16

Министерство образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

М.А. Кирикович, Ю.А. Дубинина, М.С. Пристромская, А.Л. Цветянский

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к курсу «Физика»

(электромагнетизм)

для студентов факультета высоких технологий

Часть 2

г. Ростов-на-Дону

2004г.

Печатается по решению учебно-методической комиссии физического факультета РГУ, протокол №______________от__________________________2004г.

Авторы: Кирикович М.А., ассистент кафедры общей физики;

Дубинина Ю.А., ассистент кафедры общей физики;

Пристромская М.С., студент 1 курса физфака РГУ;

Цветянский А.Л., доцент кафедры общей физики.

1 Плотность тока сила тока закон ома для однородного участка цепи

1.1 Сила тока в проводнике равномерно нарастает от I₀=0 до I=2А в течение времени τ=5с. Определите заряд, прошедший по проводнику.

1.2 Определите плотность тока, если за 2 с через проводник сечением 1,6мм² прошло 2∙10¹⁹ электронов.

1.3 По медному проводнику сечением 0,8мм² течет ток 80мА. Найдите среднюю скорость упорядоченного движения электронов вдоль проводника, предполагая, что на каждый атом меди приходится один свободный электрон. Плотность меди ρ =8,9г/см³.

1.4 Определите суммарный импульс электронов в прямом проводе длиной l=500м, по которому течет ток I=20А.

1.5 Определить среднюю скорость v направленного движения электронов вдоль медного проводника при плотности по­стоянного тока j=11А/мм², если считать, что на каждый атом меди в металле имеется один свободный электрон. Атомная масса меди А≈64. Плотность меди ρ=8,9г/см³.

1.6 Имеется катушка медной проволоки с площадью поперечного сечения 0,1мм². Масса всей проволоки 0,3кг. Определить сопротивление проволоки. Удельное сопротивление меди ρ=1,7∙10^-8Ом∙м. Плотность меди 8,9г/см³.

1.7 Какое напряжение можно приложить к катушке, имеющей п=1000 витков медного провода со средним диаметром витков d=6см, если допустимая плотность тока j=2А/мм²; удельное сопротивление меди ρ=1,7∙10^-8 Ом∙м?

1.8 Цепь состоит из трех последовательно соединенных проводников, подключенных к источнику напряжением 24В. Сопротивление первого проводника 4Ом, второго 6Ом, и напряжение на концах третьего проводника 4В. Найти силу тока в цепи, сопротивление третьего проводника и напряжения на концах первого и второго проводников.

1.9 Электрическую лампу сопротивлением 240Ом, рассчитанную на напряжение 120В, надо питать от сети напряжением 220В. Какой длины нихромовый проводник с площадью поперечного сечения 0,55мм² надо включить последовательно с лампой?

1.10 Четыре лампы, рассчитанные на напряжение 3В и силу тока 0,3А, надо включить параллельно и питать от источника напряжением 5,4В. Резистор какого сопротивления надо включить последовательно лампам?

1.11 Плотность тока в никелиновом проводнике длиной 25м равна 1МА/м². Определить напряжение на концах проводника.

1.12 Определить плотность тока в нихромовом проводнике длиной 5м, если на концах его поддерживается разность потенциалов 2В.

1.13 Напряжение на концах проводника сопротивлением 5Ом за 0,5с равномерно возрастает от 0 до 20В. Какой заряд проходит через проводник за это время?

1.14 Температура вольфрамовой нити электролампы 2000°С, диаметр 0,02мм, сила тока в ней 4А. Определить напряженность поля в нити.

1.15 На концах никелинового проводника длиной 5 м поддержива­ется разность потенциалов 12В. Определить плотность тока в проводнике, если его температура 540°С.

1.16 Вольтметр, включенный в сеть последовательно с сопротивлением R₁, показал напряжение U₁=198В, а при включении последовательно с сопротивлением R₂=2R₁ показал U₂=180В. Определите сопротивление R₁ и напряжение в сети, если сопротивление вольтметра r=900Ом.

1.17 В цепи (рис. 1) амперметр показывает силу тока I=1,5А. Сила тока через сопротивление R₁ равна I₁ =0,5А. Сопротивление R₂ =2Ом, R₃ =6Ом. Определите сопротивление R₁, а так же сил токов I₂ и I₃, протекающих через сопротивление R₂ и R₃.

(рис. 1)

1.18 Через лампу накаливания течет ток, равный 0,6А. Температура вольфрамовой нити диаметром 0,1мм равна 2200°С. Ток подводится медным проводом сечением 6мм². Определите напряженность электрического поля: а) в вольфраме (удельное сопротивление при 0°С ρ₀=55нОм∙м, температурный коэффициент сопротивления α=0,0045 ^оС¹); б) в меди (ρ =17нОм∙м).

1.19 По алюминиевому проводу сечением S=0,2мм² течет ток I=0,2А. Определите силу, действующую на отдельные свободные электроны со стороны электрического поля. Удельное сопротивление алюминия ρ=26нОм∙м.

1.20 Измеряется сопротивление r_x по двум схемам (рис. 2). Рассчитать сопротивление по показаниям вольтметра V и амперметра A и их внутренним сопротивлениям r_A и r_V по обеим схемам. Если не учитывать внутреннее сопротивление приборов, то какая из этих схем выгоднее в отношении погрешностей, если приходится измерять: большие сопротивления? малые сопротивления?

(рис. 2)

1.21 Если на вход электрической цепи (рис. 3) подано напряжение U₁ =100В, то напряжение на выходе U₃=40В. При этом через сопротивление R2 идет ток I₂=1А. Если на выход цепи подать напряжение U`<sub>3</sub> =60В, то напряжение на входе окажется U`₁=15В. Определить сопротивления реостатов R1, R2 и R3.

(рис.3)

1.22 Для управления током в цепи применяются два реостата с подвижным контактом, соединенные параллельно, причем сопротивление реостата R₁=10R₂ (рис. 4) какие операции надо проделать, чтобы отрегулировать ток требуемой величины? Почему параллельное соединение двух таких реостатов лучше, чем применение одного реостата R₁?

(рис. 4)

1.23 Определить сопротивление между точками А и В цепи, изображенной на рис. 5. Величины соответствующих сопротивлений указаны на рисунке. Найти также силу тока во всех участках.

(рис. 5)

1.24 Цепь составлена из бесконечного числа ячеек, состоящих из трех одинаковых сопротивлений r (рис. 6). Найти сопротивление этой цепи.

(рис. 6)

1.25 Какой ток 1_а течет через амперметр с пренебрежимо малым внутренним сопротивлением в цепи, показанной на рис. 7?

(рис. 7)

1.26 Определить силу тока, идущего через амперметр в цепи, изображенной на рис. 8? ЭДС источника равна ε. Внутренними сопротивлениями амперметра и источника тока пренебречь. Рассмотреть два случая: а) R₁=R₄=r; R₂=R₃=2r; б) R₁ =R₂=R₃=r, R₄=2r

(рис. 8)

1.27 Металлический шар радиусом а окружен концентрической тонкой металлической оболочкой радиусом b. Пространство между этими электродами заполнено однородной слабо проводящей средой с удельным сопротивлением ρ. Найти сопротивление межэлектродного промежутка.