Главная / Физика / Методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине «Общая физика»

Методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине «Общая физика»


Приднестровский государственный университет

им. Т.Г.Шевченко


Физико-математический факультет


Кафедра общей физики и методики преподавания физики






Методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине «Общая физика»




для студентов-заочников естественно-географического факультета


Направление подготовки:

120700 «Землеустройство и кадастры»


Профиль подготовки:

«Землеустройство»


hello_html_62e0376f.png

Тирасполь, 2012

УДК53(072)

ББК В3р30

М54



Составитель:

О.А.Рогожникова, ст. преподаватель кафедры ОФ и МПФ



Рецензенты:


Н.А. Константинов, доцент кафедры общей физики и методики преподавания физики, кандидат педагогических наук.


Р.А. Хамидуллин, доцент кафедры теоретической, кандидат физико-математических наук.



Методические указания к выполнению контрольных работ по дисциплине «Общая физика» для студентов естественно-географического факультета. /Составитель О.А. Рогожникова, - Тирасполь, 2012. - 52 с.



Методические указания предназначены для студентов естественно-географического факультета, направление подготовки 120700 «Землеустройство и кадастры», профиль подготовки «Землеустройство». В пособии изложены общие требования по выполнению и оформлению контрольных работ, приведены основные законы и формулы по разделам, рассмотрены примеры решения задач, даны варианты контрольных заданий. В конце методического пособия представлены справочные данные, которые необходимы для выполнения контрольной работы, а также вопросы на экзамен и список литературы для подготовки.




УДК53(072)

ББК В3р30

М54



Утверждено к изданию Научно-методическим Советом ПГУ им. Т.Г.Шевченко



© Рогожникова О.А., 2012


ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Изучение курса физики студентами-заочниками делится на два этапа:

  1. Участие в установочных сессиях или занятиях, самостоятельное изучение физики по учебникам и учебным пособиям, выполнение контрольных работ, получение по ним зачета, проработка вопросов, поставленных рецензентом для последующего собеседования по контрольным работам во время лабораторно-экзаменационной сессии.

  2. Участие в лабораторно-экзаменационной сессии, выполнение лабораторных работ, сдача зачетов и экзаменов.

Основная работа по изучению курса должна быть проделана студентами до лабораторно-экзаменационной сессии. В период сессии студент не имеет возможности для серьезной самостоятельной работы, так как все его время в этот период занято выполнением лабораторных работ, сдачей зачетов и экзаменов. Поэтому, те студенты, которые откладывают изучение физики до сессии, как правило, плохо справляются с изучением физики.

Изучая курс физики, необходимо руководствоваться программой. Нельзя ограничиваться изучением лишь тех вопросов теории, которые непосредственно связаны с выполнением контрольных работ.

Самостоятельная работа по учебным пособиям должна обязательно сопровождаться составлением конспекта, в котором кратко должны быть описаны физические явления, записаны формулировки законов и формул, выражающие законы, определения физических величин и их единиц, выполнены типовые задачи.

При необходимости студент может получить (устно или письменно) консультацию на кафедре физики своего ВУЗа. При невозможности приехать в университет студент должен обратиться на кафедру за получением письменной консультации, указав характер затруднения, а также автора, название и год издания учебного пособия, которым он пользовался при изучении материала.


УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ


1. Каждый студент выполняет две контрольные работы, в каждой из которых он должен решить 10 задач. Первая контрольная по разделам «Механика» и «Молекулярная физика и термодинамика». Вторая контрольная по разделам «Электричество и магнетизм», «Оптика» и «Атомная физика». Номер варианта определяется преподавателем.

2. Работа, принесенная на рецензию, должна быть выполнена в отдельной ученической тетради, на обложке которой нужно указать фамилию, инициалы, полный шифр, номер контрольной работы, дату ее отправки в университет, фамилию преподавателя. Работы нужно сдавать на кафедру общей физики ПГУ (каб. 217 корпуса Б).

3. Условия задач необходимо переписывать полностью и каждую задачу начинать с новой страницы. Для замечаний рецензента следует оставлять поля шириной 4—5 см.

4. Решение задачи должно быть кратко обосновано с использованием законов и положений физики. При необходимости решение следует пояснить чертежом, выполненным карандашом, с помощью циркуля и линейки. Обозначения на чертеже и в решении должны соответствовать и подробно поясняться. Не следует обозначать одну и ту же величину разными символами, а также различные величины одинаковыми символами.

5. На каждую контрольную работу требуется 20—30 ч интенсивного труда. Если, несмотря на собственные усилия и полученные консультации, отдельные задачи не решаются, оформите работу, приведя в соответствующих местах ваши попытки решения, изложив кратко ваши соображения и затруднения. Пусть такая работа не будет зачтена, но критические замечания рецензента, его пояснения, ссылки на литературу, или письменные консультации по решению конкретных задач помогут вам найти правильное решение.

Во время лабораторно-экзаменационной сессии при собеседовании по контрольным работам вам предложат пояснить ход решения задач, физический смысл встречающихся в решениях величин, применяемые при вычислениях единицы и т. п. Неудовлетворительные ответы на вопросы по контрольным работам могут повлиять на исход зачета или экзамена.

6. Как правило, задачи решаются в общем виде, т. е. в буквенных выражениях без вычисления промежуточных величин. Числовые значения подставляются только в окончательную (расчетную) формулу. Если расчетная формула не выражает общеизвестный физический закон, то ее следует вывести, поясняя все физические величины. После получения расчетной формулы необходимо: а) проверить расчетную формулу, для чего подставить в нее обозначения единиц входящих в формулу величин и, выполнив преобразования, убедиться, что единицы правой и ле­вой части формулы совпадают; б) выписать в единицах СИ числовые значения используемых при вычислении физических постоянных, а также тех величин, которые даны в условии в единицах, кратных или дольных от единиц СИ, или в единицах, отличных от единиц СИ; в) вычислить искомую величину, подставив в расчетную формулу числовые значения входящих в нее величин. При этом студентам рекомендуется делать одну-две промежуточные записи между подстановкой и конечным результатом вычислений, несмотря на то, что в примерах решения задач такие записи не приведены.

При выполнении вычислений следует пользоваться калькулятором. Для удобства контроля за правильностью вычислений необходимо предварительно еще раз переписать выражение, полученное после подстановки числовых значений величин, нормализовав эти значения, т. е. превратив каждое число в число, близкое к единице, умноженное на соответствующую степень 10 (например, 8780 = 0,878 • 104). В этом случае при использовании указанных инструментов вычисляется значащая часть результата. Правильность этого вычисления легко контролируется. Результат вычислений будет иметь вид двух сомножителей: значащей части и результирующей степени по основанию 10, легко вычисляемой устно. Только после получения такого результата (в единицах СИ) можно преобразовать его, переведя в единицы иной степени или единицы, кратные или дольные от единиц СИ (см. табл. 13).

7. В конце работы необходимо указать год и место издания методических указаний, перечислить использованную литературу, обязательно указывая авторов учебников и год их издания. Это позволит рецензенту при необходимости дать ссылку на определенную страницу того пособия, которое имеется у вас.

8. Получив проверенную работу (как зачтенную, так и не зачтенную), студент обязан тщательно изучить все замечания рецензента, уяснить свои ошибки и внести исправления. Повторно оформленная работа высылается на рецензию обязательно вместе с тетрадью, в которой была выполнена не зачтенная работа, и с рецензией на нее. Замечания и рекомендации, сделанные преподавателем, следует рассматривать как руководство для подготовки к беседе по решениям задач.

Основные законы и формулы, применяемые для решения задач в контрольной работе:


1. МЕХАНИКА

Путь при равнопеременном движении

S=0t+at2/2

Скорость равнопеременного движения

=0+at; v2-vo2=2sa

Ускорение в равнопеременном движении

a=(-0)/t

Тангенциальное (касательное) ускорение

hello_html_m176ff901.gif

Нормальное (центростремительное) ускорение

an=2/R=2R

Полное ускорение

hello_html_m32386bcb.gif

Угол поворота при равнопеременном вращении

=0t+t2/2

Угловая скорость точки при равнопеременном обращении по окружности

=2 n=2/T

Угловая скорость при равнопеременном вращении

=0+t

Угловое ускорение при равнопеременном вращении

=( - 0)/t

Связь между линейными и угловыми величинами при вращательном движении

S=R, =R

a=R, an=2R

Второй закон Ньютона

F=ma, Ft=m2-m1

Сила тяжести

P=mg

Третий закон Ньютона

F1= -F2

Закон Гука

F = -kx

Закон сохранения импульса (количества движения) для изолированной системы двух тел

m1+m2=m1U1+m2U2

Механическая работа постоянной силы

A=F S cos

Работа упругой силы (в пределах упругой деформации)

A=kx2/2

Мощность

N=A/t, N=F cos

Кинетическая энергия тела

T=m2/2

Потенциальная энергия тела, поднятого над поверхностью Земли

П=mgh

Полная энергия тела (в изолированной системе)

E=T+П

Энергия упругодеформированного тела

W=kx2/2

Момент инерции: а) материальной точки

J=mr2

б) сплошного цилиндра или диска относительно оси, совпадающей с геометрической осью

J=mR2/2

в) однородного тонкого стержня относительно оси, проходящей через центр

J=ml2/12

г) однородного стержня относительно оси, проходящей через один из концов

J=ml2/3

д) однородного шара

J=2ml2/5

Момент силы

M=Fl

Основной закон динамики вращательного движения

M=J

Закон сохранения момента импульса (момента количества движения) для изолированной системы двух тел

J11+ J22= J11’+ J22

Кинетическая энергия вращающегося тела

T= J2/2

Закон всемирного тяготения

F=Gm1m2/R2

Уравнение гармонического колебания

x=A sin( t+0)

Соотношение между периодом, частотой и круговой (циклической) частотой

T=1/,

=2 =2/T

Скорость и ускорение точки при гармонических колебаниях

=Acos( t+0);

a= - A 2sin( t+0)=- 2x

Сила, действующая на колеблющуюся материальную точку

F=-m2x=-kx

Период гармонических колебаний математического маятника

hello_html_783f3767.gif

Период колебаний пружинного маятника

hello_html_m7eb834d5.gif

Полная энергия колеблющейся материальной точки

E=m A2 2/2

Зависимость между скоростью, длиной волны, частотой и периодом колебаний

==/T

Уравнение волны

y=Asin(t - x/)


  1. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА. ТЕРМОДИНАМИКА

Закон БойляМариотта

p1V1=p2V2

Закон Гей-Люссака

V1/V2=T1/T2

Закон Шарля

p1/p2=T1/T2

Связь между массой, количеством вещества и молярной массой

m=, =m/

Уравнение Менделеева - Клапейрона для смеси компонентов газа

pсмV=(m1/1+ m2/2+…

+ mn/n)RT

Масса молекулы

mi=/NA

Число молекул в теле (системе)

N=mNA/=NA

Средняя кинетическая энергия движения молекулы (t— число степеней свободы)

=ikT/2

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории

p=2/3nпост

Внутренняя энергия газа

U=1/2i(m/)RT

Средняя квадратичная скорость молекулы

hello_html_mc4f395c.gif

Средняя арифметическая скорость молекулы

hello_html_m744cde34.gif

Количество теплоты, необходимое для нагревания тела

Q=cm(T2-T1)

Удельная теплоемкость газа при постоянном объеме

cV=iR/(2)

Удельная теплоемкость газа при постоянном давлении

cp=(i+2)R/(2)

Средняя частота соударений молекулы

hello_html_16978792.gif

Средняя длина свободного пробега молекулы

hello_html_m31899176.gif

Закон диффузии (закон Фика)

m=-DSt/x

Закон теплопроводности (закон Фурье)

Q=-TSt/x

Изменение внутренней энергии газа

U=mcV(T2-T1)

Работа газа при изотермическом расширении

hello_html_m2c835748.gif

Работа газа при изобарном расширении

hello_html_m71b73ee2.gif

Работа газа при адиабатном расширении

A=mcV(T1-T2)

Уравнения адиабатного процесса (уравнения Пуассона)

p1V1= p2V2,

T1V1-1= T2V2-1

Термический КПД тепловой машины

=(Q1-Q2)/Q1

Термический КПД идеальной тепловой машины (цикла Карно)

=(T1-T2)/T1

Высота подъема жидкости, в капиллярной трубке (формула Жюрена)

h=4cos/gd


  1. ЭЛЕКТРОСТАТИКА, ПОСТОЯННЫЙ ТОК.


