Физика-11кл-Касьянов-2002-ГДЗ (11 класс - Касьянов)

А.С. Константинова, Е.А. ПетроваДомашняя работапо физикеза 11 класск учебнику «Физика. 11 кл.: Учебн. дляобщеобразоват. учеб. заведений / Касьянов В.А. —2-е изд., стереотип. — М.: Дрофа, 2002 г.»ЭЛЕКТРОДИНАМИКА1Постоянныйэлектрический ток§ 1. Электрический токОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ1. Электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц.2. Электрический ток возникает, если имеются свободные заряды, атак же в результате действия внешнего электрического поля.

Дляполучения электрического поля достаточно создать разность потенциалов между какими-то двумя точками проводника.3. Если отсутствует внешнее электрическое поле, то отсутствует идополнительная составляющая скорости направленная вдоль напряженности электрического поля, а значит, все направления движения частиц равноправны.4. В отсутствии электрического поля движение заряженных частицхаотично, а при его наличии – движение частиц это результат хаотичного и поступательного движений.5. За направление электрического тока принято направление движения положительно заряженных частиц. В металлическом проводникеэлектроны движутся в сторону, противоположную направлению тока.§ 2.

Сила токаОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ1. Сила тока является характеристикой интенсивности направленного движения заряженных частиц.2. Силой тока называется скалярная величина, равная отношениюзаряда ∆q, переносимого через поперечное сечение проводника замалый промежуток времени, к величине ∆t этого промежутка.I = ∆q/∆t = q'.Для постоянного тока I = q/t.23. Сила тока прямо пропорциональна величине заряда, прошедшегочерез поперечное сечение проводника, и обратно пропорциональнавремени прохождения.4. Сила тока измеряется в амперах. 1А = 1 Кл/с.5. Электрический ток называют постоянным, если сила тока не изменяется с течением времени. Сила тока прямо пропорциональнаконцентрации частиц.ЗАДАЧИ№ 1.Дано:t = 60 c,I=2Aq-?№ 2.Дано:t=1cI = 1,6 AN–?Решение:I = const, следовательно, I =q⇒ q = Ittq = 60 с ⋅ 2 А = 120 Кл.Ответ: q = 120 Кл.Решение:qI = ⇒ q = It ; e – элементарный заряд, значитtq It1, 6 А ⋅1N= = ; N== 1019−19e e1, 6 ⋅10КлОтвет: N = 1019 .№ 3.Решение:Дано:t = 1год, I = 1 AItmee/me = 1,76·1011Кл/кг M = N ⋅ me = e (см.

предыдущую задачу)M–?1 А ⋅ 365 ⋅ 24 ⋅ 60 ⋅ 60 сM== 1,8 ⋅ 10–4 кг. Ответ: М ≈ 0,18 г.111, 76 ⋅10 Кл/кг№ 4.Решение:Дано:S = 1 мм2∆qI∆q = q0 nSvt ⇔= I = q0 nSv ⇔ v =,I = 1,6 Atq0 nS23 –3n = 10 м1, 6T = 20ºC= 100 м/с.v = 23 −3−6 2m = 9,1 ⋅ 10–31 кг10 м ⋅10 м ⋅1, 6 ⋅10 −19 КлV–?Чтобы рассчитать скорость теплового движения частиц «электронного газа» воспользуемся формулой33 ⋅1, 38 ⋅10 −23 кДж/кг ⋅ 293 КmVт2 33 кТ== 11, 5 ⋅103 м/с= кТ ⇒ Vт =22m29,1 ⋅10 −31 кгОтвет: V = 100м/с.№ 5.Дано:Решение:q = It, следовательно q численноt=4cI1 = 1 A равно площади под графиком I отI2 = 5 A t (см. рисунок).q = 12 Кл.q–?Ответ: q=12Кл.§ 3. Источники токаОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ1. Из-за перераспределения зарядов в проводнике возникает электрическое поле, компенсирующее внешнее поле.2.

