Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физика. Механика. Молекулярная физика. Термодинамика. Электростатика. Законы постоянного тока. Учебное пособие
.pdf
при постоянном давлении. Определить теплоту Q, переданную газу,
р
совершенную газом работу
2.24. При адиабатическом сжатии кислорода массой 1 кг
вершена работа 100 кДж.
A Какова конечная температура
если до сжатия кислород находился при температуре
А и приращение U внутренней энергии.
m со-
Т
газа,
2
300 К ?T
1
2.25. Азот находится в закрытом сосуде объемом 3 л при темпера-
туре 27 °С и давлении 0,3 МПа. После нагревания давление в сосуде
повысилось до 2,5 МПа. Определить: 1) температуру азота после
нагревания; 2) количество теплоты, сообщенное азоту.
2.26. При изотермическом расширении водорода массой
объем газа
совершенную газом, если температура газа
лоту
V увеличился в два раза. Определить работу А расширения,
Т = 300 К. Определить теп-
Q, переданную при этом газу.
2.27. Из баллона, содержащего водород под давлением
при температуре
200 К,T выпустили половину находившегося в
1
1
1 гm
1 МПаp
нем газа. Считая процесс адиабатическим, определить конечные температуру
няется от
T
и давление
2
.
2
2.28. При изотермическом расширении 2 м
0,5 МПаp до
1
0, 4 МПа.p . Найти совершенную при
2
3
газа его давление ме-
этом работу.
2.29. Гелий находится в закрытом сосуде объемом 2 л при темпера-
туре 20 °С и давлении 0,1 МПа. 1. Какое количество теплоты надо сообщить гелию, чтобы повысить его температуру на 100 °С? 2. Какова
будет средняя квадратичная скорость его молекул при новой температуре? 3. Какое установится давление? 4. Какова будет
плотность ге-
лия? 5. Какова будет энергия теплового движения его молекул?
2.30. Для нагревания некоторой массы газа на 50 °С при постоянном давлении необходимо затратить 160 кал. Если эту же массу газа
охладить на 100 °С при постоянном объеме, то выделяется 240 кал.
Какое число степеней свободы имеют молекулы этого газа?
2.31. Газ
ния газа 5 Дж.
термический КПД цикла 0, 2.
совершает цикл Карно. Работа изотермического расшире-
A Определить работу изотермического сжатия, если
2.32. Совершая цикл Карно, газ отдал охладителю теплоту
4 кДж.Q Работа цикла 1 кДж.A Определить температуру нагре-
2
вателя, если температура охладителя
Т = 300 К.
81
2.33. Газ совершает цикл Карно. Абсолютная температура охладителя
290 К.T
2
тура нагревателя повысится от
Во сколько раз увеличится КПД цикла, если темпера-
400 КT
до
1
600 К?T
1
2.34. Газ совершает цикл Карно. Температура нагревателя
475 К,T охладителя
1
газ совершил работу 100 Дж.
цикла, а также теплоту
260 К.T При изотермическом расширении
2
A Определить термический КПД η
Q , которую газ отдает охладителю при изо-
2
термическом сжатии.
2.35. Совершая цикл Карно, газ получил от нагревателя теплоту
1 кДжQ и совершил работу 200 Дж.A Температура нагревателя
1
375 К.T Определить температуру
1
T охладителя.
2
2.36. Газ, совершающий цикл Карно, получает от нагревателя теплоту 42 кДж.
Q Какую работу совершает газ, если абсолютная тем-
пература
Т нагревателя в три раза выше, чем температура 2T охлади-
1
теля?
2.37. Совершая цикл Карно, газ отдал охладителю
2
/3 теплоты, по-
лученной от нагревателя. Определить температуру охладителя, если
температура нагревателя
1
425 К.T
2.38. Газ совершает цикл Карно. Температура охладителя
273 К.T Какова температура нагревателя, если за счет каждой ки-
2
локалории теплоты, полученной от нагревателя, газ совершает работу
A
1, 2 кДж?
2.39. Идеальная тепловая машина, работающая по циклу Карно,
получает за каждый цикл от нагревателя 600 кал. Температура нагревателя 400 К, температура охладителя 300 К. Найти работу, совершаемую машиной за один цикл, и количество теплоты, отдаваемое охладителю за один цикл.
2.40. Идеальная тепловая машина работает по циклу Карно.
