Задачи по электродинамике егэ - Помощь в подготовке к экзаменам и поступлению

Пройти тестирование по 10 заданиям
Пройти тестирование по всем заданиям
Вернуться к каталогу заданий

Версия для печати и копирования в MS Word

На рисунке представлен участок электрической цепи.

Каково отношение количеств теплоты выделившихся на резисторах R_2 и R_3 за одно и то же время? Округлите до десятых.

При одном сопротивлении реостата вольтметр показывает 6 B, амперметр  — 1 A (см. рис.). При другом сопротивлении реостата показания приборов: 4 B и 2 A. Чему равно внутреннее сопротивление источника тока? Амперметр и вольтметр считать идеальными. Ответ приведите в омах.

На входе в электрическую цепь квартиры стоит предохранитель, размыкающий цепь при силе тока 10 А. Подаваемое в цепь напряжение равно 110 В. Какое максимальное число электрических чайников, мощность каждого из которых 400 Вт, можно одновременно включить в квартире?

На входе в электрическую цепь квартиры стоит предохранитель, размыкающий цепь при силе тока 20 А. Подаваемое в цепь напряжение равно 220 В. Какое максимальное количество пылесосов, мощность каждого из которых равна 1 400 Вт, можно одновременно включить в квартире?

На входе в электрическую цепь квартиры стоит предохранитель, размыкающий цепь при силе тока 20 А. Подаваемое в цепь напряжение равно 220 В. Какое максимальное количество электрических чайников, мощность каждого из которых равна 1 000 Вт, можно одновременно включить в квартире?

Пройти тестирование по этим заданиям

Источник

Задачи из ДЕМОВАРИАНТОВ (с решениями)

1. Две параллельные
неподвижные диэлектрические пластины расположены вертикально
и заряжены разноименно. Пластины находятся на расстоянии d
= 2 см друг от друга. Напряженность поля в пространстве внутри
пластин равна Е = 4•10⁵ В/м. Между
пластинами на равном расстоянии от них помещен шарик с зарядом
q = 10^-10 Кл и массой m = 20 мг.
После того как шарик отпустили, он начинает падать и ударяется
об одну из пластин. Насколько уменьшится высота местонахождения
шарика Δh к моменту его удара об одну из пластин?
Образец возможного решения

2. Конденсатор
состоит из двух неподвижных, вертикально расположенных, параллельных,
разноименно заряженных пластин. Пластины расположены на расстоянии
d = 5 см друг от друга. Напряженность поля внутри конденсатора
равна Е = 10⁴ В/м. Между пластинами, на
равном расстоянии от них, помещен шарик с зарядом q
= 10^-5 Кл и массой m = 20 г. После того
как шарик отпустили, он начинает падать и через некоторое время
ударяется об одну из пластин. Оцените время падения Δt
шарика.
Образец возможного решения

3. Конденсаторы,
электрическая емкость которых 2 мкФ и 10 мкФ, заряжают до напряжения
5 В каждый, а затем «плюс» одного из них подключают к «минусу»
другого и соединяют свободные выводы резистором 1000 Ом. Какое
количество теплоты выделится в резисторе?
Образец возможного решения

3*. Заряженный конденсатор C₁ = 1 мкФ включён в последовательную цепь из резистора R = 300 Ом, незаряженного конденсатора C₂ = 2 мкФ и разомкнутого ключа К (см. рисунок). После замыкания ключа в цепи выделяется количество теплоты Q = 30 мДж. Чему равно первоначальное напряжение на конденсаторе С₁?
Образец возможного решения

4. При проведении лабораторной
работы ученик собрал электрическую цепь по схеме на рисунке.
Сопротивления R₁ и R₂
равны 20 Ом и 150 Ом соответственно. Сопротивление вольтметра
равно 10 кОм, а амперметра – 0,4 Ом. ЭДС источника равна 36
В, а его внутреннее сопротивление – 1 Ом. На рисунке показаны
шкалы приборов с показаниями, которые получил ученик. Исправны
ли приборы или же какой-то из них даёт неверные показания?
Образец возможного решения

5. Ученик собрал электрическую цепь, состоящую
из батарейки (1), реостата (2), ключа (3), амперметра (4) и
вольтметра (5). После этого он провел измерения напряжения на
полюсах и силы тока в цепи при различных сопротивлениях внешней
цепи (см. фотографии). Определите ЭДС и внутреннее сопротивление
батарейки.
Образец возможного решения

6. Ученик собрал электрическую цепь, состоящую
из батарейки (1), реостата (2), ключа (3), амперметра (4) и
вольтметра (5) (см. фотографии: опыт 1, опыт 2). После этого
он измерил напряжение на полюсах источника тока и силу тока
в цепи при двух положениях ползунка реостата. Определите КПД
источника тока в первом опыте.
Образец возможного решения

6*. Источник тока, два резистора и ключ включены в цепь, как показано на рисунке. При разомкнутом ключе на резисторе R₁ выделяется мощность P₁ = 2 Вт, а на резисторе R₂ − мощность P₂ = 1 Вт. Какая мощность будет выделяться на резисторе R₂ после замыкания ключа К? Внутренним сопротивлением источника пренебречь.
Образец возможного решения

7. Электрическая цепь состоит из источника
тока и реостата. ЭДС источника ε = 6 В, его внутреннее
сопротивление r = 2 Ом. Сопротивление реостата можно
изменять в пределах от 1 Ом до 5 Ом. Чему равна максимальная
мощность тока, выделяемая на реостате?
Образец возможного решения

8. К однородному
медному цилиндрическому проводнику длиной 10 м приложили разность
потенциалов 1 В. Определите промежуток времени, в течение которого
температура проводника повысится на 10 К. Изменением сопротивления
проводника и рассеянием тепла при его нагревании пренебречь.
(Удельное сопротивление меди 1,7•10^-8 Ом•м.)
Образец возможного решения

9. К источнику тока с ЭДС ε = 9 В и
внутренним сопротивлением r = 1 Ом подключили параллельно
соединенные резистор с сопротивлением R = 8 Ом и
плоский конденсатор, расстояние между пластинами которого
d = 0,002 м. Какова напряженность электрического
поля между пластинами конденсатора?
Образец возможного решения

10. Чему равна энергия
конденсатора емкости С, подключенного по электрической схеме,
представленной на рисунке? Величины ε, R и r
считать известными.
Образец возможного решения

10*. В цепи, изображённой на рисунке, ЭДС батареи равна 100 В; сопротивления резисторов R₁ = 10 Ом и R₂ = 6 Ом, а ёмкости конденсаторов: C₁ = 60 мкФ и C₂ = 100 мкФ. В начальном состоянии ключ К разомкнут, а конденсаторы не заряжены. Через некоторое время после замыкания ключа в системе установится равновесие. Какое количество теплоты выделится в цепи к моменту установления равновесия?.
Образец возможного решения

