Физика для заочников Тагила

Физика: методические указания к выполнению контрольной
работы для студентов заочного отделения, обучающихся на базе основного общего образования/ сост. Е.И.Зыкова, Е.Н. Божко. – Нижний Тагил, 2010. – 54 с.

ЗАДАЧИ К КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЕ

Контрольная работа включает решение шести задач. Вариант контрольной работы выбирается по последней цифре шифра, номера задач – по таблице. Справочные материалы приведены в приложении.

Таблица 1

1. В баллоне ёмкостью  находится сжатый воздух при температуре 27°С. После того как часть воздуха выпустили, давление понизилось на 2·10⁵ Па. Определить массу выпущенного воздуха. Процесс считать изотермическим. Молярная масса воздуха равна 0,029 кг/моль.

2. В сосуде, имеющем форму шара, радиус которого  находится 80 г азота. До какой температуры можно нагреть сосуд, если его стенки выдерживают давление 7·10⁵ Па. Молярная масса азота равна
0,028 кг/моль.

3. Какая работа совершена 0,40 кг кислорода при изобарическом нагревании от 280 К до 316 К? Под каким давлением был газ, если его объем увеличился на 0,02 м³?

4. Относительная молярная масса газа . Отношение теплоёмкостей =1,33. Вычислить по этим данным удельные теплоёмкости  и .

5. Определить, какое количество теплоты необходимо сообщить углекислому газу массой 440 г, чтобы нагреть его на 10 К: а) изохорно; б) изобарно. Молярная масса углекислого газа равна 0,044 кг/моль.

6. Азот массой 1 кг, находящийся при температуре 300 К, сжимают адиабатно, увеличивая давление в десять раз. Определить работу, затраченную на сжатие газа. Молярная масса азота равна 0,028 кг/моль.

7. Определить, на сколько процентов изменится КПД прямого цикла Карно, если температура нагревателя , а температура холодильника уменьшилась от 494 до 394 К.

8. Баллон содержит 80 г кислорода и 320 г аргона. Давление смеси равно 1 МПа, температура – 300 К. Принимая данные газы за идеальные, определить объём баллона. Молярная масса кислорода равна
0,032 кг/моль, а молярная масса аргона равна 0,040 кг/моль.

9. При температуре 270 К и давлении 2∙10⁵ Па газ занимает объем 0,10 м³. Какую работу производит газ при изобарическом нагревании до 360 К?

10. Определить КПД двигателя самолета, если при скорости 450 км/ч он развивает мощность 220,8 кВт и расходует 76,8 кг бензина на 500 км пути.

11. Два шарика одинаковых радиуса и массы подвешены на нитях одинаковой длины так, что их поверхности соприкасаются. После сообщения шарикам заряда  они оттолкнулись друг от друга и разошлись на угол . Найти массу  каждого шарика, если расстояние от центра шарика до точки подвеса см.

12. На каком расстоянии друг от друга следует поместить два одноимённых точечных заряда в воде, чтобы они отталкивались с такой же силой, с какой эти заряды отталкиваются в вакууме на расстоянии . Диэлектрическая проницаемость воды равна 81.

13. Пространство между двумя параллельными бесконечными плоскостями с поверхностной плотностью зарядов  и  заполнено диэлектриком (). Определить напряженность поля: а) между плоскостями.

14. Электрон влетел в однородное поле с напряжённостью  в направлении его силовых линий. Начальная скорость электрона равна 1,2 Мм/с. Найти ускорение, приобретаемое электроном в поле, и скорость через время .

15. Два заряда  и  расположены на расстоянии  друг от друга. Найти напряженность и потенциал в точке, лежащей на прямой, соединяющей заряды, на расстоянии  от первого заряда.

16. В поле точечного заряда из точки, отстоящей на расстоянии  от этого заряда, движется вдоль силовой линии заряд . Определить заряд Q, если при перемещении заряда q на расстояние  полем совершена работа .

17. Электрон прошёл ускоряющую разность потенциалов . Какую скорость при этом приобрёл электрон, если его начальная скорость равна 0 м/с?

