Методическое пособие - Домашние задания по теме Электростатика, постоянный ток 10 класс

1

ФИЗИКА

ПОСОБИЕ ДЛЯ СТУДЕНТОВ

1-го курса на базе 9 классов

дневное отделение

«Электростатика и законы постоянного тока»

Преподаватель: Руденко Е.А.

План:

ЭЛЕКТРОСТАТИКА Основные законы:

1. закон сохранения заряда.

2. закон Кулона

3. принцип суперпозиции полей

Понятия:

• электризация

• электрический заряд q

• электрическое поле

• эквипотенциальные поверхности

• проводники

Характеристики:

• напряжённость электрического поля Е

• силовые линии электрического поля

• разность потенциалов Δφ

• электроёмкость С

• энергия W

• поляризация

• диэлектрическая проницаемость ε

Постоянные величины

• постоянная

• Электрическая постоянная
  
  ε₀ = 8,85∙10^-12 Ф/м

• Элементарный заряд (электрона)
  
  е = 1,6∙10^-19 Кл

• Масса электрона
  
  m = 9,1∙10^-31 кг

Формулы

• , [Н]

• , [В/м]

• , [В]

• , [В]

• , [Ф]

• , [Дж]

Конденсаторы

• Последовательное соединение
  
  

• Параллельное соединение
  
  

Задание №1

1. Что называют электрическим зарядом?

2. Что называют элементарным зарядом?

3. Как взаимодействуют разноимённые и одноимённые заряды?

4. Какая основная единица измерения электрического заряда в СИ?

5. Что означает дискретность электрического заряда?

6. Какой физический смысл относительной диэлектрической проницаемости?

Два одинаковых проводящих шарика на одинаковых нитях длиной 1,2 м подвешены в одной точке. Заряд первого шарика

+ 600, а второго - 200 нКл. Шарики привели в соприкосновение.

- Что произойдёт в результате соприкосновения?

- Каким будет заряд каждого из шариков после их соприкосновения?

С какой силой взаимодействуют два заряда по 8 нКл, находящихся на расстоянии 30 см друг от друга?

На концах отрезка длиной 16 см расположены точечные заряды +6 и -3 мкКл. Найти модуль силы, действующей на заряд -2 мкКл, помещенный в середине отрезка.

Задание №2

1. Что называется напряжённостью электрического поля?

2. Какие единицы измерения напряжённости электрического поля?

3. Как рассчитать силу, действующую в электрическом поле на заряженное тело?

4. Как определяют направление линий напряжённости поля?

5. Где начинаются и заканчиваются линии напряжённости электрического поля?

6. Как размещены линии напряжённости относительно поверхности заряженного тела?

7. О чём свидетельствует плотность силовых линий?

Определить напряжённость поля электрического заряда 5Кл находящегося в вакууме на расстоянии 1м от него.

На расстоянии 3 см от заряда 4 нКл, находящегося в жидком диэлектрике, напряжённость поля равна 20 кВ/м. Какова диэлектрическая проницаемость диэлектрика?

С каким ускорением движется электрон в поле с напряжённостью 10 кВ/м?

Задание №3

1. От чего зависит работа в однородном электрическом поле?

2. Почему работа при движении по замкнутой траектории в электрическом поле равна нулю?

3. Почему заряженное тело в электрическом поле имеет потенциальную энергию?

4. От чего зависит потенциальная энергия заряженного тела в электрическом поле?

5. Как определяется потенциал поля точечного заряженного тела?

6. Какая поверхность называется эквипотенциальной?

7. Как построить эквипотенциальную поверхность?

В электрическом поле из точки А, потенциал которой 450 В, в точку В с потенциалом 900 В движется в вакууме отрицательно заряженная частица с зарядом 1 нКл. Какую работу совершает поле.

Частица проходит ускоряющую разность потенциалов (в предыдущей задаче), определите кинетическую энергию и скорость, приобретённую частицей в точке В, если в точке А скорость равнялась 0.

Задание №4

1. Что происходит при внесении проводника в электрическое поле?

2. Почему в проводнике напряжённость электрического поля равна нулю?

