«ФИЗИКА 11класс В двух частях Часть 2 ЗАДАЧНИК для общеобразовательных учреждений (базовый уровень) Под редакцией Л. Э. ГЕНДЕНШТЕЙНА 2-е издание,исправленное.р-Т Л с,. ЕЬ л**r ^ Z > = —1 v,r ° Москва 2 0 1 0 УДК ...»

Jl. Э. Генденштейн, Л. А. Кирик,

И. М. Гельфгат, И. Ю. Ненашев

ФИЗИКА

11класс

В двух частях

Часть 2

ЗАДАЧНИК

для общеобразовательных учреждений

(базовый уровень)

Под редакцией Л. Э. ГЕНДЕНШТЕЙНА

2-е издание,исправленное

.р-Т Л с,.

ЕЬ

л**r ^ Z > = —1

v,r ° Москва 2 0 1 0 УДК 373.167.1:53 ББК 22.3я72 Г34 Генденштейн Л. Э.

Г34 Физика. 11 класс. В 2 ч. Ч. 2. Задачник для общеобразова­ тельных учреждений (базовый уровень) / Л. Э. Генденштейн, Л. А. Кирик, И. М. Гельфгат, И. Ю. Ненашев ; под ред.

Л. Э. Генденштейна. — 2-е изд., испр. — М. : Мнемозина, 2010. — 96 с. : ил.

ISBN 978-5-346-01484- Задачник содержит качественные, расчетные и экспериментальные за­ дания, сгруппированные по темам, изучаемым в 11-м классе в соответствии с действующей программой по физике. В каждый раздел включено достаточное количество задач трех уровней сложности. К расчетным задачам в конце книги приведены ответы, к некоторым даны указания или решения.

УДК 373.167.1: У чебн ое издание Генденштейн Лев Элевич, Кирик Леонид Анатольевич, Гельфгат Илья Маркович, Ненашев Игорь Юрьевич

ФИЗИКА

11 к л асс В двух частях Часть

ЗАДАЧНИК

для общеобразовательных учреждений (базовый уровень) Санитарно-эпидемиологическое заключение № 77.99.60.953.Д.003577.04.09 от 06.04.2009.

Формат 60x90 ‘ /и- Бумага офсетная № 1. Гарнитура «Школьная».

Печать офсетная. Уел. печ. л. 6,0. Тираж 30 000 экз. Заказ № 25621 (к-гз).

Издательство «Мнемозина». 105043, Москва, ул. 6-я Парковая, 296.

Тел.: 8 (499) 367 5418, 367 5627, 367 6781; факс: 8 (499) 165 9218.

E-mail: [email protected] www.mnemozina.ru Магазин «Мнемозина»

(розничная и мелкооптовая продажа книг, «КНИГА — ПОЧТОЙ», ИНТЕРНЕТ-магазин).

105043, Москва, ул. 6-я Парковая, 29 б.

Тел./факс: 8 (495) 783 8284; тел.: 8 (495) 783 8285.

E-mail: [email protected] www.shop.mnemozma.ru Торговый дом «Мнемозина» (оптовая продажа книг).

Тел./факс: 8 (495) 665 6031 (многоканальный). E-mail: [email protected] Отпечатано в ОАО «Смоленский полиграфический комбинат».

214020, г. Смоленск, ул. Смольянинова, 1.

© «Мнемозина», © «Мнемозина», 2010, с изменениями ISBN 978-5-346-01482-9 (общ.) © Оформление. «Мнемозина», ISBN 978-5-346-01484-3 (ч. 2) Все права защищены

ПРЕДИСЛОВИЕ

Данный задачник является вторым основным компонентом учебно-методического комплекта по физике для 11-го класса (ав­ торы учебника JI. Э. Генденштейн, Ю. И. Дик). В книге содер­ жатся качественные, расчетные и экспериментальные задания, сгруппированные по тематическим разделам, в каждом из кото­ рых выделено три уровня сложности.

Разделы, как правило, начинаются с «Устной разминки», после которой следуют задания в порядке возрастания уровня сложности.

Не все задания в сборнике являются обязательными для каж­ дого учащегося. Учитель имеет возможность подобрать задачи с учетом особенностей каждого класса.

Для удобства в книге использованы специальные обозначе­ ния:

для задач, к которым даны указания;

(^ ) для задач, к которым даны полные решения.

Все необходимые для решения задач справочные данные при­ ведены на форзацах.

ЗАКОНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК. ДЕЙСТВИЯ ТОКА.

ЗАКОН ОМА ДЛЯ УЧАСТКА ЦЕПИ

УСТНАЯ РАЗМИНКА

1.1. Движутся ли заряженные частицы в проводнике, когда по нему не идет ток?

1.2. Как определить, не разрывая цепь, идет ли по проводу электрический ток?

1.3. Каково направление электрического тока электронного луча в кинескопе телевизора: к экрану или от него?

1.4. Каково назначение источника тока в электрической цепи?

Можно ли сказать, что он создает заряды на полюсах?

1.5. В каких устройствах используется тепловое действие тока?

магнитное действие?

1.6. В чем различие движения свободных электронов в метал­ лическом проводнике в двух случаях: когда он присоединен к по­ люсам источника тока и когда он отсоединен от источника?

1.7. Капля дождя в процессе падения электризуется. Можно ли говорить о наличии электрического тока между землей и об­ лаком в данном случае?

1.8. Согласно закону Ома сопротивление R = у. Означает ли это, что сопротивление зависит от силы тока и напряжения?

1.9. Обладает ли проводник электрическим сопротивлением, когда по нему не идет ток?

1.10. На рисунке показаны графики зависимости силы тока от напряжения для двух проводников. Какой из проводников имеет большее сопротивление? Обоснуйте свой ответ.

1.11. Какой заряд проходит ежесекундно через поперечное сечение провода, питающего лампу, если сила тока в лампе равна 1.12. При какой силе тока за 4 с через поперечное сечение про­ водника проходит заряд 32 Кл?

- г Н Первый уровень 1.13. Зарядка автомобильного аккумулятора длилась 5 ч. Ка­ кой заряд прошел по цепи, если сила тока равнялась 10 А?

1.14. Какова сила тока в резисторе сопротивлением 200 Ом при напряжении 5 В?

1.15. Каково сопротивление электрического нагревателя, если при напряжении 200 В сила тока в нем равна 4 А?

1.16. Сила тока в вольтметре, который показывает 120 В, рав­ на 15 мА. Определите сопротивление вольтметра.

1.17. Сила тока в проводнике сопротивлением 2 кОм равна 30 мА. Каково напряжение на проводнике?

1.18. Реостат сопротивлением 40 Ом рассчитан на максималь­ ную силу тока 2 А. Можно ли включать этот реостат в цепь с напряжением 70 В? 100 В?

1.19. Каково сопротивление медного провода длиной 500 м, если площадь его поперечного сечения 0,25 мм2?

1.20. Внешние размеры сплошного медного стержня и медной трубки одинаковы. Какое из этих тел имеет большее электриче­ ское сопротивление?

WI Второй уровень 1.21. Сила тока электронного луча кинескопа равна 100 мкА.

Сколько электронов ежесекундно попадает на экран кинескопа?

1.22. Безопасной для человека считается сила тока 1 мА. Ка­ кой заряд проходит по цепи за 10 с при такой силе тока? Сколько электронов должно проходить через поперечное сечение провод­ ника за 1 с, чтобы создать такую силу тока?

1.23. Для питания лампы фотовспышки используется конден­ сатор электроемкостью 800 мкФ, заряженный до напряжения 300 В. Какова средняя сила тока разрядки конденсатора, если длительность вспышки составляет 20 мс?

1.24. Конденсатор электроемкостью 6 мкФ, заряженный до напряжения 150 В, разрядился через металлический провод за 0,001 с. Какова средняя сила тока при разрядке?

1.25. На рисунке показаны графики зависимости силы тока от напряжения для трех различных проводников. Каково сопротив­ ление каждого из них?

1.26. Для изготовления реостата сопротивлением 126 Ом ис­ пользовали никелиновую проволоку с площадью поперечного се­ чения 0,1 мм2. Какова длина проволоки?

1.27. Определите удельное сопротивление проводника, если его длина 2,4 м, площадь поперечного сечения 0,4 мм2, а сопро­ тивление 1,2 Ом.

1.28. Какова площадь поперечного сечения алюминиевой про­ волоки, если сопротивление 100-метрового отрезка этой проволо­ ки равно 5,6 Ом?

1.29. Спираль изготовлена из нихромовой проволоки с площа­ дью поперечного сечения 0,8 мм2. Какова длина проволоки, если при силе тока 0,5 А напряжение на спирали 22 В?

1.30. Реостат с максимальным сопротивлением 150 Ом подклю­ чен к источнику постоянного напряжения 9 В. Постройте график I(R) зависимости силы тока в цепи от сопротивления реостата.

1.31. Возможен ли электрический ток в отсутствие электриче­ ского поля?

1.32. Какова цена деления шкалы амперметра (см. рисунок)?

До замыкания ключа стрелка амперметра находилась напротив первого штриха шкалы.

1.33. Какова цена деления шкалы вольтметра (см. рисунок)?

До замыкания ключа стрелка вольтметра находилась напротив первого штриха шкалы.

1.34. Сила тока в медном проводнике с поперечным сечением 1,5 мм2 и длиной 14 м равна 2,2 А. Определите напряжение на концах этого проводника.

1.35. Сила тока в никелиновом проводнике длиной 40 м рав­ на 0,5 А. Определите площадь поперечного сечения проводника, если к его концам приложено напряжение 84 В.

1.36. В цепь источника тока, дающего напряжение 6,3 В, вклю­ чили кусок никелиновой проволоки длиной 25 см с площадью попе­ речного сечения 0,05 мм2. Какая сила тока установилась в цепи?

1.37. Сила тока в спирали электрокипятильника 4 А. Кипя­ тильник включен в сеть напряжением 220 В. Какова длина нихромовой проволоки, из которой изготовлена спираль кипятиль­ ника, если площадь ее поперечного сечения равна 0,1 мм2?

г-|~Д Третий уровень 1.38. Определите силу тока в цепи, если суммарная масса всех электронов, проходящих за 0,5 с через поперечное сечение про­ водника, равна 10 9 г.

(^) 1.39. Медная проволока массой т = 300 г имеет электрическое сопротивление R = 57 Ом. Найдите длину проволоки I и площадь ее поперечного сечения S. Плотность меди равна 8900 кг/м3.

1.40. Сопротивление медной проволоки 1 Ом, ее масса 1 кг.

Какова длина проволоки и площадь ее поперечного сечения?

Плотность меди равна 8900 кг/м 3.

1.41. Какова напряженность электрического поля в алюми­ ниевом проводнике площадью поперечного сечения 1,4 мм2 при силе тока 2 А?

2. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ И ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ

СОЕДИНЕНИЯ ПРОВОДНИКОВ

Устная разминка 2.1. Как соединены между собой электроприборы в вашей квартире?

2.2. Как изменится сопротивление цепи, если сопротивление одного из резисторов в этой цепи:

а) увеличить;

б) уменьшить?

Зависит ли ответ от типа соединения проводников?

2.3. Два куска проволоки одинакового размера, изготовлен­ ные из меди и алюминия, соединены параллельно и подключены к батарейке. В каком из них сила тока больше?