18. Конденсатор с парафиновым диэлектриком  заряжен до разности потенциалов . Напряженность поля в нем , площадь пластин . Определить емкость конденсатора и поверхностную плотность заряда на обкладках

19. На пластинах плоского конденсатора равномерно распределен заряд с поверхностной плотностью  Расстояние между пластинами равно 1мм. На сколько изменится разность потенциалов на его обкладках при увеличении расстояния  между пластинами до 3 мм?

20. Плоский конденсатор с площадью пластин каждая, заряжен до разности потенциалов . Расстояние между пластинами равно . Диэлектрик – стекло . Определить энергию поля конденсатора и плотность энергии поля.

21. При каком внешнем сопротивлении потребляемая полезная мощность будет максимальной, если два одинаковых источника тока с внутренним сопротивлением 1 Ом каждый соединены последовательно?

22. Решить задачу 41 для случая, когда источники тока соединены параллельно

23. Падение напряжения во внешней цепи равно 5,1 В. Определить силу тока в цепи, ЭДС источника тока, если его внутреннее сопротивление 1,5 Ом, а сопротивление внешней цепи 8,5 Ом.

24. ЭДС аккумулятора автомобиля 12 В. При силе тока 3 А его КПД равен 0,8. Определить внутреннее сопротивление аккумулятора.

25. Найдите сопротивление участка цепи, представленного на рис. 12, между точками А и В

Рис. 12

26. Определите плотность тока в железном проводнике длиной 10 м, если провод находится под напряжением 6 В. Удельное сопротивление железа равно 9,8 нОм×м.

27. К батарее из трех одинаковых параллельно соединенных источников тока подключают один раз резистор сопротивлением 1 Ом, другой раз – 4 Ом. В обоих случаях на резисторах за одно и то же время выделяется одинаковое количество теплоты. Определить внутреннее сопротивление источника тока.

28. Как надо соединить два элемента в батарею, чтобы во внешней цепи сопротивлением 1,4 Ом получить наибольший ток? ЭДС элемента 1,5В, а его внутреннее сопротивление 0,30 Ом.

29. Определить длину медного проводника плотность тока, которого равна 23,5 МА/м², если он находится под напряжением . Удельное сопротивление меди равно 1,7 нОм×м.

30. Определить ЭДС аккумуляторной батареи, ток короткого замыкания которой , если при подключении к ней резистора сопротивлением  сила тока в цепи равна 1 А.

31. Проволочный виток радиусом , имеющий сопротивление , находится в однородном магнитном поле с индукцией . Плоскость рамки составляет угол  с линиями индукции поля. Какое количество электричества q протечет по витку, если магнитное поле исчезнет?

32. В однородном магнитном поле с индукцией  равномерно с частотой  вращается рамка, содержащая  витков площадью . Ось вращения лежит в плоскости рамки и совпадает с направлением линий магнитной индукции поля. Определить максимальную ЭДС индукции , возникающую в рамке.

33. Определить магнитный поток, пронизывающий стальной стержень с площадью поперечного сечения 9,0 см² и относительной магнитной проницаемостью 175. Стержень находится в однородном магнитном поле с напряженностью 8∙10⁴ А/м.

34. Два длинных прямых параллельных проводника, по которым текут в противоположных направлениях токи  и , находятся на расстоянии . Найти индукцию магнитного поля в точке, расположенной между проводниками на расстоянии  от первого из них. Решение задачи пояснить рисунком.

35. Магнитная индукция в бруске стали 0,5 Тл при напряженности внешнего магнитного поля 500 А/м. Какова относительная магнитная проницаемость стали? Что показывает эта величина?

36. Электрон влетел в однородное магнитное поле, индукция которого , перпендикулярно линиям магнитной индукции и описал окружность радиусом . Определить кинетическую энергию электрона. Решение задачи пояснить рисунком.

37. В катушке при изменении силы тока от  до  за время  возникает ЭДС самоиндукции . Определить индуктивность катушки.

38. Электрон движется по окружности со скоростью  в однородном магнитном поле с индукцией . Вычислить радиус окружности. Решение задачи пояснить рисунком.