Закон Кулона

hello_html_6b254cb9.gif

Напряженность электрического поля

E=F/Q

Теорема Остроградского-Гаусса

hello_html_10690b79.gif

Напряженность поля точечного заряда

hello_html_m30b6934e.gif

Напряженность поля, созданного двумя (и более) точечными зарядами (принцип суперпозиции)

E=E1+E2+…+En

Напряженность поля, созданного бесконечной равномерно заряженной плоскостью

hello_html_5774fe05.gif

Напряженность поля, создаваемого бесконечной равномерно заряженной нитью

hello_html_m24aa114c.gif

Потенциал поля

=A/Q

Потенциал поля точечного заряда

hello_html_m2442ec84.gif

Связь между напряженностью и потенциалом неоднородного и однородного полей

hello_html_72e418cf.gif

Электроемкость уединенного проводника

C=Q/

Электроемкость сферы

C=40R

Электроемкость плоского конденсатора

hello_html_2968804a.gif

Электроемкость последовательно соединенных конденсаторов

hello_html_512ba8b4.gif

Электроемкость параллельно соединенных конденсаторов

C=C1+C2+…+Cn

Энергия конденсаторов

hello_html_m7042bf59.gif

Объемная плотность энергии электрического поля

hello_html_1a7d4eb2.gif

Сила постоянного тока

I=Q/t

Плотность тока

=I/S

Закон Ома для замкнутой цепи

hello_html_m1aed289d.gif

Законы Кирхгофа

hello_html_m260dc7ec.gif

Мощность тока

N=IU=I2r

Закон Джоуля — Ленца

A=Q=IUt

4.ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ


Связь между индукцией и напряженностью магнитного поля

B=0H

Индукция магнитного поля в центре кругового тока с числом витков N

hello_html_mbbf08fe.gif

Индукция поля вблизи бесконечно длинного проводника с током

hello_html_m2881cdf5.gif

Индукция поля внутри соленоида с током

hello_html_410cadac.gif

Закон Ампера

F=IBlsin

Сила взаимодействия двух прямых токов

hello_html_m5b312f77.gif

Механический момент, действующий на рамку с током в магнитном поле

M=pmB sin

Магнитный момент контура с током

pm=IS

Магнитный момент рамки с током (короткой катушки)

pm=ISN

Сила Лоренца

F=qB sin

Магнитный поток

Фm=BS cos

Потокосцепление в контуре с током

=LI

Закон Фарадея-Максвелла

hello_html_3d0e8ac9.gif

ЭДС переменного тока при вращении рамки в магнитном поле

=NBS sint

ЭДС самоиндукции

hello_html_3bd809ac.gif

Индуктивность соленоида (тороида)

L=0n2V=0N2S/l

5. ОПТИКА. ФИЗИКА АТОМА И АТОМНОГО ЯДРА.

Закон преломления света

hello_html_4336dfe5.gif

Относительный показатель преломления

n21=n2/n1

Абсолютный показатель преломления

n=c/

Формула линзы

hello_html_m7e7227c3.gif

Оптическая сила линзы

D=1/f

Оптическая сила двух совмещенных линз

D=D1+D2

Линейное увеличение линзы

=b/a=y’/y

Увеличение лупы

=L/f

Увеличение микроскопа

hello_html_me526ca3.gif

Освещенность

E=Ф/S

Освещенность, создаваемая точечным источником света

hello_html_6c2736f7.gif

Формула дифракционной решетки

d sin =kλ

Постоянная дифракционной решетки

d=a+b=1/N

Закон Брюстера

tg B=n21

Закон Стефана—Больцмана

R0=σT4

Закон Вина

hello_html_6bc57975.gif

Энергия кванта (закон Планка)

hello_html_54dfca4e.gif

Формула Эйнштейна для фотоэффекта

hello_html_411439ee.gif

Красная граница (порог) фотоэффекта

hello_html_m3e31bc8b.gifhello_html_m22fced31.gif

Закон взаимосвязи массы в энергии

E=mc2

Энергетическая освещенность, облученность

Ee=E/(St)

Давление света

hello_html_21fe233d.gif

Период полураспада

hello_html_6266e89f.gif

Активность радиоактивного изотопа

hello_html_6dbaf3bb.gif

Дефект массы ядра

hello_html_m4ae8b943.gif

hello_html_6db8335c.gif

Энергия связи ядра

Eсв=mc2, Eсв=931m

Удельная энергия связи

= Eсв/A



Примеры решения и оформления задач:

Задача № 1. У светофора трактор, движущийся равномерно со скоростью 18 км/ч, обогнал автомобиль, который из состояния покоя начал двигаться с ускорением а=1,25 м/с2. Определить: 1) на каком расстоянии от светофора автомобиль обгонит трактор; 2) скорость автомобиля при обгоне.


Дано:

0= 0 км/ч

т= 18 км/ч

а=1,25 м/с2

  1. S -?

  2. -?

Решение.

1) Так как автомобиль движется равноускоренно, пройденный им путь выражается формулой

S=at2/2 , (1)

где а—ускорение автомобиля; tвремя.

Если t - время, за которое автомобиль догонит трактор, то S - расстояние от светофора до места, где произойдет обгон.

За время t такой же путь s пройдет трактор, движущийся равномерно, т.е.


S=т t, (2)

где Vт — скорость трактора.

Приравнивая правые части (1), (2), получаем


at2/2=т t, (3)

откуда

t=2т/a (3')

Путь S, пройденный автомобилем от светофора до места обгона, получим по формуле (1), подставим вместо t выражение (3’):

hello_html_m1f8019a2.gif (4)

Пpoвepим формулу (4):

hello_html_m71be39de.gif

Выразим в СИ скорость трактора:

т=18 км/ч = 18103/3600 м/с = 5,0 м/с.


Вычислим искомое расстояние от светофора до места обгона:

S=(25,0/1,25) 5=40 м.

2) Скорость автомобиля, движущегося равноускоренно, выражается формулой t. При подстановке в нее выражения (3') получим

=a2т/a=2т.

Вычислим искомую скорость автомобиля:

=25,0 м/с=10 м/с.

Ответ: S=40 м; =10 м/с.

Пример 2. На гладкой горизонтальной плоскости находится тело массой m1=250 г (рис. 1). Тело массой m2=400 г подвешено на нити, перекинутой через блок и привязанный к телу m1. Пренебрегая массой блока и трением, определить: 1) силу натяжения нити; 2) ускорение тел.


Дано:

m1=250 г

m2=400 г

_____________

1) а -?

  1. Т -?

hello_html_m59ce9ad3.png

рис. 1

Решение.

1) На тело массой m2 действуют сила тяжести P2=m2g и сила натяжения Т нити. Силы, направления которых совпадают с направлением ускорения, будем считать положительными, а силы, направление которых противоположно направлению ускорения, - отрицательными.

Запишем второй закон Ньютона для тела массой m2

m2g-T=m2a, (1)

где aускорение тела, gускорение свободного падения.

На тело массой m1 действуют сила тяжести P1=m1g, сила натяжения Т нити и сила реакции N стола. Силы N и P1 равны по модулю и противоположно направлены, поэтому их равнодействующая равна нулю. Вследствие этого отсутствует вертикальное перемещение тела.

Второй закон Ньютона в скалярном виде для тела массой m1 имеет вид

T=m1a. (2)

Чтобы найти ускорение, подставим (2) в (1): m2g - m1a = m2a, или m2g=(m1+m2)a, откуда

a=m2g/(m1+m2) (3)

Выразим массу тел m1 и т2 в единицах СИ: m1=0,25 кг и т2=0,40 кг.

Вычислим ускорение а по формуле (3):

hello_html_m25005354.gif

2. Силу натяжения нити найдем, подставив полученный результат в уравнение (2):

Т=0,256,04= 1,51 Н.

Ответ: a=6,04м/с2; Т=1,51 Н.

Пример 3. Точка совершает гармонические колебания согласно уравнению х=0,1sint. Определить скорость и ускорение точки через 1/6 с от начала колебаний.


Дано:

х=0,1 sin t

t = 1/6 с

_________

  1. а -?

  2. -?

Решение.

Запишем уравнение гармонических колебаний в общем виде:

х= A sint, (1)

где х — смещение точки; А — амплитуда; — круговая частота; t — время.

По определению, скорость равна производной от смещения по времени:

hello_html_m3e0ab7b0.gif (2)

Подставив (1) в (2), продифференцируем полученное выражение:

hello_html_720746c.gif (3)

По определению, ускорение равно производной от скорости по времени:

hello_html_5f5588d8.gif (4)

Подставив (3) в (4), продифференцируем полученное выражение:

hello_html_1d83848e.gif (5)

Из сравнения уравнения x=0,1 sin t и формулы (1) видно, что A=0,1 м, =с-1. По формулам (3) и (5) вычислим скорость и ускорение:

=0,1ּcos t, a=0,1ּ2sin t . (6)

Проверим формулы (6):

hello_html_3be19c57.gif

Вычислим искомые скорость и ускорение точки:

= 0,1ּ3,14 cos ( /6) м/с =0,272 м/с,

а = - 0,1ּ3,142sin ( /6) м/с2 = - 0,492 м/с2.

Ответ: a=-0,492 м/с2; =0,272 м/с.

Пример 4. Определить плотность смеси газов: 1=5 моль азота и 2=10-моль кислорода, — содержащихся в баллоне при температуре t= 17°C и давлении р=2,5 МПа.


Дано:

1=5 моль (азот)

2=10-моль (кислород)

t= 17°C

р=2,5 МПа

_________

см-?


Решение.

Согласно определению плотности имеем

=(m1+m2)/V (1)

где m1 и m2 — массы азота и кислорода соответственно; V— объем баллона.

Выразим массу каждого газа через количество вещества и молярную массу:

m1=11, m2=22 (2)


Для определения объема газа в баллоне воспользуемся уравнением Менделеева — Клапейрона для смеси газов:

pсмV=(m1/1+ m2/2)RT=(1+2)RT,

где R—молярная газовая постоянная; Т — термодинамическая температура.

Тогда

V=(1+2)RT/pсм, (3)


Подставив выражения (2) и (3) в (1), получим

hello_html_1e1a7d8a.gif (4)


Проверим формулу (4)

hello_html_663003c1.gif

Запишем величины, входящие в (4), в единицах СИ: 1=2810-3 кг/моль, 2=3210-3 кг/моль, R=8,31 Дж/(мольК), см = 2,5106 Па, T=290 К.

Вычислим искомую плотность:

hello_html_m1df8d58d.gif

Ответ: см=31.8 кг/м3.


Пример 5. Определить: 1) число атомов, содержащихся в 1 кг гелия; 2) массу одного атома гелия.


Дано:

т =1 кг

(гелий)

_________

1) N - ?

2) тi -?

Решение.

1. Число молекул в данной массе газа

N=vNA= mNA/, (1)

где т—масса газа; молярная масса; v=m/количество вещества, NA — постоянная Авогадро.

Поскольку молекулы гелия одноатомны, число атомов в данной массе газа равно числу молекул.

Запишем величины, входящие в формулу (1), в СИ: =410-3 кг/моль, NA=6,021023 моль-1.

Найдем искомое число атомов:

hello_html_662fac0f.gif

2. Для определения массы тi, одного атома массу газа разделим на число атомов в нем:

mi=m/N (2)

Подставив числовые значения величин в (2), получим

hello_html_52005ca.gif

Ответ: N = 1,51026; тi = 6,6710-26 кг


Пример 6. Кислород массой m=320 г изобарно расширяется под давлением р=2105 Па от начальной температуры t1 = 20°C, поглощая в процессе расширения теплоту Q=10 кДж. Определить: 1) работу расширения газа; 2) конечный объем газа.


Дано:

р=const

т=320 г

р=2105 Па

t1 = 20°C

Q=10 кДж

_________

1) А - ?

2) V2 -?

Решение.

1. Работа, совершаемая газом при неизменном давлении, выражается формулой

А=p(V2-V1) (1)

Из уравнения Менделеева - Клапейрона, записанного для начального и конечного состояний газа (pV1= mRT1/, pV2= mRT2/), выразим неизвестные начальный V1 и конечный V2 объемы:

V1=mRT1/(p); V2=mRT2/(p); (2)

Подставив (2) и (3) в (I), получим hello_html_693a9522.gif (3)

где —молярная масса кислорода; R—молярная газовая постоянная; Т1 и Т2 — начальная и конечная температура газа.

Из формулы для теплоты при изобарном процессе

Q=mcp(T2-T1),

где сp удельная теплоемкость газа при постоянном давлении, выразим неизвестную разность температур:

T2-T1= Q/mcp. (5)

Известно, что

сp=(i+2)R/(2) (6)

где i—число степеней свободы молекулы газа. Подставив (6) в (5), а затем результат в (4), получим

hello_html_20055b7e.gif. (7)

Запишем в единицах СИ числовые значения величин: Q= 104 Дж, i=5, так как молекула кислорода двухатомная.

По формуле (7) вычислим А:

A=2104/(5+2) Дж=2,86103 Дж=2,86 кДж.

2. Для определения конечного объема V2 воспользуемся формулой (1), преобразовав которую получим

V2=(1/p)(A+pV1) (8)

Второе слагаемое в скобках, содержащее неизвестную величину V1, можем определить из уравнения Менделеева—Клапейрона для начального состояния газа.

Подставив в (8) правую часть уравнения (2), получим

hello_html_2809ef53.gif

Выразим в единицах СИ числовые значения величин, входящих в эту формулу: =3210-3 кг/моль, Т= 293 К, m=0,32 кг, R=8,31 Дж/(мольК).

