Реферат: Методические указания и контрольные задания по физике для слушателей второго курса фзо москва 2004

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ

И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ

Академия Государственной противопожарной службы


В.И. Слуев, А.В. Клыгин


МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ПО ФИЗИКЕ

ДЛЯ СЛУШАТЕЛЕЙ ВТОРОГО КУРСА ФЗО


Москва 2004


МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ

И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ

^ Академия Государственной противопожарной службы


В.И. Слуев, А.В. Клыгин


МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И

КОТРОЛНЫЕ ЗАДАНИЯ ПО ФИЗИКЕ

^ ДЛЯ СЛУШАТЕЛЕЙ ВТОРОГО КУРСА ФЗО


Учебно-методическое пособие


Одобрено редакционно-издательским советом

Академии ГПС МЧС России


Москва 2004

Методические указания и контрольные задания по физике: Учебное пособие / В.И. Слуев, А.В. Клыгин Ч.2., - М.: Академия ГПС МЧС России, 2004.140 с.


Р е ц е н з е н т ы : начальник кафедры "Механики и инженерной графики", канд.физ.-мат.наук, доц. В.Н. Ильин, доц. кафедры " Теория горения и взрыва" канд.техн.наук А.С. Андросов.


Учебно-методическое пособие предназначено для слушателей 2 курса ФЗО. Оно содержит правила выполнения и оформления контрольных работ, общие рекомендации слушателю - заочнику по самостоятельной работе, примеры решения задач, основные определения и формулы, необходимый справочный материал и контрольные задания.


Издано в авторской редакции.


p АКАДЕМИЯ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ

СЛУЖБЫ МЧС России, 2004
Введение

Физика является одной из общенаучных дисциплин, образующих фундаментальную базу теоретической подготовки инженера, без которой его успешная деятельность невозможна.

Настоящее пособие предназначено для слушателей 2 курса ФЗО и содержит контрольные задания, общие рекомендации слушателю-заочнику по самостоятельной работе над темами общего курса физики, включенными в учебный план, примеры решения задач и основные формулы и определения. Основу контрольных заданий составляют задачи сборника Слуева В.И. « Пожары, катастрофы и безопасность людей в задачах по физике».


^ Правила выполнения и оформления контрольных работ


При выполнении контрольных работ надо строго придерживаться указанных правил. Работы, выполненные без соблюдения этих правил, не зачитываются и возвращаются слушателю для переработки.

Контрольную работу следует выполнять в тетради, отдельной для каждой работы, чернилами любого цвета, кроме красного, оставляя поля для замечаний рецензента.

На обложке тетради должны быть ясно написаны фамилия слушателя, инициалы, учебный номер, номер контрольной работы, название дисциплины. Здесь же следует указать адрес слушателя. В конце контрольной работы рекомендуется указать, каким учебником или учебным пособием слушатель пользовался при изучении данного раздела курса физики.

В работу должны быть включены все задачи, указанные в задании строго по варианту. Вариант контрольной работы определяется по указанию кафедры физики по учебному номеру слушателя. Контрольные работы, содержащие не все задачи задания, а также содержащие задачи не своего варианта, не зачитываются.

Решения задач надо располагать в порядке номеров, указанных в задании, сохраняя номер задач.

Перед решением каждой задачи надо выписать полностью словами её условие.

Решения задач следует излагать подробно и аккуратно, письменно объясняя все действия по ходу решения. Необходимые чертежи и схемы следует выполнять аккуратно, с помощью чертёжных принадлежностей.

После получения прорецензированной не зачтённой работы слушатель должен исправить все отмеченные рецензентом ошибки и недочёты и выполнить все рекомендации рецензента. Исправленная работа высылается для повторной проверки. Для исправлений и повторного решения задач рекомендуется в конце тетради оставлять несколько чистых листов. Вносить исправления в текст работы после рецензирования запрещается.



^ Общие рекомендации слушателю-заочнику по работе

над курсом физики


Основной формой обучения слушателя-заочника является самостоятельная работа над учебным материалом, которая состоит из изучения материала по учебникам и выполнения контрольных работ. В помощь заочникам организуются чтение лекций, практические занятия и лабораторные работы в соответствии с учебным планом. Слушатель-заочник может обращаться письменно или устно на кафедру для получения индивидуальной консультации. Изучение отдельных частей курса физики заканчивается сдачей экзаменов.


Изучение материала учебника.