2.4. В электропоезде ток идет по воздушному проводу, двига­ телю и рельсу. Одинакова ли сила тока в тонком проводе и тол­ стом рельсе?

2.5. Ученик по ошибке включил вольтметр вместо амперметра при измерении силы тока в лампе. К чему привела эта ошибка?

- г Н Первый уровень 2.6. Каково сопротивление участка цепи, состоящего из трех последовательно соединенных резисторов сопротивлениями 10, 20 и 30 Ом?

2.7. Каково сопротивление участка цепи, состоящего из двух параллельно соединенных резисторов сопротивлениями 40 и 60 Ом?

2.8. Сколько одинаковых резисторов сопротивлением 200 Ом потребуется, чтобы получить сопротивление цепи 1,6 кОм?

2.9. Сколько одинаковых резисторов сопротивлением 600 Ом потребуется, чтобы получить сопротивление цепи 120 Ом?

2.10. Каким может быть сопротивление участка цепи, состоя­ щего из двух резисторов, сопротивления которых 2 и 3 кОм?

П Второй уровень Почему птицы спокойно садятся на провода высоко­ вольтной цепи?

2.12. Как изменится сопротивление электрической цепи, если подключить к любому звену цепи еще один резистор:

а) последовательно;

б) параллельно?

2.13. В елочной гирлянде, включенной в сеть 220 В, последо­ вательно соединены 20 одинаковых лампочек. Каковы напряже­ ние на каждой лампочке и ее сопротивление в рабочем режиме, если сила тока в гирлянде 46 мА?

2.14. В елочной гирлянде последовательно соединены лампоч­ ки для карманного фонарика. При включении этой гирлянды в сеть на каждую из лампочек приходится напряжение 3 В. По­ чему же опасно, выкрутив одну из лампочек, сунуть в ее патрон палец?

2.15. К источнику постоянного напряжения 48 В подключи­ ли три резистора, соединенные последовательно. Сила тока через первый резистор равна 1 А, сопротивление второго составляет 12 Ом, а напряжение на третьем резисторе 15 В. Каковы сопро­ тивления первого и третьего резисторов?

2.16. Автомобильную лампу, рассчитанную на напряжение 12 В и силу тока 8 А, нужно включить в сеть напряжением 172 В. Какое необходимо добавочное сопротивление и как его нужно подключить к лампе?

2.17. Два резистора соединены параллельно. Сопротивление первого резистора 25 Ом. Сила тока во втором резисторе 7,5 А, напряжение на нем 150 В. Какова общая сила тока в цепи?

2.18. Каким может быть сопротивление участка цепи, состоя­ щего из одинаковых резисторов сопротивлением по 12 кОм, если можно использовать не более трех резисторов?

2.19. Каким может быть сопротивление участка цепи, состоя­ щего из одинаковых резисторов сопротивлением по 24 кОм, если можно использовать не более четырех резисторов? Начертите возможные схемы этого участка цепи.

(^ ) 2.20. В электрической цепи (см. рисунок) резисторы Rl — R имеют сопротивление 10 Ом каждый. Каковы напряжение на каждом резисторе и сила тока в каждом из них, если напряже­ ние источника тока 30 В?

2.21. К источнику тока напряжением 110 В подключена элек трическая цепь (см. рисунок). Все резисторы имеют сопротивле­ ние 10 кОм каждый. Найдите силу тока в каждом резисторе.

2.22. Сопротивления резисторов R l—R4 (см. рисунок) R = 5 Ом R2 = 10 Ом, R3 = 6 Ом и R4 = 4 Ом. Найдите сопротивление цепи между точками:

2.23. Четыре резистора сопротивлениями Д, = 12 Ом, R2= 18 Ом, RB = 4 Ом и й 4 = 16 Ом соединены по схеме, изображенной на рисунке. Определите общее сопротивление цепи.

2.24. Чему равно общее сопротивление участка цепи, изо браженного на рисунке, если Rt = 10 Ом, R2 = R3 = 20 Ом и R, = 30 Ом?

2.25. Резисторы, сопротивления которых 1 и 1,5 кОм, соеди­ нены параллельно и подключены к источнику постоянного на­ пряжения 15 В. Найдите силу тока, проходящего через каждый резистор, и сопротивление цепи.

2.26. Резисторы, сопротивления которых 600 и 300 Ом, соеди­ нены последовательно и подключены к батарейке. Напряжение на первом резисторе 3 В. Найдите силу тока и общее напряжение в цепи.

2.27. Вычислите сопротивление резистора R3 в цепи, изобра­ женной на рисунке, если сопротивления резисторов = 6 Ом, R2 = 4 Ом, а показания амперметров 12 = 3 А, I = 9 А.

2.28. Четыре одинаковые лампы соединены, как показано на рисунке, и подключены к источнику постоянного напряжения.

Как изменится яркость свечения каждой из ламп, если лампа перегорит? Зависимость сопротивления ламп от температуры не учитывайте.

2.29. Радиолюбителю нужен резистор сопротивлением 70 кОм. У него нашлись три резистора, сопротивления которых 100, 50 и 25 кОм. Как он может получить необходимое сопротив­ ление? Начертите схему.

2.30. Три одинаковые лампы, рассчитанные на напряжение 36 В и силу тока 1,5 А, нужно соединить параллельно и питать от сети напряжением 45 В. Добавочный резистор какого сопро­ тивления нужно подключить последовательно с лампами, чтобы они работали в нормальном режиме?

2.31. Цепь, изображенная на рисунке, подключена к источ­ нику постоянного напряжения 44 В. Амперметр показывает 500 мА. Найдите напряжение на каждом из резисторов, если i?, = R, a R = 44 Ом.

2.32. Каково сопротивление каждого из двух резисторов, если при их последовательном соединении получается сопротивление 50 Ом, а при параллельном — 12 Ом?

2.33. Из проволоки сопротивлением 32 Ом сделано кольцо.

В каких точках кольца следует подключить провода, чтобы по­ лучить сопротивление 6 Ом?

2.34. Из одинаковых резисторов по 10 Ом требуется составить цепь сопротивлением 6 Ом. Какое наименьшее количество рези­ сторов для этого потребуется? Начертите схему цепи.

(^) 2.35. В ходе лабораторной работы по измерению силы тока в лампочке и напряжения на ней ученик собрал цепь неправильно, поменяв местами амперметр и вольтметр. Будет ли в собранной цепи гореть лампочка? Что покажут приборы? Какой прибор мо­ жет выйти из строя?

2.36. На рисунке приведена схема участка электрической цепи. Определите сопротивление этого участка.

2.37. Найдите силу тока через каждый из резисторов (см. ри сунок), если вольтметр показывает 110 В, а сопротивления рези­ сторов R1 = 6,4 Ом, R2 = 4 Ом, Ra = 12 Ом, i?4 = 6 Ом, Д5 = 3 Ом, Дв = 8 Ом, Д7 = 20 Ом.

2.38. Найдите напряжение на каждом из резисторов (см. ри сунок), если амперметр показывает 10 А, а сопротивления рези­ сторов Rt = 6,4 Ом, R2 = 4 Ом, R3 = 12 Ом, Д4 = 6 Ом, Д. = 3 Ом, Re = 8 Ом, R7 = 20 Ом.

© 2.39. Вам необходимо измерить сопротивление R проводни­ ка с помощью амперметра сопротивлением 0,05 Ом и вольтмет­ ра сопротивлением 6 кОм. Какую из двух схем (рис. а, б) вы выберете, если вам известно, что значение сопротивления резис­ тора R составляет несколько десятых ома?

© 2.40. Вам необходимо измерить сопротивление резистора R с помощью амперметра сопротивлением 0,05 Ом и вольтметра со­ противлением 6 кОм. Какую из двух схем (рис. а, б) вы выберете,;

если известно, что значение сопротивления составляет несколько килоом?

2.41. Найдите силу тока в каждом из резисторов (см. рису нок). Напряжение источника тока 91 В, сопротивление каждого из резисторов 35 Ом.

2.42. Для измерения сопротивления резистора R собрана по казанная на рисунке цепь. Амперметр показывает силу тока / = 0,3 А, а вольтметр — напряжение U = 100 В. Найдите со­ противление резистора R, если сопротивление вольтметра 3 кОм.

Почему в данном случае нельзя применить формулу R = у ?

2.43. Найдите сопротивление каж дой из цепей (рис. а, б, в), если сопротивление каж дого из резисторов равно 15 кОм.

РАБОТА И МОЩНОСТЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

УСТНАЯ РАЗМИНКА

3.1. Как на практике можно определить работу электрическо­ го тока в цепи? Какие для этого нужны приборы?

3.2. Две лампы рассчитаны на напряжение 220 В каждая.

Мощность одной лампы 60 Вт, а другой — 100 Вт. У какой лам­ пы сопротивление больше?

3.3. Увеличится или уменьшится потребляемая елочной гирлян­ дой мощность, если уменьшить количество лампочек на одну?

3.4. Отразится ли на работе электроплитки небольшое укоро­ чение перегоревшей спирали?

3.5. Для чего служат плавкие предохранители? Что выдер­ живает большую силу тока: плавкий предохранитель или цепь, в которую он включен?

3.6. Медный и алюминиевый проводники одинаковых разме­ ров включены параллельно. В каком из них выделяется большее количество теплоты за одно и то же время?

шсН Первый уровень 3.7. По проводнику, к концам которого приложено напряже­ ние 12 В, прошел электрический заряд 500 Кл. Определите рабо­ ту электрического тока.

3.8. Какова работа электрического тока за 1 мин в электриче­ ской лампе, если напряжение 12 В, а сила тока 1 А?

3.9. Сила тока в электрической печи для плавки металла рав­ на 850 А при напряжении 220 В. Какое количество теплоты вы­ деляется в печи за 1 мин?

3.10. Напряжение на резисторе равно 20 В, а сила тока в рези­ сторе 0,5 А. За какое время электрический ток совершит работу 1 кДж?

3.11. Электрический прибор подключен к источнику напряже­ ния 36 В. Какова мощность тока в приборе, если сила тока в нем 1,5 А?

3.12. Определите мощность тока в электрической лампе, включенной в сеть напряжением 220 В, если известно, что со­ противление нити накала лампы 242 Ом.

3.13. Вольтметр, сопротивление которого 6 кОм, показывает 3 В. Какова мощность тока в вольтметре?

r - ifl Второй уровень 3.14. Нить лампы накаливания с течением времени становит­ ся тоньше из-за испарения и распыления материала с ее поверх­ ности. Как это влияет на мощность, потребляемую лампой?

(^ ) 3.15. Можно ли включить в сеть напряжением 220 В последо­ вательно две лампы, рассчитанные на напряжение 110 В?

3.16. На часть раскаленной спирали электроплитки попала вода. Как изменилась яркость свечения тех участков спирали, на которые вода не попала?

3.17. В электроприборе за 15 мин электрическим током совер­ шена работа 9 кДж. Сила тока в цепи 2 А. Определите сопротив­ ление прибора.

3.18. Каково напряжение на резисторе сопротивлением 360 Ом, если за 12 мин электрическим током была совершена работа 450 Дж?

3.19. При какой силе тока мощность тока в резисторе сопро­ тивлением 20 Ом равна 0,8 Вт?

3.20. На лампочке для карманного фонарика написано «4 В, 1 Вт», а на лампе в прихожей «220 В, 40 Вт». Какая из ламп рассчитана на большую силу тока? Во сколько раз? Каковы со­ противления ламп в рабочем состоянии?

