Фізика. Профільний рівень. 11 клас. Гельфгат

Завдання для самоперевірки до розділу 1 «Електромагнітні явища»

Елементарний електричний заряд дорівнює 1,6 • 10^-19 Кл, маса електрона 9,1 • 10^-31 кг.

1. (1 бал) Неізольований дріт опором 12 Ом розрізали на чотири рівні частини та три з них скрутили як джгут. Опір джгута дорівнює:

а) 1 Ом;
б) 3 Ом;
в) 9 Ом;
г) 16 Ом.

2. (1 бал) Унаслідок електролізу, який тривав 1,5 год за сили струму 4 А, отримали метал масою 3,9 г. Електрохімічний еквівалент цього металу дорівнює:

а) 0,18 мг/Кл;
б) 0,41 мг/Кл;
в) 0,72 мг/Кл;
г) 11 мг/Кл.

3. (1 бал) Електрон рухається зі швидкістю 500 км/с під кутом 30° до ліній магнітної індукції. Магнітне поле надає йому прискорення 2,4 • 10¹⁵ м/с². Модуль магнітної індукції поля дорівнює:

а) 14 мТл;
б) 27 мТл;
в) 55 мТл;
г) 140 мТл.

4. (1 бал) Сила струму в контурі з індуктивністю 60 мГн рівномірно змінюється на 0,6 А протягом 3 с. ЕРС самоіндукції в контурі дорівнює:

а) 3 мВ;
б) 12 мВ;
в) 36 мВ;
г) 300 мВ.

5. (2 бали) ЕРС джерела струму становить 9 В, а внутрішній опір — 1,2 Ом. Напруга на лампі, приєднаній до цього джерела струму, дорівнює 7,5 В. Опір лампи становить:

а) 7,2 Ом;
б) 6 Ом;
в) 1 Ом;
г) 0,2 Ом.

6. (2 бали) Якщо відстань між двома довгими паралельними провідниками зі струмом збільшити в 3 рази, то сила взаємодії між ними:

а) не зміниться;
б) зменшиться в 3 рази;
в) зменшиться в 6 разів;
г) зменшиться в 9 разів.

7. (2 бали) Магнітний момент атома діамагнітного одноатомного газу напрямлений:

а) у напрямі зовнішнього магнітного поля;
б) під гострим кутом до зовнішнього магнітного поля;
в) перпендикулярно до зовнішнього магнітного поля;
г) протилежно до зовнішнього магнітного поля.

а) магнітна індукція;
б) магнітний потік;
в) індуктивність;
г) електричний опір.

9. (3 бали) У скільки разів потужність струму в резисторі 1 більша, ніж у резисторі 3 (рис. 1)? Опори резисторів R₁ = 800 Ом, R₂ = 400 Ом і R₃ = 100 Ом.

Рис. 1

10. (3 бали) У скільки разів зміниться сила струму в показаній на рис. 2 ділянці кола, якщо змінити полярність прикладеної напруги? Модуль напруги не змінюється, опори резисторів R₁ = 3 кОм, R₂ = 6 кОм і R₃ = 2 кОм. Діод уважайте ідеальним.

Рис. 2

11. (4 бали) Коли сила струму в колі зменшилася від 1,5 до 1,2 А, напруга на полюсах джерела струму збільшилася від 3 до 3,6 В. Визначте ЕРС джерела струму.

12. (4 бали) Протон рухається в однорідному магнітному полі по гвинтовій лінії з радіусом 0,5 мм і кроком 5,4 мм. Визначте кут між швидкістю руху протона та лініями магнітної індукції.

13. (5 балів) Визначте опір «моста» (рис. 2.3), якщо R₁ = R₄ = R₅ = 7 кОм, R₂ = R₃ = 28 кОм.

14. (5 балів) У колі (рис. 3), де тече постійний струм, усі резистори однакові, a L₁ = 2L₂. У скільки разів енергія магнітного поля котушки 1 більша, ніж енергія магнітного поля котушки 2? Опорами котушок можна знехтувати.

Рис. 3

• Звірте ваші відповіді з наведеними в кінці підручника. Позначте завдання, які ви виконали правильно, і полічіть суму балів. Потім цю суму поділіть на три. Одержаний результат відповідатиме рівню ваших навчальних досягнень.

Тренувальні тестові завдання з комп'ютерною перевіркою ви знайдете в електронному інтерактивному додатку до підручника.

Енциклопедична сторінка

Ви познайомилися з будовою електровимірювальних приладів магнітоелектричної та інших систем, покази яких ми визначаємо за положенням стрілки відносно шкали. Саме такими приладами ви найчастіше користуєтеся під час лабораторних робіт.

