контрольная работа № 2

Таблицы вариантов к контрольной работе № 2

Для технических специальностей четырехсеместрового курса физики

Для технических специальностей трехсеместрового курса физики

61

Задачи для контрольной работы № 2

201.Источник тока с ЭДС ε и внутренним сопротивлением r замкнут на внешнее сопротивление R. Наибольшая мощность, выделяющаяся во внешней цепи, P = 9 Вт. При этом в цепи течет ток I = 3 А.

1.Найдите ЭДС ε элемента.

2.Определите внутреннее сопротивление r элемента.

202.Сила тока в проводнике сопротивлением R = 12 Ом равномерно убывает от

I0 = 5 А до I = 0 в течение времени t = 10 с.

1. Найдите, какое количество теплоты Q выделяется в этом проводнике за указанный промежуток времени.

2. Определите количество электричества q, протекшее за это время по проводнику.

203. Напряжение на шинах электростанции равно U= 6,6 кВ. Потребитель находится на расстоянии l = 10 км. Сила тока в линии равна I = 20 А, потери напряжения в проводах не должны превышать 3%. Удельное сопротивление меди = 1,7 10-8Ом∙м. Определите площадь S сечения медного провода,

который следует взять для устройства двухпроводной линии передачи.

204. По проводнику сопротивлением R = 3 Ом течет ток, сила которого возрастает. Количество теплоты, выделившееся в проводнике за время t = 8 с, равно Q = 200 Дж. В начальный момент времени сила тока в проводнике была равна нулю.

1.Определите количество электричества q, протекшее за это время по проводнику.

2.Найдите среднюю силу тока < I > в проводнике за этот промежуток времени.

205. Источник тока подсоединен к сопротивлениям и амперметру так, как показано на рисунке.

Сопротивления R1 = R2 = 5 Ом, R3= 2 Ом. Разность

62

потенциалов на клеммах источника равна Δφ = 2 В. Внутренним сопротивлением источника и амперметра можно пренебречь.

1. Определите, какую силу тока показывает амперметр.

2.Найдите мощность Р1, выделяющуюся на сопротивлении R1.

206.При силе тока I1= 3 А во внешней цепи батареи аккумуляторов выделяется мощность Р1= 18 Вт, а при силе тока I2= 1 А соответственно Р2= 10 Вт.

1.Определите ЭДС батареи ε.

2.Найдите внутреннее сопротивление r батареи.

207.Батарея состоит из пяти последовательно соединенных элементов с ЭДС

ε = 1,4 В каждый и с внутренним сопротивлением r = 0,3 Ом каждый.

1.При какой силе тока полезная мощность батареи будет равна Р= 8 Вт?

2.Какова максимальная полезная мощность батареи?

208.К батарее с ЭДС ε = 110 В подсоединены два сопротивления

R1 = 400 Ом, R2 = 600 Ом, амперметр и вольтметр по схеме,

приведенной на рисунке. Сопротивление вольтметра

RV = 1 кОм. Внутренним сопротивлением батареи можно пренебречь.

1.Найдите показания амперметра.

2.Определите показания вольтметра.

209.Нагреватель электрического чайника доводит до кипения объем V = 1 л

воды, взятой при температуре tо = 13,5 °С, за 5 мин. Напряжение в сети

120В. КПД нагревателя = 60 %.

1.Какую мощность Р потребляет нагреватель электрического чайника?

2.Каково сопротивление нагревателя чайника?

Удельная теплоемкость воды с = 4,2 103Дж/(кг∙К).

210. ЭДС батареи равна ε = 20 В. Сопротивление внешней цепи равно R = 2 Ом,

сила тока I = 4 А.

1.Найдите КПД батареи.

2.При каком сопротивлении R КПД будет равен 99%?

63

211. Две батареи аккумуляторов (первая с ЭДС ε1 = 10 В и сопротивлением r1 = 1 Ом и вторая с ЭДС ε2 = 8 В и сопротивлением r2 = 2 Ом)

соединены параллельно разноименными полюсами и замкнуты на реостат с сопротивлением R = 6 Ом. Схема цепи представлена на рисунке. Найдите силу токов в источниках I1,

I2 и силу тока I, текущего через реостат.