(^ч) 3.21. Сопротивления двух резисторов R l = 10 Ом и R2 = 50 Ом.

В каком из резисторов мощность тока больше и во сколько раз:

а) при последовательном соединении;

б) параллельном соединении?

3.22. Сопротивление первого резистора в 4 раза превышает сопротивление второго. Сравните мощности тока в резисторах, соединенных:

а) последовательно; б) параллельно.

3.23. Имеется пять электрических лампочек, рассчитанных на напряжение 9 В каждая. Три из них имеют расчетную мощ­ ность 4 Вт, две — по 6 Вт. Как следует включить их в сеть на­ пряжением 18 В, чтобы они горели нормальным накалом?

3.24. Два резистора сопротивлениями 10 и 30 Ом включены последовательно в сеть напряжением 36 В. Какова мощность тока в каждом из резисторов?

3.25. Две электрические плитки включены в сеть параллель­ но. Сопротивление первой плитки 60 Ом, второй — 24 Ом. Срав­ ните мощности тока в плитках.

3.26. Сравните мощность ток^ в лампах 1 и 2 (см. рисунок), если все три лампы одинаковы. Зависимость сопротивления лам­ пы от температуры не учитывайте.

3.27. Какое количество теплоты выделилось в реостате, сопро­ тивление которого 6 Ом, если за 5 мин через него прошел элек­ трический заряд 600 Кл?

3.28. Резисторы сопротивлениями 60 и 20 Ом включают в сеть напряжением 120 В. Найдите суммарную мощность тока в резисторах, если они соединены:

а) последовательно; б) параллельно.

3.29. Два проводника сопротивлениями 10 и 40 Ом включены в сеть напряжением 20 В. Какое количество теплоты выделится за 1 с в каждом проводнике, если их соединить:

а) последовательно; б) параллельно?

3.30. Из какого материала может быть изготовлена спираль нагревательного элемента мощностью да 15 м, площадь его поперечного сечен] ние в сети 120 В?

r- ^ т Третий уровень (^) 3.31. Почему электрические лампы накаливания чаще пере­ горают при включении и очень редко — при выключении?

3.32. Если подключить два резистора последовательно к ис­ точнику постоянного напряжения, мощность тока в цепи 4 Вт;

если те же резисторы подключить к этому источнику параллель­ но, то мощность тока 18 Вт. Какова будет мощность тока в каж­ дом из резисторов, если их поочередно подключать к тому же ис­ точнику напряжения?

3.33. Какова мощность тока в каждом из резисторов (см. ри­ сунок), если напряжение на полюсах источника тока 15 В, а со­ противления резисторов R1 = 3 Ом, R = 20 Ом и й 3 = 30 Ом?

3.34. Во сколько раз изменится мощность тока в каждом из резисторов R l, R2 и R3 (см. рисунок), если замкнуть ключ? Все резисторы одинаковы, напряжение в цепи считайте постоянным.

3.35. Электровоз движется с постоянной скоростью 43,2 км/ч, развивая при этом среднюю силу тяги 40 кН. Определите КПД двигателей электровоза, если они работают под напряжением 1,5 кВ и потребляют силу тока 380 А.

3.36. Подъемник, двигатель которого подключен к сети на­ пряжением 120 В, при силе тока 4 А поднимает равномерно груз массой 72 кг. Определите скорость подъема груза, если КПД подъемника равен 75 %. Считайте g — 10 м /с2.

3.37. Электродвигатель модели электромобиля работает при напряжении 9 В. Модель массой 2 кг движется с постоянной скоро­ стью 1,5 м/с. Какова сила тока в электродвигателе, если КПД мо­ дели 75 %, а сила сопротивления движению составляет 0,08 силы тяжести? Считайте g = 10 м /с2.

3.38. Электродвигатель трамвая работает при силе тока 110 А и напряжении 550 В. С какой скоростью движется трамвай, если двигатель создает силу тяги 3,5 кН, а его КПД равен 70 % ?

(^) 3.39. Электрический чайник имеет две обмотки. При вклю­ чении одной из них вода закипает через t1 = 12 мин, при вклю­ чении другой — через t2 = 24 мин. За какое время закипит вода в чайнике, если включить обе обмотки параллельно? последова­ тельно? Тепловые потери не учитывайте.

3.40. Сколько льда, имеющего температуру -1 0 °С, можно растопить за 10 мин на электрической плитке, работающей от сети напряжением 220 В при силе тока 3 А, если КПД установки 80 % ? Удельная теплоемкость льда 2,1 кДжДкг •К), а удельная теплота плавления 330 кДж/кг.

3.41. Электрический нагреватель за 20 мин доводит до кипе­ ния 3 кг воды, начальная температура которой 10 °С. Сила тока в нагревателе 7 А, напряжение в сети 220 В. Какая часть потреб­ ляемой нагревателем энергии передается окружающей среде?

Удельная теплоемкость воды 4,2 кДжДкг К).

3.42. Электрический чайник нагревает 2 л воды от 10 до 100 °С за 7 мин. Какова длина никелиновой проволоки, из кото­ рой изготовлен нагревательный элемент? Площадь сечения про­ волоки равна 0,63 мм2, КПД чайника 80 %, напряжение в сети 220 В. Удельная теплоемкость воды 4,2 кДжДкг •К).

4. ЗАКОН ОМА ДЛЯ ПОЛНОЙ ЦЕПИ

УСТНАЯ РАЗМИНКА

4.1. Какие силы действуют внутри любого источника тока?

4.2. Какие источники тока есть у вас дома?

4.3. К батарейке подключена лампочка. Правильно ли утвер­ ждение: внутри батарейки ток идет от ее положительного полюса к отрицательному?

4.4. В замкнутой цепи сторонние силы совершили работу 5 Дж. Какую работу совершили за это же время кулоновские силы во всей цепи?

4.5. ЭДС батарейки карманного фонарика равна 4,5 В. Поче­ му же в этом фонарике используют лампочку, рассчитанную на напряжение 3,5 В?

4.6. При каких условиях от данного источника тока можно получить самую большую силу тока? Каково напряжение на по­ люсах источника тока в этом случае?

4.7. Как изменяются ЭДС и внутреннее сопротивление бата­ рейки, когда она «стареет»?

4.8. При запуске автомобильного двигателя с помощью старте­ ра напряжение в электрической цепи снижается. Почему?

- г Л Первый уровень 4.9. В замкнутой цепи сила тока равна 0,5 А. Какую рабо­ ту совершают сторонние силы за 20 с, если ЭДС источника тока 24 В?

4.10. В замкнутой цепи сила тока равна 1 А. Какую работу совершают сторонние силы за 10 с, если ЭДС источника тока 12 В?

4.11. Аккумулятор мотоцикла имеет ЭДС 6 В и внутреннее со­ противление 0,5 Ом. К нему подключили реостат сопротивлением 5,5 Ом. Найдите силу тока в реостате и напряжение на клеммах аккумулятора.

4.12. ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока равны соответственно 12 В и 0,5 Ом. К нему подключили реостат сопро­ тивлением 7,5 Ом. Найдите силу тока в реостате и напряжение на полюсах источника тока.

4.13. ЭДС батареи аккумуляторов равна 6 В, а внутреннее со­ противление батареи 0,25 Ом. Найдите силу тока короткого за­ мыкания.

4.14. ЭДС источника тока равна 12 В, его внутреннее сопро­ тивление 1,5 Ом. Какова сила тока в цепи, если сопротивление внешней цепи 8,5 Ом?

4.15. Внутреннее сопротивление источника тока 2 Ом. Какова его ЭДС, если сила тока в цепи 2,5 А, а напряжение на полюсах источника тока 13 В?

4.16. Какова сила тока в цепи, если ЭДС источника тока 24 В, а его внутренним сопротивлением можно пренебречь? Сопротив­ ление внешней цепи 40 Ом.

~W Второй уровень (^) 4.17. Если к «старой» батарейке подключить только вольт­ метр, он показывает 4,4 В. Но когда к той же батарейке подклю­ чают лампочку, рассчитанную на напряжение 3,5 В, лампочка не загорается. Чем это объясняется?

4.18. Изменится ли сила тока в электрической цепи, если за­ менить один гальванический элемент другим такого же типа, но с большим размером пластин?

4.19. К генератору, ЭДС которого 120 В, присоединили нагре­ вательный элемент сопротивлением 38 Ом. Определите внутрен­ нее сопротивление генератора и напряжение на его зажимах, если сила тока в цепи 3 А.

4.20. К батарее с ЭДС 2 В и внутренним сопротивлением 0,2 Ом подключили резистор. Определите сопротивление рези­ стора и напряжение на нем, если сила тока в цепи 0,4 А.

4.21. Определите силу тока при коротком замыкании батареи с ЭДС 12 В, если при замыкании ее на внешнее сопротивление 3,5 Ом сила тока в цепи равна 3 А.

4.22. Напряжение на зажимах генератора 20 В, а сопротивле­ ние внешней цепи в 4 раза больше внутреннего сопротивления.

Определите ЭДС генератора.

4.23. Батарея аккумуляторов имеет ЭДС 12 В. Сила тока в цепи 4 А, а напряжение на клеммах 11В. Определите силу тока короткого замыкания.

4.24. При каком сопротивлении внешней цепи напряжение во внешней цепи равно половине ЭДС источника?

4.25. Автомобильную лампу, на которой написано «12 В, 100 Вт», подключили к аккумулятору с ЭДС 12 В и внутренним сопротивлением 0,06 Ом. Найдите силу тока и мощность тока в лампе.

4.26. В цепи (см. рисунок) вольтметр показывает напряжение 11 В, а амперметр — силу тока 2 А. ЭДС источника тока 12 В.

Найдите сопротивление резистора и внутреннее сопротивление источника тока.

(^ ) 4.27. Найдите напряжение U на полюсах источника тока (см.

рисунок). Какова сила тока в резисторах R1 и R21 Сопротивления резисторов R1 = 8 Ом, R2 = 24 Ом; ЭДС источника тока ё? = 40 В, его внутреннее сопротивление г — 2 Ом.

4.28. Как изменятся показания амперметра и вольтметра при замыкании ключа (см. рисунок)? Внутреннее сопротивление ис­ точника сравнимо с сопротивлениями лампочек.

4.29. Источник тока с ЭДС 60 В и внутренним сопротивлени­ ем 0,05 Ом соединен алюминиевым кабелем площадью попереч­ ного сечения 140 мм2 и длиной 500 м с мощным нагревателем.

Сила тока в цепи 100 А. Каковы напряжения на источнике и на­ гревателе?

4.30. К источнику тока с ЭДС 15 В и внутренним сопротивле­ нием 2,5 Ом подключен реостат. Постройте графики зависимо­ стей силы тока в цепи и напряжения на реостате от сопротивле­ ния реостата R.

4.31. Найдите силу тока источника и напряжение на источ­ нике (см. рисунок), если его ЭДС 17 В, а внутреннее сопротивле­ ние 5 Ом. Сопротивление каждого из резисторов 28 Ом.

czS Третий уровень (^) 4.32. Реостат подключен к источнику тока. При изменении сопротивления реостата от ^ = 4 Ом до R2 = 9,5 Ом сила тока в цепи изменяется от 11 = 8 А до 12 = 3,6 А. Найдите ЭДС If источ­ ника тока и его внутреннее сопротивление г.