10**. Источник постоянного напряжения с ЭДС 100 В подключён через резистор к конденсатору, расстояние между пластинами которого можно изменять (см. рисунок). Пластины раздвинули, совершив при этом работу 90 мкДж против сил притяжения пластин. На какую величину изменилась ёмкость конденсатора, если за время движения пластин на резисторе выделилось количество теплоты 40 мкДж? Потерями на излучение пренебречь.
Образец возможного решения

11. В цепи, изображённой на рисунке, сопротивление
диодов в прямом направлении пренебрежимо мало, а в обратном
многократно превышает сопротивление резисторов. При подключении
к точке А положительного полюса, а к точке В
отрицательного полюса батареи с ЭДС 12 В и пренебрежимо малым
внутренним сопротивлением, потребляемая мощность равна 7,2
Вт. При изменении полярности подключения батареи потребляемая
мощность оказалась равной 14,4 Вт. Укажите условия протекания
тока через диоды и резисторы в обоих случаях и определите
сопротивление резисторов в этой цепи.
Образец возможного решения

12. С какой
скоростью вылетает α-частица из радиоактивного ядра, если
она, попадая в однородное магнитное поле с индукцией 1 Тл перпендикулярно
его силовым линиям, движется по дуге окружности радиуса 0,5
м (α-частица – ядро атома гелия, молярная масса гелия 0,004
кг/моль).
Образец возможного решения

13. Электрон
влетает в область однородного магнитного поля индукцией В
= 0,01 Тл со скоростью v = 1000 км/с перпендикулярно линиям
магнитной индукции. Какой путь он пройдет к тому моменту, когда
вектор его скорости повернется на 1^о?
Образец возможного решения

14. В кинескопе
телевизора разность потенциалов между катодом и анодом 16 кВ.
Отклонение электронного луча при горизонтальной развертке осуществляется
магнитным полем, создаваемым двумя катушками. Ширина области,
в которой электроны пролетают через магнитное поле, равна 10
см. Какова индукция отклоняющего магнитного поля при значении
угла отклонения электронного луча 30°?
Образец возможного решения

14*. Металлический стержень длиной l = 0,1 м и массой m = 10 г, подвешенный на двух параллельных проводящих нитях длиной L = 1 м, располагается горизонтально в однородном магнитном поле с индукцией B = 0,1 Тл, как показано на рисунке. Вектор магнитной индукции направлен вертикально. На какой максимальный угол отклонятся от вертикали нити подвеса, если по стержню пропустить ток силой 10 А в течение 0,1 с? Угол α отклонения нитей от вертикали за время протекания тока мал.
Образец возможного решения

15. Два параллельных друг
другу рельса, лежащих в горизонтальной плоскости, находятся
в однородном магнитном поле, индукция B которого направлена
вертикально вниз (см. рисунок). Левый проводник движется вправо
со скоростью V, а правый покоится. С какой скоростью v надо
перемещать правый проводник (такой же), чтобы в три раза уменьшить
силу Ампера, действующую на левый проводник? (Сопротивлением
рельсов пренебречь.)
Образец возможного решения

16. Тонкий алюминиевый
брусок прямоугольного сечения, имеющий длину L = 0,5
м, соскальзывает из состояния покоя по гладкой наклонной плоскости
из диэлектрика в вертикальном магнитном поле с индукцией В
= 0,1 Тл (см. рисунок). Плоскость наклонена к горизонту под
углом α = 30°. Продольная ось бруска при движении сохраняет
горизонтальное направление. Найдите величину ЭДС индукции на
концах бруска в момент, когда брусок пройдет по наклонной плоскости
расстояние l = 1,6 м.
Образец возможного решения

17. Квадратная рамка со
стороной b = 5 см изготовлена из медной проволоки сопротивлением
R = 0,1 Ом. Рамку перемещают по гладкой горизонтальной
поверхности с постоянной скоростью V вдоль оси Ох.
Начальное положение рамки изображено на рисунке. За время движения
рамка проходит между полюсами магнита и вновь оказывается в
области, где магнитное поле отсутствует. Индукционные токи,
возникающие в рамке, оказывают тормозящее действие, поэтому
для поддержания постоянной скорости движения к ней прикладывают
внешнюю силу F, направленную вдоль оси Ох.
С какой скоростью движется рамка, если суммарная работа внешней
силы за время движения равна А = 2,5·10^-3 Дж?
Ширина полюсов магнита d = 20 см, магнитное поле имеет
резкую границу, однородно между полюсами, а его индукция В
= 1 Тл.
Образец возможного решения

17*. Замкнутый контур площадью S из тонкой проволоки помещён в магнитное поле. Плоскость контура перпендикулярна вектору магнитной индукции поля. В контуре возникают колебания тока с амплитудой i_м = 35 мА, если магнитная индукция поля меняется с течением времени в соответствии с формулой B = acos(bt), где а = 6·10^–3 Тл, b = 3500 с^–1. Электрическое сопротивление контура R = 1,2 Ом. Чему равна площадь контура?
Образец возможного решения

18. В идеальном
колебательном контуре амплитуда колебаний силы тока в катушке
индуктивности 5 мА, а амплитуда колебаний заряда конденсатора
2,5 нКл. В момент времени t сила тока в катушке равна
3 мА. Найдите заряд конденсатора в этот момент.
Образец возможного решения

19. В электрической цепи, показанной на
рисунке, ЭДС источника тока равна 12 В, емкость конденсатора
2 мФ, индуктивность катушки 5 мГн, сопротивление лампы 5 Ом
и сопротивление резистора 3 Ом. В начальный момент времени
ключ К замкнут. Какая энергия выделится в лампе после размыкания
ключа? Внутренним сопротивлением источника тока, а также сопротивлением
катушки и проводов пренебречь.
Образец возможного решения

Избранные задачи
прошлых лет (с ответами)

20. Четыре одинаковых
заряда q расположены на плоскости в вершинах квадрата
со стороной L и удерживаются в равновесии связывающими
их попарно нитями (см. рис.). Сила отталкивания соседних зарядов
равна F₀ = 20•10^-3 Н. Чему
равно натяжение каждой из нитей?

21. В двух
вершинах (точках 1 и 2) равностороннего треугольника со стороной
L помещены заряды q и -2q. Каковы
направление и модуль вектора напряженности электрического поля
в точке 3, являющейся третьей вершиной этого треугольника? Известно,
что точечный заряд q создает на расстоянии L
электрическое поле напряженностью Е = 10 мВ/м.

22. Точечный заряд q,
помещенный в начало координат, создает в точке А (см.
рисунок) электростатическое поле напряженностью Е₁
= 65 В/м. Какова напряженность поля Е₂ в
точке С?

23. Точки А,
В, С и D расположены на прямой и
разделены равными промежутками L (см. рисунок). В точке
А помещен заряд q₁ = 8•10^-12
Кл, в точке В — заряд q₂
= -5•10^-12 Кл. Какой заряд q₃
надо поместить в точку D, чтобы напряженность поля
в точке С была равна нулю?

