|
|
Решебник по физике
Рассмотрим , представленное ниже из разных разделов.
МЕХАНИКА
1) Тело брошено вертикально вверх с начальной скоростью 28 м/с. На какую наибольшую высоту тело поднимется и чему равно время подъёма?Решение задачи по физике Уравнение движения тела, брошенного вертикально вверх,
y = v0t-0,5gt2.
При этом скорость изменяется по закону
v = v0 - gt.
В самой верхней точке траектории скорость равна нулю. То есть
v0 - gt = 0.
Отсюда находим время подъёма
t = v0/g = 2,8 c.
Тогда максимальная высота подъёма
ymax = 28м/с · 2,8c - 0,5·10м/с2·(2,8c)2 = 39,2 м.
Ответ: t = 2,8 c; h = 39,2 м.
2) Вал совершает 1200 об/мин. Определить угловую скорость вала и линейную скорость точек на его ободе, если диаметр равен 0,3 м.
Частота вращения равна n = 1200 об/мин = 20 об/с. Угловая скорость вала определяется соотношением
ω = 2πn = 2π·20 об/c = 125,6 рад/с.
Линейная скорость точек обода равна
v = ω·R = 125,6 рад/с ·0,3 м = 37,68 м/с.
Ответ: ω = 125,6 рад/с; v = 37,68 м/с.
Задача по физике 3) Шарик массой 200 г ударился о стенку со скорость 10 м/с и отскочил от неё с такой же скоростью. Определить импульс, полученный стенкой, если до удара шарик двигался под углом 30 градусов к плоскости стенки. Дано: m = 200 г. = 0,2 кг.; v = 10 м/c; α = 30°.
Найти: p = ?
По закону сохранения импульса, импульс, полученный стенкой равен разности импульса шарика до и после столкновения со стенкой. То есть
p = p1 - p2
Здесь p1 = m·v1, p2 = m·v2 — импульсы шарика до и после столкновения со стенкой.
Тогда
p = m·v1 - m·v2
В проекции на направление перпендикулярное стенке, получим.
p = m·v·sin(α) + m·v·sin(α) = 2m·v·sin(α) =
= 2·0,2кг·10 м/c·sin(30°) = 2Н·с.
Ответ: p = 2 Н·c.
Задача по физике 4) Тело массой в 2 тонны падает с высоты 500 метров. Найти кинетическую энергию тела в момент падения. Сопротивлением воздуха пренебречь.
По закону сохранения энергии, кинетическая энергия тела в момент падения равна его потенциальной энергии в исходном положении. То есть
Eкин = mgh = 2000 кг·10 м/с2·500 м = 107Дж = 10 МДж
Ответ: Eкин = 10 МДж.
Задача по физике 5) Истребитель F22 имеет массу 29,2 тонн. Какой импульс имеет самолёт при скорости 1960 километров в час?
Импульс тела при поступательном движении определяется формулой
p = m·v.
По условию задачи
m = 29,2т. = 29200 кг;
v = 1960 км/ч = 1960·1000/3600 = 544,44 м/с.
Подставляя данные, получим
p = m·v = 29200 кг·544,44 м/с =
= 15897777,78 кг·м/с = 15,9 килотонн·м/с.
Ответ: p = 15,9 килотонн·м/с.
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА
Задача по физике 1) Определить количество вещества и число молекул кислорода массой 16 кг.
Количество вещества определяется формулой
ν = m / μ
Здесь m = 16 кг — масса кислорода; μ = 0,032 кг/моль — молярная масса кислорода.
С другой стороны, количество вещества равно
ν = N / NA
Здесь N — число молекул кислорода; NA = 6,02·1023моль-1 — число Авогадро, равное числу молекул в одном моле вещества.
