Фізика. Профільний рівень. 11 клас. Гельфгат

Завдання для самоперевірки до розділу 2 «Електромагнітні коливання та хвилі»

1. (1 бал) Електроємність конденсатора коливального контуру збільшили в 3 рази, а з котушки контуру вийняли осердя, унаслідок чого її індуктивність зменшилась у 48 разів. Період вільних електромагнітних коливань у контурі:

а) зменшився у 12 разів;
б) зменшився в 4 рази;
в) збільшився в 4 рази;
г) збільшився у 12 разів.

2. (1 бал) Частоту змінного струму збільшили, не змінивши амплітудного значення напруги джерела струму. Яскравість світіння лампи збільшилася у випадку:

3. (1 бал) Частота ЕМХ у вакуумі дорівнює 500 МГц. Довжина цієї хвилі становить:

а) 1,5 см;
б) 6 см;
в) 15 см;
г) 60 см.

4. (1 бал) У дослідах Герца використання оцинкованого заліза мало забезпечити найкраще:

а) поглинання ЕМХ;
б) відбивання ЕМХ;
в) заломлення ЕМХ;
г) випромінювання ЕМХ.

5. (2 бали) Коливальний контур складається з котушки індуктивністю 0,75 Гн і конденсатора електроємністю 0,12 мкФ. Частота вільних електромагнітних коливань у контурі дорівнює:

а) 0,3 кГц;
б) 0,53 кГц;
в) 1,9 кГц;
г) 3,3 кГц.

6. (2 бали) У послідовному колі змінного струму індуктивність котушки 10 мГн, електроємність конденсатора 0,01 мкФ. Частоту змінного струму збільшують від 8 до 12 кГц, не змінюючи амплітудного значення напруги на полюсах джерела струму. Амплітудне значення сили струму в колі:

а) увесь час збільшується;
б) збільшується, а потім зменшується;
в) увесь час зменшується;
г) зменшується, а потім збільшується.

7. (2 бали) Напруженість електричного поля плоскої електромагнітної хвилі коливається вздовж напряму північ—південь, а індукція магнітного поля хвилі — уздовж вертикалі. Хвиля може поширюватися:

а) на північ;
б) на північний схід;
в) на схід;
г) на південний захід.

8. (2 бали) Первинна обмотка трансформатора має 200 витків, а вторинна — 280. Під час експлуатації трансформатора діюче значення сили струму в первинній обмотці дорівнює 2 А. Діюче значення сили струму во вторинній обмотці приблизно дорівнює:

а) 1 А;
б) 1,4 А;
в) 2,8 А;
г) 4 А.

9. (3 бали) Під час вільних незагасаючих електромагнітних коливань у контурі, який складається з котушки індуктивністю 40 мГн і конденсатора електроємністю 1 мкФ, максимальна напруга на конденсаторі дорівнює 60 В. Визначте максимальну силу струму в котушці.

10. (3 бали) Конденсатор електроємністю 20 мкФ зарядили до напруги 30 В. Замкнувши ключ, обкладки конденсатора з’єднали через котушку індуктивністю 1,25 Гн. Визначте напругу на конденсаторі в момент, коли сила струму в котушці дорівнює 72 мА.

11. (4 бали) Під час вільних незагасаючих електромагнітних коливань у коливальному контурі максимальний заряд конденсатора дорівнює 20 мкКл. Скільки разів за хвилину модуль заряду конденсатора приймає значення 15 мкКл, якщо частота коливань 1 кГц?

12. (4 бали) Рамка площею 60 см² із 40 витків провідника рівномірно обертається в однорідному магнітному полі з магнітною індукцією 0,3 Тл. Лінії магнітної індукції перпендикулярні до осі обертання рамки. Визначте амплітудне значення ЕРС індукції в рамці, якщо за секунду вона робить 5 обертів.

13. (5 балів) Космічний об’єкт, що випромінює ЕМХ, рухається від спостерігача зі швидкістю 90 000 км/с. У скільки разів збільшується довжина хвилі, яку реєструє спостерігач, внаслідок цього руху?

14. (5 балів) До застосування супутників телевізійні сигнали передавалися від однієї ретрансляційної вежі до іншої. Визначте максимально можливу відстань між вежами заввишки 125 м. Уважайте, що радіус Землі дорівнює 6400 км.

• 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

Історія створення та розвитку сучасних електро- та радіотехніки нерозривно пов’язана з овіяним легендами ім’ям Ніколи Тесли.

Він народився в Хорватії в сім’ї сербського православного священика. Закінчивши школу, Тесла вивчав електротехніку. Працював у Будапешті в телеграфній компанії, потім у Парижі в компанії Едісона. Уже тоді Тесла створив діючу модель індукційного генератора змінного струму.

Нікола Тесла (1856-1943) — сербський та американський винахідник і фізик

1884 року він приїхав практично без грошей до Нью-Йорка й там спочатку працював у компанії Едісона — «короля винаходів» і успішного підприємця. Проте особисті відносини між Едісоном і Теслою не склалися, виникало багато розбіжностей. Остаточний розрив відносин відбувся через рік: американець пообіцяв сербському винахіднику велику суму грошей за складну та важливу роботу, а після успішного закінчення роботи відмовився платити. Тесла звільнився, і з цього часу до кінця життя вони з Едісоном залишалися ворогами.