При изучении материала по учебнику следует руководствоваться вопросами рабочей программы по каждому разделу курса физики. Переходить к следующему вопросу надо только после правильного понимания предыдущего.

Особое внимание следует обращать на определение основных понятий, выяснять физический смысл тех или иных величин, их обозначение и единицы в СИ.

Необходимо уяснить содержание формулировок физических законов, их математическую запись в виде формул, а также особенности применения данных законов.

При изучении материала по учебнику полезно вести конспект, в который рекомендуется выписывать определения, формулировки законов и их формулы.



Решение задач


Усвоение теоретического материала контролируется решением задач. Задачи по физике охватывают разнообразные явления и отличаются большим многообразием, поэтому выработать навыки решения задач можно только в результате систематических занятий. Решая задачи целесообразно пользоваться следующей общей методикой.

Записать условие задачи полностью словами, обращая внимание на « скрытые » условия.

Записать условия задачи кратко, выразив все данные в СИ.

Выполнить схематический чертёж, поясняющий задачу

Установить, какие физические законы лежат в основе задачи и записать формулы этих законов

На основе формул физических законов составить уравнения для нахождения искомых величин.

Решить задачу в общем виде, т.е. выразить искомую величину в буквенных обозначениях величин, заданных в условии задачи (получить расчётную формулу).

После получения расчётной формулы рекомендуется сделать проверку единиц физических величин, входящих в эту формулу.

Подставить в расчётную формулу числовые значения величин, выраженные в единицах СИ и получить числовой ответ. При подстановке в расчётную формулу, а также при записи ответа числовые значения величин следует записывать как произведение десятичной дроби с одной значащей цифрой перед запятой на соответствующую степень десяти. Вычисления по расчётной формуле надо проводить с соблюдением правил приближенных вычислений. Как правило, окончательный ответ следует записывать с тремя значащими цифрами.



Рекомендуемая литература.


Детлаф А.А.,Яворский Б.М. Курс физики.-М.: Высшая школа,1989.

Трофимова Т.И. Курс физики.-М.:Высшая школа, 1993.

Слуев В.И. Пожары, катастрофы и безопасность людей в задачах по физике.- М.: МИПБ, 1998.

Чертов А.Г.,Воробьев А.А. Задачник по физике.- М.: Высшая школа, 1983.

Трофимова Т.И. Сборник задач по курсу физики.-М.: Высшая школа, 1991.

Бирюлин Ю.С. Решение задач по физике. Методические указания. – М., Академия ГПС МЧС России, 2003.



^ КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 3


ЭЛЕКТРОСТАТИКА И ПОСТОЯННЫЙ ТОК


Выписка из рабочей программы.


Электрические свойства тел. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона.

Электрическое поле. Напряжённость электрического поля. Принцип суперпозиции электрических полей.

Поток вектора напряжённости. Теорема Остроградского-Гаусса для электростатического поля в вакууме.

Применение теоремы Остроградского-Гаусса к расчёту напряжённости поля различных заряженных тел.

Работа сил электрического поля при перемещении зарядов. Циркуляция вектора напряжённости электростатического поля.

Потенциал электростатического поля. Связь между напряжённостью электростатического поля и потенциалом. Вычисление разности потенциалов по напряжённости поля.

Электрический диполь. Диполь в однородном электрическом поле.

Типы диэлектриков. Поляризация диэлектриков. Поляризованность (вектор поляризации). Электрическое смещение. Теорема Остроградского-Гаусса для электростатического поля в диэлектрике.

Проводники в электростатическом поле. Распределение зарядов в проводниках. Электрическая ёмкость уединённого проводника.

Конденсаторы. Соединение конденсаторов.

Энергия системы точечных зарядов, уединённого проводника и конденсатора. Энергия электростатического поля.

Электрический ток, сила и плотность тока. Сопротивление проводников.

Источники тока. Электродвижущая сила и напряжение. Закон Ома для неоднородного участка цепи. Последовательное и параллельное соединение проводников.

Работа и мощность тока. Закон Джоуля - Ленца.

Разветвлённые цепи. Правила Кирхгофа для разветвлённых цепей.

Элементарная классическая теория электропроводности металлов. Объяснение закона Ома и Джоуля-Ленца на основе этой теории.

Работа выхода электронов из металла. Термоэлектронная эмиссия. Электрический ток в вакууме. Устройство электровакуумных приборов.



Основные определения и формулы.