Источник тока – устройство, которое разделяет положительные иотрицательные заряды. Его роль в электрических цепях – увеличение напряженности внешнего электрического поля.3. Гальванический элемент – источник тока, разделение зарядов вкотором происходит за счет преобразования химической энергии вэлектрическую. Отрицательные ионы SO42- в растворе серной кислоты притягивают положительные ионы Cu2+ и Zn2+ из кристаллической решетки. При достаточной энергии притяжения, эти ионыпереходят из электродов в раствор.4.

В какой-то момент кинетической энергии ионов не хватит для преодоления разности потенциалов двойного электрического слоя, образованного положительными ионами в растворе и отрицательным зарядом на электродах, тогда растворение электродов прекратится.5. Потенциалы на электродах, которые отсчитывают относительноводородного электрода. Разность потенциалов равна, как видно изназвания, разности нормальных потенциалов. Для обыкновеннойпальчиковой батарейки U = 1,5 В.§ 4.

Источник тока в электрической цепиОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ1. Сторонние силы – силы, вызывающие разделение зарядов. Природа этих сил неэлектрическая. Под действием только кулоновских4сил заряды стремятся двигаться в другую сторону, т.е. заряды будутне разделяться, а нейтрализоваться.2. Положительно заряженный ион под действием сторонних силдвижется от катода к аноду. Также на него действуют силы Кулонаи сопротивления, направленные противоположно скорости иона.Достигнув электрода, ион увеличивает его заряд.3. ЭДС численно равна работе, совершаемой сторонними силамипри перемещении между полюсами источника единичного положительного заряда от отрицательного полюса к положительному.Ε = Аст/q. [Ε] = 1 В = 1 Дж/Кл4.

Так как U = Ε – |Асопр/q|.5. Может, если источник тока разомкнут.§ 5. Закон Ома для однородного проводника(участка цепи)ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ1. Если в проводнике не действуют сторонние силы, то его называют однородным. Движение зарядов равноускоренное, так как онинаходятся по действием электрического поля.2.

Аналогия – шарики, скатывающиеся по наклонной плоскости инатыкающиеся на маленькие цилиндрические штыри.3. Напряжением называется разность потенциалов между началом иконцом однородного проводника. Напряжение прямо пропорционально силе тока, поэтому сила тока также изменится в 2 раза.4. Сила тока в однородном проводнике численно равна отношениюнапряжения между концами проводника к сопротивлению проводника.5. Вольт-амперная характеристика – зависимость силы тока в проводнике от напряжения. Сопротивление численно равно котангенсуугла наклона графика ВАХ, поэтому чем больше сопротивлениепроводника, тем меньше угол наклона.ЗАДАЧИ№ 1.Дано:Решение:R = 44 ОмU220 BU = 220 В I = R , I = 44 м = 5 AI–?Ответ: I = 5 A.5№ 2.Дано: U = 6 В,I = 2 мкА = 2⋅10–6 АR–?Решение:6BUU= 3⋅106 Oм.I = ⇒R = , R =RI2⋅10−6 AОтвет: R = 3⋅106 Ом.№ 3.Дано:Решение:q = 2,88 кКлRq5 Ом ⋅ 2, 88 ⋅10 3 Кл∆ϕ = U = RI =, ∆ϕ == 240 B.t = 60 ct60 сR = 5 Ом∆φ – ?Ответ: ∆ϕ = 240 В.№ 4.Дано:N, e, U, Rt–?Ответ: t =Решение:U q NeNreI= ; =⇒t =.R ttUN ⋅r ⋅e.U№ 5.Дано:R1 = 2 Ом, R2 = 3 Ом,I = 1 A, U = 12 ВU1; U2; I1; I2 – ?Решение:U1 = 2 ВU2 = 3 ВI1 = 6 АI2 = 4 АОтвет: U1 = 2 В, U2 = 3 В, I1 = 6 А, I2 = 4 А.I, AI1I2R = 2 ОмR = 3 Ом101U 1 U 2U, B§ 6.

