Міністерство освіти і науки

УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ КОМП’ЮТЕРНО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ КОЛЕДЖ

НТУ «ХПІ»

МЕТОДИЧНий посібник

Фізика (частина 2)

Харків 2014

Методичний посібник «Фізика. Частина 2» розроблений викладачем-методистом вищої категорії Наумкіним С.М.

Затверджено на засіданні комісії загальноосвітніх дисциплін, фізичного виховання та іноземної мови

Протокол № від « » 20 р.

Голова комісії

І.В.Максимова

Заступник директора з навчальної роботи

Дідух І.І.

Вступ

Методичний посібник «Фізика. Частина 2» відповідає навчальної програмі з фізики (рівень стандарту) для вищих навчальних закладів І-ІІ рівнів акредитації, які здійснюють підготовку молодших спеціалістів на основі базової загальної середньої освіти. Посібник за змістом відповідає стандартному курсу лекцій з розділов «Електродинаміка», «Коливання та хвилі», «Оптика та спеціальна теорія відносності», «Атомна і ядерна фізика».

Модуль 3. Електродинаміка.Частина 1.

3.1. Електричне поле.

1. Електризація тіл. Види електричних зарядів, їх взаємодія. Електричний заряд, його дискретність, елементарний заряд. Закон збереження електричного заряду.

2. Закон Кулона. Діелектрична проникність середовища.

3. Електричне поле. Напруженість електричного поля.

4. Робота електричного поля під час перемі-щення заряду.

5. Потенціал. Різниця потенціалів. Напруга.

6. Зв'язок між напругою і напруженістю.

7. Провідники в електричному полі. Електростатичний захист.

Дія електричного поля на живі організми.

8. Діелектрики в електричному полі. Поляризація діелектрика.

9. Електроємність. Конденсатор. Види конденсаторів та використання їх у техніці.

10. Послідовне та паралельне з'єднання конденсаторів.

11. Енергія електричного поля.

3.1.1.Екзаменаційні питання по темі «Електричне поле»

19. Електризація тіл. Електричний заряд, його дискретність. Закон збереження електричного заряду. Закон Кулона.

20. Електричне поле. Напруженість електричного поля. Лінії напруженості.

21. Робота при переміщенні заряджених тіл в електричному полі. Потенціал. Різниця потенціалів. Напруга.

22. Електроємність. Конденсатор. Енергія електричного поля конденсатора (без виведення). Застосування конденсаторів у техніці.

3.1.2.Питання для самостійного відпрацювання

1.Провідники в електричному полі. Електростатичний захист.

2.Дія електричного поля на живі організми.

3.Діелектрики в електричному полі. Поляризація діелектрика.

4.Види конденсаторів та використання їх у техніці.

3.1.3. Задачі для самостійного розв’язування

 Задача 3.1.1. Визначити силу взаємодії між електроном і протоном у атомі водню. Радіус електронної орбіталі приблизно дорівнює 5,3·10^-9см. Відповідь: 81·10^-9Н.  Задача 3.1.2. Дві кульки розташовані на відстані 10см одна від одної, мають однакові негативні заряди і взаємодіють із силою 0,23 Н. Визначити кількість «надлишкових» електронів на кожній кульці. Відповідь: 10¹¹.

 Задача 3.1. 3. З якою силою діють два однакові однойменні заряди на третій заряд, вміщений посередині між ними? Відповідь: 0.

 Задача 3.1. 4. Заряди 90 нКл і 10нКл розташовані на відстані 4см один від одного. Де треба розмістити третій заряд, щоб він перебував у рівновазі? Відповідь: 1см від меншого і 3см від більшого.

 Задача 3.1.5. У вершині рівностороннього трикутника містяться однакові заряди величиною 21·10^-6 Кл кожний. Який заряд треба помістити в центр трикутника, щоб уся система була в рівновазі? Відповідь: -12,18·10^-6 Кл.

 Задача 3.1.6. В скільки разів сила ньютонівського притягування між двома протонами менше сили їх кулонівського відштовхування? Заряд протона чисельно рівний заряду електрона.