Закон сохранения заряда: алгебраическая сумма электрических зарядов любой замкнутой системы (системы, не обменивающейся зарядами с внешними телами) остаётся неизменной, какие бы процессы ни происходили внутри этой системы.

∑ Qi= const

Существует два типа электрических зарядов: положительные и отрицательные.

Электрический заряд дискретен, т.е. заряд любого тела составляет целое кратное от элементарного электрического заряда е. Электрон и протон являются соответственно носителями элементарных отрицательного и положительного зарядов:

е = 1,6 ∙ 10-19 Кл

me = 9,11∙ 10-31 кг

mp = 1,67 ∙ 10-27кг

Закон Кулона: сила взаимодействия F между двумя неподвижными точечными зарядами, находящимися в вакууме, пропорциональна зарядам Q1 и Q2 и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними:



где ; ε0 – электрическая постоянная.


Электрическая постоянная:

ε0 = 8,85 ∙ 10-12 Кл2/Н·м2

Напряжённость электростатического поля – физическая величина, определяемая силой, действующей на пробный заряд, помещённый в данную точку поля:

;


Напряжённость электростатического поля точечного заряда Q на расстоянии r от заряда:



Принцип суперпозиции (наложения) электростатических полей: напряжённость результирующего поля, создаваемого системой точечных зарядов, равна геометрической сумме напряжённостей полей, создаваемых в данной точке каждым из зарядов в отдельности:



Электрический диполь – система двух равных по модулю разноимённых точечных зарядов (+Q,, - Q), расстояние l между которыми значительно меньше расстояния до рассматриваемых точек поля.

Плечо диполя – вектор, направленный по оси диполя (прямой, проходящей через оба заряда) от отрицательного заряда к положительному и равный расстоянию между ними.

Электрический момент диполя (дипольный момент):



где - l – плечо диполя

Поток вектора напряжённости сквозь площадку dS:




где - - вектор, модуль которого равен dS,а направление совпадает с нормалью к площадке; Еп – составляющая вектора по направлению нормали к площадке.

Поток вектора напряжённости сквозь произвольную поверхность S:


^ Линейная плотность заряда – заряд, приходящийся на единицу длины, Кл/м:


Поверхностная плотность заряда – заряд, приходящийся на единицу поверхности, Кл/м2 :



Объёмная плотность заряда – заряд, приходящийся на единицу объёма, Кл/м3 :



Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме: поток вектора напряжённости электростатического поля в вакууме сквозь произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме заключённых внутри этой поверхности зарядов, делённой на ε0:



где - - электрическая постоянная; - алгебраическая сумма зарядов, заключённых внутри замкнутой поверхности S; п – число зарядов; ρ – объёмная плотность зарядов.

Напряжённость поля, создаваемого равномерно заряженной бесконечной плоскостью:



Напряжённость поля, создаваемого двумя бесконечными параллельными разноимённо заряженными плоскостями:



Напряжённость поля, создаваемого равномерно заряженной сферической поверхностью радиусом R с общим зарядом Q на расстоянии r от центра сферы:

при r < R (внутри сферы)

Е = 0

при r ≥ R (вне сферы)




Напряжённость поля, создаваемого объёмно заряженным паром радиусом R с общим зарядом Q на расстоянии r от центра шара:

при r ≤ R (внутри шара)



при r ≥ R (вне шара)



Напряжённость поля, создаваемого равномерно заряженным бесконечным цилиндром радиусом R на расстоянии r от оси цилиндра:

при r < R (внутри цилиндра)


Е = 0

при r ≥ R (вне цилиндра)



Циркуляция вектора напряжённости электростатического поля вдоль замкнутого контура:



где - El – проекция вектора на направление элементарного перемещения . Интегрирование производится по любому замкнутому пути ^ L].

Потенциальная энергия заряда Q0, находящегося в поле заряда Q на расстоянии r от него:



Потенциал электростатического поля в некоторой точке -физическая величина, определяемая отношением потенциальной энергии пробного заряда, помещённого в данную точку,к величине этого заряда:



или потенциал электростатического поля в некоторой его точке– физическая величина, определяемая отношением работы по перемещению пробного заряда при удалении его из данной точки в бесконечность, к величине этого заряда:



Потенциал электростатического поля точечного заряда Q на расстоянии r от заряда в вакууме:



Принцип суперпозиции (наложения) электростатических полей: если поле создаётся несколькими зарядами, то потенциал поля системы зарядов равен алгебраической сумме потенциалов полей всех этих зарядов:


^ Работа, совершаемая силами электростатического поля при перемещении заряда Q0 из точки 1 в точку 2:
или

где - El – проекция вектора - на направление элементарного перемещения .

