Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство связи

Сибирский Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики

Межрегиональный центр переподготовки специалистов

Контрольная работа

По физике

Выполнил: Инкарбаева П.М.

Новосибирск, 2012 гЗадача 1

Катушка и амперметр соединены последовательно и подключены к источнику тока. К клеммам катушки присоединен вольтметр с сопротивлением г = 4 кОм. Амперметр показывает силу тока I = 0,3 А, вольтметр - напряжение U = 120 В. Определить сопротивление R катушки. Определить относительную погрешность е, которая будет допущена при измерении сопротивления, если пренебречь силой тока, текущего через вольтметр. ток магнитная индукция потенциал джоуль ленц лоренц

Дано:

r=4кОМ

I=0.3A

U=120B

R=?

(R-R')/R=?

Решение:

Так как катушка и вольтметр соединены параллельно, их общее сопротивление находим по формуле:

;

Из закона Ома мы имеем:

;

Поэтому:

;

Откуда искомое:

;

Если не учитывать сопротивление вольтметра мы получим сопротивление катуши:

;

Тогда погрешность составит:

д =

Задача 2

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

Дано:

t=20 с

R= 5 Ом

Q=4кДж

I₁=0

I₂=I_max

k=?

Решение:

Количество теплоты, выделяющееся в проводнике с током по закону Джоуля-Ленца :

Q=I²Rt;

Зависимость тока от времени линейная:

I=kt+I₁;

Отсюда:

;

Тогда полная теплота равна интегралу:

Q=;

Т.к. I₁=0, Q=;

Т.о. =;

Ответ: скорость нарастания силы тока при сопротивлении проводника равное 5Ом равняется 0,55 А/с.

Задача 3

Бесконечно длинный провод с током I=100 А изогнут так, как это показано на рис. 49. Определить магнитную индукцию В в точке О. Радиус дуги R= 10 см.

Дано:

I=100A

R=10см=10?10^-2м=10^-1м

В=?

Решение:

Магнитную индукцию В в точке О найдем, используя принцип магнитных полей: В=. В данном случае провод можно разбить на пять частей: два прямолинейных провода АВ и ЕF, уходящие одним концом в бесконечность, один отрезок DC и две полуокружности ВС - радиусом 2R и DE - радиусом R. Тогда:

В=.

Магнитная индукция от участков АВ и DC равна нулю, так как точка О лежит на оси провода АВ. Поэтому :

В=B_BC+B_DE+B_EF.

Магнитная индукция поля кругового тока радиусом R равна:

B ;

Где I-сила тока.

Тогда:

В_ВС= и B_DE=;

Причем вектор индукции В_ВС направлен в сторону противоположную направлению вектора В_DE (из-за того, что токи текут в разных направлениях). Вектор В_EF будет направлен в ту же сторону, что и B_DE. Поэтому:

.

Найдем В_EF. Известно, что магнитное поле на расстоянии r от отрезка длиной l, по которому течет ток силой I, равно . Поэтому в нашем случае магнитное поле отрезка EF равно B_EF=. Из рисунка видно, что и r=R, поэтому:

B_EF=;

Тогда магнитное поле от всей рамки равно В.

Т.о.: В=.

Ответ: магнитная индукция в точке О равна 0,257мТл

Задача 4

По двум параллельным проводам длиной l= 3м каждый текут одинаковые токи I= 500 А. Расстояние d между проводами равно 10см. Определить силу F взаимодействия проводов.

Дано:

I₁=500 A

I₂=500 A

L=10 см

S=3 м

F=?

Решение:

Сила взаимодействия двух прямолинейных бесконечно длинных параллельных токов на единицу их длины :

, где L расстояние между токами I₁ и I_2. Тогда на провод длиной S будет действовать сила

.

Подставляем числа:

Ответ: сила взаимодействия проводов равна 1,5Н

Задача 5

Два иона разных масс с одинаковыми зарядами влетели в однородное магнитное поле, стали двигаться по окружностям радиусами R₁= 3 см и R₂=1,73 см. Определить отношение масс ионов, если они прошли одинаковую ускоряющую разность потенциалов.