4.33. Для определения характеристик источника тока собра­ ли цепь (см. рисунок). При одном положении движка реостата приборы показывают 4,5 В и 0,5 А, при другом — 4 В и 1 А.

Найдите по этим данным ЭДС и внутреннее сопротивление ис­ точника тока.

4.34. Когда к источнику тока подключили резистор сопро­ тивлением 32 Ом, сила тока в этом резисторе составила 500 мА.

Когда резистор заменили другим, сопротивлением 16 Ом, сила тока увеличилась до 900 мА. Найдите ЭДС и внутреннее сопро­ тивление источника тока.

4.35. Каковы ЭДС и внутреннее сопротивление источника, если при силе тока 6 А мощность во внешней цепи равна 90 Вт, а при силе тока 2 А эта мощность снижается до 60 Вт?

4.36. ЭДС источника тока 12 В. Когда к источнику подключи­ ли резистор, напряжение во внешней цепи оказалось 6 В. Каким станет это напряжение, если подключить еще один такой же ре­ зистор:

а) последовательно с первым;

б) параллельно первому?

4.37. При изменении сопротивления внешней цепи изменяют­ ся и сила тока I, и напряжение U на источнике тока. Определите ЭДС источника тока и его внутреннее сопротивление по приве­ денному на рисунке графику зависимости U(I).

4.38. Источник электрической энергии с внутренним сопро­ тивлением 0,5 Ом замкнут никелиновым проводником длиной 12.5 м и поперечным сечением 0,5 мм2. Определите силу тока в цепи и ЭДС источника тока, если напряжение на его зажимах равно 5,25 В.

4.39. ЭДС источника тока 2 В, а его внутреннее сопротивле­ ние 1 Ом. Определите силу тока, если мощность тока во внешней цепи 0,75 Вт.

4.40. Сила тока при коротком замыкании источника равна 1.5 А. При замыкании источника тока на резистор сопротивле­ нием 4 Ом в нем выделяется мощность 1 Вт. Найдите ЭДС и внут­ реннее сопротивление источника тока.

4.41. Какую силу тока покажет амперметр в изображенной на рисунке цепи? Сопротивления резисторов:

-Rj = 6 Ом, R2 = 8 Ом, R3 = 12 Ом, i?4 = 24 Ом. ЭДС источника 36 В, его внутреннее со­ противление 1 Ом.

4.42. Когда к батарее аккумуляторов подключена одна лампа, напряжение на зажимах батареи равно 20 В. При параллельном подключении еще одной такой же лампы напряжение падает до 15 В. Найдите сопротивление каждой лампы. Считайте, что со­ противление ламп не зависит от температуры. Внутреннее сопро­ тивление батареи 1 Ом.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ

5. МАГНИТНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ.

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

УСТНАЯ РАЗМИНКА

5.1. На какие частицы или тела действует электрическое поле? магнитное?

5.2. Действует ли магнитное поле на неподвижный элек­ трон?

5.3. Как должен двигаться электрон в однородном магнитном поле, чтобы на него не действовала сила Лоренца?

5.4. Можно ли разрезать магнит так, чтобы один из получен­ ных магнитов имел только северный полюс, а другой — только южный?

5.5. Можно ли изготовить полосовой магнит так, чтобы на его концах были одноименные полюсы?

5.6. Почему корпус компаса делают из меди, алюминия, пластмассы и других материалов, но не из железа?

5.7. Почему стальные полосы и рельсы, лежащие на складах, через некоторое время оказываются намагниченными?

5.8. В романе Жюля Верна «Пятнадцатилетний капитан» пре­ ступник разбивает один из двух компасов на судне, а под другой подкладывает топор. Какую функцию выполнял в этом случае топор? Чего добивался преступник?

5.9. Как можно определить направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле?

5.10. От чего зависит направление силы, действующей на про­ водник с током, находящийся в магнитном поле?

5.11. Как можно изменить направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле?

™гП Первый уровень 5.12. По проводу (см. рисунок) идет электрический ток. В ка ком направлении повернется магнитная стрелка, помещенная в точку А ? в точку С?

5.13. На рисунке показана одна из линий магнитной индук ции поля проводника с током. Каково направление тока?

5.14. По витку провода (см. рисунок) идет электрический ток В каком направлении повернется магнитная стрелка, помещен­ ная в точку А? в точку С?

5.15. Какая сила действует со стороны однородного магнитно­ го поля индукцией 30 мТл на находящийся в поле прямолиней­ ный провод длиной 50 см, по которому идет ток? Сила тока 12 А.

Провод образует прямой угол с направлением вектора магнитной индукции поля.

5.16. Проводник, сила тока в котором 8 А, находится в одно­ родном магнитном поле. Какова индукция магнитного поля, если на прямолинейный участок проводника длиной 10 см, обра­ зующий угол 30° с направлением вектора магнитной индукции, действует со стороны магнитного поля сила 10 мН?

5.17. Проводник, сила тока в котором равна 15 А, находится в однородном магнитном поле индукцией 50 мТл. Какой угол образует с направлением вектора магнитной индукции прямоли­ нейный участок проводника длиной 20 см, если на этот участок действует со стороны магнитного поля сила 75 мН?

5.18. Какая сила действует на электрон, движущийся со ско­ ростью 60 000 км/с в однородном магнитном поле индукцией 0,15 Тл? Электрон движется перпендикулярно линиям магнит­ ной индукции поля.

5.19. Какая сила действует на протон, движущийся со скоро­ стью 2000 км/с в однородном магнитном поле индукцией 0,1 Тл?

Протон движется под углом 60° к линиям магнитной индукции поля.

слЛ Второй уровень 5.20. Притягиваются или отталкиваются провода троллейбус­ ной линии, когда по ним проходит электрический ток?

5.21. Как взаимодействуют соседние витки катушки, по кото­ рой течет электрический ток?

5.22. Внутри катушки (см. рисунок) вектор индукции магнит­ ного поля направлен снизу вверх. Какая из клемм (А или С) под­ ключена к положительному полюсу источника тока?

5.23. Как повернется магнитная стрелка вблизи провода, если по проводу пропустить достаточно сильный электрический ток?

Рассмотрите два случая:

а) провод проходит над стрелкой;

б) провод проходит под стрелкой.

5.24. Турист нашел в лесу стальное полотно ножовки. Как он может определить, намагничено ли это полотно, если у него нет с собой предметов из магнитных материалов?

5.25. Пробку, которая завинчивается в отверстие для слива масла из поддона автомобильного двигателя, изготавливают из магнитного материала. Для чего?

5.26. Можно ли применять электромагнитные подъемные кра­ ны для перемещения отливок из алюминия? из стали? из цинка?

5.27. Нарисуйте магнитное поле дугообразного магнита и ука­ жите направление линий магнитной индукции.

5.28. Чтобы магнит не растерял своих свойств, его нельзя сильно трясти, бить по нему молотком и сильно нагревать. По­ чему?

5.29. Где на Земле совершенно нельзя доверять компасу?

5.30. Определите наибольшее и наименьшее значение силы, действующей на проводник длиной 0,6 м, сила тока в котором 10 А, при различных положениях проводника в однородном маг­ нитном поле с индукцией 1,5 Тл.

5.31. Провод, сила тока в котором 10 А, находится в одно­ родном магнитном поле с магнитной индукцией 20 мТл (см. ри­ сунок). Какие силы действуют на отрезки провода CD, DE, EF?

Длина каждого из этих отрезков 40 см.

5.32. Электронный луч на экране осциллографа дает светя­ щуюся точку. К осциллографу (см. рисунок) подносят полосовой магнит. Куда сместится светящаяся точка?

5.33. На рисунке показан проводник с током, находящийся в магнитном поле. Зная направление тока в проводнике и на­ правление силы, действующей на проводник со стороны магнит­ ного поля, укажите направление линий магнитного поля. Вектор индукции магнитного поля направлен перпендикулярно провод­ нику.

5.34. Как изменяется в результате действия магнитного поля кинетическая энергия движущейся заряженной частицы? мо­ дуль и направление импульса частицы?

5.35. Проводник с током находится между полюсами магнита (см. рисунок). Куда направлена действующая на проводник сила Ампера?

5.36. Средняя часть металлического стержня массой 40 г, подвешенного горизонтально на двух проводах, находится в од­ нородном магнитном поле с индукцией 40 мТл. Ширина области поля равна 50 см, линии магнитной индукции горизонтальны и перпендикулярны стержню. Замыкая ключ, через стержень про­ пускают электрический ток. Какова сила тока, если после замы­ кания ключа сила натяжения проводов уменьшилась в 2 раза?

Считайте g = 10 м /с2.

5.37. Электрон влетает в однородное магнитное поле под пря­ мым углом к линиям магнитной индукции. Магнитная индукция поля равна 50 мТл, скорость электрона 20 000 км/с. Найдите ра­ диус окружности, по которой будет двигаться электрон, и период его обращения.

5.38. В однородное магнитное поле перпендикулярно линиям магнитной индукции влетают два электрона со скоростями vl и v2 = 2vr Сравните радиусы окружностей, по которым они будут двигаться, и периоды их обращения по этим окружностям.

5.39. В однородное магнитное поле перпендикулярно линиям магнитной индукции влетают с одинаковой скоростью протон и электрон. Сравните радиусы окружностей, по которым они будут двигаться, и периоды их обращения по этим окружностям.

5.40. Электрон влетает в однородное магнитное поле со ско­ ростью 10 000 км/с и движется по окружности радиусом 2 см.

Какова магнитная индукция поля?

5.41. Протон движется в однородном магнитном поле с маг­ нитной индукцией 20 мТл по окружности радиусом 5 см. Найди­ те скорость протона.

г-*~Ш (^) 5.42. Два параллельных проводника, по которым течет ток в одном направлении, притягиваются. Почему же два параллель­ ных электронных пучка отталкиваются? Можно ли поставить опыт так, чтобы параллельные проводники, по которым течет ток в одном направлении, тоже отталкивались?

5.43. На рисунке показано направление движения электрона, описывающего окружность в однородном магнитном поле. Как направлена индукция магнитного поля?

5.44. Почему магнитные стрелки, расположенные далеко друг от друга, ориентируются в одном направлении (рис. a), a расположенные поблизости друг от друга (рис. б) — в другом на­ правлении?

(^ ) 5.45. Горизонтальный проводник массой т = 20 г подвешен за концы на двух проводах. Средняя часть проводника длиной I = 50 см находится в вертикальном однородном магнитном поле с индукцией В = 0,1 Тл; провода находятся вне области магнитного поля. По проводнику протекает ток. Сила тока I = 2 А. На какой угол а от вертикали отклоняются провода? Считайте g = 10 м /с2.

5.46. На гладкой горизонтальной поверхности лежит петля из гибкого провода. Какую форму примет эта петля, если создать в ней сильный электрический ток?

(^) 5.47. Электрон, разогнанный разностью потенциалов С/ = 2 кВ, влетает в однородное магнитное поле с индукцией В = 150 мТл перпендикулярно линиям магнитной индукции. Определите ра­ диус окружности, которую опишет электрон.

5.48. В однородное магнитное поле с магнитной индукцией 30 мТл перпендикулярно линиям магнитной индукции влетает электрон с кинетической энергией 50 кэВ. Определите радиус окружности, которую опишет электрон.

5.49. Протон, влетевший после разгона в однородное магнит­ ное поле с индукцией 50 мТл, движется по окружности радиу­ сом 5 см. Какую разность потенциалов прошел протон при раз­ гоне?

