Размещено на http://www.allbest.ru/

Материалы для подготовки к ЕГЭ

по физике 11 класс

Содержание

1. Теория: магнитное поле, электромагнетизм

2. Тесты: магнитное поле, электромагнетизм

Магнитное поле

Опыт Эрстеда. Магнитная стрелка, расположенная вблизи проводника с током поворачивается. Опыт доказывает, что электрический ток (движущиеся электрически заряженные частицы) создают магнитное поле.

Опыт Ампера. Взаимодействие двух проводников с током: два параллельных проводника с током притягиваются, если токи в них текут в одном направлении, и отталкиваются, если они текут в противоположных направлениях.

Магнитное поле - это особая форма материи, которая порождается движущимися заряженными частицами и действует на другие заряженные частицы.

Постоянный магнит - намагниченные тела. Примеры: стрелка компаса, полосовой магнит, дугообразный магнит, Земля. Свойства: 1) имеют два полюса: северный (N) и южный (S); 2) невозможно создать магнит с одним полюсом; 3)притягивают железные предметы; 4) взаимодействуют с движущимися зарядами.

Вектор магнитной индукции - векторная физическая величина, характеризующая магнитное поле. Направление вектора магнитной индукции совпадает с направлением от юга к северу магнитной стрелки.

Линии магнитной индукции - линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора магнитной индукции.

Правило правого буравчика: если ввинчивать буравчик по направлению тока в проводнике, направление скорости движения конца его рукоятки в данной точке совпадает с направлением вектора магнитной индукции.

Прямой ток:	Круговой ток:

Сила Ампера - это сила, действующая на проводник с током со стороны магнитного поля.

,

?- длина активной части проводника, - магнитная индукция,- сила тока, - угол между направлением тока и вектором индукции магнитного поля.

Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки: если кисть левой руки расположить так, что четыре пальца указывают направление тока в проводнике, а вектор магнитной индукции входит в ладонь, то отогнутый на 90⁰ большой палец покажет направление силы, действующей на проводник.

Если угол ? = 90⁰, то сила Ампера максимальна: , а модуль вектора магнитной индукции можно рассчитать по формуле:.

В СИ единица измерения магнитной индукции: 1 Тл (тесла).

Сила Лоренца - это сила, действующая на движущуюся электрически заряженную частицу со стороны магнитного поля.

- магнитная индукция, - электрический заряд, - скорость частицы, - угол между вектором индукции магнитного поля и вектором скорости частицы.

Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки: если кисть левой руки расположить так, что четыре пальца указывают направление скорости положительного заряда, а вектор магнитной индукции

входит в ладонь, то отогнутый на 90⁰ большой палец покажет направление силы Лоренца. Для отрицательного заряда направление меняется на противоположное.

Если электрически заряженная частица влетает в магнитное поле вдоль линий магнитной индукции (? = 0⁰), то .

Если электрически заряженная частица влетает в магнитное поле перпендикулярно линиям магнитной индукции (? = 90⁰), то частица движется по окружности, а сила Лоренца направлена вдоль радиуса к центру окружности, то есть является центростремительной силой.

Если электрически заряженная частица влетает в магнитное поле под углом , то она движется по спирали.

Магнитный поток - физическая величина, равная произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь поверхности и на косинус угла между вектором магнитной индукции и нормалью к поверхности.

Нормаль - вектор, перпендикулярный поверхности.

Единица измерения магнитного потока в СИ: 1 Вб (вебер).

Если ? = 0⁰, - максимальный.

Если ? = 90⁰, .

Магнитные свойства вещества.

Магнитная индукция в среде складывается из индукции внешнего магнитного поля и собственной индукции вещества. Вектор собственной магнитной индукции среды может быть как сонаправлен с вектором магнитной индукции внешнего поля, так и противоположен ему.

Магнитная проницаемость среды - это физическая величина, показывающая, во сколько раз индукция магнитного поля в однородной среде отличается от магнитной индукции внешнего магнитного поля.

Существует три основных класса веществ с разными магнитными свойствами: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики.

Диамагнетики: многие газы (водород, гелий, азот), плазма, металлы (золото, серебро, медь, висмут), стекло, вода, резина, алмаз, древесина, пластики и т.д.

Диамагнетики - это вещества, у которых вектор индукции собственного магнитного поля направлен противоположно вектору индукции внешнего магнитного поля, и значительно меньше его по модулю.

; .

В диамагнетиках внешнее магнитное поле незначительно ослабляется, .

Парамагнетики: кислород, алюминий, платина, уран, щелочные и щелочноземельные металлы.

Парамагнетики - это вещества, у которых вектор индукции собственного магнитного поля сонаправлен с вектором индукции внешнего магнитного поля, и меньше его по модулю.

;

В парамагнетиках внешнее магнитное поле незначительно усиливается, .

Ферромагнетики: железо, никель, кобальт, их сплавы, редкоземельные металлы.

Ферромагнетики - это вещества, у которых вектор индукции собственного магнитного поля сонаправлен с вектором индукции внешнего магнитного поля, и значительно превышает его по модулю.

;

В ферромагнетиках внешнее магнитное поле значительно усиливается.



Тесты по теме «Магнитное поле»

Часть 1

А1. Опыт Ампера состоит в том, что:

1. Магнитная стрелка показывает своим северным полюсом на Север.