39. Катушка длиной  и площадью сечения  имеет 12 витков на 1 см длины. Сила тока в катушке равна 5,3 А. Определить энергию магнитного поля в катушке.

40. На немагнитный каркас длиной  и площадью сечения  намотан в один слой провод диаметром 0,4 мм так, что витки плотно прилегают друг к другу. Определить индуктивность получившегося соленоида.

41. На щель шириной, мм падает нормально монохроматический свет (мкм). Экран, на котором наблюдается дифракционная картина, расположен параллельно щели на расстоянии . Определить расстояние b между первыми дифракционными минимумами, расположенными по обе стороны центрального максимума. Решение задачи пояснить рисунком.

42. Сколько штрихов на  имеет дифракционная решётка. Если четвёртый максимум, даваемый решёткой при нормальном падении на неё света длиной волны нм, отклонён на угол ? Решение задачи пояснить рисунком.

43. На дифракционную решетку длиной , содержащей  штрихов, падает нормально монохроматический свет с длиной волны нм. Определить: 1) число максимумов, наблюдаемых в спектре дифракционной решетки; 2) угол, соответствующий последнему максимуму. Решение задачи пояснить рисунком.

44. Красной границе фотоэффекта для алюминия соответствует длина волны 0,332 мкм. Найти длину волны монохроматической световой волны, падающей на алюминиевый электрод, если фототок прекращается при задерживающей разности потенциалов 1 В.

45. Максимальная кинетическая энергия электронов при освещении цинкового электрода монохроматическим светом . Вычислить длину волны света, применявшегося при освещении. Работа выхода электронов из цинка равна .

46. Катод вакуумного фотоэлемента освещается светом с длиной волны мкм. Фототок прекращается при задерживающей разности потенциалов . Найти работу выхода электронов из катода. Полученный ответ выразить в эВ.

47. Свет с длиной волны  нормально падает на зеркальную поверхность и производит на нее давление . Определить число фотонов, ежесекундно падающих на  этой поверхности.

48. Монохроматическое излучение с длиной волны нм падает нормально на плоскую зеркальную поверхность и давит на неё с силой . Определить число фотонов, ежесекундно падающих на эту поверхность.

49. Работа выхода электрона с поверхности меди равна 4,5 эВ. На нее падает излучение с частотой колебаний 1,2∙10¹⁵ Гц. Будет ли происходить фотоэффект?

50. Работа выхода у бария равна 1,1 эВ. При какой длине волны начнется фотоэффект на поверхности этого материала? К какому типу относится это излучение?

51. Определить энергию фотона, испускаемого при переходе электрона в атоме водорода с третьего энергетического уровня на второй.

52. Определить длину волны спектральной линии, соответствующую переходу электрона в атоме водорода с шестой боровской орбиты на вторую. К какой серии относится эта линия, и которая она по счету?

53. Через какое время распадается 60% радиоактивного полония, если его период полураспада 138 суток?

54. Из каждого миллиона атомов радиоактивного изотопа каждую секунду распадается 200 атомов. Определить период полураспада  изотопа.

55. Определить период полураспада радиоактивного стронция, если за 1 год на каждую 1000 атомов распадается в среднем 24,75 атома.

56. При делении одного ядра урана-235 освобождается 200 МэВ энергии. Определить энергию, которая выделится при делении всех ядер 0,2 кг урана-235.

57. Найти энергию связи  ядер: 1); 2). Какое из этих ядер более устойчиво? Массы нейтральных атомов равны , , . Масса нейтрона равна .

58. Вычислить дефект массы , энергию связи  и удельную энергию связи  ядра . Массы нейтральных атомов равны , . Масса нейтрона равна .

59. Определить энергию связи ядра атома изотопа алюминия , если = 1,00814 а.е.м., , = 26,9898 а.е.м. – соответственно массы протона, нейтрона и ядра.

60. При реакции деления ядер урана-235 выделилось 1,204∙10²⁶ МэВ энергии. Определить массу распавшегося урана, если при делении одного ядра выделилось 200 МэВ энергии.