24. Горизонтально
расположенная, неподвижная, положительно заряженная пластина
из диэлектрика создает электрическое поле напряженностью Е
= 10⁴ В/м. На нее с высоты h = 10 см падает
шарик массой m = 20 г, имеющий заряд q = +10^-5
Кл и начальную скорость υ₀= 1 м/с, направленную вертикально вниз.
Какая энергия выделяется при абсолютно неупругом ударе шарика
о пластину?

25. Электрон влетает в
электрическое поле, созданное двум разноименно заряженными пластинами
плоского конденсатора, со скоростью υ (υ <<
c) на равном расстоянии от них (см. рисунок). Расстояние
между пластинами d, длина пластин L (L
>> d). При какой минимальной разности потенциалов
между пластинами конденсатора электрон не вылетит из него?

26. Электрон со скоростью
υ = 5•10⁶ м/с влетает в пространство между
пластинами плоского конденсатор, между которыми поддерживается
разность потенциалов U = 500 В (см. рисунок). Каково
максимальное удаление электрона h от нижней пластины
конденсатора? Отношение заряда электрона к его массе γ
= -1,76•10¹¹ Кл/кг, угол падения электрона
α = 60⁰. Расстояние между пластинами конденсатора
равно d = 5 см.

27. Шарик
массой m = 20 г подвешен на шелковой нити и помещен
над положительно заряженной плоскостью, создающей однородное
вертикальное электрическое поле напряженностью Е =
10⁴ В/м. Шарик имеет положительный заряд q
= 10^-5 Кл. Период малых колебаний шарика Т
= 1 с. Какова длина нити?

28. Точечный заряд q
= 10 пКл создает на расстоянии R электрическое поле с потенциалом
φ₁ = 1 В. Три концентрические сферы с радиусами
R, 2R и 3R несут равномерно распределенные
по их поверхностям заряды q₁ = +2q,
q₂ и q₃ = -2q
соответственно (см. рисунок). Значение потенциала поля в точке
А, отстоящей на расстояние R_A =
2,5R от центра сфер, равно φ₂ = 2,6
В. Чему равна величина заряда q₂?

29. Одни и те же элементы
соединены в электрическую цепь сначала по схеме 1, а затем по
схеме 2 (см. рисунок). Сопротивление резистора равно R,
сопротивление амперметра 0,01R, сопротивление вольтметра
9R. Найдите отношение I₂/I₁
показаний амперметра в схемах. Внутренним сопротивлением источника
и сопротивлением проводов пренебречь.

30. Чему равна напряженность
электрического поля внутри плоского конденсатора (см. рисунок),
если внутреннее сопротивление источника тока r = 10
Ом, ЭДС его равна ε = 30 В, сопротивление резисторов R₁
= 20 Ом, R₂ = 40 Ом? Расстояние между обкладками
конденсатора d = 1 мм.

31. Лампочки
поочередно подключают к источнику постоянного тока. Сопротивления
лампочек равны 3 Ом и 12 Ом. Мощность тока в лампочках одинакова.
Чему равно внутреннее сопротивление источника тока?

32. Источник постоянного
напряжения с ЭДС 100 В подключен через резистор к конденсатору
переменной ёмкости, расстояние между пластинами которого можно
изменять (см. рисунок). Пластины медленно сблизили, при этом
силы притяжения пластин совершили работу 10 мкДж. Какое количество
теплоты выделилось в электрической цепи с момента начала движения
пластин до полного затухания возникших при этом переходных процессов,
если заряд конденсатора в итоге изменился на 1 мкКл?

33. Заряженная
частица ускоряется постоянным электрическим полем конденсатора,
напряжение на обкладках которого 1280 В. Затем она влетает в
однородное магнитное поле, модуль вектора магнитной индукции
которого равен 200 мкТл, и движется по дуге окружности радиусом
60 см в плоскости, перпендикулярной линиям магнитной индукции.
Определите отношение заряда частицы к ее массе.

34. В циклотроне поддерживается
разность потенциалов между дуантами U = 500 В. Чему
равен радиус конечной орбиты иона Ве⁺⁺,
если ион, двигаясь в магнитном поле с индукцией В =
1,53 Тл, успел совершить N = 50000 оборотов? Масса
иона бериллия m = 1,5•10^-26 кг.

35. В масс-спектрограф
влетают однократно ионизированные ионы неона с одинаковыми зарядами,
но разными массами m₁ = 20 а.е.м. и m₂
= 22 а.е.м., предварительно пройдя «фильтр скоростей»,
выделяющий ионы с одинаковой скоростью υ. Фильтр создан
электрическим полем напряженностью Е
и магнитным полем индукцией В, причем
векторы и взаимно перпендикулярны. Отклоняющее магнитное поле,
перпендикулярное пучку ионов, имеет индукцию В₀.
Ионы совершают половину оборота в отклоняющем магнитном поле.
Чему равно расстояние между точками S₁ и
S₂ (см. рисунок)?

36. Электрон
влетает в однородное магнитное поле со скоростью υ под
острым углом α к параллельно направленным векторам E
и B. Определите, сколько оборотов
успеет сделать электрон до того, как начнет движение в направлении,
обратном направлению векторов E и
B. Величины Е и В
считать известными.

37. Медный
куб с длиной ребра a = 0,1 м скользит по столу с постоянной
скоростью υ = 10 м/с, касаясь стола одной из плоских поверхностей.
Вектор индукции магнитного поля В = 0,2 Тл направлен
вдоль поверхности стола и перпендикулярно вектору скорости куба.
Найдите модуль вектора напряженности электрического поля, возникающего
внутри металла, и разность потенциалов между центром куба и
одной из его вершин.

38. По прямому горизонтальному
проводнику длины 1 м с площадью поперечного сечения 12,5 мм²,
подвешенному с помощью двух одинаковых невесомых пружинок с
коэффициентами упругости 100 Н/м течет электрический ток I.
При включении вертикального магнитного поля с индукцией В
= 0,1 Тл проводник отклонился от исходного положения к составляют
с вертикалью угол α (см. рисунок). Абсолютное удлинение
каждой из пружинок при этом составляет 7 мм. Найдите силу тока
I в проводе. Плотность материала проводника ρ
= 8•10³ кг/м³.

39. Медное
кольцо, диаметр которого 20 см, а диаметр провода кольца 2 мм,
расположено в магнитном поле, магнитная индукция которого меняется
по модулю со скоростью 1,09 Тл/с. Плоскость кольца перпендикулярна
вектору магнитной индукции. Чему равен возникающий в кольце
индукционный ток? Удельное сопротивление меди 1,72•10^-8
Ом•м.

40. Плоская
катушка диаметром 6 см находится в однородном магнитном поле,
индукция которого 6•10^-2 Тл. Катушка поворачивается
вокруг оси, перпендикулярной линиям магнитной индукции, на угол
180^o за 0,2 с. Плоскость катушки до и после поворота
перпендикулярна линиям магнитной индукции. Среднее значение
ЭДС индукции, возникающей в катушке, равно 0,2 В. Чему равно
число витков катушки?