2. Два проводника, расположенные параллельно друг другу, отталкиваются, если по ним текут разнонаправленные токи, и притягиваются, если токи имеют одинаковые направления.

3. Магнитная стрелка поворачивается при пропускании электрического тока через проводник, находящийся около нее.

4. Если в катушку вдвигать постоянный магнит, то в ней течет индукционный ток.

А2. Опыт Эрстеда состоит в том, что:

1. Магнитная стрелка показывает своим северным полюсом на Север.

2. Два проводника, расположенные параллельно друг другу, отталкиваются, если по ним текут разнонаправленные токи, и притягиваются, если токи имеют одинаковые направления.

3. Магнитная стрелка поворачивается при пропускании электрического тока через проводник, находящийся около нее.

4. Если в катушку вдвигать постоянный магнит, то в ней течет индукционный ток.

А3. Для того, чтобы изготовить магнит с одним полюсом:

1. Нужно распилить полосовой магнит пополам.

2. Нужно нагреть постоянный магнит.

3. Нужно пропустить через постоянный магнит электрический ток.

4. Магнит с одним полюсом изготовить невозможно.

А4. Свойства магнитного поля:

1. Поле порождается магнитными зарядами и действует на другие магнитные заряды.

2. Магнитное поле порождается движущимися электрическими зарядами и действует на любые электрические заряды.

3. Магнитное поле порождается движущимися электрическими зарядами и действует на другие движущиеся электрические заряды.

4. Магнитное поле порождается любыми электрическими зарядами и действует на другие электрические заряды.

А5. Сила Ампер

1. Сила, действующая на проводник с током со стороны магнитного поля.

2. Сила тяжести, приложенная к проводнику с током.

3. Сила, действующая на заряд в электрическом поле.

4. Сила, действующая на движущийся заряд в магнитном поле.

а - это:

6. Сила Лоренца - это:

1. Сила, действующая на проводник с током со стороны магнитного поля.

2. Сила тяжести, приложенная к проводнику с током.

3. Сила, действующая на заряд в электрическом поле.

4. Сила, действующая на движущийся заряд в магнитном поле.

А7. На рисунке изображен проводник, по которому течет электрический ток. Направление тока указано стрелкой. Как направлен вектор магнитной индукции в точке С?

1. В плоскости чертежа ^.

2. В плоскости чертежа v.

3. От нас перпендикулярно плоскости чертежа.

4. К нам перпендикулярно плоскости чертежа.

А8. На рисунке изображен проводник, по которому течет электрический ток. Направление тока указано стрелкой. Как направлен вектор магнитной индукции в точке С?

1. В плоскости чертежа ^.

2. В плоскости чертежа v.

3. От нас перпендикулярно плоскости чертежа.

4. К нам перпендикулярно плоскости чертежа.

А9. На рисунке изображен проволочный виток, по которому течет электрический ток в направлении, указанном стрелкой.

В центре витка вектор индукции магнитного поля тока направлен:

1. Вертикально вверх ^.

2. Горизонтально влево <.

3. Горизонтально вправо >.

4. Вертикально вниз v.



А10. На рисунке изображен проволочный виток, по которому течет электрический ток в направлении, указанном стрелкой. В центре витка вектор индукции магнитного поля тока направлен:

1. Вертикально вверх ^.

2. Горизонтально влево <.

3. Горизонтально вправо >.

4. Вертикально вниз v.

А11. Протон , влетевший в зазор между полюсами магнита, имеет скорость , перпендикулярную вектору индукции магнитного поля , направленному вертикально (см. рисунок). Куда направлена действующая на протон сила Лоренца ?

1. Горизонтально вправо >.

2. Вертикально вниз v.

3. От нас перпендикулярно плоскости чертежа.

4. К нам перпендикулярно плоскости чертежа.



12. Протон влетает по горизонтали со скоростью в вертикальное магнитное поле индукцией между полюсами электромагнита (см. рисунок). Куда направлена действующая на протон p сила Лоренца ?

1. Вертикально вверх ^.

2. Вертикально вниз v.

3. От нас перпендикулярно плоскости чертежа.

4. К нам перпендикулярно плоскости чертежа.

А13. Рамку, площадь которой равна 2 м², пронизывают линии индукции магнитного поля с индукцией 2 Тл под углом 60⁰ к плоскости рамки. Чему равен магнитный поток, пронизывающий рамку?

1. 2 Вб. 2. 3,46 Вб. 3. 4,6 Вб. 4. 8 Вб.

А14. Рамку, площадь которой равна 0,5 м², пронизывают линии индукции магнитного поля с индукцией 4 Тл под углом 30⁰ к плоскости рамки. Чему равен магнитный поток, пронизывающий рамку?

1. 1 Вб. 2. 1,73 Вб. 3. 2,3 Вб. 4. 4 Вб.

А15. Как изменится магнитное поле катушки с током, если убрать из нее железный сердечник?

1. Уменьшится.

2. Увеличится.

3. Останется тем же.

4. Сначала уменьшится, а затем увеличится.

А16. Как изменится магнитное поле катушки с током, если в нее внести железный сердечник?

1. Уменьшится.

2. Увеличится.

3. Останется тем же.

4. Сначала уменьшится, а затем увеличится.

Часть 2

В1. Участок проводника длиной 10 см расположен в магнитном поле перпендикулярно линиям магнитной индукции. Сила тока через проводник 10 А. При перемещении проводника на 8 см в направлении действия силы Ампера она совершила работу0,004 Дж. Какова индукция магнитного поля?

