Методические рекомендации и задания по физике для самостоятельной работы студентов (С.П. Степина, Н.Б. Бутко - Методические рекомендации и задания по физике для самостоятельной работы студентов), страница 2

Зная напряженность поля вблизи поверхности проводника, найти поверхностную плотность заряда на поверхности проводника. 1О. Могут ли напряженность поля и потенциал поля внутри заряженного цилиндра быть не равными нулю? Покажите это с помощью полученных экспериментальных данных. 11. На рисунке изображены силовые линии электростатического поля. Укажите верное соотношение для потенциала гр поля в точках А, В и С.

С 1. сэ» = сэ, > го» 2. сэс > грз > сэ, 3. Р~ =грс <грв 4 ?~с <?э» <гРА 12. Работа сил электрического поля при перемещении заряда -2 мкКл из точки поля с потенциалом 20 В в точку с потенциалом 40 В равна ... 1. — 40 1О 'Длс 2. 40 10 Дж 3. — 40Дж 4. 40Дж Задания для самостоятельного решения 1 вариант 1.

Найти силу взаимодействия двух точечных зарядов в 1 Кл„ которые находятся на расстоянии 1 км друг от друга. 2. Три одинаковых положительных заряда д = 9 нКл расположены 'в' вершинах равностороннего треугольника. Какой заряд д, нужно поместить в центре треугольника, чтобы система находилась в равновесии? 3. Два шарика одинаковых радиуса и массы подвешены на нитях одинаковой длины так, что их поверхности соприкасаются. После сообщения шарикам заряда 0,4 мкКл они оттолкнулись друг от друга и разошлись на угол 60~.

Найти массу каждого шарика, если расстояние от центра шарика до точки подвеса 20 см. 4. С какой силой электрическое поле заряженной бесконечной плоскости действует на единицу длины заряженной бесконечно длинной нити, помещенной в это поле? Линейная плотность заряда на нити 3 мкКл/м и поверхностная плотность заряда на плоскости 20 мкКл/м~. 5. Какую скорость приобретает электрон под действием сил электрического поля, перемещаясь между точками с разностью потенциалов в 10'В? б. На расстоянии 4 см от бесконечно длинной заряженной нити находится точечный заряд О,бб нКл.

Под действием поля заряд приближается к нити до расстояния 2 см; при этом совершается работа 50 эрг. Найти линейную плотность заряда на нити. 7. Электрон, попадая в однородное электрическое поле в вакууме, движется в нем по направлению, движется в нем по направлению силовой линии. Через сколько времени скорость электрона станет раной нулю, если напряженность поля 90 Н/Кл„а начальная скорость электрона 1,8 10' км/с. 8. Протон и гг-частица, ускоренные одной и той же разностью гютенциалов, влетает в плоский конденсатор параллельно пластинам. Во сколько раз отклонение протона полем конденсатора будет больше отклонения и -частицы? 10 П вариант 1.

Во сколько раз сила гравитационного взаимодействия между электроном атома водорода и ядром меньше силы их кулоновского взаимодействия. 2. Одинаковые положительные заряды д = 2 нКл расположены в вершинах квадрата. Какой заряд 1/ нужно поместить в центре квадрата, чтобы система находилась в равновесии? 3.

Три точечных заряда находятся в вершинах равнобедренного прямоугольного треугольника с гипотенузой а . В острых углах находятся заряды + д и — д, в прямом углу — заряд + 2д . Найти направление и величину напрязкенности в середине гипотенузы. 4. С какой силой на единицу площади отталкиваются две одноименно заряженные бесконечно протяженные плоскости? г Поверхностная плотность заряда на плоскостях 0,3 мКл/м . 5.

Два шарика с зарядами б,бб нКл и 13,33 нКл находятся на расстоянии 40 см. Какую работу надо совершить, чтобы сблизить их до расстояния 25 см? б. Электрическое поле образовано положительно заряженной бесконечно длинной нитью. Двигаясь под действием этого поля от точки, находящейся на расстоянии г, =1 см от нити, до точки 5 г, =-4 см, а-частица изменила свою скорость от 2-10 м/с до 3 10 и/с . Найти линейную плотность заряда на нити. 7.

