковы? Найти скорости ₁ и ₂ точек в этот момент.

3. Движение точки описывается уравнением: s = 2t³ – 10t² + 8. Найти скорость и ускорение точки в момент t = 4 с. Построить график скорости и ускорения.

4. Уравнение вращения твердого тела:  = 3t² +t. Определить частоту вращения твердого тела, угловую скорость и ускорение через 10 с после начала вращения.

5. Материальная точка, находящаяся в покое, начала двигаться по окружности с постоянным тангенциальным ускорением 0,6 м/с². Определить нормальное и полное ускорения точки в конце пятой секунды после начала движения. Сколько оборотов сделает точка за это время, если радиус окружности 5 см?

6. Диск, вращаясь вокруг оси, проходящей через его середину, делает 180 об/мин. Определить линейную скорость вращения точек на внешней окружности диска и его радиус, если известно, что точки, лежащие ближе к оси вращения на 8 см, имеют скорость 8 мс.

7. Тело массою 0,2 кг, брошенное под углом 60 к горизонту, через 2 секунды упало на землю на расстоянии 10 м от места бросания. Определить кинетическую и потенциальную энергию тела в наивысшей точке траектории. Сопротивлением воздуха пренебречь.

8. Шар массой m₁ = 10 кг сталкивается с шаром массой m₂ = 4 кг. Скорость первого шара ₁ = 4 м/с, второго – ₂ = 12 м/с. Найти общую скорость и шаров после удара в двух случаях: 1) малый шар нагоняет большой шар, движущийся в том же направлении; 2) шары движутся навстречу друг другу. Удар считать прямым, центральным, неупругим.

9. В лодке массой М = 240 кг стоит человек массой m = 60 кг. Лодка плывет со скоростью  = 2 м/с. Человек прыгает с лодки в горизонтальном направлении со скоростью u = 4 м/с (относительно лодки). Найти скорость лодки после прыжка человека: 1) вперед по движению лодки; 2) в сторону, противоположную движению лодки.

10. Из пружинного пистолета выстрелили пулькой, масса которой m = 5 г. Жесткость пружины k = 1,25 кН/м. Пружина была сжата на  l = 8 см. Определить скорость пульки при вылете ее из пистолета.

11. Шар массой m₁ = 200 г, движущийся со скоростью ₁ = 10 м/c, сталкивается с неподвижным шаром массой m₂ = 800 г. Удар прямой, центральный, абсолютно упругий. Определить скорости шаров после столкновения.

12. Шар, двигавшийся горизонтально, столкнулся с неподвижным шаром и передал ему 64 % своей кинетической энергии. Шары абсолютно упругие, удар прямой, центральный. Во сколько раз масса второго шара больше массы первого?

13. Цилиндр, расположенный горизонтально, может вращаться вокруг оси, совпадающей с осью цилиндра. Масса цилиндра m₁ = 12 кг. На цилиндр намотали шнур, к которому привязали гирю массой m₂ = 1 кг. С каким ускорением будет опускаться гиря? Какова сила натяжения шнура во время движения гири?

14. Через блок, выполненный в виде колеса, перекинута нить, к концам которой привязаны грузы массами m₁ = 100 г и m₂ = 300 г. Массу колеса М = 200 г считать равномерно распределенной по ободу, массой спиц пренебречь. Определить ускорение, с которым будут двигаться грузы, и силы натяжения нити по обе стороны блока.

15. Двум одинаковым маховикам, находящимся в покое, сообщили одинаковую угловую скорость  = 63 рад/с и предоставили их самим себе. Под действием сил трения первый маховик остановился через одну минуту, а второй сделал до полной остановки N = 360 оборотов. У какого маховика тормозящий момент был больше и во сколько раз?

16. Шар скатывается с наклонной плоскости высотой h = 90 см. Какую линейную скорость будет иметь центр шара в тот момент, когда шар скатится с наклонной плоскости?

17. На верхней поверхности горизонтального диска, который может вращаться вокруг вертикальной оси, проложены по окружности радиусом r = 50 см рельсы игрушечной железной дороги. Масса диска M = 10 кг, его радиус R = 60 см. На рельсы неподвижного диска был поставлен заводной паровозик массой m = 1 кг и выпущен из рук. Он начал двигаться относительно рельсов со скоростью  = 0,8 м/с. С какой угловой скоростью будет вращаться диск?]