Дано:

U₁=U₂=U

Q₁=Q₂

R₁=3см=0,03м

R₂=1.73см=0,0173м

m₁/m₂=?

Заряд прошел разность потенциала U, и его кинетическая энергия по закону сохранения энергии стала равной E_k=Q?U.

По определению кинетическая энергия равна E_k, где v-скорость.

Отсюда находим скорость:

v=;

Свяжем систему отсчета с зарядом. Тогда на него действует две силы: 1) сила Лоренца F_л=Q?[v?B], где В - индукция магнитного поля; 2) сила инерции (центробежная сила) F_ц.б=, где R - радиус.

Откуда удельный заряд равен:

;

Подставляем:

v=;

и получаем:

;

Откуда:

m=;

тогда m₁=,

и m₂=/

Отношение масс равно:

;

Подставляем числа:

Ответ: отношение масс ионов равно 3.

Задача 6

Протон влетел в скрещенные под углом б= 120° магнитное(В= 50 мТл) и электрическое(Е= 20 кВ/м) поля. Определить ускорение а протона, если его скорость v (|v| = 4М10⁵м/с) перпендикулярна векторам Е и В.

Дано:

В=50мТл=50?10^-3Тл

Е=20кВ/м=20?10³В/м

а=?

На протон, движущийся перпендикулярно магнитному полю, действует сила Лоренца F_л=e?[v?B], где В - индукция магнитного поля.

Со стороны электрического поля тоже действует сила равная F_e=e?E.

Результирующая сила равна сумме этих векторов (см.рис.) .

Угол между векторами ц=120^о. Модуль силы тогда равен:

.

Тогда .

Ускорение найдем из второго закона Ньютона:

;

Тогда:

.

Подставляем числа:

;

Ответ: ускорение протона 1,9?10¹²м/с

Задача 7

Плоский контур площадью S = 20 см²находится в однородном магнитном поле (В = 0,0ЗТл). Определить магнитный поток Ф, пронизывающий контур, если плоскость его составляет угол ц=60° с направлением линий магнитной индукции.

Дано:

S=20см²=0,2м

В=0,03Тл

ц=60^о

Ф=?

Решение:

Магнитный поток, пронизывающий виток, находящийся под углом ц к магнитному полю В, равен Ф=В?S?sinц, где S - площадь контура.

Подставляем числа:

Ф=0,03Тл?20?10^-4м²?sin60⁰=5,2?10^-5Вб

Ответ: Магнитный поток, пронизывающий контур равен 5,2?10^-5Вб

Задача 8

В однородном магнитном поле (5 = 0,1 Тл) равномерно с частотой n = 5 c^-1вращается стержень длинойl=50 см так, что плоскость его вращения перпендикулярна линиям напряженности, а ось вращения проходит через один из его концов. Определить индуцируемую на концах стержня разность потенциалов U.

Дано:

В=0,1 Тл

N=5c^-1

L=50см=0,5м

U=?

Решение:

В случаях движения контура в магнитном поле ЭДС индукции обусловлена действием лоренцовой силы на заряды, находящиеся в контуре. В нашем случае на каждый электрон будет действовать сила Лоренца F_л=e?[v?B], где В- индукция магнитного поля.

В результате на участке L произойдет разделение зарядов: свободные электроны переместятся кверху и между концами участка возникает разность потенциалов.

Заряды на концах стержня будут создавать поле Е, которое будет препятствовать дальнейшему разделению зарядов, и наконец, наступит момент когда сила Лоренца уравняется с силой возникшего поля Е. Т.е:

F_л=е?Е.

Откуда:

Е=;

В нашем случае скорость электронов на нижнем конце стержня равна: v=n?L, n-частота вращения. Тогда E=n?L?B.

Индуцируемая разность потенциалов равна по определению U=E?L, поэтому U=n?L²?B.

Подставляем числа:

U=5c^-1?(0.5м)²0,1Тл=0,125В

Ответ: Индуцируемая разность потенциалов на концах стержня равна 0,125 В.

Размещено на Allbest.ru