Сопротивление проводникаОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ1. Сопротивление проводника зависит от его длины, площади поперечного сечения, материала проводника.2. Заряд аналогичен массе воды, а сам электрический ток аналогичен движению воды по трубам. Чем уже труба (площадь поперечного сечения проводника), тем больше сопротивление испытывает вода при движении (сопротивление проводника электрическому току).3. Электрические свойства материала характеризует удельное сопротивление. Удельное сопротивление проводника – величина, рав6ная сопротивлению однородного проводника единичной длины иединичной площади.

[ρ]=1Ом·м.4. Проводники – ρ < 10–5 Ом ⋅ м; полупроводники – 10–5Ом ⋅ м < ρ <105 Ом ⋅ м; диэлектрики – ρ > 105 Ом ⋅ м.5. Проводник с постоянным сопротивлением называют резистором.ЗАДАЧИ№ 1.Дано:ρ = 1,6·10-8 Ом·мS = 0,4 мм2 = 4⋅10–7 м2l = 240 мR–?Решение:ρl1, 6 ⋅10 −8 Омм ⋅ 240 м= 9, 6 ΩR= , R=S4 ⋅10 7 м 2Ответ: R = 10,2 Ом.№ 2.Дано:Решение:Θ = 8,9·103 кг/м3mρlρl 2 Θρl 2 Θ,⇔m=ρ = 1,6·10-8 Ом·м R = , Θ = ⇒ R =SSlmRR = 10 Ом−82 233l = 1 км = 103 м m = 1, 6 ⋅10 Ом ⋅ м ⋅1000 м ⋅ 8, 9 ⋅10 кг/м = 14, 2 кг10 Омm–?Ответ: m = 14,2 кг.№ 3.Дано:R = 4 Ом,ρ = 2,8·10-8 Ом·мd = 1 мм = 10–3 мl–?Решение:RS Rπd 2ρlR= ⇒l =,=S4ρρl=4 Ом ⋅ 3,14 ⋅ 0, 0012 м 24 ⋅ 2, 8 ⋅10 −8 Ом ⋅ м= 112 мОтвет: l = 112 м№ 4.Дано:Решение:R = 2,8 Омmmρlρl 2 ΘmR-8R,VSlS,===⇒=R=⇔l==ρ = 2,8·10 Ом·мSΘlΘmρΘm = 0,27 кг0, 27 кг ⋅ 2, 80 ОмΘ=2,7·103 кг/м3== 100 м,−82, 8 ⋅ 10 Ом ⋅ м ⋅ 2,7 ⋅ 10 3 кг/м 3l–?S–?S=mρ=RΘ0, 27 кг ⋅ 2,8 ⋅ 10 −8 Ом ⋅ м2, 8 Ом ⋅ 2,7 ⋅10 3 кг/м 3=10 −4 м 2 = 1 см 2Ответ: l = 100 м, S = 1 м2.7№ 5.Дано: n = 10,Решение:ρAl = 2,8·10-8 Ом·м,Массы проводников равны, следовательноρCu = 1,7·10-8 Ом·м,mAl = mCu ⇒ S Al ⋅ l Al ⋅ Θ Al = S Cu ⋅ lCu ⋅ Θ Cu ,ΘCu = 8,9·103 кг.м3,l ⋅Θ1 Θ AlS Cu = S Al Al Al = S Al,ΘAl = 2,7·103 кг⋅м3lCu ⋅ Θ Cun Θ Cuk–?ln ⋅ l Al ⋅ n ⋅ Θ CuRCu = ρ Cu Cu = ρ Cu,S CuS Al ⋅ ΘУRρ ΘlОтвет: k ≈ 200.RAl = ρ Al Al ⇒ k = Cu = Cu Cu ⋅ n 2 ≈ 200.ρ Al Θ AlS AlRAl§ 7.