18. Платформа в виде диска вращается по инерции около вертикальной оси с частотой n₁ = 14 мин^-1 На краю платформы стоит человек. Когда человек перешел в центр платформы, частота возросла до n₂ = 25 мин^-l. Масса человека m = 70 кг. Определить массу платформы. Момент инерции человека рассчитывать как для материальной точки.

19. Снаряд массой 20 кг, летевшей горизонтально, попадает в платформу с песком массой 10 кг и застревает в песке. С какой скоростью летел снаряд, если платформа начинает двигаться со скоростью 1 м/с?

20. Частица массой 6,510^-27 кг упруго соударяется с частицей массой 1,110^-23 кг, находящейся в покое. После удара первая частица движется в направлении, противоположном первоначальному. Во сколько раз изменилась энергия первой частицы?

21. Катящийся сплошной цилиндр массой 2 кг остановлен силой 9,81 Н на пути в 0,5 м. Вычислить скорость цилиндра до торможения.

22. Маховик и легкий шкив насажены на горизонтальную ось. К шкиву с помощью нити привязан груз, который, опускаясь равноускоренно, прошел путь 2 м за 4 с. Момент инерции маховика 0,05 кгм². Определить массу груза, если радиус шкива 6 см, а массой его можно пренебречь.

23. Искусственный спутник обращается вокруг Земли по круговой орбите на высоте Н = 3200 км над поверхностью Земли. Определить линейную скорость спутника.

24. Во сколько раз кинетическая энергия, которую необходимо сообщить телу для удаления его за пределы земного тяготения, больше кинетической энергии, необходимой для того, чтобы это тело вывести на круговую орбиту искусственного спутника Земли, вращающегося на высоте 3000 км н++++++ад ее поверхностью.

25. Определить период обращения искусственного спутника Земли, если известно, что он вращается по круговой орбите радиусом 7800 км.

26. Тело массой 1 кг под действием постоянной силы движется прямолинейно. Зависимость пути, пройденного телом, от времени выражается уравнением s=t²+2t+2. Определить работу силы за 5 с после начала ее действия.

27. Шар и сплошной цилиндр имеют одинаковую массу 5 кг каждый и катятся с одинаковой скоростью 10 м/с. Найти кинетические энергии этих тел.

28. Колесо автомобиля, вращающееся с частотой 1200 мин^-1, при торможении стало вращаться равнозамедленно и остановилось через 20 с. Найти угловое ускорение и число оборотов с момента начала торможения до остановки.

29. От самолета, летящего горизонтально со скоростью 500 м/с, оторвался предмет. Чему равны нормальное и тангенциальное ускорение через 50 с после начала падения? Сопротивление воздуха не учитывать.

30. Полый цилиндр массой 2 кг катится по горизонтальной поверхности со скоростью 20 м/с. Определить силу, которую необходимо приложить к цилиндру, чтобы остановить его на пути 1,6 м.

Молекулярная физика и термодинамика

31. Подсчитать число молекул, содержащихся в 1 кг углекислого газа; найти массу одной молекулы. Вычислить для нормальных условий число молекул в 1 м³ и в 1 см³ газа и среднее расстояние между молекулами.

32. Определить число молекул, находящихся в 1 г азота; в 1 г углекислого газа; в 1 м³ кислорода при нормальных условиях.

33. Определить число атомов, содержащихся с 1 г гелия; в 1 г полностью диссоциированного азота; в 1 м³ аргона при нормальных условиях.

34. Найти массу молекул кислорода, углекислого газа, водяного пара, аммиака.

35. Средняя квадратичная скорость молекул ацетилена, находящегося в закрытом баллоне, равна 500 м/с. Плотность газа 18 кг/м³. Вычислить энергию поступательного движения для одной молекулы и суммарную энергию для всех молекул. Найти давление газа, если его масса 7,2 кг.

36. В баллоне объемом 10^-3 м³ находится азот под давлением 200 кПа, причем известно, что каждый 1 см³ газа содержит 4,310¹⁹ молекул. Вычислить энергию поступательного движения одной молекулы и суммарную энергию всех молекул. Найти среднюю квадратичную скорость молекул и плотность газа.

37. Найти среднеквадратичную скорость молекул газа, имеющего плотность 1,8 кг/м³ при давлении 1,5 атм.

38. Определить среднюю длину свободного пробега < l > молекулы азота в сосуде вместимостью V = 5 л. Масса газа m = 0,5 г.

