Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электричество и магнетизм. Учебно-методическое пособие
.pdf
71
повороте плоскости рамки на угол 60°? (До поворота плоскость рамки
совпадала с направлением поля.) Напряженность поля Н = 20 А/м,
среда – воздух.
5. В однородном магнитном поле напряженностью 2000 А/м равномерно, с частотой n = 10 с-1 вращается стержень длиной l = 20 см так,
что плоскость его вращения перпендикулярна линиям напряженности,
а ось вращения проходит через один из его концов. Определить индуцируемую на концах стержня разность потенциалов.
6. По двум одинаковым круговым виткам радиусом R = 6 см,
плоскости которых взаимно перпендикулярны, а центры совпадают, текут одинаковые токи силой I = 3 А. Найти индукцию магнитного поля
в центре витков.
7. Пучок электронов влетает в пространство, где возбуждено однородное электрическое поле, напряженность которого Е = 1,5 кВ/м, и
перпендикулярное ему магнитное поле, индукция которого В = 1,5 мТл.
Скорость электронов постоянна и направлена перпендикулярно векторам Е и В. Найти скорость движения электронов. Как будут двигаться
электроны, если электрическое поле выключить? Каков радиус кривизны траектории электронов в этом случае?
Вариант 5
1. По трем длинным параллельным
проводам, расположенным в одной плоскости на расстоянии 3 см друг от друга, текут
токи I1 = I2 и I3 = I1 + I2 (см. рисунок). Определить положение прямой, в каждой точке
которой индукция магнитного поля, создаваемая токами, равна нулю.
2. В каком направлении пройдет ток через ам-
перметр в момент размыкания цепи ключом К? (см.
рисунок).
3. Электрон движется в магнитном поле с индук-
цией В = 4 мТл по окружности радиусом R = 0,8 см. Какова кинетическая энергия W электрона?
4. Какова скорость автомобиля, если в его вертикальной антенне
длиной l = 1,5 м индуцируется ЭДС ξ = 6∙10
-4
В? Горизонтальную со-
ставляющую напряженности магнитного поля Земли Н считать равной
14 А/м. Автомобиль движется перпендикулярно магнитному меридиану.
72
5. Катушку с ничтожно малым сопротивлением и индуктивностью L = 3 Гн присоединяют к источнику тока с ЭДС ξ= 15 В и ничтожно малым внутренним сопротивлением. Через какой промежуток
времени сила тока в катушке достигнет I = 50 А?
6. Проводник длиной 50 см, по которому течет ток силой 1 А,
движется со скоростью 1,4 м/с перпендикулярно индукции магнитного
поля напряженностью 20 А/м. Определить работу перемещения проводника за 1 ч движения.
7. Короткая катушка площадью поперечного сечения S = 250 см2,
содержащая N = 500 витков провода, по которому течет ток силой I =
5 А, помещена в однородное магнитное поле напряженностью
Н = 1000 А/м. Найти: 1) магнитный момент рм катушки; 2) вращающий
момент М, действующий на катушку, если ось катушки составляет угол
φ = 30º с линиями поля.
Вариант 6
1. По двум длинным прямым проводникам, находящимся на расстоянии 5 см друг от друга, протекают токи по 10 А в одном направлении. Определить индукцию магнитного поля в точке, находящейся на
расстоянии 3 см от каждого проводника.
2. Найти индукцию магнитного поля в точке, отстоящей на 2 см
от бесконечно длинного прямого провода, по которому течет ток 5 А.
3. В однородном магнитном поле напряженностью 1000 А/м
(в воздухе) равномерно вращается круглая рамка, имеющая 100 витков,
радиус которых 6 см. Ось вращения проходит через диаметр рамки и
перпендикулярна магнитному полю, сопротивление рамки 1 Ом, угловая скорость ее вращения 10 с-1. Найти максимальную силу тока
в рамке.