41. По П-образному
проводнику acdb постоянного сечения со скоростью скользит
проводящая перемычка ab такого же сечения, длиной l.
Проводники помещены в постоянное однородное магнитное поле,
вектор индукции которого направлен перпендикулярно плоскости
проводников (см. рисунок). Определите разность потенциалов U
= φ_a – φ_b
между точками a и b в тот момент, когда ab
= aс. Сопротивление между проводниками в точках контакта
пренебрежимо мало.

42. Квадратная проволочная
рамка abcd со стороной ab = l движется равномерно со
скоростью υ вдоль оси ОХ системы отсчета, связанной с
магнитами, и попадает в область магнитного поля с индукцией
B, отмеченную на рисунке. Сопротивление
проводников рамки равно R. Определить работу силы Ампера,
действующей на рамку, за то время, когда она войдет в область,
занятую полем, если в начальный момент рамка находилась полностью
вне поля.

43. Квадратную рамку из
медной проволоки со стороной b = 5 см и сопротивлением
R = 0,1 Ом перемещают вдоль оси ОХ по гладкой
горизонтальной поверхности с постоянной скоростью υ. Начальное
положение рамки изображено на рисунке. За время движения рамка
успевает пройти между полюсами магнита и оказаться в области,
где магнитное поле отсутствует. Ширина полюсов магнита d
= 20 см, магнитное поле имеет резкую границу и однородно между
полюсами, а его индукция В = 1 Тл. Возникающие в рамке
индукционные токи нагревают проволоку. Чему равна скорость движения
рамки, если за время движения в ней выделяется количество теплоты
Q = 2,5•10^-3 Дж?

44. Плоский контур с источником
постоянного тока находится во внешнем однородном магнитном поле,
вектор магнитной индукции которого перпендикулярен плоскости
контура (см. рисунок). На сколько процентов изменится мощность
тока в контуре после того, как поле начнет уменьшаться со скоростью
0,01 Тл/с? Площадь контура 0,1 м², ЭДС источника
10 мВ.

45. В колебательном контуре,
состоящем из катушки с индуктивностью L и воздушного
конденсатора емкостью С, происходят гармонические колебания
силы тока с амплитудой I₀. В тот момент,
когда сила тока в катушке равна нулю, пространство между пластинами
быстро заполняют диэлектриком с диэлектрической проницаемостью
ε = 1,5. На сколько изменится полная энергия контура?

46. Ключ в схеме, показанной
на рисунке, в начальный момент был замкнут. Определить количество
теплоты, выделившееся на резисторе R после размыкания
ключа. Индуктивность катушки L = 0,2 Гн, сопротивление
резистора R = 100 Ом, величина ЭДС источника ε
= 9 В, его внутреннее сопротивление r = 3 Ом.

47. Ключ К в
схеме, показанной на рисунке, в начальный момент был замкнут.
Определить количество теплоты, выделившееся на резисторе R
после размыкания ключа. Индуктивность катушки L = 4•10^-6
Гн, емкость конденсатора C = 7•10^-5
Ф, сопротивление резисторов R₀ = 10 Ом,
R = 15 Ом, величина ЭДС источника ε = 450 В.

48. В цепи, состоящей
из источника тока с ЭДС ε, конденсатора емкости С,
катушки индуктивности L и идеального диода D,
ключ K первоначально разомкнут. Определите напряжение,
до которого зарядится конденсатор после замыкания ключа. Диод
считается идеальным, если его сопротивление в прямом направлении
бесконечно мало, а в обратном направлении — бесконечно велико.
Внутреннее сопротивление источника тока равно нулю.

49. Ключ в схеме, показанной
на рисунке, в начальный момент был замкнут. Определить количество
теплоты, выделившееся на резисторе R после размыкания
ключа. Индуктивность катушки L = 7•10^-4
Гн, сопротивление резисторов R₀ = 1,8 Ом,
R = 1,2 Ом, величина ЭДС источника ε = 50 В.

Ответы к избранным задачам
прошлых лет

Источник

1. Вспоминай формулы по каждой теме

2. Решай новые задачи каждый день

3. Вдумчиво разбирай решения

Электродинамика

Параллельно катушке индуктивности (L) подключена лампочка (см. рис. а.) Яркость свечения на ней прямо пропорциональна напряжению на ней. На рис. б представлен график зависимости силы тока (I) в катушке от времени (t). Сопротивлением катушки пренебречь. Опираясь на законы физики, изобразите график яркости свечения лампочки от времени.

1. По закону электромагнитной индукции (xi_i=-dfrac{Delta text{ Ф}}{Delta t}) индукционный ток будет постоянен, так как график изменения силы тока до (t_0) имеет вид линейной зависимости. 2. Так как сопротивление и ток лампочки постоянны, то по закону Ома напряжение тоже будет тоже постоянно [U=IR] 3. В момент (t_0) ток в катушке прекращает изменяться, а значит и изменение магнитного потока будет равно нулю , а по закону электромагнитной индукции, индукционный ток прекратит существовать, а значит напряжение на лампочке будет равно нулю. 4. Тогда из пунктов 1, 2 и 3 график будет выглядеть следующим образом.

Ответ:

Три одинаковых резистора и три одинаковых идеальных диода включены в электрическую цепь, показанную на рисунке, и подключены к аккумулятору в точках В и С. Показания амперметра равны 2 А. Определите силу тока через амперметр после смены полярности подключения аккумулятора. Нарисуйте эквивалентные электрические схемы для двух случаев подключения аккумулятора. Опираясь на законы электродинамики, поясните свой ответ. Сопротивлением амперметра и внутренним сопротивлением аккумулятора пренебречь.

1. Перерисуем схемы в эквивалентные 2. В первых раз все диоды будут пропускать электрический ток и поэтому ток через левый резистор течь не будет (рис. ). Во второй раз диоды не будут пропускать ток совсем и поэтому верхний резистор будет “выключен” из цепи, а ток будет течь по нижним двум (рис. )
3. Ток в первый раз будет находиться по формуле [I_1=dfrac{xi}{R}] где (R) – сопротивление резисторов. Здесь не учитывается второй резистор, так как амперметр подключен только к одному из резисторов.
Во второй раз общее сопротивление цепи будет равно (R_0=R+R=2R), а сила тока на амперметре [I_2=dfrac{xi}{2R}=dfrac{2 text{ А}}{2}=1text{ А}]

Ответ:

Многовитковая катушка медного провода подключена к источнику тока через реостат. Вблизи торца катушки на шёлковых нитях подвешено замкнутое медное кольцо с малым сопротивлением. Ось кольца совпадает с осью катушки (см. рисунок). Опишите, как начнёт двигаться кольцо (притянется, оттолкнётся или останется неподвижным относительно катушки), если движок реостата резко сдвинуть вверх в крайнее положение. Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности Вы использовали для объяснения.