39. Средняя длина свободного пробега < l > молекулы водорода при некоторых условиях равна 2 мм. Найти плотность  водорода при этих условиях.

40. Какова средняя арифметическая скорость молекул кислорода при нормальных условиях, если известно, что средняя длина свободного пробега молекулы кислорода при этих условиях равна 100 нм.

41. Газ при давлении 8,110⁵ Па и температуре 12С занимает объем 855 л. Каким будет давление, если та же масса газа при температуре 320 К займет объем 800 л?

42. Газ при давлении 6,0 атм. и температуре 293 К занимает объем 586 л. Найти объем, занимаемый той же массой газа при температуре 248 К и давлении 4,010⁵ Па.

43. Объем газа при давлении 7,210⁵ Па и температуре 288 К равен 0,60 м³. При какой температуре та же масса газа займет объем 1,6 м³, если давление станет равным 2,2510⁵ Па?

44. Некоторая масса газа при давлении 1,25 атм. и температуре 300 К занимает объем 0,60 м³. Найти объем газа при нормальных условиях.

45. Газ при давлении 3,210⁴ Па и температуре 290 К занимает объем 87 л. Найти объем газа при нормальных условиях.

46. Какое давление создают 40,0 л кислорода при температуре 103С, если при нормальных условиях эта же масса газа занимает объем 13,65 л? Чему равна масса газа?

47. При какой температуре давление 240 л водорода равно 1,25 атм., если при нормальных условиях та же масса газа занимает объем 364 л? Определить массу газа.

48. Найти плотность углекислого газа при давлении 93,3 кПа и температуре 250 К; плотность водорода при давлении 6,010⁵ Па и температуре 293 К.

49. Найти массу углекислого газа в баллоне вместимостью 40 л при температуре 288 К и давлении 50 атм.

50. В баллоне, вместимость которого 25,6 л, находится 1,04 кг азота при давлении 35 атм. Определить температуру газа.

51. Определить количество теплоты, которое надо сообщить кислороду объемом 50 л при его изохорном нагревании, чтобы давление газа повысилось на 0,5 Па.

52. При изотермическом расширении азота при температуре 280 К объем его увеличился в два раза. Определить: 1) совершенную при расширении газа работу; 2) изменение внутренней энергии; 3) количество теплоты, полученное газом. Масса азота 0,2 кг.

53. Объем водорода при изотермическом расширении при температуре 300 К увеличился в три раза. Определить работу, совершенную газом, и теплоту, полученную при этом. Масса водорода равна 200 г.

54. Азот массой 0,1 кг был изобарно нагрет от температуры 200 К до температуры 400 К. Определить работу, совершенную газом, полученную теплоту и изменение внутренней энергии азота.

55. Определить работу, которую совершит азот, если ему при постоянном давлении сообщить количество теплоты 21 кДж. Найти также изменение внутренней энергии газа.

56. Какая работа совершается при изотермическом расширении водорода массой 5 г, взятого при температуре 290 К, если объем газа увеличился в три раза?

57. Газ, совершающий цикл Карно, получает теплоту 84 кДж. Определить работу газа, если температура теплоотдатчика в три раза выше температуры теплоприемника.

58. Газ, совершающий цикл Карно, отдал теплоприемнику 67% теплоты, полученной от теплоотдатчика. Определить температуру теплоприемника, если температура теплоотдатчика 430 К.

59. Газ, совершающий цикл Карно, отдал теплоприемнику теплоту 14 кДж. Определить температуру теплоотдатчика, если при температуре теплоприемника 280 К работа цикла 6 кДж.

60. В цикле Карно газ получил от теплоотдатчика теплоту 500 Дж и совершил работу 100 Дж. Температура теплоотдатчика 400 К. Определить температуру теплоприемника.

Электростатика и постоянный ток

61. Во сколько раз сила электрического взаимодействия двух электронов больше их гравитационного взаимодействия?

62. Два проводящих шарика массой по 0,004 кг каждый подвешены в воздухе на непроводящих нитях длиной 205 см к одному крючку. Шарикам сообщили равные одноименные заряды, вследствие чего шарики разошлись на расстояние 90 см. Определить заряд каждого шарика.

63. Электрон движется вокруг ядра водорода по круговой орбите радиусом 5,2910^-9 см. Определить скорость электрона на этой орбите.