5.50. Заряженная частица, разогнанная разностью потенциа­ лов U, влетает в однородное магнитное поле с индукцией В и дви­ жется по окружности радиусом R. Определите по этим данным удельный заряд частицы, т. е. отношение ее заряда к массе —.

5.51. Объясните действие «фильтра скоростей», показанного на рисунке. Внутри прибора созданы однородные поля: магнит­ ное с индукцией В и электрическое напряженностью Е. Поля на­ правлены перпендикулярно друг к другу и к начальной скорости заряженных частиц.

X X XX X X

6. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ.

ЭНЕРГИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

УСТНАЯ РАЗМИНКА

6.1. Предложите способы изменения магнитного потока, про­ низывающего данный контур.

6.2. Как надо ориентировать проволочную рамку в однород­ ном магнитном поле, чтобы магнитный поток через рамку был равен нулю? был максимальным?

6.3. Как надо перемещать в магнитном поле Земли замкнутый проволочный прямоугольник, чтобы в нем возникал индукцион­ ный электрический ток?

6.4. Почему телефонные провода не следует подвешивать слишком близко к проводам сети переменного тока?

6.5. Почему при размыкании цепи питания трансформатора или электродвигателя может возникнуть сильная искра?

- г Н Первый уровень 6. Линии магнитной индукции однородного магнитного поля вертикальны. Каков магнитный поток через горизонталь­ ный контур площадью 50 см2, если модуль магнитной индукции равен 60 мТл?

6.7. Линии магнитной индукции однородного магнитного поля образуют угол 30° с вертикалью. Модуль магнитной индук­ ции равен 0,2 Тл. Какой магнитный поток пронизывает горизон­ тальное проволочное кольцо радиусом 10 см?

6. Магнитный поток через квадратную проволочную рамку со стороной 5 см, плоскость которой перпендикулярна линиям индукции однородного магнитного поля, равен 0,1 мВб. Каков модуль магнитной индукции поля?

6.9. Магнитный поток через замкнутый контур изменился на 0,06 Вб за 0,3 с. Какова средняя скорость изменения магнитного потока? При каком условии ЭДС индукции постоянна?

6.10. Магнитный поток, пронизывающий замкнутый контур, за 6 мс равномерно возрастает с 2 до 14 мВб. Какова ЭДС индук­ ции в контуре?

6.11. Какова индуктивность контура, если при силе тока 6 А его пронизывает магнитный поток 0,3 мВб?

6.12. Какая ЭДС самоиндукции возникает в катушке индук­ тивностью 20 мГн при равномерном изменении силы тока на 15 А за 1 с?

6.13. Какой должна быть скорость изменения силы тока, что­ бы в катушке индуктивностью 50 мГн возникла ЭДС самоиндук­ ции 30 В?

6.14. Какова индуктивность контура, если при равномерном изменении силы тока на 5 А за 50 мс в этом контуре создается ЭДС 10 В?

6.15. В катушке индуктивностью 0,4 Гн сила тока равна 5 А.

Какова энергия магнитного поля катушки?

6.16. Энергия магнитного поля катушки индуктивностью 0,5 Гн равна 0,25 Дж. Какова сила тока в катушке?

6.17. Какова индуктивность катушки, если при силе тока 3 А энергия магнитного поля катушки равна 1,8 Дж?

- Л Второй уровень 6.18. Почему недалеко от места удара молнии могут сработать предохранители в осветительной сети и выйти из строя чувстви­ тельные электроизмерительные приборы?

6.19. При каком условии в катушке В, изображенной на ри­ сунке, будет индуцироваться электрический ток?

6.20. Короткозамкнутую катушку охватывает проволочный виток (см. рисунок). Определите направление индукционного тока в катушке:

а) при замыкании ключа; б) при размыкании ключа.

6.21. На вставленный в катушку А вертикальный сердечник В надето медное кольцо С (см. рисунок). При подключении катушки к источнику тока кольцо подпрыгивает. Объясните это явление.

6.22. Маятник представляет собой маленький магнит, под­ вешенный на длинной нити. Изменится ли характер колебаний маятника, если к нему снизу поднести медный лист?

6.23. Автомобильная катушка зажигания питается через пре­ рыватель от сети напряжением 12 В. Почему при движении авто­ мобиля напряжение между контактами прерывателя может пре­ вышать 300 В?

2— Э. Генденштейн 6.24. Куда направлен индукционный ток в показанной на ри­ сунке короткозамкнутой катушке?

6.25. На рисунке показано направление индукционного тока в короткозамкнутой катушке. Куда перемещают магнит?

6.26. На рисунках приведены графики зависимости от вре­ мени магнитных потоков через различные замкнутые контуры.

Найдите значение модуля ЭДС индукции для этих контуров.

6.27. На рисунках приведены графики зависимости от вре­ мени магнитных потоков через различные замкнутые контуры.

В каком из контуров ЭДС индукции не зависит от времени? Най­ дите значение модуля ЭДС индукции для этого контура.

6.28. В катушке из 200 витков возбуждается постоянная ЭДС индукции 160 В. На сколько изменился в течение 5 мс магнит­ ный поток через каждый из витков?

6.29. Магнитная индукция однородного магнитного поля из­ меняется со скоростью 20 Тл за секунду. При этом в катушке с площадью поперечного сечения 6 см2 возбуждается ЭДС индук­ ции 12 В. Сколько витков в катушке? Ось катушки параллельна линиям магнитной индукции.

6.30. Магнитная индукция однородного магнитного поля из­ меняется со скоростью 20 Тл за секунду. При этом в катушке с площадью поперечного сечения 6 см2, содержащей 1000 витков, возбуждается ЭДС индукции 6 В. Какой угол образует ось катуш­ ки с линиями магнитной индукции поля?

6.31. В катушке индуктивностью 20 мГн сила тока равна 0,5 А.

На сколько увеличится энергия магнитного поля, если в катушку вставить железный сердечник, который увеличит индуктивность катушки в 50 раз? Сила тока в цепи не изменяется.

6.32. Сила тока в катушке индуктивностью 0,8 Гн равна 2 А.

Какое количество теплоты выделится в катушке, если ключ (см.

рисунок) перевести из положения 1 в положение 2?

н - 1 Третий уровень (^) 6.33. Магнит падает в длинной вертикальной медной трубе, воздух из которой откачан. Магнит с трубой не соприкасается.

Опишите характер падения.

6.34. Если резко встряхнуть компас, стрелка начинает коле­ баться. Как изменится время затухания этих колебаний, если пластмассовый корпус компаса заменить на алюминиевый?

6.35. Клеммы электроизмерительных приборов магнитоэлек­ трической системы при транспортировке замыкают проводящей перемычкой. Зачем?

6.36. Полосовой магнит резко выдергивают из полого цилин­ дра. В каком случае совершаемая работа больше: если цилиндр картонный или если он медный?

6.37. Полосовой магнит падает сквозь проволочную катушку.

Сравните время падения в случаях, когда катушка замкнута и разомкнута.

6.38. В две одинаковые катушки вводят с одинаковой скоро­ стью одинаковые магниты. Каковы совершаемые работы, если одна катушка замкнута на гальванометр, а другая разомкнута?

6.39. Медное проволочное кольцо расположено горизонтально в однородном вертикальном магнитном поле. Магнитная индук­ ция поля изменяется со скоростью 2 Тл/с. Какова сила тока в кольце, если радиус кольца 5 см, а радиус проволоки 1 мм?

(^ ) 6.40. Металлический стержень длиной I движется поступа­ тельно со скоростью v в однородном магнитном поле с магнитной индукцией В. Определите ЭДС индукции в стержне, если векто­ ры индукции В и скорости v перпендикулярны стержню, а угол между ними равен а.

6.41. Вертикальный металлический стержень длиной 50 см движется горизонтально со скоростью 3 м /с в однородном магнитном поле индукцией 0,15 Тл. Линии магнитной индук­ ции поля направлены горизонтально под прямым углом к на­ правлению вектора скорости стержня. Какова ЭДС индукции в стержне?

6.42. Горизонтальный стальной стержень длиной 40 см дви­ жется вертикально вниз со скоростью 2 м /с в однородном маг­ нитном поле с магнитной индукцией 10 мТл. Какова ЭДС индук­ ции в стержне? Вектор магнитной индукции поля направлен под прямым углом к стержню и образует угол 60° с вертикалью.

6.43. Самолет с размахом крыльев 20 м летит горизонтально со скоростью 720 км/ч вдоль магнитного меридиана. Какова раз­ ность потенциалов между концами крыльев? Вертикальная со­ ставляющая магнитного поля Земли 50 мкТл.

(^) 6.44. Какой заряд q пройдет через поперечное сечение зам­ кнутого проводника сопротивлением R = 20 Ом при изменении магнитного потока от «1^ = 15 мВб до Ф2 = 5 мВб?

6.45. Кольцо из алюминиевой проволоки расположено гори­ зонтально в однородном вертикальном магнитном поле, магнит­ ная индукция которого равна 0,5 Тл. Какой заряд пройдет через поперечное сечение проволоки, если:

а) магнитное поле исчезнет;

б) кольцо повернут на 180° вокруг горизонтальной оси?

Радиус кольца равен 3 см, радиус проволоки 1 мм.

6.46. В показанной на рисунке цепи при замкнутом ключе сила тока в обеих лампах одинакова. Какая из ламп раньше за­ горается при замыкании ключа? раньше гаснет при размыкании ключа?

6.47. Свинцовое кольцо радиусом г расположено горизонталь­ но между полюсами электромагнита, создающего вертикальное однородное магнитное поле с магнитной индукцией В. Охлаж­ дая кольцо, его переводят в сверхпроводящее состояние. Какой магнитный поток Ф будет пронизывать плоскость кольца после выключения электромагнита?

6.48. С помощью электродвигателя постоянного тока под­ нимают груз на тросе. Если отключить электродвигатель от ис­ точника напряжения и замкнуть его ротор накоротко, груз бу­ дет опускаться с постоянной скоростью. Объясните это явление.

В какую форму переходит потенциальная энергия груза?

6.49. В каком случае обмотка электромотора сильнее нагре­ вается проходящим по ней током — когда мотор вращается вхо­ лостую или совершает работу? Напряжение в сети считайте по­ стоянным.

6.50. При замкнутом ключе амперметр (см. рисунок) показы­ вает силу тока 2 А. Какое количество теплоты выделится после размыкания ключа в резисторе R1, если сопротивление R1= 8 Ом?

Сопротивление катушки равно 2 Ом, ее индуктивность 2 Гн.

7. ПРОИЗВОДСТВО, ПЕРЕДАЧА

И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

УСТНАЯ РАЗМИНКА

7.1. На каком физическом явлении основана работа генерато­ ра электрического тока?

7.2. Какие превращения энергии происходят на тепловой электростанции?

7.3. Какие превращения энергии происходят на гидроэлектро­ станции?

7.4. Каково главное преимущество переменного тока перед постоянным?

7.5. Может ли трансформатор повышать или понижать напря­ жение постоянного тока?

7.6. Почему не применяют для освещения переменный ток с частотой 10 Гц?

- г Н Первый уровень 7.7. Как нужно изменить силу тока в линии электропередачи, чтобы при повышении напряжения в 100 раз передаваемая по линии мощность не изменилась?