В2. Электрон движется в вакууме со скоростью 3·10 ⁶ в однородном магнитном поле с индукцией 0,1 Тл. Какова сила Лоренца, действующая на электрон, если угол между направлением скорости электрона и линий магнитной индукции равен 90 ⁰? (Ответ умножьте на 10 ¹⁵ и запишите в бланк ответов.)

Часть 3

С1. Электрон влетает в область пространства с однородным электростатическом полем с напряженностью перпендикулярно линиям напряженности. Определить значение и направление индукции магнитного поля, которое надо создать в этой области для того, чтобы электрон пролетал ее, не испытывая отклонений. Энергия электрона .

С2. По металлической ленте толщиной течет ток . Лента помещена в однородное магнитное поле с индукцией , направленной перпендикулярно поверхности ленты. Определить разность потенциалов между точками А и С ленты, если концентрация свободных электронов в металле равна .

С3. Прямолинейный однородный проводник, подвешенный на двух гибких проволочках одинаковой длины, может вращаться вокруг горизонтальной оси АС. Проводник находится в однородном вертикальном магнитном поле.

Если по проводнику течет ток , проволочки отклоняются от вертикали на угол. При какой силе тока они будут отклоняться на угол? Массой проволочек можно пренебречь.

C4. Медный проводник сечением согнут в виде трех сторон квадрата и подвешен за концы к горизонтальной оси в вертикальное магнитное поле. Когда по проводнику пропускают ток 10 А, он отклоняется от вертикальной оси на угол . Определите величину и направление вектора магнитной индукции. Плотность меди .

Явление электромагнитной индукции

ЭДС индукции в движущемся проводнике. На концах проводника, движущемся в магнитном поле, возникает разность потенциалов, или ЭДС индукции:

- скорость движения проводника, - перпендикулярная составляющая вектора магнитного поля, - длина проводника.

Электромагнитная индукция - это явление возникновения вихревого электрического поля, вызывающего электрический ток в замкнутом контуре при изменении потока магнитной индукции через поверхность, ограниченную этим контуром.

Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея - Максвелла).

ЭДС индукции в замкнутом контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром.

.

Иначе: .

Правило Ленца. Индукционный ток в контуре имеет такое направление, что созданный им магнитный поток через поверхность, ограниченную контуром, препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот ток.

Вихревое электрическое поле. Возникает при изменении магнитного поля.

Свойства вихревого электрического поля:

1. Линии напряженности - замкнутые линии.

2. Это поле не является потенциальным, то есть работа по перемещению электрического заряда не равна нулю. Работа вихревого электрического поля по перемещению единичного положительного заряда вдоль замкнутого проводника численно равна ЭДС индукции в этом проводнике.

Индуктивность - это физическая величина, равная коэффициенту пропорциональности между магнитным потоком через площадь, ограниченную контуром проводника, и силой тока в контуре.

- магнитный поток, - индуктивность, - сила тока.

Единица измерения индуктивности в СИ: 1 Гн (генри).

Индуктивность зависит от формы и размеров проводника. Это свойство проводника создавать магнитное поле.

Самоиндукция - возникновение ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении в нем силы тока.

.

Иначе: .

Энергия магнитного поля катушки: .

Тесты по теме «Явление электромагнитной индукции»

Часть 1

А1. В опыте по исследованию ЭДС электромагнитной индукции квадратная рамка из тонкого провода со стороной квадрата b находится в однородном магнитном поле, перпендикулярном плоскости рамки. Индукция поля возрастает за время t по линейному закону от 0 до максимального значения В_макс. Как изменится ЭДС индукции, возникающая в рамке, если b увеличить в 2 раза?

1. Не изменится.

2. Увеличится в 2 раза.

3. Уменьшится в 2 раза.

4. Увеличится в 4 раза.

А2. В однородном магнитном поле вокруг оси АС с одинаковой
частотой вращаются две одинаковые проводящие рамки (см. рисунок). Отношение амплитуд колебаний ЭДС индукции ??_I : ??_II , генерируемых в рамках I и II, равно:

1. 1:1.

2. 1:2.

3. 1:4.

4. 2:1.

А3. При движении северного полюса магнита в замкнутом кольцевом проводнике в последнем возникает индукционный ток. Каким полюсом обращено магнитное поле кольца к вдвигаемому северному полюсу магнита (магнит обращен северным концом к катушке)?

1. Северным.

2. Южным.

3. Сначала южным, а затем северным.

4. Сначала северным, а затем южным.

А4 При движении южного полюса магнита в замкнутом кольцевом проводнике в последнем возникает индукционный ток. Каким полюсом обращено магнитное поле кольца к вдвигаемому южному полюсу магнита (магнит обращен южным концом к катушке)?

1. Северным.

2. Южным.

3. Сначала южным, а затем северным.

4. Сначала северным, а затем южным.

А5. Катушка замкнута на гальванометр.

1) В катушку вдвигают постоянный магнит.

2) Катушку надевают на постоянный магнит.

Индукционный ток возникает:

1. Только в случае 1.

2. Только в случае 2.

3. В случаях 1 и 2.

4. Ни в случае 1, ни в случае 2.

А6. Изменяясь во времени, магнитное поле порождает:

1. Постоянное магнитное поле.

2. Вихревое электрическое поле.

3. Электростатическое поле.