Электрон в однородном электрическом поле получает ускорение 10' м/с . Найти напряженность электрического поля, скорость, которую получит электрон за время 1 мкс своего движения, работу сил электрического поля за это время и разность потенциалов, пройденную при этом электроном. Начальная скорость электрона равна нулю. 8. Электрон влетает в плоский горизонтально расположенный 7 конденсатор параллельно его пластинам со скоростью 10 м/с.

Напряженность поля, в конденсаторе 10кВ/м, длина конденсатора 5 см. Найти модуль и направление скорости электрона при вылете его из конденсатора. 11 Ш вариант 1. Во сколько раз сила гравитационного притяжения между двумя протонами меньше силы их электростатического отталкивания? Заряд протона равен по модулю и противоположен по знаку заряду электрона. 2. Три одинаковых отрицательных заряда д = 2 нКл расположены в вершинах равностороннего треугольника. Какой заряд д нужно поместить в центре треугольника, чтобы система находилась в равновесии? 3, Два одинаковых проводящих шарика с зарядами — 1,5 !О зКл и 2,5.! 0 'Кл вследствие притяжения соприкоснулись и вновь разошлись на 5 см.

Определить заряд каждого шарика после соприкосновения и силу электрического взаимодействия между ними'. 4. С какой силой на единицу длины отталкиваются две одноименно заряженные бесконечно длинные нити с одинаковой линейной плотностью заряда 3 мкКл/м, находящиеся на расстоянии 2 см друг от друга? 5. Какая работа совершается при перенесении точечного заряда 20 нКл из бесконечности в точку, находящуюся на расстоянии 1 см от поверхности шара ~аднусом 1 см с поверхностной плотностью заряда 10 мкКл/м . б. Электрическое поле образовано положительно заряженной бесконечно длинной нитью с линейной плотностью заряда 0,2 мКл/и.

Какую скорость получит электрон под действием поля, приблизившись к нити с расстояния ю; = 1 см до расстояния г = 0,5 см? 7. Электрическое поле образовано двумя параллельными пластинами, находящимися на расстоянии 2 см друг от друга. К пластинам приложена разность потенциалов 120 В. Какую скорость получит электрон под действием поля, пройдя по линии напряженности расстояние 3 мм? 8. Электрон движется в плоском горизонтально расположенном конденсаторе параллельно его пластинам со скоростью 3,6 10'л/с. Напряженность поля внутри конденсатора 3,7 кВ/м, длина пластин конденсатора 20 см.

На какое расстояние сместится электрон в вертикальном направлении под действием электрического поля за время его движения в конденсаторе? 12 ЭЛЕКТРОЕМКОСТЬ ПРОВОДНИКА. КОНДЕНСАТОРЫ Вопросы к коллоквиуму 1:. Определение электрической емкости. Единицы измерения. Емкость уединенного проводника. Вывод формул для емкости уединенного шара.

2. Взаимная электрическая емкость проводника. Конденсаторы. 3. Вывести формулы для емкости: а) плоского конденсатора; б) шарового (сферического) коцденсатора; в) цилиндрического конденсатора. Как зависит емкость конденсатора от заполняющего его диэлектрика7 4. Единица измерения электрической постоянной л . 5. Вывести 'формулу для соединения конденсаторов: а) параллельного; б) последовательного; в) смешанного. б.

Поляризация диэлектриков. Полярные и неполарные диэлектрики. Различные механизмы поляризации (орнентационная и электронная). 7. Вектор поляризации диэлектрика Р и его связь с напряженностью электрического поля Е . Вектор электрического смещения .Р . 8. Поверхностная плотность, поляризационных связанных зарядов. Электрическая восприимчивость и диэлектрическая проницаемость вещества.

