Электричество учеб. метод. пособие по физике
.pdf
106.* В электрической цепи, показанной на рис. 2.39, r = 1 Ом, R1 = 4 Ом, R2 = 7 Ом, = 6 В, ключ К длительное время находится в положении 1. За длительное время после перевода ключа К в положение 2 изменение
заряда на правой обкладке конденсатора q = –0,55 мкКл. Найдите электроёмкость конденсатора С.
107.* В электрической цепи, показанной на рис. 2.39,
r = 1 Ом, R1 = 4 Ом, R2 = 7 Ом, С = 0,2 мкФ, ключ К длительное время находится в положении 1. За длительное
время после перевода ключа К в положение 2 изменение заряда на правой обкладке конденсатора q = –0,55 мкКл. Найдите ЭДС источника .
108*. Источник тока, два резистора и ключ включены в цепь, как показано на рис. 2.40. При замкнутом ключе К на резисторе R1 выделяется мощность Р = 27 Вт. Если ключ К разомкнуть, то на резисторе R1 будет выделяться мощность Р = 3 Вт. Какая мощность будет выделяться на резисторе R2 после размыкания ключа? Внутренним сопротивлением источника пренебречь.
109.* Источник тока, два резистора и ключ К включены в цепь, как показано на рис. 2.41. При разомкнутом ключе на резисторе R1 выделяется мощность Р1 =3 Вт, а на резисторе R2 – мощность Р2 = 6 Вт. Какая мощность будет выделяться на резисторе после замыкания ключа К? Внутренним сопротивлением источника пренебречь.
110.* В цепи, изображённой на рис. 2.42, сопротивление диода в прямом направлении пренебрежимо мало, а в обратном – многократно превышает сопротивление резисторов. При подключении к точке А положительного полюса, а к точке В отрицательного полюса батареи с ЭДС 12 В и пренебрежимо малым внутренним сопротивлением потребляемая в цепи мощность равна 4,8 Вт. При изменении полярности подключения батареи потребляемая в цепи мощность становится равной 7,2 Вт. Укажите, как течёт ток через диоды и резисторы в обоих случаях, и определите сопротивление резисторов R1 и R2.
111.* В цепи, изображённой на рис. 2.43, сопротивление диода в прямом направлении пренебрежимо мало, а в обратном – многократно превышает сопротивление резисторов. При подключении к точке А положительного полюса,
Рис. 2.39
Рис. 2.40
Рис. 2.41
Рис. 2.42
Рис. 2.43
51
а к точке В отрицательного полюса батареи с ЭДС 12 В и пренебрежимо малым внутренним сопротивлением потребляемая в цепи мощность равна 6 Вт. При изменении полярности подключения батареи потребляемая в цепи мощность становится равной 7,2 Вт. Укажите, как течёт ток через диоды и резисторы в обоих случаях, и определите сопротивление резисторов R1 и R2.
112.* Конденсатор ёмкостью С = 2 мкФ присоединён к батарее с ЭДС 10 В и внутренним сопротивлением r = 1 Ом. В начальный момент времени ключ К был замкнут (рис. 2.44). Какой станет энергия конденсатора через длительное время (не менее 1 с) после размыкания ключа К, если сопротивление резистора R = 10 Ом?
113.* Источник тока, два резистора и ключ включены в цепь, как показано на рисунке (рис. 2.45). При разомкнутом ключе на резисторе R1 выделяется мощность 1 Вт, а на резисторе R2 – мощность 2 Вт. Какая мощность будет выделяться на резисторе R2 после замыкания ключа К? Внутренним сопротивлением источника пренебречь.
114.* В схеме, изображённой на рис. 2.46, сопротивления резисторов R1 = 4 Ом, R2 = 6 Ом, R3 = 6 Ом, R4 = 9 Ом, ЭДС батареи = 20 В, её внутреннее сопротивление r = 2 Ом. Определите мощность, выделяемую на резисторе R3.
115.* Реостат R подключён к источнику тока с ЭДС и внутренним сопротивлением r (рис. 2.47). Зависимость силы тока в цепи от сопротивления реостата представлена на графике (рис. 2.48). Найдите сопротивление реостата, при котором мощность тока, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника, равна 8 Вт.
Рис. 2.47 |
Рис. 2.48 |
116.* Какая тепловая мощность будет выделяться на резисторе R1 в схеме, изображённой на рис. 2.49, если резистор R2 перегорит (превратится в разрыв цепи)? Все ре-
Рис. 2.44
Рис. 2.45
Рис. 2.46
Рис. 2.49
52
зисторы, включённые в схему, имеют одинаковое сопротивление R = 20 Ом. Внутреннее сопротивление источника r = 2 Ом; его ЭДС = 110 В.
117.* Электрическая цепь состоит из источника тока и реостата. ЭДС источника= 6 В, его внутреннее сопротивление r = 2 Ом. Сопротивление реостата можно изменять в пределах от 1 Ом до 5 Ом. Чему равна максимальная мощность тока, выделяемая на реостате?