При смещении движка реостата вверх его сопротивление уменьшается до нуля, а сила тока в катушке согласно закону Ома для полной цепи увеличивается [I=dfrac{xi}{R+r}]. При этом увеличивается поток вектора магнитной индукции через кольцо. По закону электромагнитной индукции в кольце возникает ЭДС индукции, появляется индукционный ток. В соответствии с правилом Ленца вектор магнитной индукции поля индукционного тока будет направлен против вектора магнитной индукции поля катушки. Взаимодействие токов в кольце и катушке приводит к тому, что кольцо отталкивается от катушки влево — в область, где магнитное поле катушки слабее, чем у торца катушки.

Ответ:

Прямолинейный проводник с током и проводящая рамка лежат в плоскости, перпендикулярной линиям индукции однородного магнитного поля. Опираясь на законы физики, укажите направление силы, действующей на рамку, когда величина магнитной индукции B уменьшается.

1.При изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную проводящим контуром, в контуре возникает индукционный ток (I_i), направление которого определяется правилом Ленца (см. рис.)

2. На каждую из сторон рамки будет действовать сила Ампера, направление которой определяется по правилу левой руки, а величина равна (F_a=I_iBl sin alpha), где (l) – длина стороны рамки, (alpha) – угол между вектором магнитной индукции и направлением проводника. Так как у нас угол (alpha) для каждой стороны одинаков, то силы, приложенные к противолежащим сторонам рамки, равны по модулю и направлены взаимно противоположно. Результирующая сил, действующих на рамку со стороны однородного магнитного поля, равна нулю.

3. Направление линий индукции поля, создаваемого проводником с током, в каждой точке рамки одинаково, оно определяется по правилу буравчика. В проводнике протекает постоянный ток, поэтому поле проводника постоянно и не влияет на индукционный ток в рамке.

4. В магнитном поле проводника на каждую сторону рамки действует сила Ампера. Стороны рамки, перпендикулярные проводнику, расположены на одинаковом расстоянии от проводника. На них действуют силы, равные по модулю и направленные противоположно друг другу. Их сумма равна нулю. Силы, действующие на параллельные проводнику стороны рамки, направлены тоже противоположно друг другу. Из-за неоднородности поля проводник с током отталкивает ближнюю сторону рамки сильнее, чем притягивает более удалённую от него сторону. Результирующая этих сил отталкивает рамку от проводника.

5. Согласно принципу суперпозиции, однородное магнитное поле и поле проводника с током действуют на рамку независимо друг от друга. Поэтому результирующая сил, приложенных к рамке, направлена вправо от проводника с током.

Ответ:

На железном стержне намотаны две катушки изолированного медного провода А и Б. Катушка А подключена к источнику с ЭДС (xi) и внутренним сопротивлением (r), как показано на рисунке. Катушка Б замкнута на амперметр малого сопротивления. Ползунок реостата передвигают вправо. В каком направлении протекает при этом ток через амперметр, подключённый к катушке Б? Ответ обоснуйте, указав, какие явления и закономерности Вы использовали для объяснения.

1. При протекании электрического тока по катушке А создается магнитный поток Ф(_1), при этом сердечник будет образовывать электромагнит, у левого торца катушки А находится северный полюс этого магнита
2. При движении ползунка вправо увеличивается сопротивление реостата (R) , а значит по закону Ома для полной цепи уменьшается сила тока [I=dfrac{xi}{R+r}] 3.Уменьшение тока в катушке А приводит к уменьшению магнитного потока, пронизывающего катушку А, который также пронизывает и катушку Б. По закону электромагнитной индукции (xi_i=-dfrac{Delta text{ Ф}}{Delta t}) уменьшение магнитного потока приводит к возникновению индукционного тока, который, по правилу Ленца, возникает такого направления (через амперметр — справа налево), чтобы своим магнитным потоком компенсировать уменьшение магнитного потока сквозь катушку Б.

Ответ:

Две плоские пластины конденсатора, закреплённые на изолирующих штативах, расположили на небольшом расстоянии друг от друга и соединили одну пластину с заземлённым корпусом, а другую — со стержнем электрометра (см. рисунок). Затем пластину, соединённую со стержнем электрометра, зарядили. Объясните, опираясь на известные Вам законы, как изменяются показания электрометра при сближении пластин. Отклонение стрелки электрометра пропорционально разности потенциалов между пластинами. Ёмкость электрометра пренебрежимо мала.

1) Пусть пластине и стержню сообщили заряд (Q), тогда на заземленном корпусе электрометра и второй пластине возникают индуцированные заряды, по модулю равному (Q), но противоположному по знаку.

2) Разность потенциалов между пластинами [U=dfrac{q}{C}]

3) Ёмкость плоского воздушного конденсатора прямо пропорциональна площади обкладок и обратно пропорциональна расстоянию (d) между пластинами: [C=dfrac{varepsilon varepsilon_0 S}{d}] Следовательно, уменьшение расстояния между пластинами приведёт к увеличению ёмкости.

5) Суммарный заряд стержня электрометра и соединённой с ним пластины не изменяется, так как эта система тел электроизолированная. Разность потенциалов между пластинами после сближения уменьшится, что приведёт к уменьшению угла отклонения стрелки электрометра.

Ответ:

В первом опыте в сосуд с водой при комнатной температуре помещают нагревательный элемент, состоящий из двух спиралей с сопротивлениями (R_1) и (R_2), подключенный к источнику постоянного напряжения (U). В начальный момент времени ключ К замкнут. Воду доводят до кипения, затем выливают и охлаждают до комнатной температуры. Во втором опыте эту же воду при комнатной температуре снова доводят до кипения, при этом ключ К размыкают. В каком случае вода закипит быстрее? Ответ поясните на основании законов термодинамики и электродинамики.

ЕГЭ по физике 01.04.2019. Досрочный экзамен по физике. Санкт-Петербург.

1) Чем больше мощность, тем быстрее нагревается вода. Так как объемы воды одинаковые, то и количество теплоты понадобится одинаковое для их нагрева.
2) Найдем мощность цепи в первом и втором случаях.
Первый случай. Резисторы соединены параллельно, значит их общее сопротивление равно: [dfrac{1}{R}=dfrac{1}{R_2}+dfrac{1}{R_1} Rightarrow R=dfrac{R_2cdot R_1}{R_2+R_1}] Мощность будем находить по формуле: [P=dfrac{U^2}{R}] Для первого случая [P_1=U^2(dfrac{R_2+R_1}{R_2R_1})] Второй случай. Ток через резистор (R_2) течь не будет, а значит общее сопротивление цепи равно (R_1). Найдем мощность цепи во втором случае [P_2=dfrac{U^2}{R_1}] 3) Найдем отношение мощностей [dfrac{P_1}{P_2}=dfrac{U^2(dfrac{R_1+R_2}{R_1R_2})}{dfrac{U^2}{R_1}}=dfrac{R_1+R_2}{R_2}>1] Так как отношение больше единицы, то мощность в первом случае больше мощности во втором, а значит и вода нагреется быстрее в первом случае.