64. В центре куба помещен заряд 10,6 нКл. Определить поток вектора напряженности электрического поля через грань куба.

65. Обкладки плоского конденсатора помещены в керосин. Какую работу надо совершить, чтобы раздвинуть обкладки конденсатора на расстояние от 2 до 11 мм, если они заряжены до напряжения 600 В и отключены от источника? Площадь каждой обкладки 628 см², диэлектрическая проницаемость керосина равна 2.

66. В центре квадрата расположен положительный заряд 0,25 мкКл. Какой заряд надо поместить в каждой вершине квадрата, чтобы система зарядов находилась в равновесии? Что можно сказать о знаке зарядов?

67. Между горизонтальными пластинами плоского конденсатора помещена пылинка массой 10^-15 кг с зарядом 4,810^-19 Кл. Какова плотность зарядов на пластинах, если пылинка находится в равновесии?

68. Площадь каждой обкладки плоского воздушного конденсатора 314 см², расстояние между ними 2 мм. Напряженность поля между обкладками 60 кВ/м. Какую работу нужно затратить, чтобы вдвинуть между обкладками конденсатора стеклянную пластинку, если она полностью заполняет конденсатор и конденсатор после зарядки отключен от источника напряжения? Диэлектрическая проницаемость стекла равна 7.

69. Расстояние между обкладками плоского конденсатора равно 8 мм, площадь обкладок 62,8 см². Какую работу нужно затратить, чтобы вдвинуть между обкладками конденсатора стеклянную пластинку той же площади и толщиной 6 мм, если конденсатор присоединен к источнику напряжения 600 В?

70. Расстояние между двумя бесконечно длинными параллельными металлическими нитями, заряженными одноименно с линейной плотностью 6·10^-6 Кл/м, равно 5 см. Найти напряженность поля в точке, удаленной на 5 см от каждой нити. Решение пояснить рисунком.

71. Две параллельные плоскости одноименно заряжены с поверхностной плотностью зарядов 0,5·10^-6 Кл/м² и 1,5·10^-6 Кл/м². Определить напряженность поля: а) между плоскостями, б) вне плоскостей. Решение пояснить рисунком.

72. В центре металлической полой сферы, радиус которой 0,04 м, расположен точечный заряд 10 нКл. Заряд 40 нКл равномерно распределен по поверхности сферы. Определить напряженность поля в точках, удаленных от центра сферы на расстояние: а) 2 см, б) 8 см.

73. Два точечных одноименных заряда по 2,7·10^-8 Кл находятся в воздухе на расстоянии 5 см друг от друга. Определить напряженность поля, создаваемого этими зарядами в точке, удаленной на растояние 3 см от одного заряда и 4 см от другого. Решение пояснить рисунком.

74. Обкладки плоского конденсатора площадью 100 см², расстояние между которыми 3 мм, взаимодействуют с силой 120 мН. Определить разность потенциалов между обкладками.

75. Два точечных одноименных заряда 20 и 50 нКл находятся в воздухе на расстоянии 1 м. Определить работу, которую необходимо совершить, чтобы сблизить их до расстояния 0,5 м.

76. Пылинка, заряд которой содержит 50 электронов, удерживается в равновесии в плоском конденсаторе, расстояние между обкладками 5 мм, разность потенциалов между ними 75 В. Определить массу пылинки.

77. Конденсатор, заряженный до напряжения 200 В, соединен с конденсатором такой же электроемкости: а) параллельно, б) последовательно. Какое напряжение установится между обкладками конденсатора в обоих случаях?

78. Напряженность поля внутри плоского воздушного конденсатора с площадью обкладок по 100 см² равна 120 кВ/м. Напряжение на конденсаторе 600 В. Определить энергию, поверхностную плотность зарядов и электроемкость конденсатора.

79. Определить энергию и силу притяжения обкладок плоского конденсатора при условии, что разность потенциалов между обкладками 5 кВ, заряд каждой обкладки 0,1 мкКл, расстояние между обкладками 1 см.

80. Два конденсатора одинаковой электроемкости 5 мкФ каждый были заряжены – один до 100 В, другой до 200 В. Затем конденсаторы соединили параллельно. Определить напряжение батареи после соединения.

81. Найти напряженность поля плоского конденсатора и объемную плотность энергии, если расстояние между обкладками конденсатора 0,05 м. Конденсатор заряжен до разности потенциалов 600 В и обладает энергией 3,2 мкДж.