212. Две батареи аккумуляторов (первая с ЭДС ε1 = 5 В и сопротивлением r1 = =1 Ом и вторая с ЭДС ε2 = 3В и сопротивлением r2 =0,5 Ом)

соединены параллельно разноименными полюсами и замкнуты на реостат с сопротивлением R = 3 Ом. Схема цепи представлена на рисунке. Определите напряжение U на

зажимах сопротивления.

213. Два источника тока (первый с ЭДС ε1 = 8 В и сопротивлением r1 = 2 Ом и второй с ЭДС ε2 = 6 В и сопротивлением r2 = 1,5 Ом)

соединены параллельно одноименными полюсами и замкнуты на реостат с сопротивлением R = 10 Ом. Схема цепи представ-

лена на рисунке. Найдите силу токов в источниках I1, I2 и

силу тока I, текущего через реостат.

214. Три сопротивления R1 = 5 Ом, R2 = 1 Ом R3 = 3 Ом, а также источник тока с ЭДС = 1,4 В соединены, как показано на рисунке. Определите ЭДС источника тока, который надо включить в цепь между точками А и В, чтобы в

сопротивлении R3 шел ток силой I3 = 1 А.

215. Дана разветвленная цепь, состоящая из двух источников тока с ЭДС ε1 = = 4 В и ε2 = 3 В и трех сопротивлений R1 = 2 Ом, R2 = = 6 Ом и R3 = 1 Ом. Соединение всех элементов цепи показано на рисунке. Внутренними сопротивлениями

источников тока можно пренебречь. Определите силы токов в сопротивлениях.

64

216. Три сопротивления R1 = 5 Ом, R2 = 1 Ом, R3 = 3 Ом и два источника тока соединены так, как показано на рисунке.

Внутренними сопротивлениями источников тока можно пренебречь. ЭДС первого источника тока равно ε1 = 1,4 В, и сила тока, текущего через сопротивление

R3, равна I3= 1 А. Определите ЭДС второго источника тока ε2.

217.Элементы имеют ЭДС ε1= ε1=1,5 В и внутренние сопротивления r1= r2 = 0,5 Ом, сопротивления R1 =

=R2 =2 Ом и R3 = 1 Ом. Определите показания амперметра.

218.На рисунке приведена схема цепи, которая включает в себя источник тока

с ЭДС ε и пять сопротивлений R1 = 4 Ом, R2 = 6 Ом,

R3 = 10 Ом, R4 = 4 Ом, R5 = 6 Ом. Сила тока через сопротивление R4 равна I4 = 2,0 А. Внутренним сопротивлением источника тока можно пренебречь.

Определите ЭДС источника тока ε.

219. Найдите, используя правило Кирхгофа, показания амперметра в схеме цепи, представленной на рисунке. ЭДС первой батареи ε1=

= 10 В, внутреннее сопротивление батареи r1 = 1 Ом.

Сопротивления R1 = 4 Ом, R2 = 6 Ом, R3 = 10 Ом,

ЭДС второй батареи ε2 = 4 В и ее внутреннее сопротивление пренебрежимо мало.

220. Определите электродвижущую силу второго источника тока ε2, если ЭДС первого ε1 =1,8 В, а ток, текущий через второй источник тока в направлении стрелки на рисунке, равен I3= 0,5 мА.

Внутренними сопротивлениями источников тока можно пренебречь.

221. Сила тока в металлическом проводнике равна I = 0,8 А, сечение проводника S = 4 мм2.

65

1.Принимая, что в каждом кубическом сантиметре металла содержится n = =2,5∙1022 свободных электронов, определите среднюю скорость < > их упорядоченного движения.

2.Найдите удельное сопротивление металла, если известно, что напряжен-

ность электрического поля в проводнике при этих условиях равна

Е= 0,1 В/м.

222.В медном проводнике объемом V = 6 см3 при прохождении по нему

постоянного тока за время t = 1 мин выделилось количество теплоты

Q = 216 Дж.

1.Вычислите напряженность Е электрического поля в проводнике.