9. Вывод формулы для поверхностной плотности поляризацнонных 1связанных) зарядов через напряженность поля в диэлектрике. 10. Теорема Гаусса-Остроградского для вектора электрического смещения .0. Физический смысл и различие векторов Р и Е в диэлектрике. 11. Энергия электрического поля. Вывод формулы для потенциальной энергии системы точечных электрических зарядов. Энергия заряженного проводника. Энергия 13 заряженного конденсатора. 12. Объемная плотность энергии электрического поля (вывод формулы на примере однородного поля). 1З. Вывод формулы для энергии электростатического поля металлического шара радиуса г, с зарядом д. 14.

Граничные условия в электростатике. Преломление силовых линий и линий электрического смещения на границе раздела двух диэлектриков, Задачи к коллоквиуму 1. Между обкладками плоского конденсатора параллельно нм находится металлическая пластинка толщиной 8 мм. Определить емкость конденсатора, если площадь пластин 100 ем~, а расстояние между обкладками 10 мм.

'(Ответ: 44 пф) 2, Плоский конденсатор имеет емкость б00 пф. Насколько изменится емкость, рели между обкладками конденсатора параллельно им пометить медную пластинку толщиной ! /4 расстояния между обкладками? (Ответ: на 200 пф) 3. Во сколько раз изменится емкость плоского воздушного конденсатора, если между его обкладками поместить стеклянную (к---б) пластину, толщина которой равна половине расстояния между обкладками.

(Ответ: в 1,7 раза) 4. Конденсатор емкостью б мкф, заряженный до напряжения 4 10' В, соединили параллельно с незаряженным конденсатором емкостью 10 мкф. Какое установилось напряжение на'обоих конденсаторах? Как распределился заряд? (Ответ: 150 В, 9 10 Я Кя, 15 1О Кл ) 5. Сколько избыточных электронов должно быть на пылинке массой 1,5 10 'г, помещенной в поле плоского конденсатора, чтобы она находилась в равновесии? Напряжение на пластинах 5.10' В, расстояние между пластинами 0,5 см. (Ответ: 9200) 14 батареи конденсаторов, если С~=Сз=С, Сз=Ся=2С, а Сз=ЗС. (Ответ: 4/3 С) с, с, 9. Плоский конденсатор заряжен зарядом д и отключен от источника тока. Какую работу могут совершать обкладки конденсатора при уменьшении расстояния между ними от Н; до Ы ? Площадь обкладок Я.

За счет какой энергии'совершается эта работа? 10. Радиус внутреннего шара воздушного сферического конденсатора 1 см, радиус внешнего шара 4 см. Между шарами приложена разность потенциалов 3 кВ. Найти напряженность электрического поля на расстоянии 3 см от центра шаров. (Ответ: 44,5 кВ/м) 11. Цилиндрический конденсатор состоит из внутреннего цилиндра радиусом 3 мм, двух слоев диэлектрика и внешнего цилиндра радиусом 1 см. Первый слой диэлектрика толщиной 3 мм примыкает к внутреннему цилиндру.

Найти отношение падений потенциала У, /~У, в этих слоях. (Ответ: 1,35) 12. К пластинам плоского конденсатора, рассгояние между которыми равно 3 см, подана разность потенциалов 100 В. Пространство между пластинами заполняется диэлектриком' б. Восемь заряженных водяных капель радиусом 1 см и зарядом О,1 нКл каждая сливаются в одну общую водяную каплю. Найти, потенциал большой капли. (Ответ: З,б кВ) 7. Плоский воздушный конденсатор после зарядки отключается от источника напряжения и погружается в керосин. Что произойдет с энергией конденсатора? 8. Определить емкость и = 7. Найти поверхностную плотность поляризационных (связанных) зарядов. Как изменяются: а) поверхностная плотность зарядов на пластинах, б) емкость конденсатора, в) напряженность'поля конденсатора, г) разность потенциалов на нем, д) энергия конденсатора, е) электрическое смещение. Задачу решить при условии: 1) заполнение конденсатора диэлектриком происходит прн включенном источнике тока; 2) заполнение конденсатора диэлектриком происходит после отключения конденсатора от источника.