4. Соленоид содержит N = 800 витков. При силе тока I = 1 А магнитный поток Ф = 0,1 мВб. Определить энергию W магнитного поля
соленоида. Сердечник выполнен из немагнитного материала, магнитное поле во всем объеме однородно.
5. Прямолинейный проводник расположен перпендикулярно
плоскости кругового проводника радиусом 20 см и проходит на расстоянии половины радиуса от центра. Прямолинейный ток имеет силу
9,42 А, а круговой – 2 А. Определить напряженность магнитного поля,
создаваемого токами в центре круга.
6. По тонкому стержню длиной l = 40 см равномерно распределен
заряд q = 500 нКл. Стержень приведен во вращение с постоянной
73
угловой скоростью ω = 20 рад/с относительно оси, перпендикулярной
стержню и проходящей через его середину. Определить: 1) магнитный
момент рм, обусловленный вращением заряженного стержня;
2) отношение магнитного момента к моменту импульса. Стержень имеет массу m = 10 г.
7. Квадратная проволочная рамка расположена в одной плоскости с длинным прямым проводом так, что ее стороны параллельны проводу. По рамке и проводу текут одинаковые токи силой I = 200 А. Опре-
делить силу F, действующую на рамку, если ближайшая к проводу сторона рамки находится от него на расстоянии, равном ее длине.
Вариант 7
1. В однородное магнитное поле, индукция которого 1,26 мТл,
помещен прямой проводник длиной 20 см. Определить силу, действующую на проводнике, если по нему течет ток 50 А, а угол между
направлениями тока и вектора индукции 30°.
2. Найти индукцию магнитного поля в центре кругового проволочного витка радиусом 1 см, по которому течет ток 1 А.
3. По плоской круглой рамке, имеющей 20 витков радиусом 2 см,
течет ток в 1 А. Нормаль к рамке составляет угол 90° с направлением
магнитного поля напряженностью 30 А/м (воздух). Найти изменение
вращающего момента, действующего на рамку, если из 20 витков рамки
сделать один круглый виток.
4. Прямой проводник изогнут в виде угла, равного 60°. По проводнику течет ток силой 10 А. Определить индукцию магнитного поля
при µ = 1 на биссектрисе внутри угла на расстоянии 20 см от вершины.
5. Напряженность Н магнитного поля в центре круглого витка
равна 500 А/м. Магнитный момент витка рм = 6 А/м2. Вычислить силу
тока I в витке и радиус R витка.
6. Прямой провод длиной l = 40 см, по которому течет ток силой
I = 100 А, движется в однородном магнитном поле с индукцией
В=0,5 Тл. Какую работу А совершат силы, действующие на провод со
стороны поля, переместив его на расстоянии 40 см, если направление
перемещения перпендикулярно линиям индукции и проводу?
7. Заряженная частица, пройдя ускоряющую разность потенциалов 200 В, влетела в скрещенные под прямым углом электрическое и
магнитное поля, двигаясь перпендикулярно обоим полям. Напряженность электрического поля 12 кВ/м, индукция магнитного поля 0,6 Тл.
Найти удельный заряд частицы.
74
Вариант 8
1. Циклотрон предназначен для ускорения протонов до энергии 5
МэВ. Определить наибольший радиус орбиты, по которой движется
протон, если индукция магнитного поля 104 Тл.
2. По двум данным параллельным проводам, расстояние между
которыми 16 см, текут в противоположных направлениях токи 30 А
каждый. Определить индукцию магнитного поля в точке, расстояние
которой от обоих проводов одинаково и равно 10 см.
3. Соленоид диаметром d = 10 см и длиной l = 60 см имеет
N = 1000 витков. Сила тока в нем равномерно возрастает на ΔI = 0,2 А
за Δt = 1 с. На соленоид надето кольцо из медной проволоки, имеющей
площадь поперечного сечения S = 2 мм2. Найти силу индукционного
тока, возникающего в кольце.