Вычислим искомый конечный объем:

hello_html_m444ae7db.gif.

Ответ: А = 2,86 кДж; V2=136 л.


Пример 7. Определить количество теплоты, теряемое через бетонные стены здания площадью S=50 м2 за время t=1 мин, если в помещении температура стены t1=15°С, а снаружи t2=-100C. Толщина стен x=25 см.

Дано:

S=50 м2

t1=15°С

t2=-100C

x=25 см

_________

Q - ?


Решение.

Количество теплоты, передаваемое за счет теплопроводности стен выражается законом Фурье:

hello_html_m2e7986cd.gif (1)

где - теплопроводность материала стены; Т/x - градиент температуры, т. е. изменение температуры, приходящееся на 1 м толщины стены; S—площадь поверхности стены; t—время передачи теплоты.

Проверим формулу (1): Дж=[Дж/(мсК)](K/м)м2с=Дж.

Выразим числовые значения всех величин в СИ: Т=t2-t1=T2-T1=-100C-150C=-250C=-25 K, x=0,25 м, S=50 м2, t=60 с, =0,817 Дж/(мсК) (см. табл. 6).

Подставим числовые значения величин в формулу (1) и вычислим

hello_html_m5cd7cd5.gif

Ответ: Q= 245 кДж.


Пример 8. На непроводящей нити в воздухе подвешен шарик массой т= 100 мг, несущий положительный заряд Q. Если на расстоянии r=4 см поместить такой же шарик, натяжение нити исчезнет. Определить заряд шарика.


Дано:

т= 100 мг

r=4 см

Q1= Q2= Q

_________

Q - ?


Решение.

При поднесении снизу шарика такой же массы и с таким же зарядом, как у подвешенного (рис. 2), сила кулоновского отталкивания шариков уравновешивает силу тяжести шарика. При этом шарик находится в равновесии; следовательно,

hello_html_620f13fd.png

рис. 2

Fk=P. (1)

Выразим в соответствии с законом Кулона силу Fk:

hello_html_m2a311775.gif (2)

где 0 —электрическая, постоянная; —диэлектрическая проницаемость воздуха.

Подставив (2) и (1) и выразив силу тяжести Р через массу шарика т и ускорение свободного падения g, получим hello_html_m55a97406.gif, откуда

hello_html_m2b192676.gif (3)

Проверим формулу (З):

hello_html_m5d2c0560.gif

Выпишем числовые значения величин в СИ: т=10-4 кг, r= 410-2 м, g=9,81 м/с2, 0=8,8510-12 Ф/м, =1. Вычислим искомый заряд:

hello_html_23e1a4.gif

Ответ: Q=13,2 нКл.

Пример 9. Два положительных заряда Q1=7 нКл и Q2=4 нКл находятся на расстоянии r= 15 см друг от друга. Определить положение точки, в которую нужно поместить заряд Q3, чтобы он находился в равновесии. Каков должен быть знак заряда Q3, чтобы равновесие было устойчивым?

Дано:

Q1=7 нКл

Q2=4 нКл

r= 15 см

F1=F2.

_____________

Q3 – «+» или «-» -?

х-?


hello_html_73fde1b7.png

рис. 3

Решение.

Рассмотрим вопрос об устойчивости равновесия заряда Q3. Если заряд Q3 будет находиться на линии, соединяющей заряды Q1 и Q2, то,

каков бы ни был знак заряда Q3, силы его взаимодействия с зарядами Q1 и Q2 направлены по одной прямой в противоположные стороны. Следовательно, отыщется точка на прямой АВ (рис. 3), в которой силы, действующие противоположно на заряд Q3, будут уравновешены.

Такая точка находится на расстоянии х от заряда Q3 до заряда Q1. При отклонении заряда Q3 от этой точки вправо или влево возникающее неравенство сил со стороны зарядов Q1, и Q2 будет неизменно возвращать заряд Q3 в положение равновесия. Рассмотрим теперь случай отклонений заряда Q3 перпендикулярно линии АВ. В том случае, если заряд положительный, при отклонении его вверх или вниз от положения равновесия силы отталкивания его зарядами Q1 и Q2 создадут равнодействующую, отбрасывающую заряд от линии АВ, на которой находится точка равновесия. Следовательно, при Q3>0 положение равновесия не будет устойчивым. Если заряд Q3 отрицательный, то при его отклонении вверх и вниз от положения равновесия силы притяжения его зарядами Q1 и Q2 создают равнодействующие возвращающие заряд Q3 на линию АВ. В этом случае равновесие заряда устойчиво.

Так как заряд Q3 находится в равновесии, то F1 и F2 — силы притяжения его соответственно зарядами Q1 и Q2 — равны между собой:

F1=F2.

Выразив F1 и F2 по закону Кулона, получим hello_html_2ddbcf5a.gif, или hello_html_m2d4e7889.gif. Извлекая из обеих частейравенства квадратный корень, находим hello_html_m45145bc2.gif откуда hello_html_2637016b.gif

Выпишем числовые значения величин в СИ: r=0,15 м, Q1=710-9 Кл, Q2=410-9 Кл. Вычислим искомое расстояние:

hello_html_m5ee35343.gif


Ответ: Q3 – «-»; х=8,5 см.


Пример 10. Два заряда Q1=9 нКл и Q2=-7 нКл расположены в вершинах равностороннего треугольника со стороной а =20 см. Определить напряженность и потенциал электрического поля в третьей вершине треугольника.


Дано:

Q1=9 нКл

Q2=-7 нКл

а =20 см

_____________

Е -?

φ-?


hello_html_ma042630.png

рис. 4

Решение.

1.Напряженность электрического поля в точке А (рис. 4) является геометрической (т. е. векторной) суммой напряженностей Е1 и Е2 полей, создаваемых зарядами Q1 и Q2 соответственно:

hello_html_m4c7cc0c4.gif


Модуль результирующей напряженности может быть найден по теореме косинусов как диагональ параллелограмма, построенного на векторах Е1 и Е2:

hello_html_3b8fa9c7.gif (1)



Напряженность электрического поля точечного заряда выражается формулой

hello_html_m30b6934e.gif (2)

где Q - заряд, создающий поле; 0 - электрическая постоянная; - диэлектрическая проницаемость среды; r - расстояние от расчетной точки поля до заряда, его создающего.

Так как r=r1=r2, то имеем

hello_html_m2d10a455.gif hello_html_725cd573.gif(3)

Поскольку =120°, преобразуем:

= 180 - , cos (180 - ) = -cos . (4)

Подставив (3) и (4) в (1), получим

hello_html_m1054fb83.gif (5)

Выразим числовые значения величин в СИ: Q1=910-9Kл, Q2=-710-9 Кл, 0=8,8510-12 Ф/м, =1. а=0,2 м, =60°.

Проверим формулу (5):

hello_html_m6f22fe7a.gif

Подставим в формулу (5) числовые данные и вычислим

hello_html_m7adfa227.gif


Примечание. В расчетную формулу (5) подставлены, модули зарядов, поскольку их знаки учтены при выводе этой формулы.


  1. Потенциал электрического поля в точке А равен алгебраической сумме потенциалов 1 и 2 полей, создаваемых зарядами Q1 и Q2 соответственно:


=1 + 2. (6)

Потенциал поля точечного заряда выражается формулой

hello_html_m2442ec84.gif (7)

В формуле (7) обозначения те же, что и в формуле (2). Подставив (7) в (6) и учитывая, что r=r1=r2, получим

hello_html_m3c5ed07.gif (8)


Подставим числовые значения величин в (8) и вычислим:

hello_html_768d8719.gif


Ответ: Е =1,78 кВ/м; φ=90 В.


Пример 11. Электродвигатель работает в сети с напряжением U=120 В. Мощность двигателя N=1,2 кВт, коэффициент полезного действия =75%. Определить силу тока, потребляемую двигателем, и сопротивление его обмоток.


Дано:

U=120 В

N=1,2 кВт

=75%. _________

I - ?

r -?


Решение.

Мощность двигателя N=IU,

где I - сила тока, потребляемая двигателем.

Отсюда I=N/U.

Выпишем числовые значения величин а СИ: N=1,2103 Вт, U=120В.

Подставим значения величин в расчетную формулу и вычислим

I=1,2103/120=10 А.

Коэффициент полезного действия двигателя

=N1/N, (1)

где N1 – полезная мощность:

N1=N-N2, (2)

N2 - мощность, расходуемая на нагревание обмоток двигателя:

N2=I2r, (3)

здесь r - сопротивление обмоток.

Подставив (3) в (2) и затем в (1), получим hello_html_m7f648c6d.gif, откуда

hello_html_m1f912385.gif (4)

Подставим числовые значения величин в (4) и вычислим

hello_html_482e8473.gif

Ответ: I =10 А, r=3 Ом.


Пример 12. Три одинаковых источника тока с ЭДС =1,5 В каждый соединены параллельно и создают в цепи ток I=1 А. Определить коэффициент полезного действия батареи, если внутреннее сопротивление каждого источника тока r=0,3 Ом.


Дано:

=1,5 В

I=1 А

r=0,3 Ом

_________

- ?

Решение.

При параллельном подключении одинаковых источников тока их общая электродвижущая сила равна ЭДС одною источника. В то же время батарея источников создает разветвленный участок цепи, общее сопротивление которого может быть найдено из формулы проводимости группы параллельно соединенных элементов:


hello_html_m2290d75e.gif (1)

Поскольку в нашем случае группа параллельно соединенных элементов образована батареей из трех источников тока с общим сопротивлением rб, а r1=r2=r3=r, формулу (1) можем записать в виде

rб=r/3 (2)

Батарея источников тока замыкается потребителем электроэнергии, сопротивление которого Rп. Тогда на основании закона Ома для замкнутой цепи

hello_html_1cfa3a17.gif.

Отсюда

=IRп+Irб=U+Irб, (3)

где U - разность потенциалов на зажимах батареи источников электроэнергии. Коэффициент полезного действия батареи

=U/. (4)

Из (3) следует, что

U= - Irб (5)

Подставив (2) в (5) и затем в (4), получим

hello_html_mffd8475.gif (6)

Подставим числовые значения величин в (6) и вычислим

hello_html_6a181c0a.gif

Ответ: η=93%

Пример 13. По двум длинным прямолинейным и параллельным проводам, расстояние между которыми d=8 см, в противоположных направлениях текут токи I1=3 А, I2=5 А. Найти магнитную индукцию поля в точке А, которая находится на расстоянии r=2 см от первого провода на линии, соединяющей провода (рис. 5).


Дано:

d=8 см

I1=3 А

I2=5 А

r=2 см

_________

В - ?

hello_html_13c8c9d6.png

Рис.5

Решение.

На рис. 5 провода расположены перпендикулярно плоскости чертежа. Маленькими кружочками изображены сечения проводов. Условимся, что ток I1 течет к нам, а ток I2 - от нас. Общая индукция В в точке А равна векторной (геометрической) сумме индукций B1 и В2 полей, создаваемых каждым током в отдельности:

hello_html_5dc559a0.gif (1)

Для того чтобы найти направление векторов hello_html_1c0c14f8.gif и hello_html_2935f043.gif, проведем через точку А силовые линии магнитных полей, созданных токами I1 и I2. Силовые линии магнитного поля прямого провода с током представляют собой концентрические окружности с центром на оси провода. Направление силовой линии совпадает с движением концов рукоятки правого буравчика, ввинчиваемого по направлению тока (правило буравчика). Поэтому силовая линия магнитного поля тока I1, проходящая через точку А, представляет собой окружность радиусом I1А, а силовая линия магнитного поля тока I2, проходящая через эту же точку,—окружность радиусом I2А (на рис. 5 показана только часть этой окружности).

По правилу буравчика находим, что силовая линия магнитного поля тока I1 направлена против часовой стрелки, а тока I2 — по часовой стрелке

Теперь легко найти направления векторов hello_html_1c0c14f8.gif и hello_html_2935f043.gif в точке A: каждый из них направлен по касательной к соответствующей силовой линии в этой точке. Так как векторы hello_html_1c0c14f8.gif и hello_html_2935f043.gif, направлены вдоль одной прямой в одну сторону, то векторное равенство (1) можно заменить скалярным равенством

B=B12 (2)

Индукция магнитного поля тока I, текущего по прямому бесконечно длинному проводу, вычисляется по формуле

hello_html_m2881cdf5.gif (3)

где 0 —магнитная постоянная; магнитная проницаемость среды, в которой провод расположен; rрасстояние от провода до точки, в которой определяется индукция.

Подставив выражение (3) для B1 и В2, в равенство (2), получим

hello_html_760b9f22.gif

или

hello_html_m717acd73.gif (4)

Выпишем в СИ числовые значения величин: r1=0,02 м, r2=d - r1=0,06 м, 0=410-7 Гн/м, =1.

Вычислим искомую индукцию:

hello_html_5bfafadb.gif

Ответ: В=1,33 мкТл

Пример 14. На виток проволоки, имеющей сопротивление R=0,5 Ом, подается напряжение U=10 В. Определить: 1) индукцию магнитного поля в центре витка; 2) магнитный момент витка, если его диаметр 20 см; 3) максимальный вращающий момент, если виток поместить в магнитное поле с индукцией В=5Тл.