Разность потенциалов между двумя точками 1 и 2 в электростатическом поле определяется работой, совершаемой силами поля, при перемещении пробного заряда из точки 1 в точку 2:



где - интегрирование можно производить вдоль любой линии, соединяющей начальную и конечную точки, так как работа сил электростатического поля не зависит от траектории перемещения.

Формула, связывающая напряжённость и потенциал электростатического поля:

или

где - - единичные векторы координатных осей. Знак минус определяется тем, что вектор напряжённости поля направлен в сторону убывания потенциала.

Эквипотенциальные поверхности – поверхности, во всех точках которых потенциал  имеет одно и тоже значение.

Линии напряжённости всегда нормальны к эквипотенциальным поверхностям.

Поляризованность – дипольный момент единицы объёма диэлектрика:



где - ^ V – объём диэлектрика; - дипольный момент i – ой молекулы.
^ Поляризованность однородного диэлектрика:
æ

где - æ – диэлектрическая восприимчивость вещества, Е – напряжённость электростатического поля.

Диэлектрическая проницаемость – безразмерная величина, показывающая, во сколько раз электрическое поле ослабляется диэлектриком



где Е0 – напряжённость поля в отсутствие диэлектрика, Е – напряжённость поля в диэлектрике.
^ Электрическое смещение, Кл/м2 :


где - напряжённость электростатического поля.

Формула, связывающая



Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектрике: поток вектора смещения электростатического поля в диэлектрике сквозь произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме заключённых внутри этой поверхности свободных электрических зарядов:




где - - алгебраическая сумма заключённых внутри замкнутой поверхности S свободных электрических зарядов; Dn – составляющая вектора по направлению нормали к площадке ; = - вектор, модуль которого равен dS, а направление совпадает с нормалью к площадке. Интегрирование ведётся по всей поверхности.

Условия на границе раздела двух диэлектрических сред (проницаемости которых ε1 и ε2) при отсутствии на границе свободных зарядов:

; ;


;

где - Eτ, Dτ и Еn, Dτ – соответственно тангенциальные и нормальные составляющие векторов и .

Электроёмкость уединённого проводника определяется зарядом, сообщенеие которого проводнику изменяет его потенциал на единицу

;(Ф)

где - ^ Q – заряд, сообщённый проводнику;  - потенциал проводника.

Ёмкость конденсатора – физическая величина, равная отношению заряда Q, накопленного в конденсаторе, к разности потенциалов (1 - 2) между его обкладками:



Ёмкость плоского конденсатора (обкладки – две плоские пластины):



где - ^ S – площадь каждой пластины конденсатора; d – расстояние между пластинами.

Ёмкость цилиндрического конденсатора (обкладки – два коаксиальных цилиндра):



где - l – длина обкладок конденсатора; r1 и r2 - радиусы полых коаксиальных цилиндров.

Ёмкость сферического конденсатора (обкладки – две концентрические сферы):



где - r1 и r2 - радиусы концентрических сфер.

Ёмкость системы конденсаторов при последовательном соединении:

или

где - Ci – ёмкость i – конденсатора; n – число конденсаторов.

Ёмкость системы конденсаторов при параллельном соединении:

или

Энергия уединённого заряженного проводника:



Энергия взаимодействия системы точечных зарядов:



где - i– потенциал, создаваемый в той точке, где находится заряд Qi, всеми зарядами кроме i - го.

Энергия заряженного конденсатора:



где - ^ Q – заряд конденсатора, С – его ёмкость, ∆ - разность потенциалов между обкладками.

Объёмная плотность энергии электростатического поля - энергия электростатического поля в единице объёма:



где - ε0 – электрическая постоянная, ε – диэлектрическая проницаемость среды, ^ Е – напряжённость электростатического поля.

Электрический ток – упорядоченное (направленное) движение электрических зарядов.

Для возникновения и существования электрического тока необходимо, с одной стороны, наличие свободных носителей тока – заряженных частиц, способных перемещаться упорядоченно, а с другой – наличие электрического поля, энергия которого, каким-то образом восполняясь, расходовалась бы на их упорядоченное движение.

За напрвление тока условно принимают направление движения положительных зарядов.

Постоянный ток – ток, сила и направление которого не изменяются со временем.