Из последней формулы находим число молекул
N = ν·NA
Таким образом, подставляя данные, получим
ν = 16 кг / 0,032 кг/моль = 500 моль
N = 500моль·6,02·1023моль-1 = 3,01·1026
Ответ:ν = 500 моль; N = 3,01·1026
Задача по физике 2) Определить какой газ, водород или кислород, имеет болшую концентрацию при нормальных условиях. Определить эту концентрацию, если при нормальных условиях давление p = 105 Па, температура t = 20°C.Решение задачи по физике Согласно молекулярно кинетической теории газов, давление газа, его концентрация и температура связаны соотношением
p = n·k·T.
Здесь k = 1,38·10-23Дж/К — постоянная Больцмана; T = 20 + 273 = 293 К — температура газа по шкале Кельвина.
Таким образом, для концентрации получаем
n = p/(k·T).
То есть концентарция зависит только от давления и температуры и одинакова для кислорода и водорода. Подставляя в последнюю формулу значения давления и температуры, получим
p = 105 Па /( 1,38·10-23Дж/К · 293К) = 2,47·1025м-3.
Ответ: n = 2,47·1025м-3. Концентрация одинакова для водорода и кислорода.
Задача по физике 3) Газ, занимающий объём 20 м3 при давлении 200 кПа, расширился при постоянной температуре до объёма 30 м3. Найти давление газа в новом состоянии.Решение задачи по физике Процесс изотермический. Следовательно, справедлив закон Бойля-Мариотта, согласно которому произведение давления газа на его объём есть величина неизменная, то есть pV = const.
p2·V2 = p1·V1.
Отсюда для давления газа в новом состоянии получим
p2 = p1·V1/V2 =
= 2·105Па·20 м3/30 м3 = 1,33·105Па = 133 МПа.
Ответ: p2 = 133МПа.
ЭЛЕКТРОДИНАМИКА
Задача по физике 1) Какова напряжённость поля в алюминиевом проводнике сечением 1,4 кв. мм. При силе тока 1 А?
Напряжённость электростатического поля есть величина равная
E = U/l
Здесь U — напряжение на участке проводника, а l — длина участка проводника.
По закону Ома, напряжение равно
U = I·R.
Здесь I — сила тока, протекающего в проводнике; R — сопротивление проводника.
Тогда напряжённость равна
E = I·R/l
Сопротивление металлического проводника определяется формулой
R = ρ·l/S
Здесь S — площадь поперечного сечения проводника;
ρ = 2,8·104Ом·м — удельное сопротивление алюминия.
Таким образом, для напряжённости получаем
E = I·ρ·l/(Sl) = I·ρ·/S =
= 1 А·2,8·104Ом·м/1,4·10-6м2 = 2·1010В/м = 20ГВ/м.
Ответ:Е = 20ГВ/м.
Задача по физике 2) Почему спирали электронагревательных приборов делают из материала с большим удельным сопротивлением?Решение задачи по физике По закону Джоуля-Ленца, тепло, выделяемое в проводнике равно
То есть выделяемое тепло тем больше, чем больше сопротивление. Но сопротивление проводника
R = ρ·l/S
Здесь S — площадь поперечного сечения проводника; l — длина проводника; ρ — удельное сопротивление проводника.
Таким образом, выделяемое тепло тем больше, чем больше удельное сопротивление и длина, и, чем меньше площадь поперечного сечения проводника. Вот почему спирали нагревательных приборов делают из материала с большим удельным сопротивлением. Их делают очень тонкими и весьма длинными.
Задача по физике 3) При подключении к батарее гальванических элементов резистора сопротивлением 16 Ом сила тока в цепи была 1А, а при подключении резистора 8 Ом сила тока стала 1,8 А. Найти ЭДС и внутренне сопротивление батареи. Дано: R1 = 16 Ом; I1 = 1 А; R2 = 8 Ом; I2 = 1,8 Ом;
Найти: r, ε = ? Решение задачи по физике По закону Ома для замкнутой цепи
ε = I·(R+r).
Применяя последнюю формулу для двух случаев, получим
ε = I1·(R1+r),
ε = I2·(R2+r).