Дано:

R=0,5 Ом

U=10 В

d=20 см

В=5Тл

_________

1) В - ?

2) рт - ?

3) М - ?

Решение.

1. Индукция магнитного поля в центре витка с током определяется по формуле

hello_html_7e819449.gif (1)

где I — сила тока; 0 — магнитная постоянная; r — радиус витка; относительная магнитная проницаемость среды.

Из закона Ома находим силу тока:

I=U/R. (2)

Подставляя формулу (2) в (1), получим

hello_html_m18910472.gif (3)

Выпишем числовые значения величин, входящие в формулу (3), в СИ: U=l0 В, 0=410-7 Гн/м, =1, r=10см=0,1 м, R=0,5 Ом.

Вычислим искомую индукцию:

hello_html_4e9ceef8.gif

2. Магнитный момент рт замкнутого плоского контура с током I определим по формуле

pm=IS (4)

где S — площадь контура.

Выражение площади S= r2 подставим в формулу (4):

pm=I r2=U r2/R.

Вычислим магнитный момент:

hello_html_m72018a3f.gif

3. Вращающий механический момент, действующий на виток с током, определим по формуле

M=pmB sin (5)

где pm — магнитный момент; В — магнитная индукция; — угол между направлениями тока и индукции поля.

При =90° механический момент максимален.

Подставим числовые значения величин в (5) и вычислим М=0,635 Нм =3,15 Нм.

Ответ: В=12,610-5 Тл, pm=0,63 Ам2, М=3,15 Нм.


Пример 15. Катушка длиной l=10 см и площадью сечения S=30 см2 имеет 12 витков на 1 см длины. Индукция поля в катушке равна B=810-3 Тл. Определить: 1) силу тока в катушке; 2) энергию магнитного поля.


Дано:

l=10 см

S=30 см2

B=810-3 Тл

n=12 на 1 см

_________

1) I - ?

2) W-?

Решение.

1. Индукцию магнитного поля на оси соленоида определим по формуле

hello_html_11416d85.gif (1)

где n — число витков на единицу длины катушки; I — сила тока, протекающего по виткам.

Из формулы (1) определим силу тока:

hello_html_49d93d28.gif (2)

Выпишем величины, входящие в формулу (2), в СИ: 0=410-7 Гн/м, =1, п=12 см-1=1200 м-1, B=810-3 Тл.

Подставив числовые значения величин г (2) и вычислим

hello_html_d4347b3.gif

2. Определим энергию магнитного поля по формуле

hello_html_m46e9f438.gif (3)

где L - индуктивность катушки; I — сила тока.

Индуктивность катушки находим по формуле

L=0n2V (4)

где 0 — магнитная постоянная; — магнитная проницаемость среды.; п—число витков на единицу длины; V — объем катушки. Объем катушки равен

V=S l, (5)

где S и l — соответственно площадь сечения и длина катушки.

Подставим в формулу (3) выражения (4) и (5):

hello_html_df6a60b.gif (6)

Выпишем значения величин, входящих в формулу (6), в СИ: 0=410-7 Гн/м, =1, п=1200, S=30 см2=3010-4 м2, l=10 см=0,1 м, I=5,3А.

Подставим значения величин в (6) и вычислим

hello_html_366d3fea.gif

Ответ: I= 5,3A, W=76∙103 Дж.

Пример 16. Заряженная частица движется в магнитном поле по окружности со скоростью =106 м/с. Индукция магнитного поля В=0,3 Тл. Радиус окружности r=4 см. Определить: 1) заряд частицы, если известно, что ее энергия равна Т=1,2104 эВ, 2) ускоряющую разность потенциалов, придавшую скорость частице.


Дано:

=106 м/с

В=0,3 Тл

r=4 см

Т=1,2104 эВ

_________

1) Q - ?

2) U -?

Решение.

1. На заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле, действует сила Лоренца, определяемая по формуле

F=qB sin (1)

где Q — заряд частицы; В — магнитная индукция поля; — скорость частицы; — угол между векторами скорости и магнитной индукцией.

Сила Лоренца обусловливает центростремительное ускорение в соответствии с правилом левой руки, определяющим направление этой силы:

hello_html_m745085f0.gif (2)

где т—масса частицы; — ее скорость; r—радиус окружности.

Приравнивая правые части уравнений (1) и (2), получим

qB sin=m2/r (3)

Уравнение (3) решим относительно Q:

hello_html_7e9fbb16.gif (4)

Движущаяся частица обладает кинетической энергией, которую определим по формуле

Т=m2/2. (5)

Из уравнения (5) определим массу частицы и ее выражение подставим в формулу (4):

hello_html_m719e7fb1.gif (6)

Выпишем величины, входящие в (6), в СИ: Т=1,2104 эВ=121,610-16 Дж, =106 м/с, В=0,3 Тл, r=4 см=0,04 м, =90° (так как вектор скорости перпендикулярен вектору индукции поля, частица движется по окружности).

Подставим значения величин в (6) и вычислим

hello_html_2b4b3d8b.gif

2. По закону сохранения энергии, работа, совершенная электрическим полем при перемещении заряженной частицы, равна кинетической энергии, приобретенной частицей, т.е.

A=m2/2=T (7)

Работа поля по перемещению заряда определяется по формуле

A=QU, (8)

где Q — заряд частицы; Uускоряющая разность потенциалов.

Подставив (8) в (7), выразим искомую разность потенциалов:

U=T/Q. (9)

Подставив в (9) числовые значения величин в СИ, получим

hello_html_m24d26cb7.gif

Ответ: Q=3,2∙10-19 Кл, U= 6∙103 В.

Пример 17. Проволока длиной l=20 см и площадью сечения S=10 см2, намотанная на картонный цилиндр, и содержащая N=500 витков, присоединена параллельно к конденсатору емкостью С=889 пФ. На какую длину волны будет резонировать контур?


Дано:

l=20 см

S=10 см2

N=500

С=889 пФ

_________

- ?

Решение.

Длину волны можно определять до формуле

λ=сТ, (1)

где с - скорость распространения электромагнитных волн; Т - период колебания контура.

Период колебания контура связан с индуктивностью и емкостью контура соотношением

hello_html_5dafd2e0.gif (2)

где L — индуктивность катушки, С — емкость конденсатора.

Индуктивность катушки определим по формуле

L=0N2S/l, (3)

где — магнитная проницаемость, 0 — магнитная постоянная.

Подставляя выражение индуктивности (3) в формулу (2), получим

hello_html_m224c4d30.gif (4)

В формулу (1) подставим выражение (4):

hello_html_m24e9d5cb.gif (5)

Выпишем значения величин, входящих в формулу (5), в СИ: с=3108 м/с, 0=410-7 Гн/м, =1, N=500, S=10 см2=10-3 м2, l=20 см=0,2 м, С=88910-12 Ф.

Подставим числовые значения величин в (5) и вычислим

hello_html_74038f46.gif

Ответ: =2200 м.


Пример 18. Плоская рамка площадью S=100 см2, содержащая N=20 витков тонкого провода, вращается в однородном магнитном поле с индукцией B=100 мТл. Амплитуда ЭДС индукции max=10 В. Определить частоту вращения рамки.


Дано:

S=100 см2

N=20

B=100 мТл

max=10 В

_________

n - ?

Решение.

Используя понятие угловой скорости вращения =2/T=2п, где Т — период вращения, n — частота вращения), определим частоту вращения рамки:

п=/(2). (1)

Угловую скорость вращения найдем из соотношения

=NBS sint, (2)

где - мгновенное значение ЭДС индукции.

Амплитудой является значение max,соответствующее значению sin t=1. Из соотношения (2) имеем

hello_html_7fbb4ec2.gif (3)

Подставив выражение (3) в (1), получим

hello_html_297b8785.gif (4)

Выпишем значения величин, входящих в формулу (4), в СИ: В=0,1 Тл, S=10-2 м2.

Подставим числовые значения величин в (4) и вычислим

hello_html_414eda47.gif

Ответ: n= 79,5 c-1.


Пример 19. На немагнитный каркас длиной l=50 см и площадью сечения S=3 см2 намотан в один слой провод диаметром d=0,4 мм так, что витки плотно прилегают друг к другу. Определить 1) индуктивность получившегося соленоида; 2) магнитный поток, пронизывающий сечение соленоида при токе I=1 А.


Дано:

l=50 см

S=3 см2

d=0,4 мм

I=1 А

________

1) L - ?

2) Фm -?

Решение.

1 Индуктивность соленоида вычислим по формуле

L=0n2V (1)

где п — число витков, приходящихся на единицу длины соленоида, V— объем соленоида

Число витков получим, разделив единицу длины на диаметр провода

п=1/d (2)

Объем соленоида равен

V=S l (3)

где S — площадь поперечного сечения соленоида, lдлина соленоида.

Подставим выражения (2) и (3) в равенство (1):

hello_html_7d427362.gif (4)

Выпишем числовые значения величии, входящих в (4), в СИ:

l=0,5м, S=310-4 м2, d=410-4 м, 0=410-7 Гн/м, =1.

Подставим числовые значения величин в (4) и вычислим

hello_html_m6d91ff47.gif

2. При наличии тока в соленоиде любое его поперечное сечение площадью S пронизывает магнитный поток

Фm=BS (5)

где В — магнитная индукция в соленоиде.

Магнитную индукцию соленоида определим по формуле

hello_html_16784df7.gif (6)

Подставив выражения (2) и (6) в (5), получим расчетную формулу

hello_html_m7212f913.gif (7)




Подставим в формулу (7) числовые значения величин в СИ и вычислим

hello_html_m33d003a1.gif

Ответ: L =1,17 мГн, Фm = 0,942 мВб.


Пример 20. На каком расстоянии друг от друга необходимо подвесить лампы в теплицах, чтобы освещенность Е на поверхности Земли в точке, лежащей посередине между двумя лампами, была не менее 200 лк? Высота теплицы h=2 м. Сила света каждой лампы I =800 кд (рис 6).


Дано:

Е =200 лк

h=2 м

I =800 кд

_________

l - ?

hello_html_1360a570.png

Рис. 6

Решение.

Расстояние l между лампами можно определить из формулы прямоугольного треугольника

hello_html_12d1ad59.gif (1)

Лампу можно принять за точечный источник света, так как ее размеры

малы по сравнению с расстоянием до точки, в которой определяется освещенность. Поэтому найти расстояние r от лампы до точки А можно из формулы освещенности:

hello_html_6c2736f7.gif (2)

где - угол, под которым падают лучи.

Подставив в (2) cos =h/r выразим r:

hello_html_m757917c8.gif. (3)

Подставим выражение (3) в (1):

hello_html_m43796dc6.gif (4)

Подставим числовые значения величин в (4) и вычислим

hello_html_7bcbb38e.gif

Ответ: l= 2,32 м.

Пример 21. Фокусное расстояние объектива микроскопа f1=5 мм, окуляра f2=25 мм Предмет находится на расстоянии s=5,1 мм от объектива (рис 7). Вычислить длину тубуса микроскопа и даваемое микроскопом увеличение .


Дано:

f1=5 мм

f2=25 мм

s=5,1 мм

_________

- ?

L - ?

hello_html_m303de26b.png

Рис.7.

Решение.

Увеличение микроскопа

=12, (1)

где 1 — увеличение объектива; 2 — увеличение окуляра, определяемые по формулам

1=s'/f1 (2)

2=0,25/f2 (3)

гдe s' - расстояние от объектива до даваемого им действительного изображения; 0,25 м — расстояние наилучшего видения для нормального глаза.

С учетом (2) и (3) формула (1) примет вид

hello_html_4f0278dd.gif (4)

Расстояние s' от объектива до изображения можно найти из формулы линзы:

hello_html_ma550cb9.gif

(s —расстояние от предмета до линзы), откуда hello_html_m7607dd5.gif

Подставив выражение для s' в (4), получим

hello_html_m503cde34.gif (5)

Выпишем величины, входящие в формулу (5), в СИ: s=5,110-3 м, f1=510-3 м, f2=2510-3 м.


Длину тубуса определим, исходя из следующих соображений, Действительное изображение, даваемое объективом, должно лежать в фокусе окуляра, так как окуляр действует как лупа (рис. 7). Поэтому длина тубуса

hello_html_9a0cd51.gif (6)

Подставим числовые значения величин в (5) и (6) и вычислим:

hello_html_m84b2596.gif

hello_html_5485e931.gif

Ответ: = 510, L= 0,28 м.



Пример 22. Определить число штрихов на 1 мм дифракционной решетки, если при нормальном падении света длиной волны λ=600 нм решетка дает первый максимум на расстоянии l=3,3 см от центрального. Расстояние от решетки до экрана L=110 см.


Дано:

r=1мм

λ=600 нм

l=3,3 см

L=110 см

_________

N - ?

Решение.

Число штрихов N на 1 мм решетки определим по формуле

N=1/d, (1)

где d—период решетки.