4. Напряженность магнитного поля 50 А/м. В этом поле находится свободно вращающаяся плоская рамка площадью 10 см2. Плоскость рамки вначале совпадает с направлением индукции поля. Затем
по рамке кратковременно пропустили ток силой 1 А, и рамка получила
угловое ускорение 100 с-2. Считая условно вращающий момент постоянным, найти момент инерции рамки.
5. Ток силой I = 50 А течет по проводнику, согнутому под прямым
углом. Найти напряженность Н магнитного поля в точке, лежащей на биссектрисе этого угла и отстоящей от вершины угла на расстоянии в = 20 см.
Считать, что оба конца проводника очень далеко от вершины угла.
6. Квадратная проволочная рамка расположена в одной плоскости с длинным прямым проводом так, что две ее стороны параллельны
проводу. По рамке и проводу текут одинаковые токи силой I = 200 А.
Определить силу F, действующую на рамку, если ближайшая к проводу
сторона рамки находится от него на расстоянии, равном ее длине.
7. Заряд движется в вакууме прямолинейно со скоростью 105 м/с
во взаимно перпендикулярных магнитном и электрическом полях. Каково должно быть отношение напряженностей этих полей, чтобы имело
место такое движение? Как должна быть направлена скорость заряда?
Вариант 9
1. Электрон, ускоренный разностью потенци-
алов 300 В, движется параллельно прямолинейному
проводнику на расстоянии 4 мм от него (см. рисунок). Какая сила будет действовать на электрон,
если по проводнику пустить ток 5 А?
75
2. На прямой проводник длиной 0,5 м, расположенный перпендикулярно магнитному полю с индукцией В = 2∙10
-2
Тл, действует сила
0,15 Н. Найти силу тока, протекающего по проводнику.
3. Определить плотность ω энергии магнитного поля в центре
кольцевого проводника, имеющего радиус R = 25 см и содержащего
N = 100 витков. Сила тока в проводнике I = 2 А.
4. Проводник длиной 0,6 м движется поступательно в плоскости,
перпендикулярной магнитному полю с индукцией 0,5 мТл. Разность потенциалов, приложенная к концам проводника, U = 100 В. Скорость
движения проводника 0,9 м/с. Во сколько раз мощность, затраченная на
нагревание проводника, больше мощности, затраченной на перемещение проводника в магнитном поле?
5. Тонкий медный проводник массой m = 1 г согнут в виде квадрата, и концы его замкнуты. Квадрат помещен в однородное магнитное
поле (В = 0,1 Тл) так, что его плоскость перпендикулярна линиям поля.
Определить заряд q, который протекает по проводнику, если квадрат,
потянув за противоположные вершины, вытянуть в линию. Сторона
квадрата а = 10 см.
6. Соленоид содержит N = 600 витков. При силе тока I = 10 А маг-
нитный поток равен 80 мкВб. Определить индуктивность соленоида.
7. Под влиянием однородного магнитного поля в нем движется с
ускорением 0,2 м/с2 прямолинейный алюминиевый проводник с площадью поперечного сечения 1 мм2. По проводнику течет ток силой 5 А,
его направление перпендикулярно индукции поля. Вычислить индукцию поля.
Вариант 10
1. Электрон движется в магнитном поле, индукция которого
20 Тл, по винтовой линии радиусом 2 см и шагом винта 5 см. Определить скорость электрона.
2. Электрон влетает в однородное магнитное поле, индукция которого 2∙10
-4
Тл, перпендикулярно силовым линиям поля со скоростью
108 см/с. Вычислить радиус окружности, по которой будет двигаться
электрон.
3. Заряженная частица с кинетической энергией W = 2 кэВ дви-
жется в однородном магнитном поле по окружности радиусом R = 4 мм.
Определить силу Лоренца FЛ, действующую на частицу со стороны
поля.