При этом 80 % тепла, получаемого
от нагревателя, передается охладителю. Количество теплоты, получаемое от нагревателя, равно 1,5 ккал.
Найти: 1) КПД цикла; 2) работу, совершенную при полном цикле.
82
ЗАДАЧИ К РАЗДЕЛУ «ЭЛЕКТРОСТАТИКА»
3.01. Две параллельные плоскости, заряженные с поверхностными
плотностями
расстоянии
0, 2 мкКл/м и
1
2
0,3 мкКл/м , находятся на
2
0,5 смd друг от друга. Определить разность потенциа-
2
лов между плоскостями.
3.02. Расстояние
и
720 нКлq равно 60 см. Определить точку, в которую нужно по-
2
местить третий заряд
d между двумя точечными зарядами
q так, чтобы система зарядов находилась в рав-
3
180 нКлq
1
новесии. Определить величину и знак заряда. Устойчивое или неустойчивое будет равновесие?
3.03. На бесконечном тонкостенном цилиндре диаметром 10 см
d
равномерно распределен заряд с поверхностной плотностью
1 мкКл/м . Определить напряженность поля в точке, отстоящей от
поверхности цилиндра на
2
а = 5 см.
3.04. Два одинаковых металлических заряженных шара находятся
на расстоянии 60 см.
r Сила отталкивания шаров
7 мкН.F
1
После
того как шары привели в соприкосновение и удалили друг от друга на
прежнее расстояние, сила отталкивания возросла и стала равной
160 мкН.F Вычислить заряды
2
q и 2q , которые были на шарах до
1
их соприкосновения. Диаметр шаров считать много меньшим расстояния между ними.
3.05. Электрон, обладающий кинетической энергией
Т = 5 эВ, вле-
тел в однородное электрическое поле в направлении силовых линий
поля. Какой скоростью будет обладать электрон, пройдя в этом поле
разность потенциалов
U = 2 В?
3.06. Определить потенциальную энергию системы двух точечных
зарядов
100 нКлq и
1
10 нКл,q находящихся на расстоянии r = 10 см
2
друг от друга.
3.07. Поле образовано бесконечной равномерно заряженной плос-
костью с поверхностной плотностью заряда
лить разность потенциалов
на
1
5 смr и
2
10 см.r
3.08. Пылинка массой 10 мкг,
10 нКл,
q влетела в электрическое поле в направлении силовых ли-
U двух точек поля, отстоящих от плоскости
m несущая на себе заряд
ний. После прохождения разности потенциалов 150 B
10 нКл/м . Опреде-
U пылинка
2
83
имела скорость 20 м/с.v Определить скорость пылинки до того, как
она влетела в поле.
3.09. Три одинаковые капли ртути, заряженные до потенциала
20 B,
сливаются в одну. Каков потенциал образовавшейся капли?
3.10. Точечные заряды
расстоянии
10 смd
друг от друга. Определить напряженность поля
1 мкКлq
1
в точке, удаленной на расстояние
и
6 смr от первого и
1
1 мкКлq
2
находятся на
8 смr от
2
второго заряда. Определить также силу, действующую в этой точке на
точечный заряд
q = 0,1 мкКл.
3.11. Между пластинами плоского конденсатора вложена тонкая
слюдяная пластинка. Какое давление испытывает эта пластинка при
напряженности электрического поля 10 кВ/см?
3.12. Плоский конденсатор с площадью пластин
дая заряжен до разности потенциалов 1 кВ.
стинами
4 см.d Диэлектрик – стекло. Определить энергию W поля
U Расстояние между пла-
300 смS каж-
2
конденсатора и плотность ω энергии поля.
3.13. Расстояние между пластинами плоского конденсатора
2 см,
d разность потенциалов 6 кВ.U Заряд каждой пластины
q Определить энергию W поля конденсатора и силу F взаим-
10 нКл.
ного притяжения пластин.
3.14. Емкость плоского конденсатора 100 пФ.С Диэлектрик –
фарфор. Конденсатор зарядили до разности потенциалов 600 B
U
и отключили от источника напряжения. Какую работу нужно совершить, чтобы вынуть диэлектрик из конденсатора?
3.15. Плоский конденсатор состоит из двух круглых пластин ради-
R каждая. Расстояние между пластинами 5 мм.d Кон-
усом 20 см
денсатор присоединен к источнику напряжения 3 кВ.
U Определить
заряд и напряженность поля конденсатора, если диэлектриком будет:
а) воздух; б) стекло.