Период решетки найдем из условия максимума:

d sin =kλ (2)

где — угол, под которым наблюдается k-й максимум; k — порядок (номер) максимума.


Ввиду того что для максимума 1-го порядка угол мал, можно принять


sin =tg =l/L. (3)


Подставив в формулу (2) выражение синуса угла из (3), определим постоянную решетки

d= kλL/l. (4)

С учетом (4) формула (1) примет вид

N=l/(kλL). (5)

Выпишем числовые значения величин, входящих в (5), в СИ: l=3,310-2 м, L=1,10 м, k=1, λ=610-7м.


Подставим числовые значения величин в (5) и вычислим

hello_html_5b4d42.gif

Ответ: N= 50 мм-1.


Пример 23. Определить концентрацию С сахарного раствора, если при прохождении света через трубку длиной l=20 см с этим раствором плоскость поляризации света поворачивается на угол =10°. Удельное вращение раствора сахара []=0,6 град/(дм%).

Дано:

l=20 см

=10°

[]=0,6 град/(дм%)

_________________

С - ?

Решение.

Из формулы для угла поворота плоскости поляризации определим концентрацию раствора:

=[]Сl, (1)

hello_html_745c82ac.gif (2)

Выпишем числовые значения величин, входящих в (2), в СИ: =10°, []=6 град/(м%), l=0,2м.


Подставим числовые значения величин в (2) и вычислим

hello_html_m390eb617.gif

Ответ: С=8,33%.


Пример 24. Определить: 1) кинетическую энергию Т и 2) скорость фотоэлектронов при облучении натрия светом длиной волны λ=400 нм, если красная граница (порог) фотоэффекта для натрия λгр=600 нм.

Дано:

λ=400 нм

λгр=600 нм

натрий

_________

1) Т - ?

2) - ?

Решение.

1 Кинетическую энергию фотоэлектронов определим из формулы Эйнштейна для фотоэффекта:

hello_html_6c2f0ca8.gif (1)

где h — постоянная Планка; v — частота света; А—работа выхода электрона; T=m2/2 - кинетическая энергия фотоэлектронов;

m—масса электрона; —скорость электрона. Из формулы (1) следует

hello_html_m2c808a75.gif (2)

Частоту света определим по формуле

hello_html_7ca33e7d.gif (3)

где с—скорость света, λ — длина волны падающего света.

Для поверхности металла, освещенной светом частотой vгр, соответствующей красной границе фотоэффекта, кинетическая энергия фотоэлектронов равна нулю и формула (1) примет вид

hvгр=А.

Отсюда найдем работу выхода A=hvгр, или

A=hс/λгр (4)

Подставим в (2) формулы (3) и (4):

hello_html_1aac69f3.gif (5)

Проверки формулу (5):

Дж=Джсм/см-1=Дж.

Выпишем числовые значения величин, входящих в формулу (5), в СИ: h=6,6310-34 Джс; c=3108 м/с, λ=410-7 м, λ=610-7 м.

Подставим числовые значения величин в (5) и вычислим

hello_html_m50248384.gif

2. Из формулы hello_html_70cfb32.gif определим скорость о фотоэлектронов:

hello_html_26552765.gif

Учитывая, что т=9,1110-31 кг, вычислим искомую скорость фотоэлектронов:

hello_html_m3d3f076b.gif

Ответ: Т=1,04 эВ, =606 км/с

Пример 25. Определить дефект массы т и энергию связи ядра атома бора 105В.


Дано:

105В _________

т - ?

Есв -?

Решение.

Дефект массы ядра представляет собой разность массы нуклонов (протонов и нейтронов), составляющих ядро, и массы ядра и определяется по формуле

т=Z mр+(A-Z) тп - тя, (1)

где Z — зарядное число (число протонов в ядре); mр — масса протона; А - массовое число (общее число нуклонов в ядре); (А—Z) — число нейтронов в ядре; тп - масса нейтрона; тя — масса ядра.

Числа Z и А указываются при написании символа элемента:

Z — слева внизу; А — слева вверху, в данном случае для бора Z=5, A=10. Массу ядра найдем по формуле

тя = mа-Z те - (2)

где та - масса нейтрального атома; те - масса электрона.

Чтобы не вычислять каждый раз массу ядра, преобразуем формулу (1) с учетом (2):

hello_html_m60e2012b.gif (3)

Из таблиц в приложении и выпишем hello_html_m4e3d0952.gif1,00783 а.е.м., mn =1,00867 а.е.м., ma= 10,01294 а.е.м.

Подставим числовые значения величин, входящих к (3), и вычислим дефект массы ядра бора:

т=51,00783 а.е.м.+(10-5)1,00867 а.е.м.-10,01294 а.е.м.=0,06956 а.е.м.

Энергия связи ядра — энергия, выделяющаяся при образовании ядра в виде электромагнитного излучения, — определяется по формуле

Eсв=mc2 (4)

где с — скорость света в вакууме.

Если энергию связи Eсв выразить в мегаэлектрон-вольтах, дефект массы m ядра - в атомных единицах, то формула (4) примет вид

Eсв=931m (5)

где 931 - коэффициент, показывающий, какая энергия в мегаэлектрон-вольтах соответствует массе 1 а.е.м. Подставив значение m в (5), вычислим энергию связи:

Eсв = 9310,06956 МэВ=64,8 МэВ.

Ответ: т =0,06956 а.е.м., Есв = 64,8 МэВ.


Пример 26. Вычислить энергию ядерной реакций hello_html_4573fcfb.gif.

Выделяется или поглощается эта энергия?

Решение.

Энергию ядерной реакции определим по формуле

E=931m, (1)

где m - изменение массы при реакции, т е разность между массой частиц, вступающих в реакций, и массой частиц, образовавшихся в результате реакции:

hello_html_791b77e7.gif (2)

здесь hello_html_2d156e1d.gif— масса атома кислорода, hello_html_m6e004e44.gif— масса атома дейтерия (изотопа водорода), hello_html_m49dc6f13.gif —масса атома азота, hello_html_7962c642.gif — масса атома гелия. Из таблиц в приложении находим массы этих атомов и по формуле (2) вычисляем m:

m=(15,99491+2,01410) a.e.м.-2(14,00307+4,00260) а.е.м.=0,00334 а.е.м.

Подставим числовое значение m в (1) и вычислим энергию ядерной реакции:

E=9310,00334 МэВ=3,11 МэВ.


Ответ: В результате ядерной реакции выделяется энергия, так как масса исходных ядер больше массы ядер, образовавшихся в результате реакции. E=3,11 МэВ.


Варианты контрольной работы № 1


по разделам: «Механика», «Молекулярная физика и термодинамика»


I Вариант


  1. Точка движется по окружности радиусом 2 см. Зависимость пути от времени дается уравнением s=Ct3, где С = 0,1 м/с3. Найти нормальное и тангенциальное ускорения в момент, когда линейная скорость точки равна 0,3 м/с.

  2. Определить скорость автомобиля массой 2 т в по выпуклому мосту радиусом 100 м, если он давит на середину моста с силой 25 кН.

  3. Ракета, пущенная вертикально вверх, поднялась на высоту h=3200 км и начала падать. Какой путь s пройдет ракета за первую секунду своего падения?

  4. Трос подъемного устройства выдерживает силу натяжения F=8,5 кН. Определить массу груза, которую он может поднять с ускорением а=2,45 м/с2.

  5. Вода течет в горизонтально расположенной трубе переменного сечения. Скорость в широкой части трубы равна 20 см/с. Определить скорость в узкой части трубы, диаметр которой в 1,5раза меньше диаметра широкой части.

  6. Определить количество молекул аммиака NН3 содержащихся в 1 г.

  7. Относительная молекулярная масса газа Mr=17, отношение теплоемкостей Срv=1,33. Вычислить по этим данным удельные теплоемкости Ср и Cv

  8. Определить энергию вращательного движения молекулы кислорода при температуре t= -173°С.

  9. Определить среднюю частоту соударений молекул воздуха при температуре t=lC и давлении р=101 кПа. Эффективный диаметр молекулы воздуха принять равным d=0,35 нм.

  10. Объем паров углекислого газа при адиабатном сжатии уменьшился в два раза. Как изменилось давление?



II Вариант


  1. Уравнение движения тела дано в виде x=15t+0,4t2. Определить начальную скорость и ускорение движения тела, а также скорость и координату через 5 с.

  2. Шарик массой m==200 г упал с высоты h=4,9 м на массивную горизонтальную плиту и отскочил вверх. Определить импульс, полученный плитой. Считать удар упругим.

  3. Шайба, пущенная по поверхности льда с начальной скоростью v0=20 м/с, остановилась через t=40 с. Найти коэффициент трения f шайбы о лед.

  4. Частота колебаний пружинного маятника равна n=3 с-1. Определить жесткость пружины, если масса маятника m =300 г.

  5. Из небольшого отверстия в дне широкого сосуда вытекает жидкость. Найдите наибольшую скорость струи, если известно, что высота жидкости в сосуде h=1 м.

  6. Определить плотность углекислого газа при температуре t=117°С и давлении р=202 кПа.

  7. При каких условиях нагревали водород массой т=20 г, если при повышении его температуры на T =10 К потребовалась теплота Q=2,08 кДж?

  8. Вычислить энергию вращательного движения всех молекул водяного пара массой m=36 г при температуре t=20°С.

  9. Определить массу газа, продиффундировавшего за время t=12 ч через поверхность почвы площадью S=10 см2, если коэффициент диффузии D=0,05 см2/с. Плотность газа на глубине x=0,5 м равна 1= 1,2·10-2 г/см3, а у поверхности 2=1,0·10-2 г/см3.

  10. При адиабатном расширении гелия, взятого при температуре t=0°C, объем увеличился в три раза. Определить температуру газа после расширения.


III Вариант


  1. У светофора трактор, движущийся равномерно со скоростью 18 км/ч, обогнал автомобиль, который из состояния покоя начал двигаться с ускорением а=1,25 м/с2. Определить на каком расстоянии от светофора автомобиль обгонит трактор.

  2. Под действием постоянной силы F=400 Н, направленной вер­тикально вверх, груз массой m=20 кг был поднят на высоту h=15 м. Какой потенциальной энергией будет обладать поднятый груз? Какую работу совершит сила F?

  3. Центры масс двух одинаковых однородных шаров находятся на расстоянии r=1 м друг от друга. Масса m каждого шара равна 1 кг. Определить силу F гравитационного взаимодействия шаров.

  4. Точка совершает гармонические колебания, описываемые уравнением x=0,05sin4t. Определить ускорение через время t=2/3 с после начала колебаний.

  5. В широкой части горизонтальной трубы вода течет со скоростью ν=50 см/с. Определите скорость течения воды в узкой части трубы, если разность давлений в широкой и узкой частях Δр = 1,33 кПа.

  6. Определить давление воздуха при температуре t=227°С, если его плотность =0,9 кг/м3.

  7. Определить удельную теплоемкость газа при постоянном давлении, если известно, что относительная молекулярная масса газа Mr=30, отношение теплоемкостей СрV==1,4.

  8. Определить полную кинетическую энергию молекул, содержащихся в 1 кмоль азота при температуре t=7°C.

  9. Известно, что основными компонентами сухого воздуха являются азот и кислород. Во сколько раз средняя скорость молекулы азота отличается от средней скорости молекулы кислорода?

  10. Определить средний диаметр капилляра почвы, если вода поднимается в ней на d=49 мм. Смачивание стенок считать полным.

IV Вариант


  1. Первую половину своего пути автомобиль двигался со скоростью 80 км/ч, а вторую половину пути – со скоростью 40 км/ч. Какова средняя скорость движения автомобиля?

  2. Снаряд, летевший со скоростью =300 м/с, разорвался на два осколка. После взрыва больший осколок имел скорость 1=400 м/с, меньший 2=100 м/с. Направление движения осколков не изменилось. Определить отношение масс осколков.

  3. Камень, пущенный по поверхности льда со скоростью 3 м/с, прошел до остановки расстояние 20,4 м. Найти коэффициент трения камня о лед.

  4. Уравнение вращательного движения твердого тела имеет, вид φ=А +Вt+ Сt2, где А= 2 рад, В=3 рад/с, С =1 рад/с2. Найдите: угол φ, угловую скорость ω и угловое ускорение ε в моменты времени t=4 с.

  5. Представляя тело человека в виде цилиндра, радиус которого R = 20 см высота h = 1,7 м и масса m = 70 кг, определите момент инерции человека в положении стоя и лежа относительно вертикальной оси, проходящей через центр цилиндра.

  6. До какой температуры нужно нагреть газ, чтобы при неизмененном давлении объем газа удвоился? Начальная температура газа t=27°С.

  7. Определить изменение внутренней энергии водяного пара массой т=100 г при повышении его температуры на Т=20 К при постоянном объеме.

  8. Определить полную кинетическую энергию молекул углекислого газа массой m=44 г при температуре t=27°C.

  9. В баллоне с углекислым газом давление р=5,06 МПа. При температуре t=27°C среднее число соударений молекул z=1,651011 с-1. Определить эффективный диаметр молекулы углекислого газа.