7.8. Как связаны силы тока в первичной и вторичной обмот­ ках повышающего трансформатора, если мощность тока в обеих обмотках практически одинакова?

7.9. Трансформатор в рабочем режиме повышает напряжение в 20 раз. Во сколько раз сила тока во вторичной обмотке отлича­ ется от силы тока в первичной? Потери энергии в трансформато­ ре не учитывайте.

7.10. Во сколько раз уменьшаются потери энергии в линии электропередачи при повышении напряжения в 50 раз?

7.11. В первичной обмотке трансформатора 200 витков, а во вторичной — 25 витков. Повышает или понижает напряжение этот трансформатор? Во сколько раз?

7.12. Трансформатор повышает напряжение от 36 до 220 В.

Сколько витков во вторичной обмотке трансформатора, если пер­ вичная обмотка содержит 720 витков?

7.13. Сила тока в первичной обмотке трансформатора, пони­ жающего напряжение в 5,5 раз, равна 5 А. Найдите силу тока и напряжение во вторичной обмотке, если первичная подключена к сети переменного напряжения 220 В. Потери энергии в транс­ форматоре не учитывайте.

7.14. Почему стандартная частота переменного тока во всех странах менее 100 Гц?

7.15. Каковы основные этапы передачи энергии на большие расстояния?

7.16. На каком этапе при передаче электроэнергии использу­ ют повышающие трансформаторы?

7.17. На каком этапе при передаче электроэнергии использу­ ют понижающие трансформаторы?

7.18. Простейшей моделью генератора переменного тока яв­ ляется рамка, вращающаяся в магнитном поле. Во сколько раз изменится амплитудное значение напряжения на рамке, если ча­ стоту ее вращения увеличить в 2 раза?

7.19. Рамка равномерно вращается в однородном магнитном поле. По графику зависимости напряжения на рамке от времени определите частоту вращения.

г-г~Я Третий уровень 7.20. Трансформатор рассчитан на подключение к сети перемен­ ного тока напряжением 220 В. Что может произойти, если случай­ но подключить его к источнику постоянного напряжения 100 В?

7.21. Изменяется ли мощность тока при преобразовании его в трансформаторе? Если изменяется, то почему?

7.22. В какой из обмоток понижающего трансформатора (пер­ вичной или вторичной) диаметр провода должен быть больше?

Ответ поясните.

(^) 7.23. Если в обмотке трансформатора замкнется один виток, трансформатор выходит из строя. Почему?

7.24. Придумайте, как определить количество витков во вто­ ричной обмотке трансформатора, не разматывая катушки.

7.25. Почему в промышленных генераторах переменного тока предпочитают вращать электромагнит, а не ту обмотку, в кото­ рой создается переменная ЭДС?

(^) 7.26. На сердечник трансформатора намотали дополнитель­ ную обмотку из 11 витков провода. При включении первичной обмотки в сеть напряжением 220 В вольтметр показал, что на обмотке с 11 витками напряжение равно 4,4 В, а на вторичной обмотке — 12 В. Сколько витков в первичной и вторичной об­ мотках?

7.27. Источником тока в цепи является рамка, равномерно вращающаяся в однородном магнитном поле. Зависимость силы тока от времени имеет вид г = 0,15 sin 6nt (все величины выраже­ ны в СИ). Определите амплитудное значение силы тока и частоту вращения рамки.

8. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ

И ПЕРЕДАЧА ИНФОРМАЦИИ

УСТНАЯ РАЗМИНКА

8.1. Что является источником электрического поля?

8.2. Что является источником магнитного поля?

8.3. Может ли согласно теории Максвелла электромагнитное поле существовать без зарядов и токов?

8.4. Какие физические процессы могут служить источниками электромагнитных волн?

8.5. Во время каких природных явлений излучаются электро­ магнитные волны?

8. Какие физические величины периодически изменяются в электромагнитной волне?

8.7. Зависит ли скорость электромагнитных волн в вакууме от частоты колебаний?

8. Почему работающие электрические звонки, швейные ма­ шины, пылесосы, газоразрядные лампы могут быть источниками радиопомех?

8.9. Какие превращения энергии происходят при свободных незатухающих колебаниях в колебательном контуре?

8.10. С какой целью во входной колебательный контур радио­ приемника включают конденсатор переменной емкости?

шгН Первый уровень 8.11. Частоту электромагнитной волны увеличили в 3 раза.

Как изменилась длина волны?

8.12. Во сколько раз нужно изменить длину электромагнит­ ной волны, чтобы ее частота уменьшилась в 4 раза?

8.13. На какой частоте суда передают сигнал бедствия, если по международному соглашению длина радиоволны должна быть 600 м?

8.14. При какой частоте колебаний радиопередатчик излучает электромагнитные волны длиной 49 м? К каким волнам (длин­ ным, средним или коротким) относятся эти волны?

8.15. Каков период колебаний в колебательном контуре, излу­ чающем радиоволны с длиной волны 300 м?

8.16. Радиостанция работает на частоте 100 МГц. На какую длину волны должен быть настроен радиоприемник?

8.17. Спутниковые телефоны передают сигнал через спутник, «висящий» на высоте 36 000 км над Землей. Какой будет мини­ мальная задержка сигнала при использовании таких телефонов?

8.18. Космический корабль с экипажем приблизился к Мар­ су. Через какое минимальное время командир корабля может по­ лучить ответ на свой вопрос, адресованный в Центр управления полетом? Расстояние от Земли до Марса во время сеанса связи составляет 150 млн км.

8.19. Кто раньше услышит голос оперного певца: зритель в первом ряду на расстоянии 8,5 м от певца или радиослушатель, сидящий у радиоприемника на расстоянии 750 км от театра?

[ = Л Второй уровень 8.20. Какое влияние оказывает ионосфера Земли на распро­ странение радиоволн?

8.21. Имеются ли существенные различия между условиями распространения радиоволн на Луне и Земле?

8.22. Почему затруднена радиосвязь в горной местности?

8.23. Имеет ли смысл устанавливать антенну на чердаке под железной крышей?

8.24. За счет какой энергии возбуждается колебательное дви­ жение заряженных частиц в антенне радиоприемника? Какова частота их колебаний?

8.25. Поместите карманный радиоприемник в кастрюлю и прикройте крышкой. Почему прекратился радиоприем?

8.26. Радиоволны какого диапазона могут быть приняты без ретрансляции на противоположной стороне Земли?

8.27. Радиоволны какого диапазона используют для связи с космическими аппаратами?

8.28. Радиоволны какого диапазона используют для телеве­ щания?

8.29. Зачем передающие антенны телецентров располагают на многометровых вышках?

8.30. Прием радиопередач на коротких волнах сопровождает­ ся периодическим ослаблением и усилением громкости приема.

Как это можно объяснить?

8.31. Почему колебания высокой частоты, используемые при радиосвязи, называют несущими?

8.32. Почему даже далекая гроза существенно сказывается на качестве принимаемых телевизионной антенной сигналов?

8.33. Электромагнитные волны распространяются в некото­ рой однородной среде со скоростью 200 О О км/с. Какова длина волны с частотой 1 МГц?

8.34. Электроемкость конденсатора колебательного контура уменьшили в 2 раза. Во сколько раз надо изменить индуктивность катушки, чтобы частота колебаний в контуре осталась прежней?

8.35. Каков период свободных электромагнитных колебаний в контуре, состоящем из конденсатора электроемкостью 400 мкФ и катушки индуктивностью 90 мГн?

8.36. Какова частота свободных электромагнитных колебаний в контуре, состоящем из конденсатора электроемкостью 250 пФ и катушки индуктивностью 40 мкГн?

8.37. Во сколько раз изменится период колебаний в колеба­ тельном контуре, если увеличить электроемкость конденсатора в 4,5 раза, а индуктивность катушки — в 2 раза?

8.38. Частота колебаний в колебательном контуре равна 100 кГц. Какой станет частота колебаний, если уменьшить элек­ троемкость конденсатора в 8 раз, а индуктивность катушки уве­ личить в 2 раза?

8.39. Каков диапазон частот свободных колебаний в контуре, если его индуктивность можно изменять от 0,2 до 20 мГн, а элек­ троемкость конденсатора — от 200 пФ до 0,02 мкФ?

8.40. Колебательный контур генератора радиопередатчика име­ ет электроемкость 3,5 пФ и индуктивность 14 мкГн. Какова длина радиоволн, излучаемых антенной этого радиопередатчика?

8.41. Электроемкость входного контура радиоприемника рав­ на 2 пФ. Какова длина волны радиостанции, на которую настро­ ен этот радиоприемник, если индуктивность входного колеба­ тельного контура 1,28 мкГн?

8.42. Индуктивность приемного контура радиоприемника равна 0,5 мГн, а его электроемкость может изменяться от 25 до 225 пФ. В каком диапазоне длин волн может работать этот радио­ приемник?

8.43. Длину волны, на которую настроен радиоприемник, уменьшили в 9 раз, изменив электроемкость входного колеба­ тельного контура. Во сколько раз ее изменили?

8.44. Во сколько раз нужно изменить индуктивность входно­ го колебательного контура, чтобы в 4 раза увеличить частоту, на которую настроен радиоприемник?

8.45. Сколько электромагнитных колебаний происходит в электромагнитной волне с длиной волны в вакууме 25 см в тече­ ние одного периода звуковых колебаний с частотой 800 Гц?

8.46. Радиостанция передает звуковой сигнал, частота кото­ рого 440 Гц. Определите количество колебаний высокой частоты, переносящих одно колебание звуковой частоты, если передатчик работает на волне длиной 50 м.

г-|~В Третий уровень 8.47. Можно ли выбрать такую систему отсчета, в которой электронный луч в кинескопе телевизора не создает электриче­ ского поля? магнитного поля?

8.48. В вакууме радиоволны не поглощаются. Однако чем дальше от Земли находится межпланетный космический аппа­ рат, тем больше должна быть мощность радиопередатчика для связи с ним. Почему?

8.49. В некоторой точке пространства индукция магнитного поля электромагнитной волны изменяется от нуля до максималь­ ного значения за 2 мкс. Чему равна длина волны?

8.50. Длина радиоволны в вакууме равна 60 м. За какое вре­ мя напряженность электрического поля волны уменьшится от максимума до нуля?

8.51. Колебательный контур радиоприемника настроен на дли­ ну волны 1,5 м. Во сколько раз нужно изменить электроемкость конденсатора контура, чтобы настроиться на частоту 100 МГц?

8.52. Дорожная служба для связи с патрульными машинами использует радиоволны длиной волны 24 м. Какова электроем­ кость входного контура радиоприемников патрульных машин, если индуктивность входного контура 0,5 мкГн?

8.53. Радиоприемник настроен на прием радиоволн с длиной 21 м. При этом электроемкость конденсатора входного колеба­ тельного контура радиоприемника равна 20 пФ. Какова индук­ тивность контура?

(® ) 8.54. Сколько необходимо сменных катушек во входном коле­ бательном контуре, чтобы радиоприемник можно было настраи­ вать на любые радиостанции, работающие в диапазоне длин волн от Xm = 50 м до Л = 1200 м? Электроемкость конденсатора колеба­ тельного контура можно изменять от С1 = 20 пФ до С2 = 180 пФ.

(^) 8.55. Амплитудное значение напряжения на конденсаторе входного колебательного контура С/тах = 20 мВ, а амплитудное значение силы тока в контуре Imx = 8 мА. На какой длине вол­ ны работает радиоприемник, если электроемкость конденсатора С = 2000 пФ?

