Физика-11кл-Мякишев-Буховцев-2003-ГДЗ (11 класс - Мякишев)

Ф.Ф. Тихонинк учебнику: «Физика: Учеб. для 11 кл.общеобразоват. учреждений / Г.Я. Мякишев,Б.Б. Буховцев. — 11-е изд. — М.: Просвещение, 2003 г.»ГЛАВА 1. МАГНИТНОЕ ПОЛЕУпражнение 1.№ 1.Вокруг проводников с сонаправленными токами создается вихревое магнитное поле, направление которого мы определяем поправилу буравчика. По закону Ампера, на проводник 2 со стороныrмагнитного поля проводника 1 действует сила F2 , а со стороны поrля проводника 2 на проводник 1 действует сила F1 . Направлениеэтих сил определяется правилом левой руки. Эти силы сонаправленны, то есть проводники 1и 2 притягиваются.Аналогично доказывается, что проводники с разнонаправленными токами отталкиваются.12rF1rF2I11rF1I22rF2I1I2№ 2.Проводники, расположенные во взаимно параллельных плоскостях не будут взаимодействовать, поскольку на них не действуетсила Ампера.Это объясняется тем, что угол между вектором действующего напроводник магнитного поля и током равен нулю.2№ 3.Дано:l = 0,15 м,B = 0,4 Тл,I = 8 А,sinα = 1,S = 0,025 м = 2,5 10-2м.F=?Ответ: A = 1,2 10-2 Дж.Решение:По закону Ампера на проводник со стороны магнитного поля действует сила:F = I ⋅ B ⋅ l sin α.Для работы:A = F S = IBlSsinα == 8А 0,4Тл 0,15м 2,5 10-2м = 1,2 10-2 Дж.№ 4.vНаправление вектора B определяем по правилу левой руки.Электронный пучок отклоняется под действием силы Лоренца.2rBГЛАВА 2.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯУпражнение 2.№ 1.Когда мы замкнули ключ, по нижней катушке пошел ток, направленный против часовой стрелки. По правилу буравчика мыможем определить, что вектор магнитной индукции этого токанаправлен вверх. Поэтому индуктивный ток верхней катушкипротиводействует своим полем этому изменению (правило Ленца).

Следовательно, линии магнитной индукции верхней катушкиВ′ направлены вниз, а ток по правилу буравчика направлен по часовой стрелке.№ 2.Выдвигая магнит из катушки (например, северным полюсом),мы, таким образом, уменьшаем магнитный поток через какой-либо3виток катушки. Магнитное поле индукционного тока катушки компенсирует это изменение (правило Ленца). Следовательно, индукционный ток потечет по часовой стрелке (Вектор магнитной индукции катушки В′ направлен вниз). В обратном случае (магнитвытягиваем полюсом S) мы наблюдаем обратное.№ 3.Поднося к кольцу магнит, мы тем самым повышаем магнитныйпоток через поверхность кольца.

Если магнит подносить полюсом S,то линии магнитной индукции идут от кольца. В кольце появляетсяиндукционный ток. Вектор магнитной индукции поля кольца направлен от магнита по правилу Ленца. Следовательно, ток течетпротив часовой стрелки. Если магнит подносить противоположнымспособом, то произойдет обратное.№ 4.Применяя правило буравчика,находим, что вектор магнитнойrиндукции Β направлен от нас перпендикулярно плоскости рисунка.Когда мы уменьшаем ток, мы темrсамым уменьшаем Β . Следова-тельно, поток через контур тожеуменьшается. Вектор индукцииrΒ инд поля индукционного тока поправилу Ленца направлен так же как и В.