82. Определить заряд, прошедший по резистору с сопротивлением 1 Ом, при равномерном возрастании напряжения на концах от 1 до 3 В в течении 10 с.

83. Определить количество теплоты, выделяющееся в резисторе за первые две секунды, если сила тока в нем за это время возрастает по линейному закону от 0 до 4 А. Сопротивление резистора 10 Ом.

84. Определить удельное сопротивление и материал провода, который намотан на катушку, имеющую 500 витков со средним диаметром витка 6 см, если при напряжении 320 В допустимая плотность тока 2·10⁶ А/м².

85. Определить плотность тока, текущего по резистору длиной 5 м, если на концах его поддерживается разность потенциалов 2 В. Удельное сопротивление материала 2·10^-6 Ом·м.

86. ЭДС аккумулятора автомобиля 12 В. При силе тока в 3А его КПД равен 0,8. Определить внутреннее сопротивление аккумулятора.

87. Элемент с ЭДС 6 В и внутренним сопротивлением 1,5 Ом замкнут на внешнее сопротивление 8,5 Ом. Найти: а) силу тока в цепи, б) падение напряжения во внешней цепи и внутри элемента, в)КПД элемента.

88. Определить ток короткого замыкания батареи, ЭДС которой 15 В, если при подключении к ней резистора сопротивлением 3 Ом сила тока в цепи 4 А.

89. Источник постоянного тока один раз подсоединяется к резистору сопротивлением 9 Ом, другой раз- 16 Ом. В первом и втором случаях количество теплоты, выделяющееся на резисторах за одно и то же время, одинаково. Определить внутреннее сопротивление источника тока.

90. Определить заряд, прошедший по резистору за 10 с, если за это время сила тока равномерно возросла от 0 до 5 А.

91.

Электромагнетизм

91. Два прямолинейных проводника большой длины расположены параллельно на расстоянии 50 см друг от друга. В первом проводнике течет ток 20 А, во втором 24 А. Определить индукцию и напряженность в точке А, расположенной на расстоянии 40 см от первого проводника и 30 см от второго, если токи направлены противоположно.

92. Определить силу тока в проводнике, если он притягивает к себе параллельный проводник длиной 2,8 м с током 58 А с силой 3,410^-3 Н. Как направлены токи в обоих проводниках? Расстояние между проводниками 12 см.

93. По двум длинным параллельным проводникам текут токи по 20 А. Расстояние между проводниками 15 см. Определить напряженность поля в точке, удаленной от обоих проводников на такое же расстояние. Рассмотреть случай одинаковых и противоположных направлений токов.

94. Два проводника представляют собой концентрические окружности с радиусами 20 и 10 см. По наружному проводнику течет ток 10 А, по внутреннему – 6,0 А. Найти индукцию магнитного поля в центре окружностей при одинаковых и противоположных направлениях токов.

95. Круговой проводник радиусом 5,2 см с током І₁ = 13,4 А и прямолинейный проводник с током І₂ = 22 А находятся в одной плоскости (рис. 1).

Рис. 1

Расстояние от прямолинейного проводника до центра кругового тока 8,3 см. Найти напряженность и индукцию магнитного поля в центре кругового тока, если проводники находятся в воздухе. Каковы будут напряженность и индукция в той же точке, если направление тока в прямолинейном проводнике изменится на противоположное?

96. Какую работу надо совершить при перемещении на 0,25 м проводника длиной 0,40 м с током 21 А в однородном магнитном поле с индукцией 1,2 Тл? Проводник движется перпендикулярно к линиям магнитной индукции.

97. Рамка из провода, содержащая 25 витков, расположена в магнитном поле так, что через нее проходит внешний магнитный поток 0,012 Вб. Когда по виткам пропустили ток 8,4 А, рамка повернулась и через нее стал проходить внешний магнитный поток 0,077 Вб. Определить работу, произведенную при повороте рамки. Ток в цепи рамки неизменный.

98. Электрон движется в однородном магнитном поле в вакууме перпендикулярно к линиям магнитной индукции по окружности радиусом 10 см. Определить скорость движения электрона, если напряженность поля 1,610² А/м.

99. Протон разгоняется из состояния покоя в электрическом поле с разностью потенциалов 1,5 кВ и попадает в однородное магнитное поле перпендикулярно к линиям магнитной индукции. В магнитном поле он движется по дуге окружности радиусом 56 см. Определить напряженность магнитного поля, если движение происходит в вакууме.

