Физика
Учебник для 10-11 классов

       

Ответы к упражнениям 6-9

Упражнение 6

1.

2.

3.

4.

5. Сопротивления внешнего и внутреннего участков цепи должны быть равны между собой.

6.

7. См. рис. 5, а, б.

Рис. 5

8.

9. При зарядке аккумулятора U1 = E + Ir = 5 В, а при разрядке U2 = E - Ir = З В.

10. Соответствующие распределения потенциала изобраясены на рисунке 6, а—г.

Рис. 6

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

21.

22.

23. При условии, что внешнее сопротивление цепи равно внутреннему сопротивлению одного элемента.

24. Последовательно.

2б.

Упражнение 7

1.

2.

3.

4.

5.

6. = 2,4 Г.

7. Определенная концентрация ионов есть результат динамического равновесия: количество ионов, возникающих вследствие электролитической диссоциации, равно убыли числа ионов вследствие обратного процесса — рекомбинации (ионы противоположных знаков, столкнувшись, могут образовать нейтральную молекулу). Вблизи электродов концентрация ионов падает, и это равновесие нарушается. Число ионов, возникших вследствие диссоциации, оказывается больше числа рекомбинировавяых ионов. Именно этот процесс поставляет ионы в раствор электролита. Процесс происходит вблизи электродов. Внутри раствора электролита динамическое равновесие не нарушается.

8. За секунду к катоду прибывает и на нем выделяется n+υ+S положительных ионов (S — площадь катода). Одновременно удаляется n-υ-S отрицательных ионов. В процессе ухода отрицательных ионов динамическое равновесие между нейтральными молекулами раствора электролита и ионами, на которые они распадаются, нарушается (см. задачу 7). Вновь возникает n-υ-S отрицательных и столько же положительных ионов. Положительные ионы также выделяются на катоде, и в результате заряд, переносимый положительными ионами, выделившимися на катоде в секунду, оказывается численно равным полному току.

9.

10. = 66.

11. 5 • 106 см-3.

12. 3 • 106 В/м; 2,3 • 106 м/с.

13.

14. При охлаждении отрицательного угля дуга погаснет, так как горение дуги обеспечивается сильной термоэлектронной эмиссией с катода, которая прекращается при его охлаждении. Охлаждение положительного угля не будет влиять на работу дуги.

15. Полная энергия электрона равна сумме кинетической и потенциальной энергий.

При приближении к кольцу потенциальная энергия электрона в поле кольца уменьшается, и за счет этого растет кинетическая энергия. Пройдя сквозь кольцо, электрон удаляется от него. При этом потенциальная энергия электрона увеличивается, а скорость постепенно уменьшается до нуля.

16. Первый диод начинает проводить ток только при Ua > 0, т. е. при U > E1, второй — при U > E2 и третий — при U > E3. Поэтому график зависимости полного тока от напряжения представляет собой ломаную линию (рис. 7):

Рис. 7

    I = 0 при U ≤ E1;
    I = k(U - E1) при E1 ≤ U ≤ E2;
    I = k(U - E1) + k(U - E2) при E2 ≤ U ≤ E3;
    I = k(U - E1) + k(U - E2) + k(U - E3) при U ≥ E3.

17. Анода достигают электроны с энергиями от 74 до 80 эВ. От потенциала сетки эта энергия не зависит. (1 эВ = 1,6 х 10-19 Дж — это энергия, приобретаемая электроном при п^юхождении им разности потенциалов в 1 В.)

18.

19.

20.

21.

22. Нет, так как олово также четырехвалентно.

23. Правая часть — в пропускном, а левая часть — в запирающем направлении; = 2,7 Ом; = 1,1 МОм.

Упражнение 8

1.

2.

3.

4. В произвольной точке линии АВ любой малый злемент тока проводника АСВ создает магнитное поле, индукция которого перпендикулярна плоскости чертежа. Симметричный ему элемент проводника ADB создает такое же поле, но с индукцией, направленной в противоположную сторону. Суммарная индукция от двух любых симметрично расположенных элементов поэтому будет равна нулю. Следовательно, в произвольной точке на линии АВ индукция поля, созданного всем проводником, равна нулю, так как прямолинейные участки проводника также не создают поля на АВ.

5.

6.