Проте напевно ви знаєте, що фахівці давно віддають перевагу вимірюванням за допомогою цифрових багатофункціональних приладів (мультиметрів). Зазвичай ці прилади мають високий клас точності, з ними виключені помилки відліку. З’явилося й багато зручних і точних приладів для вимірювання «неелектричних» величин: артеріального тиску та частоти пульсу, часу та ваги, розмірів малих отворів і великих приміщень, показника заломлення речовини та концентрації солі або цукру в розчині...

Принципово важливим елементом кожного з таких приладів є давач, що «перетворює» певну вимірювану величину (тиск, температуру, концентрацію, частоту, швидкість тощо) в електричний сигнал, з яким далі «працює» електронна схема. Дія давача температури може ґрунтуватися на температурній залежності електричного опору або ЕРС (застосовуються відповідно терморезистори або термопари), давач тиску може застосовувати зміну опору або електроємності залежно від тиску. Оскільки існує багато таких зв’язків між фізичними величинами, відповідно створено й багато різних давачів.

Можливості магнітного поля дуже різноманітні. Вивчаючи принцип дії циклотрона, ви переконалися, що функція магнітного поля — викривлення траєкторії руху зарядженої частинки, а прискорення частинки забезпечує змінне електричне поле. Проте 1940 року в США запрацював бетатрон — прискорювач, у якому функції магнітного поля значно ширші. Це циклічний нерезонансний прискорювач, де «працює» вихрове електричне поле, зумовлене зміною магнітного поля. Термін «нерезонансний» означає, що немає потреби узгоджувати частоту зміни електричного поля з обертовою частотою руху частинок. Пучок циркулює коловою траєкторією в тороїдальній вакуумній камері, виготовленій із кераміки та вкритій зсередини тонкою провідною плівкою.

Бетатрони дозволяють прискорювати електрони до енергії близько 300 МеВ. Ці прискорювачі застосовують як джерело випромінювання в медицині, як промислове джерело рентгенівського випромінювання високої енергії.

Ще одна «професія» магнітного поля — так звана магнітна левітація: дія магнітного поля може компенсувати дію сили тяжіння та утримувати тіло просто в повітрі. Левітацію можна спостерігати за допомогою постійного магніту або електромагніту. Відомим прикладом є ширяння в повітрі «таблетки» надпровідника над магнітом.

Складною та важливою виявилася проблема забезпечення стійкості тіла, що левітує. Подолавши головні труднощі, інженери створили так званий маглев — поїзд, що його підіймає та приводить у рух магнітне поле. Цей тип руху не тільки забезпечує підвищення швидкості внаслідок зменшення сил опору, а й значно зменшує рівень шуму.

Максимальну швидкість маглева (581 км/год) було зафіксовано в Японії 2003 року. Проте на початок 2017 року єдиним у світі поїздом на магнітній подушці, що перебував у комерційній експлуатації, був шанхайський (інші типи високошвидкісних поїздів успішно конкурують з маглевами).

Магнітну левітацію застосовують і для створення особливих підшипників — магнітних. Ці підшипники дозволяють не просто зменшити «сухе» тертя, а повністю позбавитися його. Такий підшипник є безконтактною опорою для обертового вала.

Звідси висока зносостійкість, можливість застосовувати підшипник за високих і низьких температур (наприклад, на Місяці). Проте підтримувати магнітну левітацію не так просто. Для цього має працювати система автоматичного керування. Оскільки завжди існує ймовірність виходу її з ладу, зазвичай застосовують і «страхувальні» підшипники кочення. Незважаючи на відносну складність магнітних підшипників, їх застосовують у високооборотних станках і генераторах, у вакуумній техніці, останнім часом — в оптичних системах високої точності.

ОРІЄНТОВНІ ТЕМИ ПРОЄКТІВ

1. Сучасні акумулятори та електромобілі з точки зору екології.
2. Високотемпературна надпровідність — сподівання та реальність.
3. Елементна база сучасної обчислювальної техніки.
4. Сучасні електродвигуни постійного та змінного струму.
5. Магнітна левітація: від іграшок до поїздів.

ТЕМИ РЕФЕРАТІВ І ПОВІДОМЛЕНЬ

1. Плазма на Землі та у Всесвіті.
2. Електронні пучки та електронно-вакуумні прилади в сучасній техніці.
3. Порівняльні характеристики термоелектричних і компресійних холодильників.
4. Історія вивчення магнетизму: від Ерстеда до Біо, Савара та Лапласа.
5. Електровимірювальні прилади різних систем.
6. Електромагніти з надпровідною обмоткою.

ТЕМИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ

1. Розширення межі вимірювань електричних приладів.
2. Перевірка законів електролізу.
3. Дослідження вихрових струмів.
4. Дослідження перехідних процесів у колі з великою індуктивністю.
5. Дослідження магнітного гістерезису за допомогою осцилографа.

Корисні поради, що допоможуть вам у роботі над проектом, рефератом і в проведенні експерименту, ви знайдете в електронному інтерактивному додатку до підручника.

Зміст