  10. Глицерин в капиллярной трубке диаметром d=1 мм поднялся на высоту h=20 мм. Определить коэффициент поверхностного натяжения глицерина. Смачивание считать полным.



V Вариант


  1. Свободно падающее тело в некоторый момент времени находилось на высоте 1100 м, а спустя время 10 с – на высоте 120 м над поверхностью земли. С какой высоты падало тело?

  2. Шарик массой m=300 г ударился о стену и отскочил от нее. Определить импульс p1, полученный стеной, если в последний момент перед ударом шарик имел скорость v0=10 м/с, направленную под углом α=30° к поверхности стены. Удар считать абсолютно упругим.

  3. На гладком столе лежит брусок массой m=4 кг. К бруску привязан шнур, ко второму концу которого приложена сила F=10 Н, направленная параллельно поверхности стола. Найти ускорение a бруска.

  4. Максимальная скорость колебаний точки равна max=10 м/с, амплитуда колебаний A=210-3 м. Определить максимальное ускорение точки.

  5. Диск радиусом R=30 см и массой m=10 кг вращается с частотой п=5 с-1. Какой момент силы следует приложить, чтобы диск остановился за время t= 10 с?

  6. Баллон вместимостью V=50 л наполнен кислородом. Определить массу кислорода, находящегося в баллоне при температуре t=47°С и давлении р=0,11 МПа.

  7. Определить теплоту Q, необходимую для нагревания азота массой т=10 г на T=20 К: 1) при постоянном давлении; 2) при постоянном объеме. Результаты сравнить.

  8. Вычислить среднюю энергию поступательного движения всех молекул азота при температуре t=137°С.

  9. Определить среднюю частоту соударений молекул воздуха при температуре t=lC и давлении р=101 кПа. Эффективный диаметр молекулы воздуха принять равным d=0,35 нм.

  10. Определить поверхностное натяжение касторового масла, если в трубке радиусом R=0,5 мм оно поднялось на h=14 мм. Смачивание считать полным.

Варианты контрольной работы № 2


по разделам: «Электричество и магнетизм», «Оптика», «Атомная физика»


I Вариант

  1. Двум шарикам одного размера и равной массы m =30 мг сообщили по равному одноименному заряду. Какой заряд был сообщен каждому шарику, если сила взаимного отталкивания зарядов уравновесила силу взаимного притяжения шариков по закону тяготения Ньютона? Шарики рассматривать как материальные точки.

  2. Поле, созданное точечным зарядом Q3=30 нКл, действует на заряд Q2=1 нКл, помещенный в некоторой точке поля, с силой F=0,2 мН. Найти напряженность и потенциал в этой точке, а также расстояние ее от заряда Q1.

  3. Два точечных заряда Q1=l мкКл и Q2=2 мкКл находятся на расстоянии r1=40 см. Какую работу надо совершить чтобы сблизить их до расстояния r2=20 см?

  4. Заряженная капелька жидкости массой m=0,01 г находится в равновесии в поле горизонтально расположенного плоского конденсатора. Расстояние между пластинами конденсатора d=4 мм, разность потенциалов между ними U=200 В. Определить заряд капельки.

  5. Термопара с сопротивлением r1=6 Ом и постоянной k=0,05 мВ/К и подключена к гальванометру с сопротивлением r2=14 Ом и чувствительностью I= 10-8 А. Определить минимальное изменение температуры, которое позволяет определить эта термопара.

  6. Определить индукцию магнитного поля двух длинных прямых параллельных проводников с одинаково направленными токами I1=0,2 А и I2=0,4 А в точке, лежащей на продолжении прямой, соединяющей проводники с токами, на расстоянии r =2 см от второго проводника. Расстояние между проводниками l =10 см.

  7. Норма минимальной освещенности E=20 лк (лампы накаливания). Определить силу света лампочки, подвешенной на высоте h=1 м, при угле падения света 60°.

  8. Полученное с помощью линзы изображение предмета на экране в пять раз больше предмета. Расстояние между предметом и экраном l=150 см. Определить оптическую силу линзы и ее фокусное расстояние.

  9. Под каким углом наблюдается максимум третьего порядка, полученный с помощью дифракционной решетки, имеющей 500 штрихов на 1 см, если длина волны падающего нормально на решетку света λ=0,6 мкм?

  10. Вычислить кинетическую энергию фотоэлектрона, вылетевшего из натрия при облучении его светом длиной волны λ=200 нм. Работа выхода электрона из натрия А=2,27 эВ.


II Вариант


  1. Сила F взаимодействия между двумя точечными зарядами Q1=2 нКл, Q2=l нКл, расположенными в воде, равна 0,5 мН. На каком расстоянии находятся заряды?

  2. Два заряда Q1=l нКл и Q2=-3 нКл находятся на расстоянии r=20 см друг от друга. Найти напряженность и потенциал в точке поля, расположенной на продолжении линии, соединяющей заряды на расстоянии r=10 см от первого заряда.

  3. Расстояние между двумя точечными зарядами Q1=10 нКл и Q2=3 нКл равно 30 см. Определить работу, которую надо совершить, чтобы сблизить заряды до расстояния r =10 см.

  4. Между пластинами плоского конденсатора находится плотно прилегающая к ним эбонитовая пластинка. Конденсатор заряжен до разности потенциалов U=60 В. Какой будет разность потенциалов, если вытащить эбонитовую пластинку из конденсатора?

  5. Определить температуру почвы, в которую помещена термопара железо-константан с постоянной k=50 мкВ/°С, если стрелка включенного в цепь термопары гальванометра с ценой деления 1 мкА и сопротивлением r=12 Ом отклоняется на 40 делений. Второй спай термопары погружен в тающий лед. Сопротивлением термопары пренебречь.

  6. По двум длинным параллельным проводникам текут в противоположных направлениях токи, причем I2=2I1. Расстояние между ними 1=5 см. Определите положение точек, в которых напряженность магнитного поля равна нулю.

  7. Норма минимальной освещенности E=20 лк (лампы накаливания). Определить силу света лампы, подвешенной на высоте h=3 м. Расчет произвести при условии, что эту освещенность создают две лампы, расположенные на расстоянии l =8 м друг от друга.

  8. Какое увеличение дает линза с оптической силой Ф=5 дптр, если она находится на расстоянии а=25 см от предмета?

  9. На дифракционную решетку нормально падает свет длиной волны λ=0,6 мкм. Третий дифракционный максимум виден под углом =2°. Определить постоянную решетки.

  10. Произойдет ли фотоэффект при освещении металла светом длиной волны λ=500 нм? Работа выхода электрона из металла А=2 эВ.


III Вариант

  1. Два разноименных точечных заряда притягиваются в вакууме на расстоянии r=10см с такой же силой, как и в керосине. Определить, на каком расстоянии располагаются заряды в керосине.

  2. Два заряда Q1= -1 нКл и Q2=2 нКл находятся на расстоянии d=20 см один от другого. Найти напряженность и потенциал поля, созданного этими зарядами, в точке, расположенной между зарядами на линии, соединяющей заряды на расстоянии r =15 см от первого из них.

  3. В поле точечного заряда из точки, отстоящей на расстоянии r1=5 см от этого заряда, движется вдоль силовой линии заряд Q=1 мкКл. Определить заряд Q, если при перемещении заряда на расстояние r2=5 см полем совершена работа А=1,8 мДж.

  4. Разность потенциалов между пластинами плоского конденсатора U=120 В. Площадь каждой пластины S=100 см2, расстояние между ними d=3 мм. Найти заряд каждой пластины, если между пластинами находится воздух.

  5. Один спай термопары с постоянной k=50 мкВ/°С помещен в печь. другой - в тающий лед. Стрелка гальванометра, подключенного к термопаре, отклонилась при этом на n=200 делений. Определить температуру в печи, если сопротивление гальванометра вместе с термопарой r=12 Ом, а одно деление его шкалы соответствует силе тока 1 мкА (чувствительность гальванометра).

  6. Вычислите напряженность магнитного поля, созданного отрезком прямолинейного проводника длиной 1=8 см в точке, лежащей на перпендикуляре к его середине на расстоянии r = 3 см от проводника, если по проводнику течет ток I=20А.

  7. На каком расстоянии друг от друга необходимо подвесить две лампы, чтобы освещенность на поверхности в точке, лежащей посередине между лампами, была не менее E=280 лк? Высота помещения h =2 м. Сила света каждой лампы I=800 кд.

  8. Увеличение микроскопа =600. Определить оптическую силу Ф объектива, если фокусное расстояние окуляра f2=4 см, а длина тубуса L=24 см.

  9. На щель шириной а=0,2 мм падает нормально монохроматический свет (λ=0,64 мкм). Определите в угловых единицах ширину центральной светлой полосы. Считать, что границе светлой полосы соответствует минимум.

  10. Свет, падая на зеркальную поверхность, оказывает давление р=10 мкПа. Определить энергию света, падающего на поверхность площадью S=1 м2 за 1 с.


IV Вариант

  1. На шелковой нити в воздухе подвешен шарик массой m =100 мг. Шарику сообщен заряд Q1=2 нКл. На каком расстоянии от него следует поместить снизу заряд Q2= - Q1, чтобы сила натяжения нити увеличилась в два раза?

  2. Два заряда Q1=-10 нКл и Q2=20 нКл расположены на расстоянии r =20 см друг от друга. Найти напряженность и потенциал в точке, лежащей посередине между зарядами.

  3. Электрон влетел в однородное поле с напряженностью =20 кВ/м в направлении его силовых линий. Начальная скорость электрона 0=1,2 Мм/с. Найти ускорение, приобретаемое электроном в поле, и скорость через время t=0,1 нc.

  4. Плоский конденсатор с расстоянием между пластинами d=0,5 см заряжен до разности потенциалов U=300 В. Определить объемную плотность энергии поля конденсатора, если диэлектрик — слюда.

  5. Сила тока I в цепи, состоящей из термопары с сопротивлением r1=4 Ом и гальванометра с сопротивлением r2=80 Ом, равна 26 мкА при разности температур спаев t=5 °С. Определить постоянную термопары.

  6. Из проволоки длиной 1=40 см сделана квадратная рамка, по которой течет ток I= 10 А. Найдите напряженность и индукцию магнитного поля в центре этой рамки. Относительная магнитная проницаемость среды µ=2.

  7. На рабочем месте необходимо создать освещенность E=150 лк. Определить силу света лампы, подвешенной на высоте h=2 м.

  8. Фокусные расстояния объектива и окуляра соответственно равны f1=3 мм, f2=3 см. Предмет находится на расстоянии а=3,1 мм от объектива. Вычислить увеличение объектива и окуляра микроскопа.

  9. На щель падает нормально монохроматический свет. Угол отклонения лучей, соответствующих второму минимуму, равен 2°18’. Скольким длинам волн падающего света равна ширина щели?

  10. Вычислить дефект массы и энергию связи ядра дейтерия 21H.


V Вариант

  1. Два точечных заряда Q1=10 нКл и Q2=-8 нКл расположены на расстоянии r =20 см друг от друга. Найти силу, действующую на заряд Q=2 нКл, расположенный посередине между зарядами Q1 и Q2.

  2. Точечный заряд Q создает в точке, находящейся на расстоянии r=10 см от заряда, поле с напряженность E=1 кВ/м. Найти потенциал поля в этой точке и силу, действующую на заряд Q1=2 нКл, помещенный в эту точку поля.

  3. Найдите электрический момент системы электрон — ядро атома водорода, рассматривая эту систему как диполь. Расстояние между ядром и электроном принять равным 10-8 см.

  4. Плоский воздушный конденсатор с площадью поверхности пластин S=100 см2 и расстоянием между ними d=2 мм заряжен до разности потенциалов U=400 В. Найти энергию поля конденсатора.

  5. Термопара медь-константан сопротивлением r1=12 Ом присоединена к гальванометру сопротивлением r2=108 Ом. Один спай термопары находится при температуре t1=22 °C, другой— помещен в исследуемый образец. Сила тока в цепи I=6,25 мкА. Постоянная термопары k=43 мкВ/°С. Определить температуру в образце.

  6. По двум длинным параллельным проводам текут в одинаковом направлении токи I1 = 1А и I2 = 2 А. Расстояние между провода ми l = 6 см. Определите напряженность магнитного поля в точке, удаленной от первого провода на b1= 6 см и от второго на b2=3 см.

  7. Лампа силой света I=400 кд подвешена над центром площадки на высоте h=2,2 м. Площадка квадратной формы со стороной 1,3 м. Определить максимальную и минимальную освещенности площадки.

  8. Фокусное расстояние объектива микроскопа f1=4 мм, окуляра f2=5 см. Найти увеличение этого микроскопа, если предмет помещен на расстоянии а=4,2 мм от объектива микроскопа.

  9. На дифракционную решетку с периодом с = 0,004 мм падает нормально монохроматический свет. При этом главному максимуму четвертого порядка соответствует отклонение от первоначального направления на угол α = 30°. Определите длину волны света.

  10. Определить энергию, необходимую для того, чтобы ядро 73Li разделить на нуклоны.