Після звільнення Тесла стає безробітним. Він змушений перебиватися на підсобних роботах, рити канави, спати, де прийдеться, і їсти, коли трапиться. Згодом знаходяться підприємці, які переймаються його ідеями та надають кошти на створення лабораторії. Скоро ця лабораторія перетворюється на компанію, що виробляє дугові лампи для вуличного освітлення. Тесла стає знаменитим, у нього купляють патенти на нові винаходи.

1895 року пожар знищує лабораторію Тесли разом з його останніми винаходами. Отримавши фінансову допомогу, вчений відновляє все по пам’яті та продовжує роботу.

Тесла був гарячим прихильником широкого застосування змінного струму, а Едісон доводив переваги постійного струму та намагався переконати фахівців, що змінний струм узагалі є небезпечним для життя. Хто з них був ближчим до істини, сьогодні вже не викликає сумнівів: адже енергетичні системи в усьому світі переважно застосовують саме змінний струм.

Двофазний електродвигун змінного струму Н. Тесли

1888 року Тесла відкрив явище обертального магнітного поля. На основі цього явища він побудував генератор змінного струму, тим самим надавши людству можливість широкого використання електрики.

Того ж року Тесла отримав свої основні патенти на винахід багатофазних електричних машин (у тому числі асинхронного електродвигуна) та системи передачі електроенергії за допомогою багатофазного змінного струму. З використанням двофазної системи, яку він вважав найбільш економічною, в США був пущений ряд промислових електроустановок, у тому числі Ніагарська ГЕС (1895) на знаменитому водоспаді, найбільша в ті роки.

Через три роки винахідник сконструював пристрій (трансформатор Тесли) на базі трансформатора, включеного в коливальні контури, що працювали в резонансному режимі. Це дозволило отримувати високочастотні коливання надвисокої напруги.

1891 року на публічній лекції Тесла описав і продемонстрував принципи радіозв’язку, а невдовзі впритул зайнявся питаннями бездротового зв’язку. Він винайшов радіо раніше за Г. Марконі та О. Попова (запатентував радіопередавач 1893 року). 1896 року Теслі вдалося передати радіосигнал на відстань 48 км, а на Всесвітній виставці в Нью-Йорку він представив електричну модель човна з дистанційним радіокеруванням. Учений працював також над бездротовою передачею енергії.

Радіокерована модель човна Ніколи Тесли, 1898 рік

Тесла мав екстравагантний характер і дивні звички. Покинувши батьківську домівку, він ніколи вже не мав власної — жив у лабораторії або в готелях. Спав по дві години на добу, не бажав одружитися. Він помер на початку 1943 року в самотності в номері нью-йоркського готелю.

Перелічити всі винаходи Н. Тесли просто неможливо — їх близько 800. Тайна навколо його видатної особистості стимулювала виникнення міфів і легенд. Досліди Тесли пов’язували з проблемою Тунгуського метеориту та Філадельфійським дослідом з кораблем, учений нібито просунувся в розв’язанні проблеми телепортації (миттєвого переміщення тіл на значні відстані) і створенні «променів смерті». Усі ці сенсаційні відкриття та винаходи викликають сумніви у сучасних дослідників.

Проте легенди продовжують народжуватися. Пишуть, що спецслужби після смерті Тесли вилучили всі його папери з описами небувалих винаходів, у тому числі й могутньої зброї.

Незалежно від сумнівних сенсацій Н. Тесла здобув гідне місце в історії науки та техніки. На його честь названа одиниця магнітної індукції в Міжнародній системі одиниць, його ім’я носять компанія знаменитого сучасного винахідника Ілона Маска, електромобілі цієї компанії, численні пристрої.

2013 року в Силіконовій долині (США, Каліфорнія) споруджено пам'ятник Н. Теслі на добровільні пожертви його шанувальників

ОРІЄНТОВНІ ТЕМИ ПРОЄКТІВ

1. Сучасна електроенергетика та проблеми екології.
2. Векторні діаграми та розрахунки комбінованих кіл змінного струму.
3. Що заважає застосовувати електродвигуни змінного струму на транспорті.
4. Лінії електропередачі та великі енергосистеми.
5.Чи можлива зміна напруги без трансформаторів?

ТЕМИ РЕФЕРАТІВ І ПОВІДОМЛЕНЬ

1. Історія вивчення електромагнітних коливань.
2. Трифазний струм у сучасній електротехніці.
3. Застосування трансформаторів в електричних мережах.
4. Від дослідів Герца до сучасної радіотехніки.
5. Стільниковий зв’язок і здоров’я людини.
6. Складнощі та історія переходу від чорно-білого до кольорового телебачення.

ТЕМИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ

1. Виготовлення та випробування дії генератора на транзисторі.
2. Виготовлення та випробування дії релаксаційного генератора.
3. Дослідження складних сигналів за допомогою електронного осцилографа.
4. Виготовлення та випробування дії найпростішого (детекторного) радіоприймача.
5. Дослідження структури зображень на кольорових екранах різних типів.

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

Зміст