4. Гравитационное поле.

А7. На рисунке показаны два способа вращения рамки в однородном магнитном поле.



Ток в рамке:

1. Возникает в обоих случаях.

2. Не возникает ни в одном из случаев.

3. Возникает только в случае I .

4. Возникает только в случае II .

А8. На рисунке показаны два способа вращения рамки в однородном магнитном поле. В обоих случаях в рамке возникает ток.

Линии магнитного поля расположены:

1. Горизонтально в обоих случаях.

2. Вертикально в обоих случаях.

3. В случае I вертикально, в случае II горизонтально.

4. В случае I горизонтально, в случае II вертикально.

А9. Сила тока в катушке с индуктивностью 1 Гн увеличилась в 2 раза. Магнитный поток через катушку:

1. Уменьшается в 2 раза.

2. Уменьшается в 4 раза.

3. Увеличивается в 2 раза.

4. Увеличивается в 4 раза.

А10. Сила тока в катушке с индуктивностью 2 Гн уменьшилась в 3 раза. Магнитный поток через катушку:

1. Уменьшается в 3 раза.

2. Уменьшается в 9 раз.

3. Увеличивается в 3 раза.

4. Увеличивается в 9 раз.

А11. При равномерном изменении силы тока в проводнике от 0 до 10 А за 0,1 с в нем возникла ЭДС самоиндукции 10 В. Чему равна индуктивность проводника?

1. 10 Гн. 2. ?10?^(-1) Гн. 3. 3•?10?^(-2) Гн. 4.?10?^3 Гн.

А12 В катушке с индуктивностью 80 мГн проходит постоянный ток 2 А. Определите время убывания тока до 0 при размыкании цепи, если ЭДС самоиндукции равна 16 В.

1. 0,64 с. 2. 2•?10?^2 с. 3. ?10?^(-2) с. 4.?4•10?^2 с.

А13. Во сколько раз надо уменьшить индуктивность катушки, чтобы при неизменном значении силы тока в ней энергия магнитного поля катушки уменьшилась в 4 раза?

1. В 2 раза. 2. В 4 раза. 3. В 8 раз. 4. В 16 раз.

А14. Количество витков в катушке увеличили в 2 раза. Как изменилась энергия магнитного поля катушки при неизменном значении силы тока?

1. Увеличилась в 2 раза.

2. Уменьшилась в 2 раза.

3. Увеличилась в 4 раза.

4. Уменьшилась в 4 раза.

Часть 2

В1. Замкнутый проводящий контур, площадь которого 100 см², закреплен на горизонтальной оси в вертикальном однородном магнитном поле с индукцией Контур переходит из вертикального положения в горизонтальное так, что магнитный поток через него меняется равномерно. Определите силу тока в нем, если сопротивление контура 0,1 Ом, а время перехода 0,1 с.

В2.В однородном вертикальном магнитном поле индукциейв горизонтальной плоскости вращается стержень длиной1 м. Определите ЭДС, индуцируемую в проводнике, если частота его вращения 10 Гц, а ось вращения проходит через один из концов стержня.

Часть 3

С1. Два вертикальных рельса, находящихся в магнитном поле с индукцией В на расстоянии 1 м друг от друга, соединены вверху третьим рельсом (см. рисунок).

Вдоль них скользит вниз без трения горизонтальный проводник 1 - 2 массой 1 кг и сопротивлением0,01 Ом. При скорости проводника 1 действующая на него амперова сила уравновешивает силу тяжести. Какова индукция В? (Магнитное поле перпендикулярно плоскости рельсов, сопротивление рельсов пренебрежимо мало).

С2. Горизонтальный проводник длиной 1 м движется равноускоренно в вертикальном однородном магнитном поле. Скорость проводника направлена горизонтально перпендикулярно проводнику (см.рисунок). При начальной скорости проводника, равной нулю, и ускорении 8 он через некоторое время переместился на 1 м. Чему равен модуль индукции магнитного поля, в котором движется проводник, если ЭДС индукции проводника в конце движения равна 2 В?

С3. Медное кольцо, диаметр которого 20 см, диаметр провода кольца 2 мм, расположено в однородном магнитном поле. Плоскость кольца перпендикулярна вектору магнитной индукции. Определите модуль скорости изменения магнитной индукции со временем, если при этом в кольце возникает индукционный ток 10 А. Удельное сопротивление меди 1,72 · 10-⁸ Ом · м.

С4. Проводящий плоский контур площадью 200 см², в который включен конденсатор емкостью 10 мкФ, расположен в однородном магнитном поле так, что вектор нормали к контуру образует с вектором магнитной индукции угол 60 ⁰. Изменение магнитной индукции во времени описывается уравнением (Тл). Определите энергию конденсатора в момент времени t = 2 с. Индуктивностью контура пренебречь.

Электромагнитные колебания

Колебательный контур - это цепь, состоящая из последовательно включенных катушки индуктивности и конденсатора.

В колебательном контуре могут возникать свободные электромагнитные колебания.

Эти колебания представляют собой периодическое изменение электрического заряда на обкладках конденсатора и силы тока, проходящего по катушке:

магнитное поле индукция электромагнитный

;

.

Электромагнитные колебания заряда и силы тока в колебательном контуре сопровождаются взаимными превращениями электрического и магнитного полей.

;

;

.

Циклическая (собственная) частота колебаний в колебательном контуре равна:

,

где - индуктивность катушки, - электроемкость конденсатора.