118.* В цепи, изображённой на рис. 2.50, сопротивление диодов в прямом направлении пренебрежимо мало, а в обратном – многократно превышает сопротивление резисторов. При подключении к точке А положительного, а к точке В – отрицательного полюса батареи с ЭДС 12 В и пренебрежимо малым внутренним сопротивлением, потребляемая мощность равна 7,2 Вт. При изменении по-
лярности подключения батареи потребляемая мощность Рис. 2.50 оказалась равной 14,4 Вт.
Укажите условия протекания тока через диоды и резисторы в обоих случаях и определите сопротивление резисторов в этой цепи.
119.* Во сколько раз увеличится мощность, выделяемая на резисторе при замыкании ключа К (рис. 2.51), если R1 = R2 = 1 Ом, r = 0,5 Ом?
120* Напряжённость электрического поля плоского конденсатора (рис. 2.52) равна 24 кВ/м. Внутреннее сопротивление источника r =10 Ом, ЭДС = 30 В, сопротивления резисторов R1 = 20 Ом, R2 = 40 Ом. Найдите расстояние между пластинами конденсатора.
121* Источник постоянного тока с ЭДС = 10 В и внутренним сопротивлением r = 0,4 Ом подсоединён к параллельно соединённым резисторам R1 = 4 Ом, R2 = 6 Ом и конденсатору (рис. 2.53). Определите ёмкость конденсатора С, если энергия электрического поля конденсатора равна 60 мкДж.
Рис. 2.51 |
Рис. 2.52 |
Рис. 2.53 |
53
122.* Источник постоянного напряжения с ЭДС 100 В подключён через рези-
стор к конденсатору переменной ёмкости, расстояние между пластинами кото- |
||||||||||||
рого можно изменять (рис. 2.54). Пластины медленно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
раздвинули. Какая работа была совершена против |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сил притяжения пластин, если за время движения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пластин на резисторе выделилось количество теп- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
лоты 10 мкДж и заряд конденсатора изменился на |
|
|
|
Рис. 2.54 |
||||||||
1 мкКл? |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
123.* В электрической схеме, показанной на рис. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.55, ключ К замкнут. ЭДС батарейки = 24 В. Со- |
, r |
|
|
|
|
|
|
|
С |
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
противление резистора R = 25 Ом, заряд конденса- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
тора 2 мкКл. После размыкания ключа К в результате |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
разряда конденсатора на резисторе выделяется коли- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
чество теплоты 20 мкДж. Найдите внутреннее сопро- |
|
|
|
Рис. 2.55 |
||||||||
тивление батарейки. |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
124.* Батарея из четырёх конденсаторов электроёмкостью С1 = 3С, С2 = 2С, С3 = С и С4 = 4С подключена к источнику постоянного тока с ЭДС и внутренним сопротивлением r (рис. 2.56). Определите энергию конденсатора С1.
Рис. 2.56 |
Рис. 2.57 |
|
125.* К аккумулятору с ЭДС 45 В и внутренним сопротивлением 3 Ом подключили лампу сопротивлением 30 Ом и резистор сопротивлением 20 Ом, а также конденсатор ёмкостью 250 мкФ (рис. 2.57). Спустя длительный промежуток времени ключ К размыкают. Какое количество теплоты выделится после этого на резисторе?
2.2.6Качественные задачи с развёрнутым ответом
126.Два плоских воздушных конденсатора подключены к одинаковым источникам постоянного напряжения и одинаковым резисторам, как показано на рис. 2.58, а и б. Конденсаторы имеют одинаковую площадь пластин, но различаются расстоянием между пластинами. В некоторый момент времени ключи К в обеих
54
схемах переводят из положения 1 в положение 2. Опираясь на законы электродинамики, объясните, в каком из приведённых опытов при переключении ключа резистор нагревается сильнее. Сопротивлением соединяющих проводов пренебречь.
Рис. 2.58 |
|
127. Опираясь на законы физики, найдите показание идеаль- |
|
ного вольтметра в схеме, представленной на рис. 2.59, до замы- |
|
кания ключа К и опишите изменения его показаний после за- |
|
мыкания ключа К. Первоначально конденсатор не заряжен. |
Рис. 2.59 |
128. На рис. 2.60 показана принципиальная схема электрической цепи, состоящей из источника тока с отличным от нуля внутренним сопротивлением, резистора, реостата и измерительных приборов – идеального амперметра и идеального вольтметра.
Используя законы постоянного тока, проанализируйте эту схему и выясните, как будут изменяться показания приборов при перемещении движка реостата влево.
Рис. 2.60
129. В схеме на рис. 2.61 сопротивление резистора и полное сопротивление реостата равны R, ЭДС батарейки равна ε, её внутреннее сопротивление ничтожно (r = 0). Как ведут себя (увеличиваются, уменьша-
ются, остаются постоянными) показания идеального вольтметра при перемещении движка реостата из крайнего верхнего в крайнее нижнее положение? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности вы использовали для объяснения.