8.56. Электроемкость конденсатора колебательного контура равна 2 мкФ, индуктивность катушки 6 мГн. Максимальный за­ ряд конденсатора 0,4 мКл. Каково амплитудное значение силы тока в контуре?

8.57. Колебательный контур состоит из катушки индуктивно­ стью 400 мкГн и конденсатора электроемкостью 0,5 мкФ. Кон­ денсатор первоначально зарядили до напряжения 65 В. Какова сила тока в контуре к моменту, когда напряжение на конденсато­ ре уменьшилось до 25 В? Колебания считайте незатухающими.

0 8.58. На рисунках приведены графики изменений напряже­ ния на конденсаторе колебательного контура и силы тока в ка­ тушке этого контура. Найдите электроемкость конденсатора и индуктивность катушки контура.

0 ) 8.59. На какой максимальной дальности L от телецентра мож­ но принимать телепрограммы, если высота приемной антенны h = 25 м? Передающая антенна телецентра находится на высоте Я = 450 м.

8.60. Антенна областного телецентра находится на высоте 150 м. Какой высоты должна быть мачта приемной антенны в поселке, удаленном от телецентра на 60 км?

ОПТИКА

9. ЗАКОНЫ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИКИ

1. В вакууме и в однородной среде свет распро­ страняется прямолинейно.

2. Отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром, вос­ ставленным в точке падения луча; угол отра­ жения (3 равен углу падения а.

3. Преломленный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром, вос­ ставленным в точке падения луча; отношение синуса угла падения а к синусу угла прелом­ ления у Для данных двух сред есть величина

УСТНАЯ РАЗМИНКА

9.1. Как просто и надежно проверить прямолинейность линей­ ки? начерченной на бумаге линии?

9.2. Почему предметы не отбрасывают тень в пасмурный день?

Что является источником света в такой день?

9.3. Может ли вертикально поставленный столб не отбрасы­ вать тень в солнечный день?

9.4. Когда неровности дороги отбрасывают более длинные тени — в солнечный день или ночью при освещении дороги фа­ рами автомобиля?

9.5. Почему тень на земле от ног человека резко очерчена, а от головы — имеет расплывчатые границы?

9.6. Вспомните слова из сказки А. С. Пушкина:

Всю ли правду говорит зеркальце?

9.7. Каким является отражение света от киноэкрана: зеркаль­ ным или рассеянным (диффузным)?

9.8. Чему равен угол падения лучей на плоское зеркало, если угол между лучом и плоским зеркалом равен: 20°? 40°? 60°? 90°?

9.9. Чему равен угол падения лучей на плоское зеркало, если угол между падающим лучом и отраженным равен: 20°? 40°?

60°? 90°? 120°?

9.10. Луч света падает на плоское зеркало. Во сколько раз угол между падающим и отраженным лучом больше угла падения?

9.11. При каком угле падения луча на зеркало падающий и от­ раженный лучи совпадают?

9.12. Угол падения луча из воздуха на поверхность стекла ра­ вен нулю. Чему равен угол преломления?

9.13. Действительные или мнимые изображения деревьев на берегу озера дает водная гладь?

-г~Н Первый уровень 9.14. Сколько времени идет свет от Солнца до Плутона? Рас­ стояние от Солнца до Плутона считайте равным 6 млрд км.

9.15. Какую величину можно измерять в световых годах? Вы­ разите световой год в СИ.

9.16. Расстояние от ближайшей звезды (Проксима Центавра) до Солнца свет проходит за 4,3 года. Выразите расстояние от Солнца до Проксима Центавра в метрах.

9.17. Шест высотой 1,5 м, установленный вертикально, отбра­ сывает тень длиной 1 м. Какова угловая высота Солнца?

9.18. Предмет находится на расстоянии 15 см от плоского зер­ кала. Чему равно расстояние от предмета до его изображения в зеркале?

9.19. Световой луч падает на плоское зеркало под некоторым углом (см. рисунок). Зеркало поворачивают по часовой стрелке на 30°. В какую сторону и на сколько повернется отраженный луч?

9.20. Перед плоским зеркалом находится светящаяся точка S (см. рисунок). Где должен располагаться наблюдатель, чтобы ви­ деть изображение точки S в зеркале?

9.21. Угол падения луча из воздуха на поверхность прозрачно­ го пластика равен 50°, угол преломления — 25°. Каков показа­ тель преломления этого пластика относительно воздуха?

9.22. Водолаз, находящийся на дне озера, направил луч фона­ ря на поверхность воды. Угол падения луча равен 25°. Найдите угол преломления луча.

9.23. Угол падения луча из воздуха на поверхность воды ра­ вен 30°. Найдите угол преломления и угол между преломленным лучом и поверхностью воды.

Н Д Второй уровень 9.24. Почему зрачок нашего глаза кажется черным?

9.25. Можно ли вместо белого экрана в кинотеатре использо­ вать плоское зеркало?

9.26. Почему луч прожектора хорошо виден в тумане и гораз­ до хуже — в чистом прозрачном воздухе?

9.27. В солнечное утро человек ростом 180 см отбрасывает тень длиной 4,5 м, а дерево — тень длиной 30 м. Какова высота дерева?

9.28. На ровной горизонтальной площадке стоят два верти­ кальных столба. Высота первого столба 3 м, высота второго 1 м.

Может ли тень первого столба быть короче, чем тень второго столба, если источником света является:

а) солнце;

б) фонарь?

Сделайте схематические рисунки, поясняющие ваш ответ.

9.29. Два фотокорреспондента, находящиеся в 3 м от берега реки, одновременно фотографируют проплывающую по реке на расстоянии 60 м от берега баржу длиной 100 м. Снимки получи­ лись неудачными: на одном из них стоящее на берегу дерево за­ крывает нос баржи, а на другом — корму. На каком расстоянии друг от друга находились фотокорреспонденты?

9.30. Мальчик держит на расстоянии 60 см от глаза спичеч­ ный коробок. Коробок закрывает половину этажей здания, рас­ положенного в 450 м от мальчика. Какова высота здания, если высота спичечного коробка равна 5 см?

9.31. Метеорологический зонд представляет собой воздушный шар радиусом 7 м. Оцените высоту, с которой зонд в ясную пого­ ду перестает отбрасывать тень на поверхность Земли. Считайте, что во время подъема зонда Солнце находится в зените.

9.32. Тень от карандаша, освещенного настольной лампой, падает на стол. Опишите, как изменяются размер и вид тени по мере перемещения карандаша от лампы к столу. Объясните эти изменения, сделав схематические рисунки хода лучей для двух положений карандаша. Проверьте свое решение на опыте.

9.33. Угол между падающим лучом и плоскостью зеркал равен углу между падающим лучом и отраженным. Чему равен угол падения?

© 9.34. Почему ночью лужа на неосвещенной дороге кажется водителю темным пятном на светлом фоне?

9.35. Постройте изображение предмета АВ (см. рисунок) плоском зеркале. Определите графически область видения этого предмета в зеркале.

9.36. Постройте изображение треугольника ABC (см. рисунок в плоском зеркале. Определите графически область видения изо­ бражения.

9.37. Луч света падает на плоскую границу раздела двух сред.

Угол падения равен 40°, угол между отраженным и преломлен­ ным лучами 110°. Чему равен угол преломления?

9.38. Угол между отраженным и преломленным лучами равен 100°. Какова сумма углов падения и преломления?

9.39. На рисунке изображено преломление луча света на гра­ нице двух сред. Какая среда оптически более плотная?

9.40. Угол падения луча равен 30°, угол между падающим преломленным лучами 135°. В какой среде луч распространялся вначале: в оптически более плотной или менее плотной?

9.41. Аквалангист, находясь под водой, определил, что солнеч­ ные лучи составляют с вертикалью угол 32°. Какова высота солн­ ца над горизонтом для наблюдателя, находящегося на берегу?

9.42. Когда на поверхность прозрачной жидкости падает све­ товой луч под углом 30° к поверхности, угол преломления со­ ставляет 40°. Каким будет угол преломления, если угол между падающим лучом и поверхностью жидкости увеличить до 60°?

9.43. Световой луч идет из среды 1 в среду 2 (см. рисунок).

Найдите показатель преломления второй среды относительно первой.

9.44. Луч света переходит из стекла в воздух. Угол прелом­ ления луча в два раза превышает угол падения. Найдите эти углы.

9.45. Каким должен быть угол падения светового луча из стекла на границу раздела «стекло»— «вода», чтобы угол между отраженным и преломленным лучами был прямым?

9.46. Докажите, что после прохождения через плоскопарал­ лельную пластинку световой луч смещается в сторону, не изме­ няя направления.

9.47. Показатель преломления прозрачной жидкости ра­ вен 1,6. Чему равен предельный угол полного отражения света на границе этой жидкости с воздухом?

г ^ 1 Третий уровень 9.48. Опыт Физо. Световой пучок проходит через узкую прорезь между зубцами вращающегося колеса, отражается от зер­ кала, расположенного на расстоянии 8,7 км от колеса, и возвра­ щается к наблюдателю, опять проходя между зубцами колеса.

При какой минимальной частоте вращения колеса отраженный свет не будет виден наблюдателю, если общее число зубцов равно 720?

9.49. При повторении опыта Физо (см. предыдущую задачу) частоту вращения колеса постепенно увеличивают. После перво­ го исчезновения отраженный свет появляется и опять исчезает.

Следующее появление отраженного света происходит при частоте вращения колеса 30 с-1. На каком расстоянии от колеса находит­ ся зеркало, если число зубцов на колесе равно 540?

9.50. Вы стоите на берегу реки, а на противоположном берегу находится дерево, высота которого вам известна. Опишите спо­ соб, с помощью которого можно измерить ширину реки, если в вашем распоряжении есть линейка с делениями.

9.51. Солнечные лучи падают под углом 50° к горизонту. Как нужно расположить плоское зеркало, чтобы отраженные лучи были направлены вертикально вверх?

9.52. Солнечные лучи составляют с поверхностью Земли угол 40°. Под каким углом к горизонту следует расположить плоское зеркало, чтобы осветить дно глубокого колодца?

9.53. Часть прямолинейного отрезка железнодорожного по­ лотна проходит через туннель. Когда высота солнца над горизон­ том составляет 40°, тени стоящих у насыпи столбов параллельны полотну и направлены от туннеля. Под каким углом к горизонту следует расположить зеркало, чтобы отраженный от него солнеч­ ный свет проник в туннель как можно дальше?

(^) 9.54. Загорающий на скале человек разглядывает стоящую неподалеку яхту (см. рисунок). Лучи от верхушки мачты, попа­ дающие к нему в глаза, образуют с горизонтом угол а = 17°. Лучи от верхушки мачты, попадающие к нему в глаза после отраже­ ния от поверхности воды, образуют с горизонтом угол (3 = 25°.

Какова высота Н мачты над уровнем воды, если глаза человека находятся на высоте h = 3 м над уровнем воды?

9.55. Два вертикальных зеркала образуют двугранный пря­ мой угол. На одно из них падает горизонтальный луч света и по­ сле отражения падает на второе зеркало. Как изменится направ­ ление распространения света после отражения от двух зеркал?

9.56. Светящаяся точка S находится между двумя зеркалами, образующими двугранный прямой угол. Постройте все изображе­ ния точки S в зеркалах.