По правилу буравчика находим, что ток в контуре идет по часовой стрелке. Применив правило левой руки, можно выяснить, что силы действующие на проводники тока, во-первых, растягивают рамку, стремясь увеличить ееплощадь, а, во-вторых, их результирующая направлена к прямолинейному проводнику.№ 5.Случай замыкания и размыкания цепи эквивалентен поднесениюи удалению к кольцу магнита.В первом случае при замыкании цепи возникает ток (в катушке), направленный противчасовой стрелки. Вектор магнитной индукции данного полятока направлен влево (правилобуравчика). По правилу ленца4индукционный ток противодействует своим полем данному изменеrнию.

Следовательно, вектор магнитной индукции Β инд индукционного тока направлен вправо. Поэтому кольцо и катушка подобныдвум магнитам, расположенным одинаковыми полюсами друг кдругу. Они отталкиваются.При размыкании магнитное поле, направленное вправо, исчезает, и индукционный ток препятствует этому. Векторы магнитнойиндукции его поля также направлены вправо. Следовательно, кольцо притягивается к катушке.№ 6.При прямо пропорциональномвозрастании силы тока в катушке,модуль вектора В поля катушкитакже прямо пропорционально возрастает по времени (В ~ t). Так какФ = ВS cosα, то магнитный поток также растет пропорционально времени (Ф ~ t).Это дает нам то, что:εi = ∆Φ = const постоянна во∆tε (t)= const такRже постоянен.

По правилу Ленца он направлен противоположно I.Но это постоянное значение тока установится не сразу. Причинойэтому является явление самоиндукции.времени и Iинд =i№ 7.При замкнутых клеммах колебания стрелки затухают быстрее,чем при разомкнутых. Это объясняется тем, что действие любого5магнитоэлектрического прибора основано на взаимодействии подвижного контура тока с магнитным полем постоянного магнита.Ток, протекающий по рамке, создает силы Ампера, которые в своюочередь создают вращательный момент. При разомкнутых клеммахток по рамке прибора не течет.

Следовательно, рамка совершает колебания, затухающие за счет трения. А когда клеммы замкнут, токолебания затухают не только за счет трения, но и за счет диссипативных процессов, возникающих при протекании в ней индукционного тока.№ 8.Дано:R = 3· 10–2 Ом∆t = 2 с∆Ф = 1,2· 10–2 ВбРешение:I–?Согласно закону электромагнитной индукции ЭДС индукциив замкнутом контуре, равна:∆Φεi = ∆Φ =.∆t∆tТок I в контуре, в соответствии с законом Ома, равен:ε i = ∆Φ , Ι = 1, 2 ⋅10−2 А = 0, 2 А.I=3 ⋅10-2 ⋅ 2R R ⋅ ∆tОтвет: I= 0,2 А.εi№ 9.Решение:Дано:ν = 900 км/ч = 250 м/с = Вычислим ЭДС индукции ε , возникаюi= 2,5⋅ 102 м/сщуювпроводнике(самолете),движуВ ⊥ = 5⋅ 10-2 Тлщемся в однородном магнитном поле.l = 12 мεi – ?rПусть вектор магнитной индукции Β перпендикуляренкрыльям самолета и составляет некоторый угол α с направлениrrем его скорости υ .

(Если у индукции магнитного поля Β есть составляющая, параллельная крыльям, то ее можно не учитыватьпри решении задачи, так как эта составляющая вызывает силуЛоренца, направленную перпендикулярно крыльям).6Сила Лоренца, с которой магнитное поле действует на движущуюся заряженную частицу (с зарядом q) равна по модулю:Fл = q ⋅ υ ⋅ B ⋅ sinα = q ⋅ υ ⋅ B ⊥ .Работа силы Лоренца А на пути l от конца одного крыла до концадругого равна А = Fл ⋅l = q ⋅ υ ⋅ B ⊥ ⋅l .По определению ЭДС:εi =Α= υB ⊥ l .qСледовательно, разность потенциалов, возникающая между концами крыльев самолета при его движении в однородном магнитномполе, равна:εi = υB ⊥ l= 2,5 ⋅ 102 ⋅5 ⋅10-5 ⋅12 В = 1,5 ⋅10-1 В.Замечание: тот же результат можно получить из закона электромагнитной индукции, рассмотрев контур ABCD переменной площади в магнитном поле (см.