Вопросы к экзамену по разделу:

Механика

  1. Предмет физики. Связь физики с другими науками. Единицы измерения и размерности физических величин.

  2. Движение материальной точки. Общие определения.

  3. Поступательное движение материальной точки.

  4. Прямолинейное и криволинейное движение.

  5. Кинематика вращательного движения. Вращательное движение материальной точки.

  6. Законы Ньютона. Масса и сила. Принцип суперпозиции сил. Импульс тела. Закон сохранения импульса.

  7. Силы в природе. Сила всемирного тяготения. Сила тяжести. Вес тела. Сила упругости. Силы трения.

  8. Работа и мощность перемещения тела.

  9. Кинетическая и потенциальная энергия. Полная механическая энергия. Закон сохранения полной механической энергии.

  10. Динамика вращательного движения. Момент силы, момент импульса, момент инерции тела.

  11. Свойства момента инерции. Моменты инерции некоторых тел.

  12. Основной закон вращательного движения. Кинетическая энергия вращающегося тела.

  13. Гидродинамика. Общие определения. Уравнение неразрывности. Уравнение Бернулли. Формула Торричелли.

  14. Силы внутреннего трения. Вязкость.

  15. Ламинарное и турбулентное движения. Число Рейнольдса.

  16. Течение жидкости в круглой трубе. Формула Пуазейля.

  17. Движение тел в жидкостях и газах. Формула Стокса.

  18. Гармоническое колебание и его характеристики. Свободные и вынужденные и колебания. Дифференциальные уравнения гармонических колебаний.

  19. Сложение гармонических колебаний. Энергия гармонических колебаний. Резонанс. Автоколебания.

  20. Упругие волны. Волновое уравнение, скорость и энергия упругой волны. Стоячие волны.

  21. Звук. Скорость звука в газах. Эффект Доплера для звуковых волн.

Молекулярная физика и термодинамика.

  1. Основные положения молекулярно-кинетической теории. Масса и размер молекул. Количество вещества.

  2. Давление газа. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории.

  3. Температура. Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул идеального газа.

  4. Число степеней свободы. Распределение энергии по степеням свободы

  5. Уравнение состояния идеального газа. Уравнение Менделеева-Клапейрона.

  6. Изохорический, изобарический, изотермический процессы.

  7. Работа, совершаемая телом при изменении объёма. Работа, совершаемая идеальным газом при различных процессах.

  8. Основные понятия термодинамики. Первое начало термодинамики. Теплоемкость. Молярные теплоемкости при постоянном объеме и давлении.

  9. Второе начало термодинамики. Энтропия.

  10. Термодинамические потенциалы.

  11. Твёрдое тело. Отличительные черты кристаллического и аморфного состояния.

  12. Фазовые превращения и диаграмма состояния вещества. Критическая температура. Тройная точка.

  13. Уравнение Майера. Адиабатический процесс. Уравнение Пуассона.

  14. Циклические процессы. Работа цикла. Тепловые двигатели. КПД теплового двигателя.

  15. Цикл Карно. КПД цикла Карно.

Электричество и магнетизм.

  1. Электрический заряд. Свойства электрических зарядов. Закон Кулона..

  2. Электрическое поле. Напряжённость поля. Диэлектрическая проницаемость. Электрический диполь. Поле диполя.

  3. Работа перемещения заряда в электрическом поле. Потенциал. Связь между напряжённостью и потенциалом.

  4. Проводники в электрическом поле. Равновесие зарядов на проводнике. Проводник во внешнем электрическом поле.

  5. Диэлектрики в электрическом поле. Поляризация диэлектриков. Электрическое поле в диэлектрике.

  6. Электроёмкость. Конденсатор.

  7. Энергия заряженного проводника. Энергия электрического поля.

  8. Электрический ток. Сила тока. Электродвижущая сила. Напряжение. Ток в проводниках. Сопротивление.

  9. Законы Ома, Правила Кирхгофа.

  10. Работа и мощность тока. Закон Джоуля–Ленца.

  11. Магнитное поле. Магнитная индукция. Свойства магнитного поля.

  12. Сила Лоренца. Закон Ампера, Био-Савара-Лапласа.

  13. Магнитный момент тока, взаимодействие токов, индуктивность.

  14. Магнитное поле в веществе. Магнитная проницаемость. Напряжённость магнитного поля.

  15. Диамагнитные, парамагнитные и ферромагнитные вещества.

  16. Закон Фарадея, относительность электрического и магнитного полей.

  17. Электромагнитная индукция. ЭДС индукции. Взаимная индукция и самоиндукция.

  18. Энергия магнитного поля. Электромагнитные колебания. Дифференциальные уравнения колебаний в идеальном и реальном колебательных контурах. Их решение.

  19. Электромагнитные поля и волны. Основные положения теории Максвелла. Уравнение и график электромагнитной волны. Вектор Умова-Пойнтинга. Шкала электромагнитных волн.

  20. Уравнения Максвелла для свободного электромагнитного поля в вакууме

Оптика

  1. Геометрическая оптика. Законы отражения и преломления.

  2. Интерференция света. Когерентность. Способы наблюдения интерференции.

  3. Дифракция света. Дифракция от простейших преград. Дифракционная решётка

  4. Поляризация света. Поляроиды. Вращение плоскости поляризации.

  5. Тепловое излучение тел. Основные величины, характеризующие тепловое излучение. Абсолютно черное тело. Закон Кирхгофа.

  6. Рентгеновские лучи, их свойства. Простейшая рентгеновская трубка. Действие рентгеновского излучения на вещество.

  7. Формула Рэлея. Формула Планка. Постоянная Планка. Энергия и импульс световых квантов.

  8. Фотоэффект. Законы фотоэффекта. Внешний и внутренний фотоэффект. Эффект Комптона.

  9. Люминесценция. Законы фотолюминесценции.

  10. Световое давление. Флуктуации света.

Атомная физика.

  1. Корпускулярно-волновой дуализм. Гипотеза де Бройля. Опыты по дифракции электронов и других частиц. Электронный микроскоп.

  2. Элементы квантовой механики. Волновая функция, ее физический смысл. Уравнение Шредингера. Соотношения неопределённости.

  3. Энергетические уровни молекул. Электронные, колебательные и вращательные спектры молекул.

  4. Виды спектров. Спектральный анализ.

  5. Оптические квантовые генераторы излучения. Свойства лазерного излучения.

  6. Строение атомных ядер. Состав и характеристика атомного ядра. Масса и энергия связи ядра. Модели ядра.

  7. Ядерные силы. Радиоактивные превращения атомных ядер, α, β, γ-распады.

  8. Радиоактивность, основной закон радиоактивного распада. Активность радиоактивных веществ.

  9. Ядерные реакции. Искусственные радиоактивные изотопы, их использование.

  10. Действие α, β, γ и рентгеновского излучения на вещество. Ионизирующая и проникающая способности. Ослабление излучения при прохождении через вещество.

  11. Защита от ионизирующих излучений. Биологическое действие радиоактивного излучения. Дозиметрия ионизирующих излучений.

  12. Цепная реакция.

  13. Термоядерные реакции.

Список литературы.


8.1. Основная литература:

  1. А.А. Детлаф, Б.М. Яворкий. Курс физики. «Высшая школа», М., 2008.

  2. Т.И. Трофимова. Курс физики. «Высшая школа», М., 2008.

  3. Савельев, И. В. Курс физики : учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по техн. и технолог. направлениям и специальностям : в 3 т. Т. 1. Механика. Молекулярная физика. – 3-е изд., стереотип. – СПб. : Лань, 2007. – 352 с.

  4. Грабовский Р.И. Курс физики: учебник. – 6-е. изд. – СПб.: Лань, 2002. – 608 с.

  5. Трофимова Т.И. Сборник задач по курсу физики: учеб. пособие для инж.-техн. специальностей вузов. – 4-е изд. – М.: высш. шк., 2008. – 405 с.: ил. – (Гр). – ISBN 978-5-06-004439-3


8.2. Дополнительная литература:

  1. Б.М. Яворский и А.А. Детлаф. Справочник по физике. Наука, М.2009

  2. И.В.Савельев. Курс общей физики Т1-3

  3. С.Г.Калашников. Электричество, 1970г.

  4. Г.А.Зисман О.М.Тодес. Курс общей физики Т1-3.

  5. Савельев, И. В. Курс физики : учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по техн. и технолог. направлениям и специальностям : в 3 т. Т. 2. Электричество. Колебания и волны. Волновая оптика. – 3-е изд., стереотип. – СПб. : Лань, 2007. – 480 с.

  6. Савельев, И. В. Курс физики : учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по техн. и технолог. направлениям и специальностям : в 3 т. Т. 3. Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц. – 3-е изд., стереотип. – СПб. : Лань, 2007. – 320 с.

  7. Фирганг, Е. В. Руководство к решению задач по курсу общей физики : учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по техническим и технологическим направлениям и специальностям. – 2-е изд., испр. – СПб. : Лань, 2008. – 352 с.

Приложение

1.Единицы физических величин СИ, имеющие собственные наименования

Величина

Единица

Наименование

Обозначение

Длина

Метр

М

Масса

Килограмм

Кг

Время

Секунда

С

Плоский угол

Радиан

Рад

Телесный угол

Стерадиан

Ср

Сила, вес

Ньютон

Н

Давление

Паскаль

Па

Напряжение (механическое)

Паскаль

Па

Модуль упругости

Паскаль

Па

Работа, энергия

Джоуль

Дж

Мощность

Ватт

Вт

Частота колебаний

Герц

Гц

Термодинамическая температура

Кельвин

К

Разность температур

Кельвин

К

Теплота, количество теплоты

Джоуль

Дж

Количество вещества

Моль

Моль

Электрический заряд

Кулон

Кл

Сила тока

Ампер

А

Потенциал электрического поля, электрическое напряжение

Вольт

В

Электрическая емкость

Фарад

Ф

Электрическое сопротивление

Ом

Ом

Электрическая проводимость

Сименс

См

Магнитная индукция

Тесла

Тл

Магнитный поток

Вебер

Вб

Индуктивность

Генри

Гн

Сила света

Кандела

Кд

Световой поток

Люмен

Лм

Освещенность

Люкс

Лк

Поток излучения

Ватт

Вт

Поглощенная доза излучения (доза излучения)

Грэй

ГР

Активность изотопа

Беккерель

Бк


2.Множители и приставки для образования десятичных кратных и дольных единиц и их наименований1

Множи-тель

Приставка

Обозначение приставки

Множи-

тель

Приставка

Обозначение приставки

Между­нар.

Русское

Междунар.

Русское

1018

экса

Е

Э

10-1

деци

d

д

1015

пета

Р

П

10-2

санти

c

с

1012

тера

Т

Т

10-3

милли

m

м

109

гига

G

Г

10-6

микро

мк

106

мега

М

М

10-9

Нано

n

н

1O3

кило

k

к

10-12

пико

P

п

102

гекто

h

г

10-15

фемто

f

ф

101

дека

da

да

10-18

атто

a

а

Примечание. Приставки гекто, дека, деци и санти допускается применять только в наименованиях кратных и дольных единиц, уже получивших широкое распространение (гектар, декалитр, дециметр, сантиметр и др.).

При сложном наименовании производной единицы СИ приставку при­соединяют к наименованию первой единицы, входящей в произведение или числитель дроби. Например, кПа·с/м, но не Па·кс/м.

3.Внесистемные единицы, допускаемые к применению наравне с единицами СИ

Наименование величины

Единицы

Наименование

Обозначение

Соотношение с единицей СИ4

Масса

тонна

атомная единица массы

т

а.е.м

103 кг

1,66·10-27 кг

Время1

минута

час

сутки

мин

ч

сут

60с

3600с

86400с

Плоский угол

градус

минута

секунда

град2

0

´

´´

град

1,74·10-2рад

2,91·10-4рад

4,85·10-6рад

(л/200) рад

Объем, вместимость

литр3

л

10-3м3

Длина

астрономическая единица

световой год

парсек

а.е.

св.год

пк

1,50·1011м

9,46·1015

3,08·1016м

Оптическая сила

диоптрия

дптр

1 м-1

Площадь

гектар

га

104м2

Энергия

электрон-вольт

эВ

1,60·10-19Дж

Полная мощность

вольт-ампер

В·А


Реактивная мощ­ность

вар

вар


Примечание. Единицы времени (минуту, час, сутки), плоского угла (градус, минуту, секунду), астрономическую единицу, световой год, диоптрию н атом­ную единицу массы не допускается применять с приставками.