Период собственных колебаний заряда на конденсаторе и силы тока в катушке индуктивности определяют по формуле Томсона:

Свободные электромагнитные колебания являются затухающими, так как энергия в реальном колебательном контуре расходуется на нагревание проводников. Поэтому энергию колебательного контура необходимо пополнять. Это возможно, если подключить колебательный контур в цепь генератора переменного тока, осуществляющего «подпитку» контура энергией. Такие колебания называются вынужденными.

Открытие явления электромагнитной индукции позволило получать электрический ток в промышленных масштабах.

Для получения переменного тока используют генераторы переменного тока. Основным элементом генератора является рамка, вращающаяся в магнитном поле. Во вращение рамку может приводить паровая турбина, гидротурбина, двигатель внутреннего сгорания, ветряная турбина, турбина на приливных электростанциях.

Вращающаяся часть генератора называется ротор, а неподвижная - статор.

Частота промышленного переменного тока в России 50 Гц. Такой эталон частоты выбран с учетом инерционности человеческого зрения, позволяющего различать сигналы длительностью 0,05 с. Частота 50 Гц достаточна для того, чтобы человеческий глаз не замечал изменения интенсивности излучения ламп накаливания.

Транспортировка электроэнергии от электростанции до потребителя осуществляется по линиям электропередач (ЛЭП). Для сохранения передаваемой мощности (снижение потерь) напряжение в ЛЭП должно быть порядка 400 - 500 кВ. Потери мощности обратно пропорциональны квадрату передаваемого напряжения.

Действующее значение силы переменного тока равно силе постоянного тока, при котором в проводнике выделяется такое же количество теплоты, что и при переменном токе за тот же промежуток времени.

В общем виде цепь переменного тока состоит из:

1) источника переменного тока с ЭДС:

;

2) резистора;

3) конденсатора;

4) катушки индуктивности.

Каждый из элементов: резистор, конденсатор, катушка, влияют на силу тока в цепи.

Резистор в цепи переменного тока.

Напряжение и сила тока в резисторе изменяются с течением времени синхронно, то есть совпадают по фазе в любой момент времени.

Резистор в цепи переменного тока называется активным сопротивлением.

При прохождении переменного тока через активное сопротивление выделяется тепло.

Конденсатор в цепи переменного тока.

Колебания силы тока опережают колебания напряжения на , то есть сдвинуты по фазе на .

Конденсатор в цепи переменного тока является реактивным сопротивлением. При прохождении переменного тока через реактивное сопротивление среднее значение мощности за период равно нулю. Однако конденсатор влияет на силу тока. Такое сопротивление называется ёмкостным сопротивлением.

Катушка индуктивности в цепи переменного тока.

Колебания силы тока отстают от колебаний напряжения на , то есть сдвинуты по фазе на .

Катушка индуктивности в цепи переменного тока тоже является реактивным сопротивлением. Оно называется индуктивным.

.

Резонанс в колебательном контуре - физическое явление резкого возрастания амплитуды колебаний силы тока в контуре при совпадении частоты вынужденных колебаний с частотой собственных колебаний в нем.

Это явление широко используется в радиотехнике: в схемах настройки радиоприемников, усилителей, генераторов высокочастотных колебаний.

Трансформатор - устройство, применяемое для повышения или понижения переменного напряжения.

Трансформатор состоит из магнито-мягкого стального сердечника, на который надеты две катушки с проволочными обмотками. Первичная обмотка (число витков ) - подключается к источнику переменного тока. Вторичная обмотка (число витков ) - подключается к нагрузке. Благодаря явлению электромагнитной индукции в каждой из этих катушек возникает ЭДС индукции.

Если сопротивлением обмоток пренебречь, то ЭДС индукции в них равны напряжению на их зажимах.

Коэффициент трансформации - величина, равная отношению напряжений в первичной и вторичной обмотках трансформатора:



Повышающий трансформатор - трансформатор, увеличивающий напряжение. У него число витков во вторичной обмотке больше числа витков в первичной обмотке ().

Понижающий трансформатор - трансформатор, уменьшающий напряжение. У него число витков во вторичной обмотке меньше числа витков в первичной обмотке ().

Тесты по теме «Электромагнитные колебания»

Часть 1

А1. Изменение электрического заряда конденсатора колебательного контура происходят по закону: . Циклическая частота колебаний заряда равна:

1. ?10?^(-2) с^(-1). 2. 20t с^(-1). 3. 20 с^(-1). 4.10 с^(-1).

А2. Изменение электрического заряда конденсатора колебательного контура происходят по закону: . Циклическая частота колебаний заряда равна:

1. ?10?^(-3) с^(-1). 2. 6? t с^(-1). 3. 6? с^(-1). 4.?6 с?^(-1).

А3. Сила тока в цепи изменяется по закону: Частота электрических колебаний в цепи равна:

1. 3 Гц. 2. 20 Гц. 3. 10/? Гц. 4. ?/10 Гц.

А4. Сила тока в цепи изменяется по закону: Период электрических колебаний в цепи равен:

1. 2 с. 2. 10 с. 3. ?/5 с. 4. 5/? с.

5. Колебательный контур состоит из конденсатора электроемкостью C и катушки индуктивностью . Как изменится период свободных электромагнитных колебаний в этом контуре, если и электроемкость конденсатора, и индуктивность катушки увеличить в 2 раза?