2
3.16. Пластины плоского конденсатора площадью 100 см
3
притягиваются друг к другу с силой
310 кгс.
Пространство между
каждая
пластинами заполнено слюдой. Найти: 1) заряды, находящиеся на пластинах, 2) напряженность поля между пластинами, 3) энергию в единице объема поля.
3.17. Два конденсатора емкостью
нены последовательно и присоединены к батарее ЭДС 30 B.
2 мкФC и
1
3 мкФC соеди-
2
Опре-
84
делить заряд каждого конденсатора и разность потенциалов между его
обкладками.
3.18. Пространство между пластинами плоского конденсатора заполнено двумя слоями диэлектриков: слоем стекла толщиной
и слоем парафина толщиной
обкладками
U = 3 кВ. Определить напряженность поля и падение по-
2 см.d
2
Разность потенциалов между
1
1 смd
тенциала в каждом из слоев.
3.19. Разность потенциалов между пластинами плоского конденса-
тора площадью 100 см
заряда на пластинах
2
каждая равна 280 В. Поверхностная плотность
11 2
4,95 10 Кл/см .
Найти: 1) напряженность поля
внутри конденсатора; 2) расстояние между пластинами; 3) скорость,
которую получит электрон, пройдя в конденсаторе путь от одной пластины до другой; 4) энергию конденсатора.
3.20. Плоский воздушный конденсатор с площадью пластин
2
100 см
и расстоянием между ними 1 мм заряжен до 100 В. Затем пла-
стины раздвигаются до расстояния 25 мм. Найти энергию конденсатора до и после раздвижения пластин, если источник напряжения перед
раздвижением отключается.
3.21. Имеется 120-вольтовая лампочка мощностью 40 Вт. Какое
добавочное сопротивление надо включить последовательно с лампочкой, чтобы она давала нормальный накал при
напряжении в сети
220 В? Сколько метров нихромовой проволоки диаметром 0,3 мм надо
взять, чтобы получить такое сопротивление?
3.22. В сеть с напряжением 120 B
тивлением 5 кОм
R и вольтметр, соединенные последовательно.
Показание вольтметра
вольтметр показал
50 B.U Определить сопротивление другой ка-
2
U включили катушку с сопро-
80 B.U Когда катушку заменили другой,
1
тушки.
3.23. Определить число электронов, проходящих в секунду через
единицу площади поперечного сечения железной проволоки длиной
l = 6 м при напряжении на ее концах U = 6 В.
3.24. Сила тока в проводнике равномерно увеличивается от нуля до
некоторого максимального значения в течение времени 10 c.
время в проводнике выделилась теплота 1 кДж.
Q Определить ско-
рость нарастания тока в проводнике, если его сопротивление
t За это
R = 3 Ом.
85
3.25. От батареи, ЭДС которой 500 B, требуется передать энер-
гию на расстояние 2, 5 км.
l Потребляемая мощность Р = 10 кВт.
Найти минимальные потери мощности в сети, если диаметр медных
подводящих проводов
3.26. ЭДС батареи 60 B,
Внешняя цепь потребляет мощность
ка
I в цепи, напряжение U, под которым находится внешняя цепь, и ее
сопротивление
R.
3.27. ЭДС батареи
Определить внутреннее сопротивление r батареи.
0,75.
3.28. При внешнем сопротивлении
0,3 A,I при сопротивлении
1
d = 1,5 см.
внутреннее сопротивление
125 Вт.P Определить силу то-
8 B. При силе тока 2 АI КПД батареи
3 ОмR сила тока в цепи
1
5 ОмR сила тока
2
0, 2 A.I
2
4 Ом.r
Опре-
делить силу тока короткого замыкания источника ЭДС.
3.29. По проводнику сопротивлением
возрастающий ток. За время
Q Определить заряд q, протекший за это время по провод-
200 Дж.
в проводнике выделилась теплота
8 ct
течет равномерно
3 ОмR
нику. В момент времени, принятый за начальный, ток в проводнике
был равен нулю.
3.30. Элемент замыкают на внешнее сопротивление: сначала
2 Ом,R
1
а затем
0,5 Ом.R
2
Найти ЭДС элемента и его внутреннее
сопротивление, если известно, что в каждом из этих случаев мощность,
выделяемая во внешней цепи, одинакова и равна 2,54 Вт.
и
3.31. В схеме на рисунке
1
– два элемента с равными ЭДС 2 В.