3. Для чего применяют металлические экраны?

4. Какое явление наблюдается при внесении диэлектрика в электрическое поле?

5. Что такое диэлектрическая проницаемость вещества?

6. Какая физическая величина называется электроёмкостью?

7. Какие единицы измерения ёмкости?

8. Как устроен конденсатор?

Ёмкость первого конденсатора 0,5 мкФ, а второго 5000 пФ. Сравнить напряжения, которые надо подать на эти конденсаторы, чтобы накопить одинаковые заряды.

Модуль напряжённости электрического поля между пластинами конденсатора равен 5 кВ/м, расстояние между пластинами 1 мм, заряд конденсатора 10 нКл. Какова ёмкость данного конденсатора?

Плоский воздушный конденсатор, состоящий из круглых пластин радиусом 10 см, расположенных на расстоянии 1 мм друг от друга, заряжен до напряжения 27000 В. Определить ёмкость конденсатора, заряд на пластинах, энергию электрического поля.

Законы постоянного тока.Законы:

• Закон Ома для участка электрической цепи:

• Закон Ома для полной цепи:

• Закон Джоуля-Ленца:

Понятия:

• Электрический ток

• Электрическое поле

• Условия существования электрического тока

• Источники тока

• Электрическая цепь

• Сторонние силы

• ЭДС

Физические величины, единицы измерения

• Сила тока I [А]

• напряжение U [В]

• сопротивление R [Ом]

• работа А [Дж]

• мощность Р [Вт]

Формулы

• ; ;

• Работа и мощность:
  
  
  
  

Соединение приборов в электрической цепи

• Последовательное соединение:
  
  I = const;
  
  U₁+U₂+…+U_n = U;
  
  R₁+R₂+…+R_n = R

• Параллельное соединение:
  
  U= const;
  
  I₁+I₂+…+I_n = I;
  
  1/R₁+1/R₂+…+1/R_n =1/R

Задание №5

1. Что такое электрический ток?

2. Как избирается направление тока?

3. Что такое сила тока и какими единицами она измеряется?

4. Что такое электрическое напряжение?

5. Как определяется сопротивление проводников?

6. Как формулируется закон Ома?

7. Какие соединения проводников считаются последовательными, а какие параллельными?

8. Что такое ток короткого замыкания?

Конденсатор ёмкостью 100 мкФ заряжается до напряжения 500 В за 0,5 с. Каково среднее значение силы зарядного тока?

Сколько электронов проходит через поперечное сечение проводника за 1 нс при силе тока 32 мкА?

Можно ли включать в сеть с напряжением 220 В реостат, на котором написано (30 Ом, 5А); (2000 Ом 0,2 А)?

• Найти силу тока в стальном проводнике длиной 10 м и сечением 2 мм², на который подано напряжение 12 мВ.
  
  (ρ_стали = 12∙10^-8 Ом/м)

Задание №6

На рисунке приведена схема участка электрической цепи. Сопротивление всех резисторов этого участка одинаково и равно 10 Ом. Определите значение сопротивление участка цепи в том случае, когда будут замкнуты ключи К₃ и К₄ (К₃ и К₁) зарисовать эквивалентные схемы.

Какие ключи необходимо замкнуть, чтобы сопротивление участка цепи составило 20 Ом?

К источнику с ЭДС 12 В и внутренним сопротивлением 1 Ом подключён реостат, сопротивление которого 5 Ом. Найти силу тока в цепи и напряжение на зажимах источника.

Задание №7

1. Как можно определить работу электрического тока?

2. Что такое мощность и как она определяется?

3. Какими единицами измеряются работа и мощность тока?

4. Какое количество тепла выделяет 25-ваттная лампочка за каждую секунду?

5. Объясните, почему провода, ведущие ток к электрической лампочке, практически не нагреваются, в то время как нить лампочки раскаляется добела?

6. Освещение квартиры требует 5 А при 127 В. Какая мощность в киловаттах при этом расходуется?