1. Не изменится.

2. Увеличится в 4 раза.

3. Уменьшится в 2 раза.

4. Увеличится в 2 раза.

А6. Колебательный контур состоит из конденсатора электроемкостью и катушки индуктивностью . Как изменится частота свободных электромагнитных колебаний в этом контуре, если и электроемкость конденсатора, и индуктивность катушки увеличить в 2 раза?

1. Не изменится.

2. Увеличится в 4 раза.

3. Уменьшится в 2 раза.

4. Увеличится в 2 раза.

А7. В наборе радиодеталей для изготовления простого колебательного контура имеются две катушки с индуктивностями и , а также два конденсатора, емкости которых и.. При каком выборе двух элементов из этого набора период собственных колебаний контура будет наибольшим?

1. L_(1 ) и С_1. 2. L_(1 ) и С_2. 3. L_(2 ) и С_2.4.L_(2 ) и С_1.

А8. В наборе радиодеталей для изготовления простого колебательного контура имеются две катушки с индуктивностями, и а также два конденсатора, емкости которых и . При каком выборе двух элементов из этого набора частота собственных колебаний контура будет наибольшей?

1. L_(1 ) и С_1. 2. L_(1 ) и С_2. 3. L_(2 ) и С_2. 4. L_(2 ) и С_1.

А9. При гармонических электрических колебаниях в колебательном контуре максимальное значение энергии электрического поля конденсатора равно 30 Дж, максимальное значение магнитного поля катушки 30 Дж. Как изменяется во времени полная энергия электромагнитного поля контура?

1. Изменяется от 0 до 30 Дж.

2. Изменяется от 0 до 60 Дж.

3. Не изменяется и равна 60 Дж.

4. Не изменяется и равна 30 Дж.

А10. При гармонических электрических колебаниях в колебательном контуре максимальное значение энергии электрического поля конденсатора равно 50 Дж, максимальное значение магнитного поля катушки 50 Дж. Как изменяется во времени полная энергия электромагнитного поля контура?

1. Изменяется от 0 до 50 Дж.

2. Изменяется от 0 до 100 Дж.

3. Не изменяется и равна 100 Дж.

4. Не изменяется и равна 50 Дж.

А11. Как изменится амплитуда колебаний ЭДС индукции в проволочной рамке, вращающейся в однородном магнитном поле, при увеличении индукции магнитного поля в 2 раза и увеличении частоты вращения в 2 раза?

1. Уменьшится в 4 раза.

2. Останется неизменной.

3. Увеличится в 2 раза.

4. Увеличится в 4 раза.

А12. Как изменится амплитуда колебаний ЭДС индукции в проволочной рамке, вращающейся в однородном магнитном поле, при уменьшении индукции магнитного поля в 2 раза и увеличении частоты вращения в 2 раза?

1. Уменьшится в 4 раза.

2. Останется неизменной.

3. Увеличится в 2 раза.

4. Увеличится в 4 раза.

А13. Емкость конденсатора в цепи переменного тока равна 50 мкФ. Зависимость напряжения на конденсаторе от времени имеет вид: , где все величины выражены в СИ. Найдите амплитуду колебаний силы тока.

1. 6•?10?^(-6 ) А. 2. 4,2•?10?^(-4 ) А. 3. 1,5 А. 4. 6•?10?^(8 ) А.

А14. На рисунке приведен график зависимости силы тока от времени в колебательном контуре с последовательно включенными конденсатором и катушкой, индуктивность которой равна 0,2Гн. Максимальное значение энергии электрического поля конденсатора равно:

1. 2,5•?10?^(-6) Дж.

2. 5•?10?^(-4) Дж.

3. 5•?10?^(-6) Дж.

4. ?10?^(-3) Дж.

А15. Колебания напряжения на конденсаторе в цепи переменного тока описываются уравнением , где все величины выражены в СИ. Емкость конденсатора равна 6 мкФ. Найдите амплитуду силы тока.

1. 0,002 А. 2. 0,12 А. 3. 0,2 А. 4. 1,2 А.

Часть 2

В1. В таблице показано, как менялся заряд конденсатора в колебательном контуре с течением времени. Какова емкость конденсатора, если индуктивность контура 32 Гн? (Ответ выразите в пикофарадах и округлите до десятых.)

	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
	2	1,42	0	-1,42	-2	-1,42	0	1,42	2	1,42

В2. В идеальном колебательном контуре происходят свободные электромагнитные колебания. В таблице показано, как изменялся заряд конденсатора в колебательном контуре с течением времени.

	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
	4	2,84	0	-2,84	-4	-1,84	0	2,84	4	2,84

Вычислите по этим данным амплитуду колебаний силы тока в катушке. Ответ выразите в миллиамперах (мА), округлив его до десятых.

Часть 3

С1. Каков период электромагнитных колебаний в колебательном контуре, если амплитуда силы тока 10 мА, а амплитуда электрического заряда на пластинах конденсатора 1 мкКл?

С2. В идеальном колебательном контуре амплитуда колебаний силы тока 5 мА, а амплитуда напряжения на конденсаторе равно 1,2 В. Найдите силу тока в колебательном контуре в этот момент.

С3. Простой колебательный контур содержит конденсатор емкостью 1 мкФ и катушку индуктивности 0,01 Гн. Какой должна быть емкость конденсатора, чтобы циклическая частота колебаний энергии конденсатора в контуре увеличилась на ?