 Задача 3.1.7. Дано дві кулі массою m =1г кожна. Який заряд q потрібно надати кожній кулі, щоб сила взаємного відштовхування зарядів врівноважила силу взаємного притягування куль по закону тяжіння Ньютона? Розглядати кулі як матеріальні точки.

 Задача 3.1.8. Відстань між двома точковими зарядами q₁ =I мкКл і q₂ = - I мкКл рівна 10 см. Визначити силу F, що діє на точковий заряд q =0,1 мкКл, віддалений на r₁=6 см від першого і на r ₂=8 см від другого заряду.

 Задача 3.1.9. Заряди по 0,1мкКл розташували на відстані 6см один від одного. Визначити напруженість поля в точці, віддаленій на 5см від кожного із зарядів. Розв’язати задачу для випадків:

а) обидва заряди позитивні,

б) один заряд позитивний, другий негативний.

Відповідь: а) 576 кВ/м, б) 432 кВ/м.

 Задача 3.1.10. Електричне поле створене двома точковими зарядами q₁=40 нКл і q₂=-10 нКл, які знаходяться на відстані d =10 см один від одного. Визначити напруженість E поля в точці, віддаленій від першого заряду на r₁=12 см і від другого на r ₂=6 см.

 Задача 3.1.11. Знайти напруженість електричного поля в точці, яка лежить посередині між точковими зарядами q₁=8 нКл і q₂=-6 нКл.. Відстань між зарядами рівна r =10 см.

 Задача 3.1.12. У простір між двома паралельними пластинами з різницею потенціалів 8000 В, паралельно пластинам влітає електрон і вилітає з нього за 1·10^-9 с. Якого відхилення зазнає електрон за цей час, якщо відстань між пластинами 4см? Відповідь: 0,018м.

 Задача 3.1.13. При якій прискорюючій напрузі швидкість електронів досягає 0,1 швидкості світла у вакуумі? Вважати, що початкова швидкість електрона рівна нулю. Відповідь: 2560 В. 

Задача 3.1.14. Конденсатор ємністю 20 мкФ заряджений до потенціалу 100 В. Знайти енергію цього конденсатора.

 Задача 3.1.15. Конденсатору, електроємність якого дорівнює 10 пФ, надано заряд q=1 нКл. Визначте енергію W конденсатора.

 Задача 13.1.6. Відстань d між пластинами плоского конденсатора дорівнює 2 см, різниця потенціалів U = 6 кB. Заряд q кожної пластини дорівнює 10 нКл. Обчисліть енергію W поля конденсатора.

 Задача 3.1.17. Електрон перемістився в прискорюючому полі з точки, потенціал якої 200В, у точку з потенціалом 300В. Визначити кінетичну енергію електрона, зміну потенціальної енергії взаємодії з полем і набуту швидкість. Початкова швидкість дорівнює нулю. Відповідь: 1,6·10^-17Дж; -1,6·10^-17Дж; 5,9Мм/с.

 Задача 3.1.18. У деяких двох точок поля точкового заряду напруженість відрізняється в 4 рази. У скільки разів відрізняються потенціали поля в цих точках?

Відповідь: у 2 рази.

 Задача 3.1.19. Сто однакових крапель ртуті, які заряджені до потенціалу φ ₀ = 20 В, зливаються в одну велику краплину. Який потенціал краплі, що утворилася?

Відповідь: 432 В.

 Задача 3.1.20. Конденсатор складається з двох розділених пластин площею 100 см² кожна. Коли одній з них надали заряд 6·10^-19 Кл, виникла напруга 120 В. На якій відстані одна від одної розміщені пластини? Відповідь: 1,7·10^-3м.

 Задача 3.1.21. Конденсатор у 50 мкФ, заряджений до потенціалу 600 В, з’єднали паралельно з незарядженим конденсатором ємністю 100 мкФ. Яка встановиться напруга на конденсаторах? Відповідь: 200 В.

 Задача 3.1.22. Конденсатори з ємностями 1 мкФ і 4 мкФ з’єднали послідовно і подали на батарею напругу 450 В. Визначити ємність батареї і напругу на кожному конденсаторі. Відповідь: 0,8 мкФ; 360 В; 90 В.