Сила тока – скалярная физическая величина, определяемая электрическим зарядом, проходящим через поперечное сечение проводника за 1 с:

; А

- постоянный ток

Плотность тока – физическая величина, определяемая силой тока, проходящего через 1 м2 площади поперечного сечения проводника, перпендикулярного направлению тока:

; А/ м2

Плотность тока – вектор, ориентированный по направлению тока, т.е. направление вектора совпадает с напрвлением упорядоченного движения положительных зарядов.



где - n – концентрация носителей тока,   - средняя скорость упорядоченного движения зарядов в проводнике.


Сила тока сквозь произвольную поверхность S:



где - ( - единичный вектор нормали к площадке dS, составляющей с вектором угол α).

Электродвижущая сила, действующая в цепи – физическая величина, определяемая работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда:

или

где - ^ Q0 – единичныйположительный заряд, А – работа сторонних сил, ст – напряжённость поля сторонних сил.

Напряжение на участке 1 2 – физическая величина, определяемая работой, совершаемой суммарным полем электростатических (кулоновских) и сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда на данном участке цепи:

U12 = 1 - 2 + 12

Сопротивление однородного линейного проводника:



где - ρ – удельное электрическое сопротивление, ^ S – площадь поперечного сечения проводника; l – его длина.

Сопротивление проводников при последовательном соединении:

;



где - Ri – сопротивление i – го проводника, n – число проводников.

Сопротивление проводников при параллельном соединении:

;



где - Ri – сопротивление i – го проводника, n – число проводников.

Зависимость удельного сопротивления ρ от температуры:

ρ = ρ0 (1 + α t)

где α – температурный коэффициент сопротивления; . ρ0 – удельное сопротивление при t =Оо С

Закон Ома для однородного участка цепи:



где ^ U – напряжение на участке цепи, R – сопротивление цепи.

Закон Ома для неоднородного участка цепи (участка цепи с источником тока):



где (1 - 2) – разность потенциалов на концах участка цепи, 12–ЭДС источника тока, входящих в участок.

Закон Ома для замкнутой цепи:



где  – ЭДС всех источников тока цепи.

Закон Ома в дифференциальной форме для однородного участка цепи:



где j – плотность тока, - удельная электропроводимость, – напряжённость электростатического поля.

Работа постоянного тока:



где I – сила тока в цепи, U – напряжение на участке цепи, R – сопротивление, t - время.

Мощность тока:




Закон Джоуля – Ленца:

Q = I2Rt = IUt

где Q – количество теплоты, выделяющееся в участке цепи за время t.

Закон Джоуля – Ленца в дифференциальной форме:



где w – удельная тепловая мощность тока (количество теплоты, выделяющееся за единицу времени в единице объёма.

Узел электрической цепи – любая точка разветвления цепи, в которой сходится не менее трёх проводников с током.

Ток, входящий в узел, считается положительным, а ток, выходящий из узла, - отрицательным.

Первое правило Кирхгофа: алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю:



Второе правило Кирхгофа: в любом замкнутом контуре, произвольно выбранном в разветвлённой электрической цепи, алгебраическая сумма произведений сил токов Ii на сопротивление Ri соответствующих участков этого контура равна алгебраической сумме ЭДС ξk, встречающихся в этом контуре:




^ ВАРИАНТЫ КОНТРОЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ


Вариант 1


Задача № 1

При производстве полиэтиленовой плёнки её широкая полоса движется по роликам. В результате трения и плохого заземления на плёнке появился электростатический заряд, поверхностная плотность которого σ = 1,8·10-8 Кл/м2. Электростатический пробой в воздухе при данных условиях возникает при напряжённости электрического поля Е0 = 106 В/м. Определить напряжённость электрического поля электростатических зарядов, которые находятся на плёнке, считая её бесконечной равномерно заряженной плоскостью. Возможен ли электрический пробой и возникновение пожара?


Задача № 2

Изменится ли мощность электроплитки, если её нагревательный элемент, изготовленный из нихрома, заменить на элемент с такими же размерами из реотана? Удельное сопротивление нихрома ρ1 = 1 Ом·мм2/м, а реотана ρ2 = 0,5 Ом·мм2/м.


