Контрольная работа по "Физике"

Задание №3

К электродам разрядной трубки приложена разность потенциалов U=5 В, расстояние между ними d=10 см. Газ, который находится в трубке,  ионизирован, число пар ионов n=10⁸ м^-3, причем подвижность b₊=10^-2м²/(В*с), b_-=3*10^-2м²/(В*с) . Найти: а) плотность тока в трубке; б) какая часть плотности тока переносится положительными ионами I₊/I?

Решение.

Дано

U=5 В

d=10 см=0,1 м

n=108 м-3

b+=10-2м2/(В*с)

b-=3*10-2м2/(В*с)

j+/j-?  j-?

Плотность тока в газах определяется по формуле:

 

где  - концентрация положительных и отрицательных ионов

- средняя скорость направленного  движения положительных и отрицательных ионов.

- заряд одного иона. Примем его равным заряду электрона.  Кл

Средняя скорость направленного движения ионов определяется по формуле:

u=b*E,

где E – напряженность электрического поля.

b – подвижность ионов

Напряженность электрического поля найдем из формулы:

U=E*d, откуда

E=U/d

В результате получим

 

Плотность тока, переносимого положительными ионами будет  равна

 

Часть плотности  тока, которая переносится положительными ионами определим из соотношения

j₊/j=

Вычисления:

 

 

 

j₊/j=

 

Ответ:               j₊/j

 

Задание № 24

По двум параллельным бесконечно длинным  проводам, находящимся на расстоянии а=50 мм друг от друга, проходят токи I=5А каждый. Определить индукцию магнитного поля В в точке, лежащей посередине между проводами, для случаев, когда: 1) токи проходят в одном направлении; 2) токи проходят в противоположных направлениях.

Дано:

а=50=0,005 м

I=5А

В1-?, В2-?

 Решение.

  

Индукция магнитного поля бесконечно длинного проводника с током определяется по формуле:

 

где - магнитная постоянная.

 
- относительная магнитная  проницаемость. Для воздуха 

- расстояние до точки,  в которой определяется магнитная  индукция.

Так как магнитная индукция определяется в точке, которая лежит посредине  между проводами, то величина магнитной  индукции, создаваемая каждым проводом, будет одинакова. Для того, чтобы определить магнитную индукцию, создаваемую обоими проводами, воспользуемся принципом суперпозиции для вектора B

B=B_а+B_в.

Для определения направления вектора  магнитной индукции B воспользуемся правилом буравчика, с помощью которого определим, что при протекании токов одинаковой величины  по проводам в одном направлении в точке О величина магнитной индукции будет равна по значению, но вектора магнитной индукции будут направлены в противоположные стороны. Значит результирующее значение магнитной индукции B₁=0.

При протекании токов одинаковой величины  по проводам в противоположных направлениях в точке О величина магнитной индукции будет равна по значению и вектора магнитной индукции будут направлены в одну сторону. Результирующее значение магнитной индукции будет равно

B₂=B_а+B_в=2B_a

Вычисления.

В_а= В_в=

B₂=2*

B₁=0

Ответ:  B₁=0       B₂

 

 

Электрон движется в магнитном  поле с индукцией В=5*10³ Тл по винтовой линии. Радиус винтовой линии R=2 см, шаг h=5 см. Определить скорость электрона, его энергию и угол между v и B.

Дано

В=5*103 Тл

R=2 см= 0,02 м

h=5 см=0,05 м

v-?, Wk-?, Ð( v B)

Решение.

На электрон, движущийся в магнитном  поле, действует сила Лоренца, которая  определяется по формуле

 

Определим проекции вектора скорости на оси ОХ иOY.

ïïa

a

Уравнение динамики движущегося электрона  запишем в виде

 

где q- заряд электрона. q = 
m – масса электрона. m=9,1*10^-31 кг.

а- центростремительное ускорение.

Тогда уравнение динамики движущегося электрона запишем в виде

 

Из уравнения динамики движущегося  электрона найдем

 

ïïопределим из формулы

ïï

где h – шаг винтовой линии

Т – период обращения электрона  по окружности

 

тогда ïï

Модуль вектора скорости найдем из формулы

ïï

Угол между ( v , B) найдем по формуле

ïï

откуда ïï

Кинетическую энергию электрона  определим по формуле

 

Вычисления:

 

ïï

=68,3⁰

 

Ответ:  , =68,3⁰ ,

 

Задание № 69

Виток проволоки, имеющий площадь 5 см², находится в однородном магнитном поле индукцией В=1 Тл. Плоскость витка перпендикулярна к линиям индукции поля. Какое количество электричества протекает по витку, если его выдернуть из поля? Сопротивление витка R=0.01 Ом.

Дано

S=5 см2

В=1 Тл

R=0.01 Ом

q-?

     Решение.

Если выдернуть виток проволоки  из магнитного поля, то в нем будет  наведена ЭДС индукции равная

 

где Ф – магнитный поток, пронизывающий  виток проволоки. Определяется по формуле

 

где - угол между нормалью к поверхности витка и вектором магнитной индукции.

Так как угол , то

 

тогда   

Ток, индуцированный в витке, можно  определить по формуле

 

где q - количество индуцированного электричества

Ток протекающий по витку определим из формулы

 

Определим q из равенства

 

Тогда

 

Вычисления:

 

 

Задание № 89

Внутри длинного соленоида находится  катушка из N витков с площадью поперечного сечения S. Катушку поворачивают с постоянной угловой скоростью w вокруг оси, совпадающей с ее диаметром и перпендикулярной оси соленоида. Магнитное поле в соленоиде изменяется во времени как w. Определить ЭДС индукции, если в момент времени t=0 ось катушки совпадала с осью соленоида.

 

 

Задание № 114

Точка совершает гармонические  колебания, уравнение которых имеет  вид w, где А=8 см, w=p/6 рад/с. В момент времени, когда возвращающая сила F в первый раз достигла значения 5 мН, потенциальная энергия W^p точки стала равной 100 мкДж. Найти этот момент времени t и соответствующую ему фазу wt.