(^) 9.57. Если смотреть сверху на неглубокий водоем с чистой во­ дой, его глубина кажется меньше, чем на самом деле. Почему?

Во сколько раз меньше?

0 9.58. В дно бассейна вмонтирована лампочка. Когда лампочка горит, на поверхности воды виден светлый круг диаметром 4 м.

Какова глубина бассейна?

9.59. Угол падения светового луча на стеклянную плоскопа­ раллельную пластинку толщиной 3 см равен 60°. Определите длину пути луча в пластинке и смещение луча.

9.60. Пройдя через стеклянную плоскопараллельную пластин­ ку, световой луч сместился на 10 мм. Угол падения луча равен 50°.

Какова толщина пластинки?

9.61. Преломляющий угол ф стеклянной призмы (см. рисунок) равен 60°. Угол падения луча на грань призмы а = 30°. Найди­ те угол отклонения луча от первоначального направления после прохождения через призму.

10. ЛИНЗЫ. ГЛАЗ. ОПТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

УСТНАЯ РАЗМИНКА

10.1. Как можно по форме стеклянной линзы узнать, собираю­ щая это линза или рассеивающая?

10.2. Почему в солнечный день нельзя поливать цветы в саду?

10.3. Какое изображение называют мнимым?

10.4. Какое изображение — действительное или мнимое — можно наблюдать на экране?

10.5. Почему фокус рассеивающей линзы называют мнимым?

10.6. Собирающая линза дает изображение предмета, нахо­ дящегося за ее фокусом. Как изменится тип изображения, если предмет поместить между линзой и ее фокусом?

10.7. Чем отличаются друг от друга линзы, оптическая сила одной из которых равна +1,5 дптр, а другой -1,5 дптр?

10.8. Что общего имеют оптическая система глаза и оптиче­ ская система фотоаппарата?

10.9. Как изменяются фокусное расстояние и оптическая сила хрусталика глаза, когда человек переводит глаза со страницы книги на облака за окном?

10.10. Можно ли в телескоп увидеть муху, севшую на объек­ тив?

гН Первый уровень 10.11. Фокусные расстояния трех линз соответственно равны 0,8 м, 250 см и 200 мм. Какова оптическая сила каждой линзы?

10.12. Каковы фокусные расстояния линз с оптическими сила­ ми 0,8, 2 и 4 дптр?

10.13. Найдите построением (рис. а—г) изображение предме­ та А в собирающей линзе и определите тип изображения (дей­ ствительное или мнимое, увеличенное или уменьшенное).

10.14. Почему вогнутая стеклянная линза в воздухе является рассеивающей, а выпуклая — собирающей?

10.15. На рисунке показана главная оптическая ось M N тон­ кой линзы, светящаяся точка А и ее изображение A v Найдите построением положение оптического центра линзы и ее фокусов.

Определите также тип линзы (собирающая или рассеивающая) и тип изображения (действительное или мнимое).

10.16. На рисунке показаны главная оптическая ось M N лин зы и ход одного из лучей. Найдите построением положение фо­ кусов линзы.

10.17. На рисунке показан ход луча 1 через собирающую лин зу. Постройте дальнейший ход луча 2.

10.18. На рисунке приведены главная оптическая ось M N линзы, предмет АВ и его изображение А 1 1. Найдите графически положение оптического центра и фокусов линзы.

(^) 10.19. Предмет высотой h = 2 см находится на расстоянии d = 40 см от линзы. Линза дает изображение этого предмета на экране, расстояние до которого f = 60 см. Определите фокусное рас­ стояние F и оптическую силу D линзы, высоту Н изображения.

10.20. Предмет высотой 6 мм находится на расстоянии 24 см от собирающей линзы с фокусным расстоянием 8 см. Какова вы­ сота изображения предмета?

10.21. Расстояние между предметом и его действительным изображением равно 45 см. Каково фокусное расстояние линзы, если изображение в 2 раза больше предмета?

10.22. Какие линзы (собирающие или рассеивающие) в очках, предназначенных для близоруких людей? Ответ обоснуйте.

10.23. Какое увеличение дает лупа с фокусным расстоянием 3 см?

10.24. Каково фокусное расстояние лупы, которая дает 7-крат­ ное увеличение?

10.25. Увеличение объектива микроскопа равно 25. Каково увеличение микроскопа, если увеличение окуляра 12?

10.26. Каково увеличение телескопа, если фокусное расстояние объектива в 150 раз превышает фокусное расстояние окуляра?

10.27. Постройте изображение точки А, лежащей на главной оптической оси собирающей линзы (см. рисунок).

10.28. На рисунке показаны светящаяся точка А и ее изобра­ жение Aj, находящиеся на главной оптической оси линзы, а так­ же оптический центр О линзы. Определите вид линзы (собираю­ щая или рассеивающая). Найдите построением фокусы линзы.

10.29. В воде человек видит размытые контуры окружающих его предметов. Означает ли это, что под водой глаз становится очень близоруким или очень дальнозорким? Обоснуйте свой ответ.

10.30. Вы нашли очки. Предложите способ, с помощью кото­ рого можно определить, близорукость или дальнозоркость у их владельца.

10.31. Маленький предмет можно хорошо рассмотреть с мало­ го (меньше 10 см) расстояния через маленькое отверстие (диамет­ ром от 0,5 до 1 мм) в листе картона или черной бумаги. Каков принцип действия такого простого оптического прибора?

10.32. Фокусное расстояние объектива фотоаппарата равно 35 мм. Каким должно быть расстояние от центра объектива до пленки при съемке удаленных объектов? Как следует изменить это расстояние, чтобы фотографировать близкие предметы?

@ 10.33. Фотографирование здания высотой 20 м производят с расстояния 85 м. Фокусное расстояние объектива фотоаппарата равно 34 мм. Какова высота изображения здания на пленке?

10.34. Какое изображение (действительное или мнимое, пря­ мое или обратное) дает микроскоп?

10.35. Зависит ли увеличение телескопа от радиуса его объ­ ектива? Для чего увеличивают радиус объектива?

11. ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ И ДИФРАКЦИЯ СВЕТА.

СВЕТ И ЦВЕТ

УСТНАЯ РАЗМИНКА

11.1. Благодаря какому явлению при освещении белым светом мыльного пузыря мы видим радужные пятна?

11.2. Почему возникают радужные полосы в тонком слое керо­ сина, плавающего на поверхности воды?

11.3. Почему крылья стрекоз имеют радужную окраску?

11.4. Чем объяснить радужную окраску дисков для лазерных проигрывателей?

11.5. При изготовлении искусственных перламутровых пуго­ виц на их поверхности нарезают мельчайшую штриховку. Поче­ му после этого пуговицы приобретают радужную окраску?

11.6. Если, прищурив глаз, смотреть на нить лампочки нака­ ливания, то нить кажется окаймленной светлыми бликами. По­ чему?

11.7. При сильном нагревании стальные изделия покрывают­ ся цветной пленкой (цветами побежалости). Как объяснить это явление?

11.8. Почему при наблюдении мыльной пленки, образованной в плоской вертикальной рамке, можно заметить, что интерферен­ ционные полосы с течением времени перемещаются?

11.9. Объясните происхождение цвета синей бумаги и синего стекла.

11.10. Если посмотреть через красное стекло на белый светиль­ ник, то он кажется красным. Почему?

11.11. На детском рисунке показаны все цвета радуги. Какими мы увидим эти цвета при красном освещении?

11.12. Одинаковы ли скорости распространения красного и фио­ летового излучений в вакууме? в воде? Объясните свой ответ.

11.13. С одинаковой ли скоростью приходят к границам ат­ мосферы Земли от Солнца волны красной и фиолетовой части спектра? Одинакова ли их скорость в атмосфере и в любой иной среде?

- г Н Первый уровень 11.14. Человеческий глаз воспринимает как видимый свет электромагнитное излучение с длиной волны в вакууме от до 780 нм. Каков диапазон частот видимого излучения?

11.15. Частота оранжевого света 5 • 101 Гц. Найдите длину волны этого света в вакууме.

11.16. Частота электромагнитного излучения 9 • 101 Гц. Ка­ кова длина волны этого излучения в вакууме? Воспринимает ли человеческий глаз это излучение как видимый свет?

11.17. Световая волна частотой 4,8 • 101 Гц распространяется в стекле. Какова длина волны?

11.18. Длина волны света в вакууме 450 нм. Какова частота этой световой волны?

11.19. Длина волны оранжевого света в воздухе 600 нм. Най­ дите частоту волны.

11.20. Световая волна частотой 7,2 • 101 Гц при распростра­ нении в прозрачной среде имеет длину волны 312,5 нм. Какова скорость света в этой среде?

-иП Второй уровень 11.21. Могут ли интерферировать световые волны, идущие от двух электрических ламп?

11.22. Лучи белого света падают нормально на тонкую про­ зрачную пленку. В проходящем свете пленка кажется желтой.

Какой она будет казаться в отраженном свете?

11.23. Частота когерентных световых волн от источников А и В равна 6 •101 Гц. Каков результат интерференции света в точке отрезка АВ, отстоящей на 0,25 мкм от середины этого отрезка?

11.24. Можно ли создать оптический микроскоп, позволяю­ щий разглядеть атомы?

11.25. Свет переходит из стекла в вакуум. Изменяется ли ча­ стота световой волны?

11.26. Свет переходит из воздуха в воду. Как изменяется дли­ на волны света?

11.27. В воздухе длина волны света 700 нм. Какова длина вол­ ны этого света после перехода в воду?

11.28. Длина волны света в воде 435 нм. Какова длина волны этого света в воздухе?

11.29. Сколько длин волн светового излучения частотой 4 101 Гц укладывается в вакууме на отрезке 1,5 м?

11.30. Ткань освещена белым светом. Какой кажется эта ткань, если она:

а) поглощает весь падающий свет;

б) отражает весь падающий свет;

в) поглощает 50 % энергии любой падающей световой волны?

11.31. Рисунок сделан зеленым фломастером на белом листе бумаги. При каком освещении рисунок становится практически невидимым?

11.32. Рисунок сделан красным фломастером на белом листе бумаги. Через какое стекло надо смотреть при дневном свете на этот лист, чтобы рисунок стал практически невидимым?

11.33. Какими будут казаться зеленые листья растений, осве­ щенные красным светом?

11.34. Воду освещают зеленым светом, длина волны которого в воздухе 500 нм. Какова длина световой волны в воде? Какой цвет видит человек, открывший глаза под водой?

11.35. На рисунке схематически изображены волны красного, фиолетового и желтого света. Какому цвету соответствует каж­ дая волна?

11.36. Почему система цветного телевидения основана на при­ менении трех цветов — красного, зеленого и синего?

11.37. Показатель преломления воды для красного света 1,331, а для фиолетового — 1,343. На сколько отличаются скорости этих световых волн в воде?

11.38. Узкий параллельный пучок солнечного света падает на поверхность воды под углом 45°. Показатель преломления воды для красного света 1,331, а для фиолетового — 1,343. Найдите угол между красными и фиолетовыми лучами в воде.

н -Д Третий уровень 11.39. Световые волны в некоторой точке пространства взаим­ но гасят друг друга. Куда «исчезает» их энергия?

11.40. При помощи двух щелей на экране получили интерфе­ ренционные полосы. Что будет видно на экране, если:

а) одну из щелей закрыть плотной бумагой;

б) источник света сначала прикрыть красным, а потом фио­ летовым стеклом?