2
Внутренние сопротивления этих элементов равны соответственно
1 Омr
1
тока
через
и
I , текущего через 1 , равна 1 А? Найти силу тока 2I , идущего
1
. Найти силу тока RI , идущего через сопротивление R.
2
2 Ом.r
2
Чему равно внешнее сопротивление R, если сила
86
3.32. Определить силу тока в каждом элементе и напряжение на
R
R
зажимах сопротивления
1
1 Ом,r
4 В,
2
2
R (см. рисунок на с. 86), если
0,5 Омr и 50 Ом.R
1
8 B,
3.33. Какая разность потенциалов получается на зажимах двух эле-
ментов, включенных параллельно, если их ЭДС равны соответственно
1, 4 B и
1
0, 4 Ом ?r
2
1, 2 B и внутренние сопротивления
2
0,6 Омr и
1
3.34. Определить силы токов на всех участках электрической цепи
(рисунок слева), если
3
1 Ом,R
2 Ом.R Внутренними сопротивлениями источников то-
4
1
3 B,
8 B,
2
1
4 Ом,R
3 Ом,R
2
ка пренебречь.
3.35. Три сопротивления
источник тока
1, 4 B соединены, как показано на рисунке справа.
1
5 Ом,R 1 ОмR и
1
3 Ом,R а также
3
Определить ЭДС источника, который надо подключить в цепь между
точка-ми
A и В, чтобы в сопротивлении
шел ток силой 1 А в
3
направлении, указанном стрелкой. Сопротивлением источников тока
пренебречь.
3.36. Определить разность потенциалов между точками
сунок), если
3 B,
1
2 B,
2
1 Ом,R
1
2
5 Ом,R
А и В (ри-
3 Ом.R
3
Внутренними сопротивлениями источников тока пренебречь.
3.37. Определить силу тока в сопротивлении
напряжение на концах этого сопротивления, если
1
2 Ом,R
6 Ом,R
2
1 Ом.R Внутренними сопротивлениями ис-
3
(рисунок) и
3
4 B,
1
3 B,
2
точников тока пренебречь.
87
3.38. Два источника тока
R
R
R
R
R
2 Омr и
1
реостат 10 Ом
R соединены, как показано на рис. 16. Определить
6 B с внутренним сопротивлением
2
14 B с внутренним сопротивлением
1
силы тока в реостате и в источниках тока.
4 Ом,r а также
2
3.39. В схеме
на сопротивление
2 B,
1
(ток через
2
4 B,
2
2
0,5 ОмR и падение потенциала
1
направлен сверху вниз) равно 1 В.
Найти показание амперметра. Внутренним сопротивлением элементов
и амперметра пренебречь.
3.40. В схеме (рисунок выше) 17
20 Ом.R Через амперметр идет ток 1 А, направленный от
3
Найти сопротивление
. Сопротивлением батареи и амперметра пре-
1
30 B,
1
5 B,
2
10 Ом,R
2
к
3
1
небречь.
.
88
ВЫПОЛНЕНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
x
x
x
x
x
Кроме семинарских занятий студенты выполняют лабораторные
работы. Методические указания к выполнению лабораторных работ
студенты берут в библиотеке, в лабораториях в электронном виде на
занятиях или на сайте кафедры общей физики. Формы отчета работ
приведены в лабораториях на стендах. Далее приводятся рекомендуемые таблицы измерений при выполнении лабораторных работ (студент
вправе
использовать и свои таблицы).
Лабораторная работа № 1 (образец)
ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ ПУЛИ С ПОМОЩЬЮ
БАЛЛИСТИЧЕСКОГО МАЯТНИКА
S
N m
кг м м м м м м
1
2
3
4
5
1 – – – –
1 – – – –
кон
x
89
v
м
с
1
v
m
1/ 2кг
м
с
Изучение работы
Определение показателя
источника ЭДС
адиабаты методом
Клемана и Дезорма
Ссылка на видеоописание
Ссылка на видеоописание
выполнения
лабораторной работы
выполнения
лабораторной работы
ФБ (ТОПП) 1 КУРС
работы
с помощью
Измерение скорости пули
Ссылка на видеоописание
выполнения лабораторной
баллистического маятника
ГРАФИК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
–
1-е занятие 2-е занятие 3-е занятие 4-е занятие
Работа № 00 Работа № 1 Работа № 6 Работа № 13
ускорения
Определение
свободного падения
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]