4. Соотношение между внесистемными единицами и единицами СИ

Единицы пространства и времени. Единицы механических величин

Длина

1 ангстрем(А) = 10-10м=10=8см

Время

1 сут = 86400с

1 год = 365,25сут = 3,16·10-2с

Плоский угол

10 = /180рад = 1,75·10-2рад

1'= /108·10-2рад = 2,91·10-4рад

1''=/648·10-3рад = 4б85·10-6рад

Объём, вместимость

1 л = 10-30 м3 = 103 см3

Масса

1 т = 103 кг

1 а.е.м. = 1,66·10-27 кг

Сила

1 кгс·м = 9,81 Н

Работа, энергия

1 кгс·м = 9,81 Дж

1 Вт·ч = Э,6·103 Дж

1 эВ = 1,60·10-19 Дж

Мощность

1 л.с.= 736 Вт

Давление

1 кгс/см2 = 9,81·104 Па

1 мм рт. ст. = 133 Па

1 бар = 105 Па

1 атм = 1,01·105 Па

Напряжение (механическое)

1 кгс/мм2 = 9,81·106 Па

Частота вращения

1 об/с = 1,01 с-1

1 o6/мин =l/60 с-1

Волновое число

1 см-1 = 100 м-1

Единицы величин молекулярной физики и термодинамики

Концентрация частиц

1 см-3 =106 м-3

Теплота (количество теплоты)

1 кал = 4,19 Дж

1 ккал = 4,19·103 Дж

Единицы электрических и магнитных величин

Электрический момент диполя

1 Д =3,34·10-30 Кл·м

Удельное электрическое сопротивление

1 Oм·мм2/м = 10-6 Ом·м


Магнитная индукция

1 Гс = 10-4 Тл

Магнитный поток

1 Мкс = 10-8 Вб

Напряженность магнитного поля

1 Э = hello_html_20624684.gif= 79,6 А/м

Единицы световых величин и величин энергетической фотометрии

Освещенность

1 фот = 104 лк

Единицы величин, ионизирующих излучений

Доза излучения(поглощенная доза излучения)

1 рад = 0,01 Гр


Мощность дозы излучения(мощность поглощенной дозы излучения)

1 рад/с = 0,01 Гр/с

1 рад/ч = 2,78·10-6 Гр/с

Экспозиционная доза рентгеновского и гамма-излучений

1 Р = 2,58·10-4 Кл/кг

Мощность экспозиционной дозы рентгеновского и гамма-излучения

1 Р/мин = 4,30·10-6 А/кг

1 Р/ч = 7,17·10-8 А/кг

Активность нуклида в радиоактивном источнике (активность изотопа)

1 расп./с = 1 Бк

1 Ки = 3,70·1010 Бк

Плотность потока ионизирующих частиц

1 част./(с·м2) = 1 с-1 м-2

5. Некоторые астрономические величины

Радиус Земли. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6,37·106 м

Масса Земли. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5,98 ·1024 кг

Радиус Солнца. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6,95 ·108 м

Масса Солнца. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1,98·1030 кг

Радиус Луны. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,74·106 м

Масса Луны. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7,33·1030 кг

Расстояние от центра Земли до центра Солнца. . . . . 1,49·1011 м

То же, до центра Луны. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3,84·108 м

Период обращения Луны вокруг Земли. . . . . . . . . .. .27,3сут = 2,36·106 с


6. Плотность твердых тел и жидкостей (Мг/м3, или г/см3)


Твердые тела

Алюминий. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.70
Висмут. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9,80

Вольфрам. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19,3

Железо(чугун, сталь). . . . . . . . . . . . . 7,87

Золото. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19,3

Каменная соль. . . . . . . . . . . . . . . . . . .2,20

Латунь. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8,55

Марганец. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7,40

Медь. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8,93

Никель. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8,80

Платина. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21,4

Свинец. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11,3

Серебро. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10,5

Уран. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18,7

Жидкости (при 15 оС)

Вода (дистиллированная при 4°С). . . . . . .1,00

Глицерин. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1,26

Керосин. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . .. . . 0,8

Масло (оливковое, смазочное). . . . . . . . . . 0,9

Масло касторовое. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .0,96

Ртуть. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13,6

Сероуглерод. . . . . . . . . . . . . . . . . 1,26

Спирт. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,8

Эфир. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .0,7



7.Плотность газов при нормальных условиях (кг/м3)


Азот. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1,25

Аргон. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,78

Водород. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,09

Воздух. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1,29

Гелий. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,18

Кислород. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1,43


  1. Упругие постоянные твердых тел (округленные значения)


Вещество

Модуль Юнга Е, Гпа

Модуль сдвига G, Гпа

Алюминий

69

24

Вольфрам

380

140

Железо (сталь)

200

76

Медь

98

44

Серебро

74

27


9. Эффективный диаметр молекул, динамическая вязкость и

теплопроводность газов при нормальных условиях


Вещество

Эффективный диаметр d, нм

Динамическая вязкость , мкПа·с

Теплопроводность , мВт/(м·К)

Азот

0,38

16,6

24,3

Аргон

0,35

21,5

16,2

Водород

0,28

8,66

168

Воздух

-

17,2

24,1

Гелий

0,22

-

-

Кислород

0,36

19,8

24,4

Пары воды

-

8,32

15,8


10. Критические параметры и поправки Ван-дер-Ваальса


Газ

Критическая

температура

Ткр, К

Критическое давление

Ркр, Мпа

Поправки Ван-дер-Ваальса

а,Н·м4/моль2

b,10-5 м3/моль

Азот

126

3,39

0,135

3,86

Аргон

151

4,86

0,134

3,22

Водяной пар

647

22,1

0,545

3,04

Кислород

155

5,08

0,136

3,17

Неон

44,4

2,72

0,209

1,70

Углекислый газ

304

7,38

0,361

4,28

Хлор

417

7,71

0,650

5,62


11. Динамическая вязкость жидкостей при 20 °С (мПа·с)

Вода. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,00

Глицерин. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1480

Масло касторовое. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 987

Масло машинное. . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . 200

Ртуть. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .1,58



12. Поверхностное натяжение жидкостей при 20 °С (мН/м)

Вода. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

Глицерин. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

Мыльная вода. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

Ртуть. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5,0·102

Спирт. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22


13. Теплопроводиость, дж/ (м. с К

Бетон . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,817

Песок. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .0,671

Кирпич. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,71

Суглинистая почва . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,01


14. Диэлектрическая проницаемость

Вода. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

Масло(трансформаторное) . . . . . . . . . . . 2,2

Парафин. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2,0

Слюда. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7,0

Керосин. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2,0

Стекло. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7,0

Фарфор. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5,0

Эбонит. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3,0

Воздух. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,0



15. Удельное сопротивление и температурный коэффициент проводников

Вещество

при 200С, нОм·м

, 0С-1

Железо

Медь

Алюминий

Графит

98

17

26

3,9·103

6,2·10-3

4,2·10-3

3,6·10-3

-0,8·103


16. Показатели преломления n

Алмаз. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2,42

Вода. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,33

Масло коричное. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,60

Сероуглерод. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1,63

Стекло. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,50



Примечание. Показатели преломления стекла зависят от сорта стекла и длины волны проходящего через него излучения. Поэтому приведен­ное здесь значение показателя преломления следует рассматривать как условное н использовать его только в том случае, когда он не указан в условии задачи.


17. Работа выхода электронов из металла

Металл

А,эВ

А ·10-19, Дж

Металл

А,эВ

А ·10-19, Дж

Калий

2,2

3,5

Платина

6,3

10,1

Литий

2,3

3,7

Серебро

4,7

7,5

Натрий

2,5

4,0

Цинк

4,0

6,4


18. Масса нейтральных атомов

Элемент

Порядковый номер

Изотоп

Масса, а.е.м.

Элемент

Порядковый номер

Изотоп

Масса, а.е.м.

(Нейтрон)

Водород

0

1

N

1H
2H
3H

1,00867

1,00783

2,01410

3.01605

Натрий

11

22Na

23Na

21,99444

22,98977

Гелий

2

3Не

4Не

3,01603

4,00260

Магний

12

23Mg

22,99414

Литий

3

6Li

7Li

6,01513

7,01601

Алюминий

13

30Al

29,99817

Бериллий

4

7Ве

9Be

10Be

7,01693

9,01219

10,01354

Кремний

14

31Si

30,97535

Бор

5

9В

10В

11В

9,01333

10,01294

11,00931

Фосфор

15

31P

30,97376

Углерод

6

10С

12С

13C

14С

10,00168

12,00000

13,00335

14,00324

Калий

19

31K

40,96184

Азот

7

13N

14N

15N

13,00574

14,00307

15,00011

Кальций

20

44Ca

43,95549

Кислород

8

160

170

180

15,99491

16,99913

17,99916

Свинец

82

206Pb

205,97446

Фтор

9

19F

18,99840

Полоний

84

210Po

209,98297


19. Масса и энергия покоя некоторых элементарныхчастиц и легких ядер

Частица

Масса

Энергия

m0, кг

m0 а.е.м.

Е0,Дж

Е0,МэВ

Электрон

9,11·10-31

0,00055

8,161·10-14

0,511

Нейтральный мезон

2,41·10-28

0,145261

__

135

Протон

1,67·10-27

1,00728

1,50·10-10

938

Нейтрон

1,68·10-27

1,00867

1,5·10-10

939

Дейтон

3,35·10-27

2,01355

3,00·10-10

1876

-Частица

6,64·10-27

4,00149

5,96·10-10

3733




20. Период полураспада радиоактивных изотопов

Изотоп

Символ изотопа

Тип распада

Период полураспада

Изотоп

Символ изотопа

Тип распада

Период полураспада

Актиний

hello_html_m528febd0.gif

10 сут

Радон

hello_html_62ecb2a1.gif

3,8 сут

Йод

hello_html_m3f8bded2.gif

-,

8 сут

Стронций

hello_html_m6bb4dbc9.gif

-

28 лет

Иридий

hello_html_60808324.gif

-,

75 сут

Торий

hello_html_4f51c0bc.gif

,

7·103 лет

Кобальт

hello_html_a56fb22.gif

-,

5,3 года

Уран

hello_html_m27078911.gif

,

4,5·109 лет

Магний

hello_html_35723d3d.gifhello_html_m53d4ecad.gif

-

10 мин

Фосфор

hello_html_m94002a8.gif

-

14,3 сут

Радий

hello_html_m64d213cf.gif

10-3 с

Натрий

hello_html_m481fabe4.gif

2,6 года

Радий

hello_html_4bb7f397.gif

,

1,62·103 лет






21. Основные физические постоянные

(округленные с точностью до трех значащих цифр)


Нормальное ускорение свободного падения

Гравитационная постоянная

Постоянная Авогадро

Унивесальная газовая постоянная

Стандартный объем1

Постоянная Больцмана

Постоянная Фарадея

Элементарный заряд (заряд электрона)

Масса электрона

Удельный заряд электрона

Скорость света в вакууме2

Постоянная Стефана — Больцмана

Постоянная закона смещения Вина

Постоянная Планка


Постоянная Ридберга


Атомная единица массы

Ядерный магнетон

g = 9,81 м/с2

G = 6,67·10-11 м3(кг·с2)

Na = 6,02·1023 моль-1

R= 8,31 Дж/(К·моль)

Vm = 22,4·10-3 м3/моль

k = 1,38·10-23 Дж/К

F = 9,65·104 Кл/моль

е = 1,60·10-19 Кл

me=9,11·10-31 кг

е/m = 1,76·1011 Кл/кг

с = 3,00·108 м/с

= 5,67·10-8 Вт/(м2·К4)

С = 2,90·10-3 м·К

h = 6,63·10-34 Дж·с

ћ = h/(2) = 1,05·10-34 Дж·с

R´ = 1,10·107 м-1

R = 3,29·1015 с-1

1 а.е.м. = 1,66·10-27 кг

N = 5,05·10-27 Дж/Тл


Содержание



1 В соответствии с международным стандартом ИСО 31/0—74 десятич­ные кратные и дольные единицы не являются единицами СИ.

4

1 Допускается также применять другие единицы, получившие широкое распростране­ние. Например, неделя, месяц, год, век, тысячелетие и т. п.

2 Допускается применять по-русски наименование сгон».

3Не рекомендуется применять при точных измерениях. При возможности смешения обозначения с цифрой 1 допускается обозначение L.

4 Соотношения с единицей СИ даны приближенно с точностью до трех значащих цифр.

1 Молярный объем идеального газа при нормальных условиях.

2 Скорость света в вакууме, по данным измерений на 1973г., равна (299792,4620,018)км/с


Методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине «Общая физика»
  • Физика
Описание:

Методические указания предназначены для студентов естественно-географического факультета, направление подготовки120700 «Землеустройство и кадастры», профиль подготовки «Землеустройство». В пособии изложены общие требования по выполнению и оформлению контрольных работ, приведены основные законы и  формулы по разделам, рассмотрены примеры решения задач, даны варианты контрольных заданий. В конце методического пособия представлены справочные данные, которые необходимы для выполнения контрольной работы, а также вопросы на экзамен и список литературы для подготовки.

Автор Рогожникова Олеся Анатольевна
Дата добавления 18.12.2014
Раздел Физика
Подраздел
Просмотров 1069
Номер материала 7531
Скачать свидетельство о публикации

Оставьте свой комментарий:

Введите символы, которые изображены на картинке:

Получить новый код
* Обязательные для заполнения.


Комментарии:

↓ Показать еще коментарии ↓




Похожие материалы