Задача № 3

В технологической установке имеется электрическая цепь, состоящая из трёх одинаковых сопротивлений R = 300 Ом, которые включены параллельно, последовательно с ними включено сопротивление R1 = 40 Ом. Эта цепь подключена к источнику тока с ЭДС Е = 15 В и внутренним сопротивлением r = 10 Ом. Эти сопротивления в цепи рассчитаны на мощность до Р0 = 0,5 Вт. Определить мощность, которая будет выделяться на каждом из сопротивлений. Сравнить её с допустимой. В результате аварии произошло замыкание точек А и В. Какая теперь будет выделяться мощность на внешнем сопротивлении R1, есть ли опасность пожара (рис.)?


Задача № 4

За какое время в электрочайнике закипает вода объёмом V = 3 л? КПД электронагревателя η = 60%, мощность электронагревателя N = 600 Вт, удельная теплоёмкость воды С = 4,2·103 Дж/(кг·К), начальная температура воды t0 = 10 °С.


Задача № 5

Два точечных заряда Q1 = 6 нКл и Q2 = 3 нКл находятся на расстоянии d = 60 см друг от друга. Какую работу необходимо совершить внешним силам, чтобы уменьшить расстояние между зарядами вдвое?


Задача № 6

Пылинка массой m = 200 мгм, несущая на себе заряд Q = 40нКл, влетела в электрическое поле в направлении силовых линий. После прохождения разности потенциалов U = 200 В пылинка имела скорость v = 10 м/с. Определить скорость v0 пылинки до того, как она влетела в поле.


Задача № 7

Конденсаторы ёмкостью С1 = 5 мкФ и С2 = 10 мкФ заряжены до напряжений U1 = 60 В и U2 = 100 В соответственно. Определить напряжение на обкладках конденсаторов после их соединения обкладками, имеющими одноимённые заряды.


Задача № 8

За время t = 20 с при равномерно возраставшей силе тока от нуля до некоторого максимума в проводнике сопротивлением R = 5 Ом выделилось количество теплоты Q = 4 кДж. Определить скорость нарастания силы тока, если сопротивление проводника R = 5 Ом.


Вариант 2

Задача № 1

Лента движущегося транспортёра в результате аварии стала электрически изолирована и вследствие трения накапливает электрический заряд. Электрический пробой в воздухе в данных условиях возникает при напряжении электрического поля Е0 = 2·106 В/м. Возможно ли появление электрической искры и пожара, если поверхностная плотность зарядов на ленте σ = 4·10-5 Кл/м2? Ленту считать бесконечно равномерно заряженной плоскостью.


Задача № 2

На какой ток должен быть рассчитан плавкий предохранитель, если необходимо в сеть с напряжением U = 220 В включить потребитель энергии мощностью Р = 2,2 кВт?


Задача № 3

В технологической установке имеется цепь, состоящая из четырёх одинаковых сопротивлений R = 50 Ом, подключённых к источнику тока с ЭДС Е = 12 В, и внутренним сопротивлением r = 10 Ом. Сопротивления во внешней цепи рассчитаны на мощность до Р0 = 0,25 Вт. Определить мощность, выделяющуюся на каждом из этих сопротивлений, и сравнить её с максимально допустимой. В результате аварии произошло замыкание точек А и В. Какая мощность будет выделяться на внешнем сопротивлении? Есть ли опасность пожара (рис. )?


Задача № 4

Электрический чайник с 0,6 л воды при 10°С, сопротивление обмотки которого равно 20 Ом, забыли выключить. Через какое время вся вода в чайнике выкипит и возникнет опасность пожара? Напряжение в сети 220В, КПД чайника 70%.


Задача № 5

Электрическое поле создано заряженным проводящим шаром, потенциал φ которого 300 В. Определить работу сил поля по перемещению заряда Q = 0,2 мкКл из точки 1, находящейся на расстоянии R от поверхности шара, в точку 2, на расстояние 3R от поверхности шара. (R- радиус шара).


Задача № 6

Электрон, обладавший кинетической энергией Т = 10 эВ, влетел в однородное электрическое поле в направлении силовых линий поля. Какой скоростью будет обладать электрон, пройдя в этом поле разность потенциалов U = 8 В?


Задача № 7

Конденсатор ёмкостью С1 = 10 мкФ заряжен до напряжения U = 10 В. Определить заряд на обкладках этого конденсатора после того, как параллельно ему был подключен другой, незаряженный, конденсатор ёмкостью С2 = 20 мкФ.


Задача № 8

Сила тока в проводнике изменяется со временем по закону I = I0e-αl, где I0 = 20 А, α = 102 с-1. Определить количество теплоты, выделившееся в проводнике за время t = 10-2 с.