76
4. Соленоид имеет стальной полно-
стью размагниченный сердечник объемом
V = 500 см3. Напряженность Н магнитного
поля соленоида при силе тока I = 0,6 А равна
1000 А/м. Определить индуктивность L соленоида (см. рисунок).
5. Рамка из провода сопротивлением
r = 0,01 Ом равномерно вращается в однородном магнитном поле
(В = 0,05 Тл). Ось вращения лежит в плоскости рамки и перпендикулярна линиям индукции. Площадь рамки S = 100 см2. Определить заряд
q, который пройдет через рамку при изменении угла между нормалью
к рамке и линиями индукции: 1) от 0 до 30°; 2) от 30 до 60°; 3) от 60 до
90°.
6. Рамка диаметром 6 см содержит 100 витков. Плоскость витков
совпадает с направлением напряженности однородного магнитного
поля, равной 15 А/м. Какой вращающий момент действует на рамку при
токе в ней 10 А?
7. Два бесконечно длинных прямых проводника скрещены под
прямым углом. По проводникам текут токи силой I1 = 100 А и I2 = 50 А.
Расстояние между проводниками d = 20 см. Определить индукцию В
магнитного поля в точке, лежащей на середине общего перпендикуляра
к проводникам.
77
П О Я С Н Е Н И Я К К О Н Т Р О Л Ь Н Ы М З А Д А Н И Я М
1. Использовать тонкую тетрадь.
2. Переписать (или вырезать и приклеить) условие задачи в тет-
радь.
3. Слева на странице тетради переписать все заданные и искомые
физические величины с указанием единиц измерения в принятой
форме.
4. Выразить все данные в международной системе единиц СИ.
5. В случае необходимости сделать рисунок или чертеж с указа-
нием данных, приведенных в задаче.
6. Решить задачу в общем виде (получить рабочую формулу)
с описанием хода рассуждений. Затем подставить в рабочую формулу
численные данные с обязательным указанием единиц измерения. Произвести численные расчеты, обращая особое внимание на размерности
величин. Произвести проверку единиц измерения и размерностей, об-
ращая внимание на критический анализ данных и размерностей. В за-
дачах встречаются единицы измерения, используемые до введения
международной системы единиц СИ.
7. Тетрадь должна иметь поля для пометок преподавателя.
8. На титульном листе обязательным является указания фамилии
и инициалов студента, указания номера группы и шифр.
78
Л А Б О Р А Т О Р Н Ы Е Р А Б О Т Ы И П Р И М Е Р Н Ы Е
К О Н Т Р О Л Ь Н Ы Е В О П Р О С Ы К Л А Б О Р А Т О Р Н Ы М
Р А Б О Т А М
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
Наименование
лабораторной
работы
Контрольные вопросы к лабораторным работам
207.
Определение сопротивления и чувствительности
гальванометра магнитоэлектрической
системы
Магнитоэлектрические системы. Электромагнитные системы. Закон Ампера. Взаимодействие
рамки с током с магнитным полем. Правило буравчика. Правило левой руки. Демпферирующие
устройства.
208.
Градуировка термоэлемента
Контактная разность потенциалов. Работа выхода электронов из металла. Законы Вольта.
Термоэлектрические явления, эффект Зеебека и
эффект Пельтье.
Термопара и ее применение.
210.
Измерение малых
ЭДС с помощью
потенциометра постоянного тока
Электростатическое поле. Закон Кулона. Принцип суперпозиции.
Характеристики электростатического поля. Разность потенциалов.
Сторонние силы, электродвижущая сила и
напряжение.
Правила Кирхгофа. Мостиковые схемы.
212.
Снятие анодной характеристики двуэлектродной лампы
Термоэлектронная эмиссия. Работа двухэлектродной лампы.
Вольт-амперная характеристика двухэлектродной лампы. Закон трех вторых. Ток насыщения,
плотность тока насыщения. Внутреннее сопротивление лампы.