Дуговая лампа, подсоединённая к генератору, потребляет ток силой 10 А, при напряжении 100 В. Рассчитайте мощность, потребляемую лампой. Вычислите количество теплоты, которое выделяется в лампе за 10 минут работы.

Электродвигатель подключён к источнику постоянного тока напряжением 220 В. Сила потребляемого тока 10 А. Вычислите количество и стоимость электроэнергии, израсходованной за 5 ч работы электродвигателя. Тариф примите 25 коп. за 1 кВт∙ч.

Электрический ток в различных средах.Носители тока:

• электроны

• дырки

• ионы

Формулы

• закон Фарадея: m = k∙I∙Δt
  
  k - электрохимический эквивалент

• , n - валентность

• сила тока I = q∙n∙V∙S

• сопротивление проводника в зависимости от температуры: ρ = ρ₀(1+α∙Δt^o)

среды

• металл

• полупроводник

• электролит

• плазма

• газ

• вакуум

понятия

• собственная проводимость

• примесная проводимость

• сверхпроводимость

• электролиз

• эмиссия

Задание №8

1. От чего и как зависит сопротивление проводников при постоянной температуре?

2. Происходит ли диссоциация в растворе, в котором тока нет?

3. Каким образом, опустив два провода от батарейки в стакан с водой, можно узнать, существует ли между ними напряжение?

4. Электрическую лампу включили в сеть последовательно с электролитической ванной, наполненной слабым раствором поваренной соли. Изменится ли накал лампочки, если добавить в раствор ещё некоторое количество соли

5. Благодаря каким частицам создаётся электрический ток в электронно-лучевой трубке? Как эти частицы попадают в трубку?

6. В чём различие при образовании ионов в газах и в электролитах?

7. Если газ охладить, то он теряет электропроводимость. Почему?

8. Долгое время считалось, что воздух проводит электричество. Но затем было обнаружено, что если к заряженному электроскопу поднести свечу, то он достаточно быстро разрядится. Благодаря какому из видов газовых разрядов электроскоп теряет заряд?

9. Чем отличается разряд, описанный в условии предыдущей задачи, от коронного разряда? При каких условиях возможен переход от одного вида разряда к другому?

   • Вычислите значение силы тока, при которой протекал электролиз, если за 10 минут на электроде выделилось 0,36 г меди. (электрохимический эквивалент рассчитать для двухвалентной меди Cu²⁺)

Задание №9

1. Как зависит сопротивление полупроводников от температуры?

2. Какие носители заряда образуют электрический ток в полупроводнике с собственной проводимостью?

3. Какие носители заряда являются основными в полупроводнике р-типа (n - типа)?

4. Какими свойствами обладает р-n переход?

5. Известно, что полупроводниковые материалы широко применяются во всех радиоустройствах, телевизорах, компьютерах. А знаете ли вы каким типом проводимости обладают полупроводниковые материалы без примесей?

6. Если есть два резистора: обычный и полупроводниковый (термистор). Их значение сопротивления при комнатной температуре одинаковы. Как определить, какой из них изготовлен из полупроводника?

Каким типом проводимости будет обладать германий, если к нему добавить в небольших количествах фосфор?

Почему свободные носители заряда не могут удержаться в области р-n перехода?

• Придумайте схему охранной сигнализации на случай пожара на основе полупроводников.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Диэлектрические проницаемости веществ (ε)

Винипласт .......3,5 Парафинированная

Вода ..................81 бумага.......... 2,2

Керосин …........2,1 Слюда......... 6

Масло.....................2,5 Стекло......... 7

Парафин..................2 Текстолит......7

Удельное сопротивление ρ (при 20 °С) и температурный коэффициент сопротивления α металлов и сплавов

Электрохимические эквиваленты, мг/Кл (10-⁶ кг/Кл)

Алюминий (А1³⁺)… 0,093 Никель (Ni²⁺)......0,30

Водород (Н⁺) .... 0.0104 Серебро (Ag⁺).....1,12

Кислород (О^2-) .... 0,083 Хром (Сг³⁺)......0,18

Медь (Си²⁺).....0 33 Цинк (Zn²⁺)......0,34

Олово (Sn²⁺).....0,62

</