7. а) Если токи I и i текут в одну сторону, то расстояние между шиной и проводом может быть:

(устойчивое равновесие) или

(неустойчивое равновесие). Если

провод притянется к шине.

б) Если токи I и i текут в противоположных направлениях, то провод отталкивается от шины и будет в устойчивом равновесии на расстоянии

8.

9.

10. Контур притягивается к проводу с силой

11. A = 2BIab.

12. F = 2πRBI sin a

13.

14.

15.

16. Прямолинейное движение протона возможно в двух случаях:

а) Вектор направлен вдоль траектории протона. Тогда вектор также должен быть направлен вдоль траектории и его модуль может быть любым, так как магнитное поле на частицу не будет действовать.

б) Векторы , , и взаимно перпендикулярны, и сила, действующая на протон со стороны электрического поля, равна по модулю и противоположна по направлению силе Лоренца, действующей на протон со стороны магнитного поля (рис. 8).

Рис. 8 Так как е + L = 0, то еЕ - eυB = 0 и

17.

18.

20. На рисунке 9 изображено сечение проводника. Определим магнитную индукцию в произвольной точке А, находящейся на расстоянии г от оси проводника О. Проведем через точку А замкнутый контур в виде окружности радиусом r, центр которой лежит на оси проводника и плоскость которой перпендикулярна этой оси (см. рис. 9).

Рис. 9

Применим к этому контуру теорему о циркуляции (4.11.7)

где I — сила тока, пронизывающего этот контур. Из соображений симметрии

где В — модуль искомой магнитной индукции. Выбранный контур охватывает часть проводника в виде цилиндра, радиус сечения которого равен r. Поэтому I = jπr2. Следовательно,

Отсюда

Из полученной формулы следует, что индукция магнитного поля внутри проводника с током прямо пропорциональна расстоянию от его оси. На оси проводника магнитная индукция равна нулю, а на его поверхности она максимальна. На рисунке 10 эта зависимость представлена графически.

Рис. 10

21. . Поле однородно (рис. 11), линии индукции перпендикулярны плоскости, проходящей через оси симметрии полости и проводника.

Рис. 11

22. Магнитная индукция в произвольной точке внутри трубы равна нулю.

Упражнение 9

1.

2. Во втором случае.

3. За время Δt контур переместится в положение А'В'C'D' (рис. 12) на расстояние Δх. При этом магнитный поток, пронизывающий контур, изменится на

Так как

то

Рис. 12

Ток, индуцированный в контуре, направлен по часовой стрелке.

4.

5. В контуре ABCD действует ЭДС индукции E1 = ka2, а в контуре BEFC — ЭДС индукции E2 = Простейшая эквивалентная схема с гальваническими элементами, заменяющими ЭДС индукции, для нашей цепи имеет вид, изображенный на рисунке 13.

Рис. 13

На основании второго правила Кирхгофа можно записать:

По первому правилу Кирхгофа I1 = I1 + I1. Решая полученные уравнения, находим:

Учитывая выражения для E1 и E2, окончательно имеем:

6.

7.

8. Сначала проводник будет двигаться (падать) ускоренно с уменьшающимся по модулю ускорением. Когда скорость проводника достигнет значения

она дальше изменяться не будет — проводник начнет двигаться равномерно.

9.

10. ^

11. За счет совершения работы силой F на пути s увеличиваются кинетическая энергия проводника и электростатическая энергия конденсатора. (Так как L = 0, то энергия тока равна нулю.)

12. Так как, согласно условию, I = kt, то

ЭДС самоиндукции

Напряжение на зажимах соленоида должно быть равно:

13. Скорость нарастания магнитного потока в соленоиде (и катушке) постоянна. Следовательно, постоянна и ЭДС индукции в катушке. Если катушка включена в замкнутую цепь, то сила тока в ней будет постоянна. Ток установится не сразу. Время его установления определяется коэффициентом самоиндукции катушки и ее сопротивлением.

14.

15. Ф = πВr2.

16. Если сопротивлением кольца можно пренебречь, то полный магнитный поток через кольцо не будет изменяться (см. задачу 6 в § 5.9). А это значит, что магнитное поле, созданное индукционными токами в кольце, всегда противодействует полю электромагнита. Следовательно, кольцо будет отталкиваться.

17. Силы токов в кольцах уменьшатся в два раза, т. е. I = .

Рейтинг@Mail.ru