100.Однородное электрическое поле напряженностью 100 В/см направлено перпендикулярно в однородному магнитному полю с индукцией 0,020 Тл. Электрон влетает в эти поля перпендикулярно к векторам Е и В. При какой скорости электрон будет двигаться прямолинейно?

101.Металлическое кольцо радиусом 4,8 см расположено в магнитном поле с индукцией 0,012 Тл перпендикулярно к линиям магнитной индукции. На его удаление из поля затрачивается 0,025 с. Какая средняя э. д. с. при этом возникает в кольце?

102.Проволочная прямоугольная рамка со сторонами 18 и 5,0 см расположена в однородном магнитном поле перпендикулярно к линиям магнитной индукции. Определить индукцию этого поля если при его исчезновении за 0,015 с в рамке наводится средняя э. д. с. 4,510^-3 В.

103.Рамка, содержащая 25 витков, находится в магнитном поле. Определить э. д. с. индукции, возникающую в рамке при изменении магнитного потока в ней от 0,098 до 0,013 Вб за 0,16 с.

104.В катушке, состоящей из 75 витков, магнитный поток равен 4,810^-3 Вб. За какое время должен исчезнуть этот поток, чтобы в катушке возникла средняя э. д. с. индукции 0,74 В?

105.Сколько витков должна иметь катушка, чтобы при изменении магнитного потока внутри нее от 0,024 до 0,056 Вб за 0,32 с в ней создавалась средняя э. д. с. индукции 10 В?

106.Проволочная рамка, содержащая 40 витков, охватывает площадь 240 см². Вокруг нее создается однородное магнитное поле, перпендикулярное к ее плоскости. При повороте рамки на ¼ оборота за 0,15 с в ней наводится средняя э. д. с. индукции 160 мВ.

107.Магнитная индукция однородного магнитного поля изменяется по закону В = (2 + 5t²)10^-2 [Тл]. Определить зависимость магнитного потока и э. д. с. индукции от времени, если контур площадью S = 1,0010^-2 м² расположен перпендикулярно к линиям магнитной индукции. Определить мгновенное значение магнитного потока и э. д. с. индукции в конце пятой секунды.

108.Автомобиль движется со скоростью 120 км/ч. Определить разность потенциалов на концах передней оси машины, если длина оси 180 см, а вертикальная составляющая напряженности магнитного поля Земли 40 А/м.

109.Проводящий стержень длиной l = 0,20 м равномерно вращается в однородном магнитном поле с индукцией В = 2,010^-2 Тл относительно оси, параллельной вектору магнитной индукции и проходящей через конец стержня перпендикулярно к нему. Определить э. д. с. индукции, возникающей в стержне, если он совершает n = 3000 об/мин.

110.Прямолинейный проводник длиной 1,4 м находится в однородном магнитном поле с индукцией 7,410^-2 Тл. Определить разность потенциалов на концах проводника при его вращении в плоскости, перпендикулярной к линиям магнитной индукции, с угловой скоростью 75 рад/с. Считать, что ось вращения проходит: через середину проводника.

111.По двум длинным параллельным проводам текут в одинаковом направлении токи І ₁ = 10 А и І ₂ = 15 А. Расстояние между проводами А = 10 см. Определить индукцию магнитного поля в точке, удаленной от первого провода на r₁ = 8 см и от второго на r₂ = 6 см.

112.В однородном магнитном поле с индукцией В = 0,01 Тл помещен прямой проводник длиной l = 20 см (подводящие провода находятся вне поля). Определить силу F, действующую на проводник, если по нему течет ток I = 50 А, а угол  между направлением тока и вектором магнитной индукции равен 30°.

^113. Рамка с током i = 5 А содержит N = 20 витков тонкого провода. Определить магнитный момент р _m рамки с током, если ее площадь S = 10 см²

114.По витку радиусом R = 10 см течет ток i = 50 А. Виток помещен в однородное магнитное поле (В = 0,2 Тл). Определить вращающий момент, действующей на виток, если плоскость витка составляет угол  = 60° с линиями индукции.

115.Электрон в однородном магнитном поле движется по винтовой линии радиусом R = 5 см и шагом h = 20 см. Определить скорость  электрона, если магнитная индукция В = 0,1 мТл.