С4. Катушка индуктивностью 31 мГн присоединена к плоскому конденсатору с площадью каждой пластины 20 см² и расстоянием между ними 1 см. Чему равна диэлектрическая проницаемость среды, заполняющая пространство между пластинами конденсатора, если амплитуда силы тока в контуре 0,2 мА и амплитуда напряжения 10 В?

Электромагнитные волны

Электромагнитная волна - это переменное электромагнитное поле, распространяющееся в пространстве. Теоретически предсказал существование электромагнитных волн в 1864 году Д. К. Максвелл. Обнаружил электромагнитные волны экспериментально Г.Герц в 1887 году.

Свойства электромагнитных волн.

1. Источник электромагнитных волн - электрически заряженная частица, движущаяся с ускорением.

2. Электромагнитная волна - поперечная волна, то есть колебания вектора магнитной индукции и вектора напряженности электрического поля взаимно перпендикулярны и происходят перпендикулярно направлению распространения волны.

3. Электромагнитные волны распространяются в вакууме со скоростью света с = 3·108 . Любая среда (твердое тело, жидкость, газ) влияют на распространение электромагнитных волн в сторону уменьшения.

4. Период и частота электромагнитной волны равны периоду и частоте электромагнитных колебаний источника.

5. Длина волны - расстояние, на которое распространяется волна за время, равное периоду колебания ее источника.

6. ,, ( , - в вакууме).

Плотность энергии электромагнитного поля в вакууме

(??=1).

7. Электромагнитные волны могут отражаться от различных препятствий. На этом основана радиолокация объектов:- расстояние до объекта, - время, между моментом отправки сигнала и приемом отраженного сигнала.

8. Электромагнитные волны могут преломляться в прозрачных (для данного вида волн) средах.

9. Электромагнитные волны могут огибать препятствия - дифракция.

10. Электромагнитные волны могут складываться - интерференция.

11. Электромагнитные волны могут быть поляризованными.

12. Поток энергии электромагнитной волны - энергия электромагнитного излучения, проходящего в единицу времени (мощность Рэм)сквозь поверхность площадью S:

13. Плотность потока энергии электромагнитной волны - мощность электромагнитного излучения, проходящего сквозь единицу площади поверхности, расположенной перпендикулярно направлению распространения волны:

14.

Интенсивность электромагнитной волны - среднее значение плотности потока энергии электромагнитной волны

.

Интенсивность излучения точечного источника убывает обратно пропорционально квадрату расстояния до источника: Интенсивность гармонической электромагнитной волны прямо пропорциональна четвертой степени ее частоты: . Поэтому излучение электромагнитных волн б?льших частот требует меньшей мощности передатчика.

15. Давление и импульс электромагнитных волн. Давление:

. Импульс: .

Шкала электромагнитных волн.

Диапазон частот электромагнитных волн огромен. Он определяется всеми возможными частотами колебаний заряженных частиц. Переход от одного диапазона излучаемых частот к другому может происходить либо при уменьшении массы колеблющейся заряженной частицы, либо при увеличении энергии связи заряженной частицы.

Границы диапазонов являются условными, а спектр сплошным.

Однако различают:

Вид электромагнитных волн	Диапазон частот, Гц	Диапазон длин волн, м
Волны звуковых частот	0 - 2·104	1,5·104 - ?
Радиоволны	2·104 - 109	0,3 - 1,5·104
Сверхвысокочастотное излучение	109 - 3·1011	10-3 - 0,3
Инфракрасное излучение	3·1011 - 3,85·1014	7,8·10-7 - 10-3
Видимый свет	3,85·1014 - 7,89·1014	3,8·10-7 - 7,8·10-7
Ультрафиолетовое излучение	8·1014 - 3·1016	10-8 - 3,8·10-7
Рентгеновское излучение	3·1016 - 3·1020	10-12 - 10-8
Гамма -излучение	3·1020 - ?	0 - 10-12

Принципы радиосвязи.

Радиосвязь - передача и прием информации с помощью радиоволн, распространяющихся в пространстве без проводов.

Гармонический сигнал радиочастоты, излучаемой в окружающее пространство, не содержит полезной информации. Поэтому передаваемая информация кодируется в радиосигнале. Для радиосвязи требуется радиопередатчик, излучающий радиоволны, переносящие необходимую кодированную информацию, и радиоприемник, улавливающий и декодирующий (расшифровывающий) излучаемый радиопередатчиком сигнал.

Модуляция - кодированное изменение передаваемого сигнала. Различают амплитудную и частотную модуляцию. Амплитудная модуляция - изменение амплитуды высокочастотных колебаний по закону изменения передаваемого звукового сигнала. Частотная модуляция - изменение частоты высокочастотных колебаний по закону изменения передаваемого звукового сигнала.

Детектирование (демодуляция) - процесс выделения низкочастотных (звуковых) колебаний из модулированных колебаний высокой частоты.

Виды радиосвязи: радиотелеграфная, радиотелефонная, радиовещание, телевидение, радиолокация. Они отличаются типом кодирования передаваемого сигнала.

Впервые радиотелеграфная связь была продемонстрирована в 1895 г. в Санкт-Петербурге русским ученым А.С.Поповым. На расстояние 250 м была передана радиограмма: «Генрих Герц».

В 1901 итальянский инженер Г.Маркони впервые осуществил радиосвязь через Атлантический океан.