55
130. Электрическая цепь состоит из батареи с |
|
|
ЭДС и внутренним сопротивлением r = 0,5 Ом |
|
|
и подключённого к ней резистора нагрузки с со- |
|
|
противлением R. При изменении сопротивления |
|
|
нагрузки изменяется сила тока в цепи и мощность |
|
|
тока в нагрузке. На рис. 2.62 представлен график |
|
|
зависимости мощности, выделяющейся на |
|
|
нагрузке, от силы тока в цепи. Используя извест- |
|
|
ные физические законы, объясните, почему дан- |
|
|
ный график зависимости мощности от силы тока |
Рис. 2.62 |
|
является параболой. Чему равна ЭДС батареи? |
||
|
131. В сосуд наливают воду при комнатной температуре. В воду погружают нагревательные элементы с сопротивлениями R1 и R2, подключённые к источнику постоянного напряжения так, как показано на рис. 2.63, а. Оставив ключ в положении 1, доводят воду до кипения. Затем кипяток выливают, сосуд охлаждают до комнатной температуры, вновь наполняют таким же количеством воды при комнатной температуре и, повернув ключ К в положение 2 (рис. 2.63, б), повторяют опыт. Напряжение источника в опытах одинаково. Опираясь на законы электродинамики и молекулярной физики, объясните, в каком из при ведённых опытов вода закипит быстрее.
Рис. 2.63
56
2.3 Ответы к задачам (часть 2)
1)0,28 А
2)35 Ом
3)0,097 Ом
4)1,57 м
5)5,4 В
6)S = 2,37 мм2; L= 8,4 м
7)6 В; 3 В; 2 В;
8)5·10–5 Ом·м
9)~ 0,24 А
10)0,02 А
11)81,6 В; 34 В; 0,68 В
12)15 В
13)0,3 А
14)90 В
15)60 В
16)I1 = 9 А; I2 = 6 А
17)3 Ом
18)6А; 2А; 4А
19)10
20)10 Ом; 30 Ом
21)4 раза
22)8 Ом
23)0,9 В; 2,1 В
24)2В; 1 Ом
25)1 Ом
26)0,5 Ом; 5,5 Ом;
6 Ом
27)126 В
28)~146,7 А
29)6 А
30)увеличится в 2 раза
31)8 Ом
32)1,68 В
33)1,1 В; 1 Ом
34)3,2 В; 1,6 А; 0,4 А
35)375 мОм
36)65 Кл
37)25 Кл
38)5 А
39)20 А
40)3,3 А
41)20 Ом
42)2
43)2
44)50 В
45)36 В
46)0,5 Ом
47)27 В
48)20 В
49)0,5 Ом
50)6 В
51)7,65 Ом
52)~2237 °С
53)~21,8 Ом
54)–11,7 °С
55)2750 °С
56)~6 м
57)~232,6 °С
58)74 °С
59)3R
60)3R
61)2R/3
62)R
63)2R
64)3R
65)3R
66)3R
67)R
68)32R/11
69)7R
70)R/2
71)R
72)2R
73)R/2
74)2R/3
75)2R
76)R
77)R
78)2R
79)2 с
80)288 Дж; 28,8 Вт;
5 Ом
81)0,1 Дж
82)10 Дж
83)10 Дж
84)63 %
85)8 Дж
86)810 Дж
87)1 Ом
88)2100 Дж
89)4,5 ккал
90)~236 Ом
91)2,05 В; 0,03 Ом
57
92) |
1,5 А; 0,5А |
103) 9 Вт |
|
93) |
80 Вт; 40 Вт |
104) 4,5 В |
|
94) |
а) 92 Вт; 211 Вт; |
105) 0,5 Ом |
|
|
б) 1000 Вт; 435 Вт |
106) |
0,1 мкФ |
|
|
||
95) |
1,44 |
107) |
3 В |
|
|
||
96) |
1,56 |
108) |
6 Вт |
|
|
||
97) 20 А |
109) |
27 Вт |
|
|
|
||
98) |
750 Ом |
110) |
10 Ом; 20 Ом |
|
|
||
99) |
49/36 |
111) |
20 Ом; 40 Ом |
|
|
||
100) 125 Вт |
112) |
100 мкДж |
|
|
|
||
101) 91 % |
113) |
4,5 Вт |
|
|
|
||
102) 32 Вт |
114) |
13,5 Вт |
|
|
|
||
115)4 Ом
116)236 Вт
117)4,5 Вт
118)10 Ом; 20 Ом
119)в 1,56 раза
120)1 мм
121)1,6 мкФ
122)60 мкДж
123)5 Ом
|
|
|
27 C |
|
|
|
2 |
124) |
W1 |
|
50 |
|
|
|
125) 97,2 мДж
58
Учебное издание
Гребенюк Татьяна Игоревна Латоха Яна Валерьевна
Тимошевская Вера Владимировна и др.
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
Печатается в авторской редакции Технический редактор Т. И. Исаева
Подписано в печать 06.12.2024. Формат 60×84/16. |
|
Усл. печ. л. 3,49. Тираж 100 экз. Изд. № 50110. Заказ |
. |
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Ростовский государственный университет путей сообщения» (ФГБОУ ВО РГУПС)
Адрес университета: 344038, Ростовская область, г. о. город Ростов-на-Дону, г. Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового Полка
Народного Ополчения, зд. 2, www.rgups.ru
59