Ответ:

Курс Глицин. Любовь, друзья, спорт и подготовка к ЕГЭ

Источник

Электродинамика

предполагает развернутый ответ

Объяснить и описать процесс:

«опишите … (конкретное явление, процесс)» или «как изменится … (показание прибора, физическая величина)»;

«объясните …, указав, какими физическими явлениями и закономерностями оно вызвано»

Критерии оценки выполнения задания С1

Баллы

Приведено полное правильное решение, включающее правильный ответ и исчерпывающие верные рассуждения с указанием наблюдаемых явлений и законов

Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, и дано правильное объяснение, но содержится один из следующих недостатков.

В представленных записях содержатся лишь общие рассуждения без привязки к конкретной ситуации задачи

ИЛИ

Рассуждения, приводящие к ответу, представлены не в полном объеме, или в них содержатся логический недочет

Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев:

Указаны не все необходимые явления и физические законы, даже если дан правильный ответ на вопрос задания

ИЛИ

Указаны все необходимые явления и физические законы, но в некоторых из них допущена ошибка, даже если дан правильный ответ на вопрос задания

ИЛИ

Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.

ИЛИ

Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие к верному ответу, содержат ошибки

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Некоторые задачи содержат задания с дополнительными условиями ( изобразить схему электрической цепи, рисунок с ходом лучей в оптической системе и др. ) . В этом случае в описание полного правильного решения вводится еще один пункт (верный рисунок или схема). Отсутствие рисунка (или схемы) или наличие ошибки в них приводит к снижению на 1 балл. С другой стороны, наличие правильного рисунка (схемы) при отсутствии других элементов ответа дает возможность учащемуся получить 1 балл.

№ 1. Около небольшой металлической пластины, укрепленной на изолирующей подставке, подвесили на длинной шелковой нити легкую металлическую незаряженную гильзу. Когда пластину подсоединили к клемме высоковольтного выпрямителя, подав на нее положительный заряд, гильза пришла в движение. Опишите движение гильзы и объясните его, указав, какими физическими явлениями и закономерностями оно вызвано.

Ответ к № 1 : Гильза притянется к пластине, коснётся её, а потом отскочит и зависнет в отклонённом состоянии.
Решение (вариант)

Под действием электрического поля пластины изменится распределение электронов в гильзе, и ее поверхность электризуется: сторона, ближайшая к пластине приобретет отрицательный заряд, а противоположная сторона — положительный ( электростатическая индукция ). Поскольку поле небольшой пластины неоднородн о , и ближе к пластине напряженность поля больше, сила притяжения гильзы к пластине, действующая на ее левую сторону, больше силы отталкивания, действующей на правую сторону. Равнодействующая этих сил направлена к пластине , и гильза будет притягиваться к ней.

Если нить достаточно длинная, а гильза достаточно легкая, то гильза коснется пластины. В момент касания часть электронов перейдет с гильзы на положительно заряженную пластину, гильза приобретет положительный заряд , оттолкнется от пластины и остановится в положении, в котором равнодействующая сил электростатического отталкивания, тяжести и натяжения нити станет равной нулю.

Если длина нити недостаточна для того, чтобы гильза коснулась пластины, или гильза достаточно тяжелая, то она остановится в положении, в котором равнодействующая сил электростатического притяжения, тяжести и натяжения нити равна нулю.

№ 2. Между двумя близко расположенными металлическими пластинами, укрепленными на изолирующих подставках, положили металлический шарик. Когда пластины подсоединили к клеммам высоковольтного выпрямителя, подав на них заряды разных знаков, шарик пришёл в движение. Опишите и объясните движение шарика

Решение к № 2:

Под действием электрического поля пластин изменится распределение электронов в шарике и произойдет его электризация: шарик приобретёт тот же заряд, что и пластина, на которой он лежит, — отрицательный.

Отрицательно заряженный шарик будет отталкиваться от нижней и притягиваться к верхней пластине. Если масса шарика достаточно мала, он поднимется к положительно заряженной пластине и, коснувшись ее, поменяет знак заряда. В результате он начнёт отталкиваться от верхней пластины и притягиваться к нижней — шарик вернется к первой пластине и вновь поменяет знак своего заряда на отрицательный. Такое движение вверх-вниз будет повторяться.

№ 3. Насаженную на вертикальную ось металлическую стрелку АВ закрепили и сбоку к ней поднесли наэлектризованную стеклянную палочку (см. рисунок – вид сверху). Будет ли поворачиваться стрелка, если её освободить, и если будет, то в какую сторону? Объясните поведение стрелки, указав, какими физическими явлениями и закономерностями оно вызвано.

Ответ к № 3: Стрелка повернется по часовой стрелке, конец стрелки А будет указывать на стеклянную палочку.

Решение:

Электрическое поле палочки приведет к перераспределению свободных зарядов (электронов) внутри проводящей стрелки (электростатическая индукция): ближний к положительно заряженной палочке конец А стрелки зарядится отрицательно, а дальний В – положительно. Так как заряды противоположных знаков притягиваются, а одноименных знаков – отталкиваются, то конец А стрелки будет притягиваться к палочке, а В – отталкиваться. Это притяжение и отталкивание разных концов стрелки приведёт к повороту самой стрелки: конец А будет указывать на стеклянную палочку. Поворот произойдёт по часовой стрелке.

№ 4. На рисунке изображены три металлические пластины большой площади. Пластины расположены параллельно друг другу, расстояние между пластинами много меньше их размеров. Внизу указаны заряды пластин. Какой заряд находится на правой плоскости третьей пластины? Ответ обоснуйте.

Ответ к № 4: 0.

Решение (вариант 1)

Электрическое поле внутри проводника равно нулю. Весь статический заряд проводника (металлической пластины) сосредоточен на его поверхности. Поле зарядов, расположенных левее третьей пластины, должно компенсироваться полем зарядов, расположенных справа от нее.

Суммарный заряд трех пластин должен быть распределен так, чтобы суммарный «левый заряд» был равен суммарному правому заряду. Суммарный заряд всех трех пластин равен нулю ( 3 q — 4 q + q = 0 ). Значит, справа и слева от третьей пластины должен находиться заряд, равный нулю. Это достигается в том случае, если на правой поверхности третьей пластины находится заряд, равный нулю.

Решение (вариант 2)

Каждая пластина создает однородное электрическое поле, напряженность которого зависит от ее заряда (пропорциональна ему). Результирующее поле, напряженность которого находится по принципу суперпозиции, приводит к перераспределению зарядов на проводящих пластинах за счет электростатической индукции. При этом заряды сосредоточены на поверхности пластин, а макроскопический заряд и напряженность поля внутри пластин равны нулю. Поле внутри правой пластины создано пластинами с зарядами 3q и -4q , а также распределенным по ее поверхности зарядом q . Для того, чтобы компенсировать поле зарядов 3q и -4q, сумма которых равна –q, заряд q должен быть сосредоточен целиком на левой стороне пластины: в противном случае напряженность созданного им поля будет меньше необходимой. В таком случае, заряд правой поверхности пластины равен нулю.