Вариант 3

Задача № 1

В воздухе с пылевоздушной взрывоопасной смесью находится воздушный конденсатор с площадью параллельных пластин S = 2 м2 и расстоянием между ними d = 10-3 м. Электрический пробой в воздухе в данных условиях возможен при напряжённости электрического поля Е0 = 2·106 В/м. В результате аварии на воздушный конденсатор подаётся постоянно увеличивающееся напряжение до возникновения электрического пробоя. Определить энергию искры при пробое, считая её равной энергии заряженного конденсатора. Возможно ли воспламенение пылевоздушной взрывоопасной смеси? Минимальная энергия её воспламенения Wвосп = 5·10-2 Дж.


Задача № 2

При ликвидации последствий схода с горы снежной лавины необходимо срочно восстановить двухпроводную телефонную линию, которая получила повреждение – разрушена изоляция и замкнулись провода (сопротивление между проводами равно нулю). Где повреждена линия? Сопротивление единицы длины провода ρ = 0,1 Ом/м. Если вместо телефона подключить к ней аккумулятор с ЭДС Е = 12 В и внутренним сопротивлением r = 1Ом, то в цепи будет ток I = 0,05 А. Линия на противоположном конце разомкнута.


Задача № 3

В результате аварии произошёл обрыв электрического провода, один его конец упал на землю. Его потенциал в точке соприкосновения с землёй φ0 = 220 В. Определить напряжение на 2-м и 10-м метре длины от заземлённого провода. Считать, что потенциал уменьшается от заземления по закону φ = φ0/(1 + r), где φ0 – потенциал в точке заземления, r - расстояние от этой точки в метрах.


Задача № 4

Аккумулятор автомобиля с ЭДС Е = 12 В и внутренним сопротивлением r = 2 Ом в результате аварии замкнут проводником с сопротивлением 6 Ом. Какое количество теплоты будет выделяться во внешней цепи за 1 секунду?


Задача № 5

Электрическое поле создано зарядами Q1 = 2 мкКл и Q2 = -2 мкКл, находящимися на расстоянии а = 10 см друг от друга. Определить работу сил поля, совершаемую при перемещении заряда Q = 0,5 мкКл из точки 1 в точку 2.


Задача № 6

Найти отношение скоростей ионов Cu++ и К+, прошедших одинаковую разность потенциалов.


Задача № 7

Конденсаторы емкостями С1 = 2 мкФ, С2 = 5 мкФ и С3 = 10 мкФ соединены последовательно и находятся под напряжением U = 850 В. Определить напряжение и заряд на каждом из конденсаторов.


Задача № 8

Сила тока в проводнике сопротивлением R = 10 Ом за время t = 50 с равномерно нарастает от I1 = 5 A до I2 = 10 A. Определить количество теплоты Q, выделившееся за это время в проводнике.


Вариант 4

Задача № 1

В результате электризации на параллельных пластинах воздушного конденсатора ёмкостью С = 10-9 Ф накапливается электрический заряд. При достижении величины заряда Q = 2·10-6 Кл возникает пробой (искра). В воздухе присутствует газовоздушная взрывоопасная смесь с минимальной энергией воспламенения Wвосп = 6·10-3 Дж. Определить энергию искры, считая её равной энергии конденсатора. Есть ли опасность взрыва и пожара?


Задача № 2

При обвале в туннеле произошло повреждение двухпроводной телефонной линии. Считать, что в точке повреждения между проводами возник электрический контакт с неизвестным сопротивлением. Сопротивление единицы длины провода ρ = 0,1 Ом/м. Где повреждена линия (рис. )? Если с правой стороны к линии подключить аккумулятор с ЭДС Е = 12 В, то в цепи будет ток I1 = 0,2 А. Если этот аккумулятор подключить слева, в цепи будет ток I2 = 0,1 А.


Задача № 3

В результате аварии электропровод упал на землю. В точке заземления потенциал φ0 = 24 кВ. Определить электрический ток, который протекает через упавшего человека, если он имеет сопротивление R = 50 кОм. Считать, что потенциал уменьшается в зависимости от расстояния от точки заземления по закону φ = φ0/(1 + r). Оценить опасность для жизни человека.


Задача № 4

В автомобиле перегорела лампочка мощностью N1 = 4 Вт, рассчитанная на напряжение U1 = 12 В. Есть лампы, рассчитанные на напряжение U2 = 36 В. Какой мощности надо выбрать лампу для замены?