116.По проводнику, согнутому в виде квадрата со стороной a = 10 см, течет ток I = 20 А. Плоскость квадрата перпендикулярна магнитным силовым линиям поля. Определить работу A, которую необходимо совершить для того, чтобы удалить проводник за пределы поля. Магнитная индукция В = 0,1 Тл. Поле считать однородным.

117.Рамка площадью S = 50 см², содержащая N = 100 витков, равномерно вращается в однородном магнитном поле (В = 40 мТл). Определить максимальную ЭДС индукции _max, если ось вращения лежит в плоскости рамки и перпендикулярна линиям индукции, а рамка вращается с частотой п = 960 об/мин.

118.Кольцо из проволоки сопротивлением R = 1 мOм находится в однородном магнитном поле (В = 0,4Тл). Плоскость кольца составляет с линиями индукции угол  = 90°. Определить заряд Q, который протечет по кольцу, если его выдернуть из поля. Площадь кольца S = 10 см². [0,4 Кл]

119.Соленоид содержит N = 4000 витков провода, по которому течет ток I = 20 А. Определить магнитный поток Ф и потокосцепление , если индуктивность соленоида L = 0,4 Гн.

120.Определить силу тока в цепи через t = 0,01 с после ее размыкания. Сопротивление цепи R = 20 Oм и индуктивность L = 0,1 Гн. Сила тока до размыкания цепи I _о =50 А.

Оптика и атомная физика

121.Для получения колец Ньютона в проходящем свете используют плосковыпуклую линзу с радиусом кривизны 12,5 м. Освещая линзу монохроматическим светом, определили, что расстояние между четвертым и пятым светлыми кольцами равно 0,5 мм. Найти длину волны падающего света.

122.На каком расстоянии от экрана находятся мнимые источники света (=0,6 мкм), расстояние между которыми 0,4 мм, а ширина светлых интерференционных полос на экране 2 мм? Решение пояснить рисунком.

123.Определить длину световой волны спектральной линии, изображение которой, даваемое дифракционной решеткой в спектре третьего порядка, совпадает с изображением линии =0,38 мкм в спектре четвертого порядка.

124.Угол между плоскостями поляризации двух поляроидов 70⁰. Как изменится интенсивность прошедшего через них света, если этот угол уменьшить в 5 раз?

125.На сколько изменится оптическая длина пути светового пучка, если на пути пучка света поставить стеклянную пластину толщиной d = 1 мм так, что угол падения луча i ₁ = 30°?

126.На мыльную пленку с показателем преломления п = 1,33 падает по нормали монохроматический свет с длиной волны  = 0,6 мкм. Отраженный свет в результате интерференции имеет наибольшую яркость. Какова наименьшая возможная толщина d _min пленки?

127.Радиус второго темного кольца Ньютона в отраженном свете r₂ = 0,4 мм. Определить радиус R кривизны плосковыпуклой линзы, взятой для опыта, если она освещается монохроматическим светом с длиной волны  = 0,64 мкм.

128.Какова наименьшая толщина мыльной пленки, если при наблюдении под углом 30° к поверхности мыльной пленки в отраженном свете она окрашивается в фиолетовый цвет? Длина волны фиолетового света  = 0,4 мкм.

129.На пластину с щелью, ширина которой а == 0,05 мм, падает нормально монохроматический свет с длиной волны  = 0,7 мкм. Определить угол  отклонения лучей, соответствующий первому дифракционному максимуму.

130.Дифракционная решетка, освещенная нормально падающим монохроматическим светом, отклоняет спектр третьего порядка на угол ₁ = 30°. На какой угол ₂ отклоняет она спектр четвертого порядка?

131. На дифракционную решетку, имеющую 500 штрихов на 1 мм, падает свет с длиной волны 600 нм. Определить наибольший порядок спектра, который можно получить данной решеткой.

132.Угол между спектрами вторых порядков равен 36°. Определить длину волны света, падающего на дифракционную решетку, если ее параметр 4 мкм.

133.Под каким углом к горизонту должно находиться Солнце, чтобы поляризация солнечного света, отраженного от поверхности воды, была максимальной? Показатель преломления воды 1,33.

134.Определить показатель преломления стекла, если при отражении света от этого стекла отраженный свет будет полностью поляризован при угле преломления 30°.

135.Во сколько раз уменьшится интенсивность естественного света при прохождении его через два николя, плоскости поляризации которых составляют 60°?

136.Угол преломления луча в жидкости i ₂ = 35°. Определить показатель преломления п