216. 216а.
Изучение работы
полупроводниковых выпрямителей
Классификация веществ по проводимости. Металлы, диэлектрики, полупроводники. Собственные и примесные полупроводники. Понятие собственной и примесной проводимости.
79
Энергетические спектры свободного электрона,
электрона в атоме, чистого металла, чистого полупроводника, чистого диэлектрика, металла с
примесью, диэлектрика с примесью, полупроводника с примесями. Влияние температуры на
энергетический спектр металла, полупроводника
и диэлектрика.
p-n-переход, образование запирающего слоя.
Прямой и обратный ток.
Вольтамперная характеристика полупроводникового диода. Изображение полупроводникового диода в электрических схемах.
217.
Изучение зависимости сопротивления металлов и полупроводников от
температуры
Элементы зонной теории кристаллов.
Зонная структура энергетического спектра электронов. Заполнение зон.
Металлы, диэлектрики, полупроводники.
Понятие собственной и примесной проводимости. Собственные и примесные полупроводники.
Энергетические спектры свободного электрона,
электрона в атоме, чистого металла, полупроводника, диэлектрика, металла с примесью, диэлектрика с примесью, полупроводника с примесями.
Влияние температуры на энергетический спектр
металла, полупроводника и диэлектрика.
218.
Изучение кенотронного выпрямителя
Переменный, постоянный и пульсирующие
токи. Устройство и принцип действия однополупериодного и двухполупериодного кенотронов.
Простой фильтр. Сложный фильтр.
Принцип действия сглаживающих фильтров.
226.
Определение сопротивления проводников мостом
постоянного тока
типа МВД-47
Мостиковая схема Уитсона. Условие равновесия
моста.
Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа для разветвленных цепей.
Параллельное и последовательное соединение
сопротивлений. Вывод формулы общего сопротивления.
80
Компьютерная
работа 2.1.
Теорема Остроградского-Гаусса
для электростатического поля в вакууме
Электростатические поля. Напряженность, силовые линии электрического поля. Поток вектора
напряженности. Эквипотенциальные поверхности. Закон Кулона. Теорема Остроградского–
Гаусса. Расчет напряженностей различных объектов с использованием теоремы Остроградского–Гаусса.
Компьютерная работа 2.2.
Закон Ома для неоднородного
участка цепи
Ток. Разность потенциалов, ЭДС источника,
напряжение на участке цепи. Сторонние силы,
их природа. Закон Ома. Сопротивление проводника, от чего оно зависит. Правила Кирхгофа.
МАГНЕТИЗМ
220.
Определение отношения заряда
электрона к его
массе методом
магнетрона
Магнитное поле. Магнитное поле прямого проводника с током, витка, соленоида. Характеристики магнитного поля. Закон Ампера.
Движение заряженной частицы в магнитном
поле. Сила Лоренца. Закон Био–Савара–Лапласа.
Магнетрон, сбросовая характеристика, удельный
заряд. Уравнение движения электрона в магнетроне.
225.
Определение индуктивности катушки методом
амперметра и
вольтметра
Явление электромагнитной индукции. Магнитный поток.
Закон Фарадея. Правило Ленца.
Индуктивность контура. Явление самоиндукции.
Трансформаторы: понижающий, повышающий.
229.
Изучение свойств
ферромагнетиков
Магнитный момент атома, электрона. Магнетики:
диа-, пара- и ферромагнетики. Домены. Магнитное насыщение. Гистерезис, точка Кюри. Магнитная проницаемость ферромагнетиков.
230.
Определение горизонтальной составляющей магнитного поля
Земли
Элементы земного магнетизма. Полюса, угол
склонения, угол наклонения. Закон Био–Савара–
Лапласа и его применение к расчету магнитного
поля. Магнитное поле прямолинейного проводника с током. Магнитное поле кругового тока.
Метод тангенс-гальванометра.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]