Тесты по теме «Электромагнитные волны»

Часть 1

А1. Сложение в пространстве когерентных волн, при котором образуется постоянное во времени пространственное распределение амплитуд результирующих колебаний, называется:

1. Интерференцией.

2. Поляризацией.

3. Дисперсией.

4. Преломлением.

А2. Согласно теории Максвелла, заряженная частица излучает электромагнитные волны в вакууме:

1. Только при равномерном движении по прямой в инерциальной системе отсчета (ИСО).

2. Только при гармонических колебаниях в ИСО.

3. Только при равномерном движении по окружности в ИСО.

4. При любом ускоренном движении в ИСО.

А3. Заряженная частица не излучает электромагнитных волн в вакууме при:

1. Равномерном прямолинейном движении.

2. Равномерном движении по окружности.

3. Колебательном движении.

4. Любом движении с ускорением.

А4. Частота инфракрасного излучения меньше частот всех перечисленных ниже, кроме:

1. Видимого света.

2. Радиоволн.

3. Ультрафиолетового излучения.

4. Рентгеновского излучения.

А5.Источником электромагнитных волн является:

1. Постоянный ток.

2. Неподвижный заряд.

3. Любая, ускоренно движущаяся частица.

4. Любая ускоренно движущаяся заряженная частица.

А6. Какие из перечисленных ниже волн не являются поперечными?

1. Инфракрасные.

2. Видимые.

3. Звуковые.

4. Радиоволны.

А7. Определите частоту колебаний вектора напряженности электромагнитной волны в воздухе, длина которой равна 2 см.

1. 1,5•?10?^10 Гц. 2. ?1,5•10?^8 Гц. 3. 6•?10?^6 Гц. 4. ?6•10?^8 Гц.

А8. Контур радиоприемника настроен на длину волны 50 м. Как нужно изменить индуктивность катушки колебательного контура приемника, чтобы он был настроен на волну длиной 25 м?

1. Увеличить в 2 раза.

2. Увеличить в 4 раза.

3. Уменьшить в 2 раза.

4. Уменьшить в 4 раза.

А9. Как расположены друг относительно друга векторы электромагнитной волны?

1. В ?,Е ? и с ? взаимно перпендикулярны.2. В ?,Е ? и с ? параллельны.3. В ? и Е ? параллельны, с ? перпендикулярен им.

4. В ? и Е ? направлены противоположно, с ? параллелен В ?.

А10. Самолет находится на расстоянии 6 · 10 ⁴ м от радиолокатора. Примерно через сколько секунд от момента посылки сигнала принимают отраженный от самолета сигнал?

1. 2•?10?^4 с. 2. ?4•10?^(-4) с. 3. ?10?^(-4) с. 4. ?0,25•10?^(-4) с.

А 11. Определите частоту колебаний вектора индукции магнитного поля электромагнитной волны в воздухе, длина которой равна 3 см.

1. ?10?^8 Гц. 2. ?10?^10 Гц. 3. 9•?10?^6 Гц. 4. ?6•10?^8 Гц.

А12. Контур радиоприемника настроен на длину волны 200 м. Как нужно изменить емкость конденсатора колебательного контура приемника, чтобы он был настроен на волну длиной 400 м?

1. Увеличить в 2 раза.

2. Увеличить в 4 раза.

3. Уменьшить в 2 раза.

4. Уменьшить в 4 раза.

А13. Примерно на каком расстоянии от радиолокатора находится самолет, если отраженный от него сигнал принимают через 10 - ³ с после момента посылки?

1. ?1,5•10?^5 м. 2. ?3•10?^5 м. 3. 3•?10?^11 м. 4. ?1,5•10?^11 м.

А 14. На какую длину волны нужно настроить радиоприёмник, чтобы слушать радиостанцию «Открытое радио», которая вещает на частоте 102,5 МГц?

1. 2,927 м. 2. 2,927 см. 3. 2,927 дм. 4. 2,927 мм.

Часть 2

В1.Вибратор с частотой колебаний возбуждает в среде электромагнитные волны длиной 60 мкм. Каков абсолютный показатель преломления среды?

В2. Колебательный контур радиоприемника настроен на некоторую длину волны ??. Как изменяется период колебаний в контуре, их частота и соответствующая им длина волны, если площадь пластин конденсатора уменьшить? В каждой позиции первого столбца подберите позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ	ИХ ИЗМЕНЕНИЕ
А) период колебаний	1) не изменится
Б) частота	2) уменьшится
В) длина волны	3) увеличится
А	Б	В

В3. Электромагнитная волна возбуждается источником, период колебаний которого . Определите длину этой волны в сероуглероде. Показатель преломления сероуглерода 1,63. Ответ выразите в миллиметрах. В4. При изменении тока в катушке индуктивности на 1 А за 0,6 с в ней индуцируется ЭДС 0,2 мВ. Какую длину волны излучает генератор, колебательный контур которого состоит из этой катушки и конденсатора емкостью 14,1 нФ?

Часть 3

С1. Радиолокатор работает в импульсном режиме. Частота повторения импульсов равна 1700 Гц, а длительность импульса - 0,8 мкс. Найти наибольшую и наименьшую дальность обнаружения цели данным радиолокатором.

С2. Сила тока в открытом колебательном контуре изменяется в зависимости от времени по закону: Найдите длину излучаемой волны.

Размещено на Allbest.ru