Задача № 5

Две параллельные заряженные плоскости, поверхностные плотности зарядов которых σ1 = 2 мкКл/м2 и σ2 = - 0,8 мкКл/м2, находятся на расстоянии d = 0,6 см друг от друга. Определить разность потенциалов U между плоскостями.


Задача № 6

Электрон с энергией Т = 400 эВ (в бесконечности) движется вдоль силовой линии по направлению к поверхности металлической заряженной сферы радиусом R = 10 см. Определить минимальное расстояние а, на которое приблизится электрон к поверхности сферы, если заряд её Q = - 10нКл.


Задача № 7

Два конденсатора ёмкостью С1 = 2 мкФ и С2 = 5 мкФ заряжены до напряжений U1 = 100 В и U2 = 150 В соответственно. Определить напряжение на обкладках конденсаторов после их соединения обкладками, имеющими разноимённые заряды.


Задача № 8

В проводнике за время t = 10 с при равномерном возрастании силы тока от I1 = 1 A до I2 = 2 A выделилось количество теплоты Q = 5 кДж. Найти сопротивление R проводника.


Вариант 5

Задача № 1

Электрический изолированный металлический лист площадью S = 2м2 расположен параллельно металлической плите на расстоянии 0,1 см. При каком электрическом заряде, сообщённом листу, возможно появление электрической искры и пожара? Считать, что в данных условиях электрический пробой возникает при напряжённости электрического поля Е0 = 15кВ/см.


Задача № 2

Электрическая цепь состоит из источника постоянного тока с ЭДС  = 10 В и внутренним сопротивлением r = 40 Ом, который подключён к трём последовательно включённым сопротивлениям R1 = 10 Ом,

R2 = 20 Ом, R3 =30 Ом. Наибольшая допустимая мощность, которая может выделиться на сопротивлении R1, Р0 = 0,2 Вт. Определить мощность Р1, выделяющуюся на сопротивлении R1 в данной схеме. Будет ли тепловой режим сопротивления R1 нормальным? Может ли замыкание проводником сопротивлений R2 и R3 привести к перегреву сопротивления R1 и возникновению пожара?


Задача № 3

На расстоянии 1 м от человека на землю в результате аварии упал электрический провод. В точке заземления потенциал φ0 = 1000 В. Он уменьшается с увеличением расстояния от точки заземления r, выраженного в метрах по закону φ = φ0/(1 + r). Сопротивление человека

R = 50 кОм, считать, что допустимый ток через него I0 = 2 мА. На каком расстоянии при движении от провода человек должен поставить одну ногу относительно другой, чтобы электрический ток, проходящий через него, был равен допустимому (см. рис. 2 стр. ….).


Задача № 4

Длительное пропускание тока I1 = 1,6 А через проволоку приводит к её нагреву до температуры t1 = 65 °С, при токе I2 = 2,8 А имеет место нагрев до температуры t2 = 160 °С. Теплоотдача с единицы поверхности пропорциональна разности температур проволоки и воздуха. Зависимость сопротивления проволоки от температуры не учитывать. Определить температуру проволоки, если через неё длительноё время пропускать ток I3 = 5,5 А. Есть ли при этом опасность пожара, если она появляется при температуре проволоки tn = 290 °С?


Задача № 5

Диполь с электрическим моментом р = 100 пКл·м свободно установился в однородном электрическом поле напряжённостью Е = 200 кВ/м. Определить работу внешних сил, которую необходимо совершить для поворота диполя на угол α = 180°.


Задача № 6

Электрон, пройдя в плоском конденсаторе путь от одной пластины до другой, приобрёл скорость v = 105 м/с. Расстояние между пластинами

d = 8 мм. Найти: 1) разность потенциалов U между пластинами; 2) поверхностную плотность заряда σ на пластинах.


Задача № 7

Два одинаковых плоских воздушных конденсатора ёмкостью

С = 100 пФ каждый соединены в батарею последовательно. Определить, на сколько изменится ёмкость С батареи, если пространство между пластинами одного из конденсаторов заполнить парафином.


Задача № 8

Сила тока в проводнике изменяется со временем по закону I = I0sinωt. Найти заряд Q, проходящий через поперечное сечение проводника за время t, равное половине периода Т, если начальная сила тока I0 = 10 А, циклическая частота ω = 50πс-1.


Вариант 6

Задача № 1

Лента движущегося транспортёра в результате аварии имеет электрический контакт с защитн