рисунок). В этом случае Ф = B ⊥ S , где S –площадь контура, зависящая от времени по закону:∆ S = – lν∆t, тогда ∆Ф = – B ⊥ l ∆t. Следовательно, согласно закону электромагнитной индукции:εi = ∆Φ = B ⊥ lν .∆tОтвет: εi = 1,5 ⋅10-1 В.№ 10.Дано:L = 0,15 Гн,I = 4 А,R >> r.Q–?Решение:7При параллельном подключении к катушке большого сопротивления R>> r, сила тока, идущего через катушку практически неменяется.

Энергия в катушке равна:LΙWm =.2При отключении источника тока система катушка – сопротивление станет изолированной. Для изолированной системы справедливзакон сохранения энергии. В данном случае это означает, что всяэнергия, запасенная в катушке, выделится в виде тепла в катушке иLΙ 20,15 ⋅ 42;Q =Дж = 1,2 Дж .резисторе: Q =22Ответ: Q = 1,2 Дж .ГЛАВА 3. МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯУпражнение 3.№ 1.Дано:m = 100 г = 0,1 кгν = 2 ГцK–?Решение: Период колебания груза, прикрепленного к пружине, определяется формулой:m1T = 2π. Поскольку ν = , то K= 4π2 ν2 m =KT22Н.= 4π (2 Гц) 0,1кг ≈ 15,8мОтвет: K ≈ 15,8 Н .м№ 2.Решение: Для нитяного маятника:Дано:l = 98 мl98м.

= 2π≈ 20 с.g = 9,8 м / с2. T = 2π9,8м/с 2gT– ?Ответ: T ≈ 20 с.№ 3.Дано:∆l = 16 cм = 1,6 мg = 9,8 м / с2,n1 = 10,n2 = 6.l1,2 = ?8Решение:Периоды колебаний маятников относятся как:T1n= 1T2n22πl12πl2gg=l1l2Составим систему уравнений:⎧ l1 n12⎪ = 2⎨ l2 n2⎪ l − l = ∆l⎩1 2∆l0 ,16мРешая ее, получим: l1 === 0, 09м = 9см.100n121−1−n2236l2 = l1 + ∆l = 9см + 16 см =25 см.Ответ: l1 = 9 см, l2 = 16 см.№ 4.Дано:M11= ,M 2 81RЛ1=,RЗ 3, 7m = const,l = const.TЗ=?TЛРешение:mM З⎧⎪ FЗ = mg З = γ R 2gM R2⎪З⇒ З = З Л2 .⎨g Л M Л RЗ⎪ F = mg = γ mM ЛЛ⎪⎩ ЛRЛ2Для периода колебаний маятника: T = 2π⇒l⇒gTЗRMЛ11= 2π З ⋅= 2π ⋅ 3, 7=.81 2 , 4TЛRЛMЗОтвет: увеличится в 2,4 раза.№ 5.Дано:t1 = T2l, gt1=?t2Решение:Шарик на нити достигнет положения равновесия через время t1 = T ( полупериод ).2Время падения второго шарика определяется изкинематической формулы:gt 2= h = l ⇒ t2 =2Поскольку t1 = T22l.g=πl, то:gt1l g=π⋅ ≈ 2 , 25, следовательно: t1 > t2.t2g 2lОтвет: второй шарик упадет быстрее.9№ 6.Дано:Xm = 1см = 0,01 м,ν = 5 Гц,t = 2 с.S–?Решение:Одно колебание груза происходит за время:1T = .