2.Определите заряд, прошедший через проводник за это время. Удельное сопротивление меди = 1,7 10-8 Ом∙м.

223.В медном проводнике длиной l = 2 м и площадью поперечного сечения,

равной S= 0,4 мм2, идет ток. При этом ежесекундно выделяется количество

теплоты Q = 0,35 Дж.

1.Сколько электронов N проходит за t =1 с через поперечное сечение этого проводника?

2.Чему равна напряженность электрического поля Е в проводнике? Удель-

ное сопротивление меди = 1,7 10-8 Ом∙м.

224.Плотность тока в алюминиевом проводе равна j = 1 A/мм2.

1.Найдите среднюю скорость < > упорядоченного движения электронов,

предполагая, что число свободных электронов в 1 см3 алюминия равно числу атомов.

2. Определите величину напряженности электрического поля Е в провод-

нике. Удельное сопротивление алюминия = 2,6 10-8 Ом∙м, его плотность Д = 2,7 10-3 кг/м3.

225.Плотность тока в медном проводнике равна j = 3 А/мм2.

1.Найдите напряженность Е электрического поля в проводнике, если удельное сопротивление меди = 1,7 10-8 Ом∙м.

66

2. Найдите энергию W, выделяющуюся в единицу времени в единице объема этого проводника.

226. В медном проводнике сечением S = 1 мм2 течет ток силой I = 10 А.

Принять, что на каждый атом меди приходится два электрона проводимости.

1.Определите среднюю скорость <> направленного движения электронов.

2.Найдите мощность Р, выделяющуюся в единице объема этого проводни-

ка. Удельное сопротивление меди = 1,7 10-8 Ом∙м, ее плотность

Д= 8,9 103 кг/м3.

227.В металлическом проводнике при плотности тока j = 10 A/мм2

напряжённость электрического поля в проводнике равна Е = 1 мВ/м. 1. Определите объёмную плотность тепловой мощности.

2. Найдите скорость направленного <> движения свободных электронов в этом проводнике, считая, что их концентрация n = 2,5∙1022 м-3.

228.Удельное сопротивление металла = 2,6 10-8 Ом∙м, концентрация свободных электронов n = 4,0 1028 м-3.

1.Вычислите среднюю длину свободного пробега электронов <l>, если средняя скорость их хаотического движения u = 1,2·10 м/с.

2.Найдите среднюю скорость <> направленного движения электронов в электрическом поле.

229.На концах металлического проводника длиной l= 2 м поддерживается разность потенциалов U = 2 В, при этом плотность тока равна j = 106 A/м2 .

1.Определите удельное сопротивление проводника ρ.

2.Какая тепловая мощность выделяется в единице объема проводника?

230.В проводнике сечением S = 1 мм2 течет ток силой I = 0,20 А.

Удельное сопротивление материала проводника равно = 1,710-8 Ом∙м.

1.Определите силу, действующую со стороны электрического поля на свободный электрон в проводнике.

2.Какая тепловая мощность выделяется в единице объема проводника?

67

231. По трем бесконечно длинным параллельным проводникам, расстояние между которыми а= 5 см, текут токи I1 = 5 A, I2 = =10 А и I3 = 5 A. Направления токов в сечениях

проводника показаны на рисунке. Определите индукцию магнитного поля

В в точке А, удаленной на а/ 2 от первого провода, и в точке С, удаленной на а/2 от третьего провода.

232. По двум бесконечно длинным параллельным проводам, расстояние между которыми с =50 см, текут токи по I1 = I2 = 100 А в одном направлении. Найдите индукцию магнитного поля в точке А, удаленной на расстояние 30 см от

одного и 40 см от другого провода.

233. Вычислите модуль индукции результирующего магнитного поля,

созданного токами I1 и I2, текущими по прямому бесконечно длинному проводнику и круговому контуру радиуса R = 20 см в точке O (см. рисунок). Круговой контур и точка O лежат в плоскости чертежа;

направление токов указано на рисунке, причем I1 = I2 = 10 А.

234. Найти величину тока в бесконечно длинном проводнике, который имеет квадратный изгиб со стороной квадрата а = 40 см (см.