Зависимость удельного сопротивленияот температурыОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ1. Возрастает кинетическая энергия атомов и ионов, они начинаютсильнее колебаться около положений равновесия, электронам нехватает места для свободного движения.2. Удельное сопротивление проводников линейно возрастает с увеличением температуры по закону ρ = ρ0(1 + α∆T), [α] = K–1.3. Удельное сопротивление проводника линейно зависит от частотыстолкновений электронов с атомами и ионами кристаллической решетки, а эта частота зависит от температуры.4.

При увеличении температуры возрастает число свободных электронов, а так как возрастает количество носителей заряда, то сопротивление полупроводника уменьшается.5. Атом полупроводника теряет электрон, становясь положительно заряженным. В электронной оболочке образуется дырка — положительный заряд.

Таким образом, собственная проводимость полупроводникаосуществляется двумя видами носителей: электронами и дырками.ЗАДАЧИ№ 1.Дано: t1 = 0ºC,R1 = 4 Ом,t2 = 50ºC,α = 4,3·10-3 K-1R2 – ?8Решение:R1 = R0 (1 + α ⋅ ∆t1 ) ⎫R1 1 + α ⋅ ∆t1 1 + α(t1 − t 0 )==⎬⇒R2 = R0 (1 + α ⋅ ∆t 2 ) ⎭R2 1 + α ⋅ ∆t 2 1 + α (t 2 − t 0 )R2 = R1 ⋅1 + α (t 2 − t 0 )1 + α(t1 − t 0 )R2 = 4 Ом ⋅1 + 4, 3 ⋅10 −3 К ⋅ 50 К1 + 4, 3 ⋅10 −3 К −1 ⋅ 20 КОтвет: R2 = 4,86 Ом.№ 2.Дано: t1 = 20ºC,R1 = 25 Ом,t2 = 35ºC,R2 = 25,17 Омα–?№ 3.Дано:t1 = 10ºCR1 = 10 Омη = 1,01α = 6·10–3 K–1t2 – ?t2 =Решение:R1 = R0 (1 + α⋅∆t1 ), α =R1 − R00,17 Ом== 4, 5 ⋅10−4 К −115 К ⋅ 25 Ом∆tR0Ответ: α = 4,5·10–4K–1.Решение:R1 = R0 (1 + α ⋅ ∆t1 )⎫1 + α ⋅ ∆t 2,⎬⇒η=η⋅ R1 = R0 (1 + α ⋅ ∆t 2 ) ⎭1 + α ⋅ ∆t1∆t 2 =η⋅ (1 + α ⋅ ∆t1 ) − 1,α1, 01(1 + 6 ⋅10 −3 К −1 ⋅10 o C) − 16 ⋅10 −3 К −1№ 4.Дано: t1 = 20ºC,R1 = 20 Ом,U = 220 В,I = 0,5 A,α = 4,6·10–3 K–1t1 – ?Ответ: t2 =5005°C.= 4, 86Οм .= 11, 8°C .

Ответ: t2 = 11,8ºC.Решение:UR2 = ; R1 = R0 (1 + αt1 );It1 =u − JR0220 B − 0, 5 A ⋅ 20 Ом== 45650o C2JR04, 6 ⋅10−3 K −1 ⋅ 0, 5 A ⋅ 20 Ом№ 5.Решение:Дано:S, ∆R, d,∆R,∆W = ∆tcv m, ∆R = R0 α∆t ⇒ ∆t =ρ, сv, αR0 α∆W – ?l⎫R0 = ρ ⎪c mS 2 d ∆R cv S 2 d ∆R∆RS 2 dmS⎪⇒ ∆W = v=⎬ ⇒ R0 = ρ 2 ⇒ ∆ t =m ⎪ραmραmραS dSl =d ⎪⎭Ответ: ∆W =cv S 2 d ∆R.ρα9§ 8. СверхпроводимостьОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ1. Сверхпроводимость – явление, состоящее в том, что у некоторыхметаллов и сплавов происходит резкое падение до нуля удельногосопротивления вблизи определенной температуры. Эти металлы исплавы называются сверхпроводниками.2. Критическая температура – температура, при которой проводникипереходят в сверхпроводящее состояние.3.