За время t груз совершит N полныхνколебаний: N = t / T = tν.За одно колебание груз проходит путь ST = 4Xm. Следовательно,за время t груз пройдет путь: S = 4Xm N = 4Xm t ν = 4 10-2м 2с 5Гц == 0,4м.Ответ: S = 0,4 м.№ 7.Дано:Решение:m = 200 г = 0,2 кг, Для циклической частоты:K = 16 Н/м,K16Н/м=≈ 9 рад / с .Xm = 2см = 0,02 м, ω =m0, 2кгω0 = ? W = ?Для энергии системы:KX m 2 16Н/м ⋅ (0, 02м) 2W=== 3,2 10-3 Дж.22Ответ: ω0 = 9 рад/с, W = 3,2 10-3 Дж.№ 8.Рассматриваемое в задаче колебание аналогично колебанию ниRтяного маятника с нитью длиной l = R, следовательно: T = 2π.g№ 9.Дано:l=8мTСВ = 1,5с.V–?ν СВРешение:Колебания автомобиля станут особенно заметнымипри совпадении частоты свободных колебаний автомобиля с вынуждающей частотой (явление резонанса):νСВ = νВЫН,v1l8м=≈ 5,3 м/с.=; ν ВЫН = ⇒ v =lTСВTСВ 1,5сОтвет: v ≈ 5,3 м/с.10ГЛАВА 4.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯУпражнение 4.№ 1.Дано:q = 10-5 КлС = 0,01 мкФ = 10-8 ФQ–?Решение:В начальный момент времени ток в колебательном контуре неидет, и энергия магнитного поля индуктивности равна нулю. Энергия электрического поля конденсатора равна:q2Wр =.2CСогласно закону сохранения энергии, эта энергия выделится ввиде тепла за время затухания колебаний:(10-5 ) Дж = 5 ⋅10−3 Дж.q2Q = Wр =, Q=2C2 ⋅10−8Ответ: Q = 5 ⋅10−3 Дж.2№ 2.Решение:Дано:L = 0,003 Гн = 3 ⋅10-3 ГнС = 13,4 мкФ = 1,34 10-11 Фε=4Т–?Тε – ?Период свободных колебаний равен, согласно формуле Томсона:Т = 2π LC ,Т = 2π 3 ⋅10-3 ⋅1,34 ⋅10-11 c ≈ 1,26 ⋅10-6 с.При заполнении конденсатора диэлектриком с диэлектрическойпроницаемостью ε емкость конденсатора увеличивается в ε раз:Сε =ε ⋅ С.Тε = 2π LCε = 2π LCε = T ⋅ε≈ 1,26 ⋅10-6 ⋅4 с = 2,52 ⋅10-6 с.Ответ: Т ≈ 1,26 ⋅10-6 с, Тε ≈ 2,52 ⋅10-6 с.11№ 3.Дано:С = 10 мкФ = 1 ⋅10-5 Фν1 = 400 Гц = 4⋅ 102 Гцν2 = 500 Гц = 5⋅ 102 ГцL1 – ?L2 – ?Решение:Найдем значения индуктивности, соответствующие верхней и нижней частотамколебаний.Согласно формуле Томсона:Т = 2π LC ,11ν==;Т2π LC1 2111) ,L =LC = (; L1 =;, L2 =2πνC (2πν) 2C (2πν1 ) 2C (2πν 2 ) 2L1 =1Гн ≈ 1,6 ⋅10-2 Гн = 16 мГн ;1 ⋅10 ⋅ (2 ⋅ π ⋅ 4 ⋅102 ) 2−51Гн ≈ 1,0 ⋅10-2 Гн = 10 мГн ;1 ⋅10−5 ⋅ (2 ⋅ π ⋅ 5 ⋅102 ) 2Ответ: Индуктивность катушки должна меняться в пределах от10 до 16 мГн.L2 =№ 4.Дано:n = 50 ГцS = 100 см2 = 10-2 м2B = 0,2 ТлРешение:εm – ?Пусть α – угол, который составляет вектор магнитной индукцииrrΒ с нормалью к рамке n .