№ 5. На рисунке изображены три металлические пластины большой площади. Пластины расположены параллельно друг другу, расстояние между пластинами много меньше их размеров. Внизу указаны заряды пластин. Какой заряд находится на правой плоскости первой пластины? Ответ обоснуйте.

Решение к № 5.

№ 6. На фотографии изображена электрическая цепь, состоящая из резистора, реостата, ключа, цифровых вольтметра, подключенного к батарее, и амперметра. Составьте принципиальную электрическую схему этой цепи и, используя законы постоянного тока, объясните, как изменятся (увеличатся или уменьшатся) сила тока в цепи и напряжение на батарее при перемещении движка реостата в крайнее правое положение.

Ответ к № 6: Показания амперметра увеличатся, а вольтметра — уменьшатся.

Решение:

Эквивалентная электрическая схема цепи, учитывающая внутреннее сопротивление батареи, изображена на рисунке, где I — сила тока в цепи. Ток через вольтметр практически не течет, а сопротивление амперметра пренебрежимо мало.

Сила тока в цепи определяется законом Ома для замкнутой цепи:

В соответствии с законом Ома для участка цепи напряжение, измеряемое вольтметром

При перемещении движка реостата вправо его сопротивление R 1 уменьшается, что приводит к уменьшению полного сопротивления цепи. Сила тока в цепи при этом растет, а напряжение на батарее уменьшается.

№ 7. Медная прямоугольная рамка, по которой протекает постоянный электрический ток силой I , может вращаться вокруг вертикальной оси OO ‘, закрепленной в подшипниках. При вращении рамки на нее действуют силы вязкого трения. Опираясь на законы электродинамики и механики, опишите и объясните движение этой рамки после включения однородного магнитного поля с индукцией В (см. рисунок).

Решение к № 7 (вариант)

На проводник с током магнитном поле действует сила Ампера, величина которой определяется законом Ампера F= I B l sin α , а направление — правилом левой руки. Тогда на левую и правую стороны рамки действуют силы F 1 и F 2 соответственно, направленные так, как показано на рисунке (вид сверху). Силы, действующие на верхнюю и нижнюю стороны рамки, параллельные вектору магнитной индукции, равны нулю.

Силы F 1 и F 2 поворачивают рамку против часовой стрелки (создают вращающий момент) до тех пор, пока она не займет положение, при котором плоскость рамки перпендикулярна вектору магнитной индукции (момент равен нулю). По инерции рамка «проскочит» это положение и будет двигаться дальше. Направления сил F 1 и F 2 при этом сохранятся, однако теперь они будут тормозить вращение рамки до полной остановки, а затем поворачивать ее в обратном направлении. Описанный процесс будет повторяться с амплитудой, уменьшающейся за счет работы сил вязкого трения (возникнут затухающие колебания), до тех пор, пока рамка не остановится в положении, когда ее плоскость перпендикулярна линиям магнитной индукции (момент равен нулю).

№ 8. Рамку с постоянным током удерживают неподвижно в поле полосового магнита (см. рисунок). Полярность подключения источника тока к выводам рамки показана на рисунке. Как будет двигаться рамка на неподвижной оси МО, если рамку не удерживать? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности вы использовали для объяснения. Считать, что рамка испытывает небольшое сопротивление движению со стороны воздуха.

Решение к № 8:

Рамка повернется против часовой стрелки и встанет перпендикулярно оси магнита так, что контакт «+» окажется внизу.

Рассмотрим сечение рамки плоскостью рисунка в условии задачи. В исходном положении в левом звене рамки ток направлен от нас, а в правом — к нам. На левое звено рамки действует сила Ампера FA1, направленная вниз, а на правое звено — сила Ампера FA2, направленная вверх. Эти силы разворачивают рамку на неподвижной оси МО против часовой стрелки (см. рисунок).

Рамка устанавливается перпендикулярно оси магнита так, что контакт «+» оказывается внизу. При этом силы Ампера FA1 и FA2 обеспечивают равновесие рамки на оси МО (см. рисунок).

№ 9. На рисунке изображены две изолированные друг от друга электрические цепи. Первая содержит последовательно соединенные источник тока, реостат, катушку индуктивности и амперметр, а вторая — проволочный моток, к концам которого присоединен гальванометр, изображенный на рисунке справа. Катушка и моток надеты на железный сердечник. Как будут изменяться показания приборов, если катушку, присоединенную к источнику тока, медленно перемещая вверх, снять с сердечника? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности вы использовали для объяснения.

Ответ: Во время перемещения катушки вверх и снятия с сердечника показания амперметра будут оставаться неизменными, а гальванометр будет регистрировать ток в цепи второй катушки. ( Примечание: Когда первая катушка будет полностью снята с сердечника, изменение магнитного потока в нем прекратится, и сила тока, регистрируемого гальванометром, станет равной нулю. При этом амперметр будет регистрировать постоянную силу тока в цепи первой катушки. Это утверждение для полного ответа не требуется )

№ 10. Замкнутое медное кольцо подвешено на тонких длинных нитях вблизи катушки индуктивности, закрепленной на столе и подключенной к источнику постоянного тока. Первоначально электрическая цепь катушки разомкнута. Как будет двигаться кольцо при замыкании цепи? Ответ поясните, указав, какие физические явления закономерности вы использовали для объяснения.

Ответ к № 10: Кольцо оттолкнется от катушки и после затухающих колебаний установится в первоначальном положении.
Решение (вариант)

При замыкании цепи сила тока в катушке увеличивается, следовательно, увеличивается индукция магнитного поля катушки и магнитный поток, пронизывающий кольцо. При этом в кольце возникает ЭДС индукции и индукционный ток, который, по правилу Ленца, своим магнитным полем противодействует изменению магнитного потока, т.е. его направление будет противоположным направлению тока в катушке. При этом возникает сила Ампера, отталкивающая кольцо от катушки. Она же препятствует возникновению колебаний кольца.

По мере установления тока в катушке ЭДС индукции в кольце будет уменьшаться, и когда ток перестанет изменяться, она станет равной нулю. Так же будет изменяться и сила Ампера. Кольцо вернется в исходное положение и останется неподвижным.

Решение (вариант)

При замыкании цепи катушки начинает изменяться поток вектора магнитной индукции через кольцо. По закону электромагнитной индукции в кольце возникает ЭДС индукции, появляется индукционный ток. В соответствии с правилом Ленца взаимодействие токов в кольце и в катушке приводит к тому, что кольцо отталкивается от катушки.

Затем кольцо возвращается в исходное положение, т.к. индукционный ток препятствует возможным колебаниям кольца на нитях.

