Сборник задач по физике с решениями и ответами. Часть III. Электричество и оптика: Для учащихся 9-11 классов, абитуриентов и студентов младших курсов - Долгова А.Н.
Скачать (прямая ссылка):
P = I1 -R,
и характеризует скорость выделения теплоты в проводнике, поскольку в этом случае вся работа по перемещению зарядов затрачивается на нагрев проводника.
При протекании по цепи переменного тока i{t) его принято характеризовать величиной эквивалентного ему по тепловому действию постоянного тока, силу которого / называют действующим значением силы тока. Количество теплоты, выделяющееся на проводнике сопротивлением R за период T переменного тока, одинаково в случае протекания по нему переменного тока i(t) и постоянного тока /:
т [77
jR-i2(t)dt = R-I2-T => I= -ji2(t)dt.
О Fo
Аналогичным образом вводится понятие действующего напряжения:
U -Jff и2 (0 dt.
27 В случае переменных токов и напряжений, изменяющихся по гармоническому закону i(t) = Im sin (at и u(t) = Um sin(cof + q>), их действующие значения равны:
I = h?= и U = ^r, V2 V2
а средняя (за период Т) мощность тока на участке цепи может быть выражена, как
T
<P >= J 1/(0'(0 dtIT = hranLcos ф = /f/cos ф,
О 2
где ф — разность фаз между током и напряжением.
ЗАДАЧИ
2.1. В проводнике длиной I полный движущийся заряд, равномерно распределенный по проводу, равен q. Определите среднюю скорость движения зарядов, если ток равен I.
2.2. По медному проводнику сечением S - 1 мм течет ток 7=10 мА. Найдите среднюю скорость упорядоченного движения электронов вдоль проводника, если на один атом меди приходится один электрон проводимости. Атомный вес меди А = 63,6; а плот-
о -IQ
ность р = 8,9 г/см . Заряд электрона е = 1,6 • 10 Кл.
2.3. Почему электрический проводник, по которому идет электрический ток, не испытывает никаких механических сил в направлении движения электронов?
п
2.4. Пучок ультрафиолетовых лучей с длиной волны X -10 м
передает металлической поверхности мощность P = IO-6Bt. Определите величину возникающего фототока, если фотоэффект вызывают а = 0,01 падающих фотонов. Потенциал облучаемого проводника остается неизменным.
28 2.5. Какое количество аккумуляторов нужно соединить последовательно, чтобы получить в цепи ток I = 4 А при разности потенциалов на полюсах батареи U = 220 В? ЭДС каждого аккумулятора є = 2 В, внутреннее сопротивление г = 0,25 Ом.
2.6. Резистор с сопротивлением R = 38 Ом изготовлен из медного провода массой т = 11,2 т. Чему равен диаметр провода? Удель-
ное сопротивление меди р = 1,8 • 10 Ом • м , плотность меди
?/ = 8,9 IO3 кг/м3 .
2.7. Когда к источнику ЭДС подключили резистор сопротивлением R) = 5,0 Ом, сила тока стала /] = 1,0 А, а когда подключили резистор сопротивлением /?2=15 0м, то =0,50 А. Определите внутреннее сопротивление источника.
2.8. К батарейке с ЭДС є = 3,0 В подключили резистор сопротивлением R = 20 Ом. Падение напряжения на резисторе оказалось U = 2,0 В. Определите ток короткого замыкания батарейки.
2.9*. Чтобы определить место повреждения изоляции двухпроводной телефонной линии длиной L = 5 км, к одному ее концу присоединили источник ЭДС с є = 10 В. При этом оказалось, что если провода у другого конца линии разомкнуты, ток через источник /] = 2 А; а если замкнуты накоротко, то ток через источник 12 = 3 А. Найдите сопротивление изоляции в месте повреждения. Сопротивление каждого провода линии R = 2 Ом. Внутренним сопротивлением источника пренебречь.
2.10*. Определите ток, текущий
через идеальный диод в цепи, изображенной на рисунке. f/=100B, +{/ R1 = 1 кОм, R1 =2 кОм, R3= 3 кОм, 7?4=4КОМ.
29 2.11*. Определите ток, текущий через идеальный диод в цепи, изображенной на рисунке. U = 100 В, R1 = 1 кОм, R2 =2 кОм, R3= 3 кОм, R4 = 4кОм.
2.12. Какое дополнительное сопротивление необходимо присоединить к вольтметру с сопротивлением R= 1500 Ом, чтобы цена деления на шкале увеличилась в п = 5 раз?
2.13. Вольтметр, рассчитанный на измерение напряжений до U1 = 20 В, необходимо включить в сеть с напряжением U2 = 120В. Какое для этого требуется включить дополнительное сопротивление, если ток в вольтметре не должен превышать Im = 5 мА?
2.14. Два одинаковых вольтметра, соединенных последовательно, при подключении к источнику постоянного тока показывают напряжение U1 = 4,5 В каждый. Один вольтметр, подключенный к тому же источнику, показывает напряжение U2 =8 В. Определите ЭДС источника.
2.15. Амперметр с сопротивлением R1 =2 Ом, подключенный к источнику ЭДС, показывает ток I = 5 А. Вольтметр с сопротивлением R2 = 150 Ом, подключенный к тому же источнику ЭДС, показывает напряжение U= 12 В. Определите величину тока короткого замыкания источника.
2.16*. Для схемы, изображенной на рисунке, определите ток через диод. ЭДС e1 =6,0 В и s2 =8,5 В; внутреннее сопротивление источников =IOOOm и г2 =150 0м; сопротивление нагрузки R1 = = 20 Ом и R2 =15 Ом. Прямое сопротивление диода гд = 1,5 Ом; обратное Rq =150 Ом.
2.17*. Для схемы, изображенной на рисунке, определите ток через
IlL 1 R7 ±'
Лі
E
зо диод. ЭДС E1 =6,0 В и E2 =9,0 В; внутреннее сопротивление источников г] =120 Ом и г2 =150 Ом; сопротивление нагрузки
= 18 Om и R2 = 25 Ом; прямое сопротивление диода r0 = 1,5 Ом; обратное Rq =150 Ом.