Отсюда
I1·(R1+r) = I2·(R2+r)
или
I1·R1 + I1·r = I2·R2 + I2·r.
Из полученного равенства находим
(I2 - I1)·r = I1·R1 - I2·R2.
Выразим отсюда внутренне сопротивление гальванического элемента
r = (I1·R1 - I2·R2)/(I2 - I1).
Подставляя данные получим
r = (1 А·16 Ом - 1,8 А·8 Ом)/(1,8 А - 1 А) = 2 Ом.
Электродвижущая сила (ЭДС) равна
ε = I1·(R1+r) =
= 1 А·(16 Ом + 2 Ом) = 18 В.
Ответ: r = 2 Ом; ε = 18 В.
Задача по физике 4) Зная постоянную Фарадея и используя таблицу Менделеева найти электрохимические эквиваленты 2-х и 4-х валентного олова.Решение задачи по физике Электрохимический эквивалент
k = μ/(F·Z)
Здесь F = 96320 Кл/моль — постоянная Фарадея; μ = 0,119 кг/моль — молярная масса олова; Z — валентность.
Для двухвалентного олова получим
k = 0,119кг/моль/(96320 Кл/моль ·2) = 6,18·10-7кг/Кл.
Для четырёхвалентного олова получим
k = 0,119кг/моль/(96320 Кл/моль ·4) = 3,09·10-7кг/Кл.
Ответ: k = 6,18·10-7кг/Кл;
k = 3,09·10-7кг/Кл.
Задача по физике 5) В какую сторону сместится под действием магнитного поля электронный луч в вакуумной трубке, изображённой на рисунке?
Решение задачи по физике Электрон имеет отрицательный заряд. Вырываясь из катода, электрон движется по направлению к аноду, то есть слева направо. При этом положительный заряд переносится в противоположном направлении, то есть справа налево.
По правилу левой руки: если вектор магнитной индукции входит в ладонь, а четыре пальца направлены в сторону перемещения положительного заряда, то оттопыренный на 90 градусов большой палец указывает направление действия силы Лоренца.
Размещаяя левую руку так как полагается в правиле левой руки, то есть ладонью к нам и пальцами влево, видим, что большой палец указывает вниз.
Таким образом, сила Лоренца направлена вниз. Следовательно, электронный луч сместится вниз.
Ответ: Вниз.
6) Какая ЭДС самоиндукции возбуждается в обмотке электромагнита с индуктивностью 0,4 Гн при равномерном изменении сила тока в ней на 5А за 0,02с.?Решение задачи по физике ЭДС самоиндукции равна
ε = - L·ΔI/Δt.
Подставляя данные, получим
ε = - 0,4 Гн·5 А/0,02 с = 100 В.
Ответ: ε = 100 В.
ГАРМОНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ
Задача по физике 1) Уравнение движения гармонического колебания имеет вид
x = 0,02·sin(1000π·t).
Найти смещение через 0,0005с и через 0,005с.
Тупо подставим значение t1 = 0,0005 c и t2 = 0,005 c в заданную формулу. Получим
x1 = 0,02·sin(1000π·0,0005 c) = 0,02·sin(π/2) = 0,02 м =2 см,
x2 = 0,02·sin(1000π·0,005 c) = 0,02·sin(5π) = 0 м.
Ответ: x1 = 2 см, x2 = 0.
Задача по физике 2) Как изменится ход часов с маятником на металлическом стержне: a) при повышении температуры; б) поднятии на гору; в) при перемещении от полюса к экватору?Решение задачи по физике Период колебаний математического маятника определяется формулой
а) При нагревании длина стержня увеличится, но незначительно. Следовательно, период колебаний маятника увеличится и часы немного замедлят ход;
б) при поднятии на гору g уменьшится, период увеличится и часы замедлят ход;
в) при перемещении от полюса к экватору g уменьшится, период увеличится и часы замедлят ход.
из сборника Чертова А. Г.
|
|
|