Индукционный ток в неподвижном кольце вблизи катушки с постоянным током равен нулю, магнитные свойства меди выражены слабо, поэтому, вернувшись в исходное положение равновесия, кольцо остается неподвижным

№ 11. На рисунке приведена электрическая цепь, состоящая из гальванического элемента, реостата, трансформатора, амперметра и вольтметра. В начальный момент времени ползунок реостата установлен посередине и неподвижен. Опираясь на законы электродинамики, объясните, как будут изменяться показания приборов в процессе перемещения ползунка реостата влево. ЭДС самоиндукции пренебречь по сравнению с ε.

Ответ к № 11 : Во время перемещения движка реостата показания амперметра будут плавно увеличиваться, а вольтметр будет регистрировать напряжение на концах вторичной обмотки.
Решение :

При перемещении ползунка влево сопротивление цепи уменьшается , а сила тока увеличивается в соответствии с законом Ома для полной цепи I = ε/( R + r ), где R – сопротивление внешней цепи.

Изменение тока, текущего по первичной обмотке трансформатора, вызывает изменение индукции магнитного поля , создаваемого этой обмоткой. Это приводит к изменению магнитного потока через вторичную обмотку трансформатора.

В соответствии с законом электромагнитной индукции возникает ЭДС индукции ε = — ΔΦ/ Δ t во вторичной обмотке, а следовательно, напряжение U на ее концах, регистрируемое вольтметром.

Примечание: Для полного ответа не требуется объяснения показаний приборов в крайнем левом положении. (Когда движок придет в крайнее левое положение и движение его прекратится, амперметр будет показывать постоянную силу тока в цепи, а напряжение, измеряемое вольтметром, окажется равным нулю.)

№ 12. Намагниченный стальной стержень начинает свободное падение с нулевой начальной скоростью из положения, изображённого на рис. 1. Пролетая сквозь закреплённое проволочное кольцо, стержень создаёт в нём электрический ток, сила которого изменяется со временем так, как показано на рис. 2. Почему в моменты времени t 1 и t 2 ток в кольце имеет различные направления? Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности Вы использовали для объяснения. Влиянием тока в кольце на движение магнита пренебречь.

Рис. 2

Рис. 1

Решение №12 (демоверсия)

Индукционный ток в кольце вызван ЭДС индукции, возникающей при пересечении проводником линий магнитного поля. По закону индукции Фарадея ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока Ф , т.е. количеству линий, пересекаемых кольцом в секунду. Она тем выше, чем больше скорость движения магнита. Сила тока I , в соответствии с законом Ома для замкнутой цепи, пропорциональна ЭДС индукции ε.
В момент времени t 1 к кольцу приближается магнит, и магнитный поток увеличивается. В момент t 2 магнит удаляется, и магнитный поток уменьшается. Следовательно, ток имеет различные направления.

№ 13. Намагниченный стальной стержень начинает свободное падение с нулевой начальной скоростью из положения, изображённого на рис. 1. Пролетая сквозь закреплённое проволочное кольцо, стержень создаёт в нём электрический ток, сила которого изменяется со временем так, как показано на рис. 2. Почему в моменты времени t 1 и t 2 ток в кольце имеет различные направления? Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности Вы использовали для объяснения. Влиянием тока в кольце на движение магнита пренебречь.

Рис. 2

Рис. 1

Решение к №13

При движении магнита изменяется магнитный поток через кольцо, следовательно, в нем возникает индукционный ток. Направление тока определяется правилом Ленца: индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он вызван. Направление поля магнита во время его движения не меняется – оно все время направлено сверху вниз, следовательно, знак магнитного потока не меняется, но при приближении магнита поток увеличивается, а при удалении уменьшается, поэтому ток в кольце в разные моменты времени должен иметь разное направление.

Т.о., разумно предположить, что в моменты времени t 1 и t 2 магнит соответственно приближался к кольцу и удалялся от него, а различные направления тока вызваны различным характером изменения магнитного потока (его увеличением и уменьшением) и объясняются правилом Ленца.

Форма графика позволяет утверждать, что моменты времени t 1 и t 2 действительно соответствуют приближению и удалению магнита:

№ 14. Три лампы подключены к источнику постоянного тока так, как показано на рисунке. Первоначально ключ разомкнут. В какой последовательности загораются лампы при замыкании ключа? Каким явлением это можно объяснить?

Ответ к №14: Лампы 1 и 2 вспыхивают практически сразу. Лампа 3 разгорается постепенно.
Решение:

При замыкании ключа ток возрастает во всех элементах цепи. При этом возникает ЭДС самоиндукции, противодействующая, по правилу Ленца, увеличению силы тока и зависящая от индуктивности элемента. Индуктивность участков 1 и 2 мала, поэтому ток через лампы 1 и 2 достигает рабочего значения практически сразу. Индуктивность катушки с сердечником значительно больше индуктивности всех остальных элементов, поэтому ток через нее будет нарастать медленно, и лампа 3 загорится позже и будет разгораться до нормального накала постепенно

№ 15. Две одинаковые лампы Л1 и Л2 подключены к источнику тока, одна — последовательно с катушкой индуктивности L с железным сердечником, а другая — последовательно с резистором R (см. рисунок). Первоначально ключ К разомкнут. Опишите разницу в работе лампочек при замыкании ключа К. Каким явлением вызвана эта разница?

№ 16. Если кольцо диаметром 3-4 см, согнутое из тонкой проволоки, окунуть в раствор мыла, то, вынув его из раствора, можно обнаружить радужную пленку, затягивающую отверстие кольца. Если держать кольцо так, чтобы его плоскость была вертикальна, и рассматривать пленку в отраженном свете на темном фоне, то в верхней части пленники через некоторое время будет видно растущее темное пятно, окольцованное разноцветными полосами. Как чередуется цвет полос в направлении от темного пятна к нижней части кольца? Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности вы использовали для объяснения.

Решение:

Мыльный раствор, стекая вниз, образует клин, обращенный широкой гранью вниз. Световые волны, отраженные от передней и задней поверхностей клина, интерферируют. Результат интерференции зависит от разности хода волн, а она в свою очередь определяется толщиной клина в месте падения света.

Появление темного пятна в верхней части каркаса объясняется тем, что пленка в этой области настолько тонкая, что разность хода волн не превышает половины длины самых коротких волн в спектре падающего света .

По мере увеличения толщины пленки разность хода волн начинает удовлетворять условию максимума амплитуды сначала для самых малых, а затем все больших длин волн, поэтому ниже темного пятна цвета пленки сменяются от фиолетового, с минимальной длиной волны, к красному – с максимальной. Возрастающим значениям k соответствуют системы полос, в которых цвета чередуются указанным образом в направлении сверху вниз. При достаточно большой толщине пленки системы полос могут перекрываться, образуя смешанные цвета, поскольку при этом могут выполняться условия максимума амплитуды для волн разных длин.

Источник