рисунок), если индукция магнитного поля в точке А,

расположенной в центре квадрата, равна Н = 50 А/м.

235. По бесконечно длинному проводнику, который имеет квадратный изгиб со стороной квадрата а = 10 см (см. рисунок), течет ток силой I = 5 А. Какова индукция магнитного поля В в

токе А (см. рисунок), расположенной в середине четвертой стороны квадрата.

236.Чему равна напряженность магнитного поля в точке на оси кругового витка, расположенной на расстоянии d = 40 см от центра, если в центре витка, радиус которого r = 30 см, напряженность Н = 20 А/м.

68

237. Ток I = 5 А течёт по тонкому проводнику, изогнутому так, как показано на рисунке. Радиус изогнутой части проводника R = 12 см, угол

2 = 90 . Найти индукцию магнитного поля в точке О.

238.По проводнику, изогнутому в виде окружности, течет ток. Напряженность магнитного поля в центре окружности Н1 = 50 А/м. Не изменяя силы тока в проводнике, ему придали форму квадрата. Определить напряженность Н2

магнитного поля в точке пересечения диагоналей этого квадрата.

239.Ток I = 5 А течет по тонкому проводнику, изогнутому как показано на

рисунке. Радиус изогнутой части проводника R = 12 см.

Определите индукцию магнитного поля в точке О.

240.Два круговых витка радиусом R = 4 см каждый расположены в параллельных плоскостях на расстоянии d = 10 см друг от друга. По виткам текут токи I1 = I2 = 2 А. Найдите индукцию В магнитного поля на оси витков в точке, находящейся на равном расстоянии от них, если токи в витках текут в одном направлении.

241.В однородном магнитном поле с индукцией В = 0,1 Тл находится прямой медный проводник сечением S = 8 мм2, концы которого подключены гибким проводом, находящимся вне поля, к источнику постоянного тока.

1.Определите величину тока I в проводнике, если известно, что при помещении его в магнитное поле перпендикулярно к линиям индукции магнитного поля проводник сохраняет равновесие.

2.Сделайте рисунок к задаче и покажите на нем направление силы Ампера.

Плотность меди равна = 8900 кг/м3.

242. Горизонтальный проводник длиной l = 0,2 м и массой m = 0,01 кг,

подвешенный на двух тонких нитях, находится в однородном магнитном поле с индукцией В = 0,25 Тл.

69

1.На какой угол от вертикали отклонятся нити, поддерживающие проводник, если по проводнику пропустить ток I = 2 А? Массой нитей пренебречь.

2.Сделайте рисунок к задаче и покажите на нем направление силы Ампера.

243.Два прямолинейных длинных проводника расположены

параллельно друг другу на расстоянии d = 10 см. По проводникам в одном направлении текут токи I1 = I2 = 5 А. В

точке М, находящейся на расстоянии а = 10 см от каждого

проводника, находится третий проводник с током I3 = 5 А, который направлен противоположно двум первым.

1.Найдите модуль силы Ампера, с которой поле, создаваемое двумя первыми проводниками с током, действует на единицу длины третьего проводника.

2.Найдите направление этой силы и покажите его на рисунке.

244.Три длинных параллельных проводника с токами I1 = I2 = I3 = 2 А

расположены так, как показано на рисунке. Направления токов I1 и I3 указаны, расстояния между проводниками 1

и 2, 1 и 3 одинаковы и равны а = 20 см.

1. Найдите направление результирующей сил Ампера,

действующих на проводник с током I2 со стороны проводников с токами I1 и

I3, и покажите его на рисунке.

2. Определите силу, действующую на единицу длины второго проводника со стороны первого и третьего проводников.

245.Прямолинейный проводник длиной l = 20 см перемещается со скоростью

υ= 5 м/с в однородном магнитном поле с индукцией В = 0,1 Тл. Угол между направлением движения проводника и направлением магнитных силовых линий α = 90°, а величина тока в проводнике I = 50 А.

1.Определите величину силы F, действующую на единицу длины проводника.

2.Чему равна механическая мощность, развиваемая при этом движении?

70