Составила преподаватель физики Н.А.Малышева

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ

«БАЛАШИХИНСКИЙ ТЕХНИКУМ»

Задачник по физике

Составила преподаватель физики Н.А.Малышева

Г Балашиха

Г

СОДЕРЖАНИЕ

Стр

  ВВЕДЕНИЕ                                                                                         3

КИНЕМАТИКА                                                                          4

ДИНАМИКА                                                                               5

ИМПУЛЬС                                                                                  7

ЗАКОН ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ                                  8

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ                                   10

ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ МКТ                                            11

УРАВНЕНИЕ МЕНДЕЛЕЕВА-КЛАПЕЙРОНА                    13

ПРИМЕНЕНИЕ 1 ЗАКОНА ТЕРМОДИНАМИКИ               14

РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА ТЕПЛОТЫ                                     16

ЗАКОН КУЛОНА                                                                           18

НАПРЯЖЕННОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ                   20

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКОВ         21

ЗАКОН ОМА ДЛЯ ПОЛНОЙ ЦЕПИ                            23

РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ТОКА                                            24

ЗАКОН ДЖОУЛЯ-ЛЕНЦА                                                            25

КОЛЕБАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ                                                26

СИЛА ЛОРЕНЦА                                                                            28

СИЛА АМПЕРА                                                                              29

ЗАКОН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ               31

ФОРМУЛА ТОМСОНА                                                                  32

ЗАКОН ПРЕЛОМЛЕНИЯ СВЕТА                                               33

ЗАКОНЫ ФОТОЭФЕКТОВ                                                     35

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ФОТОНА                       37

РАДИОКТИВНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЕЯ                                       38

Введение

Овладеть курсом физики — это значит не только понять физические явления и закономерности, но и научиться применять их на практике. Всякое применение общих положений физики для разрешения конкретного, частного вопроса есть решение физической задачи. Умение решать задачи делает знания действенными, практически применимыми.

Задачник предназначен для подготовки студентов к экзамену по физике. Основной задачей итогового контроля является проверка знаний и умений студента по данному учебному предмету в соответствии с требованиями образовательного стандарта основного общего образования по физике. Студенты должны показать хорошее владение знаниями о физических явлениях и законах природы, владение умениями применять полученные знания на практике.

В сборник включены задачи по всем разделам курса физики, изучаемого в средних профессиональных учебных заведениях.

В пособии предлагаются решения типовых задач и примеры записи решений. Это поможет студентам развить самостоятельный навык в решении задач по физике.

Также пособие содержит задачи для самостоятельного решения и ответы к ним. Такие задачи могут применяться для подготовки и проведения контрольных работ, а также при повторении пройденного материала.

Задачи на кинематику

Средняя скорость при неравномерном движении по прямой

v_cp = S/t.

 Два последовательных этапа с разными скоростями:

 

v_cp = (S₁ + S₂)/(t₁ + t₂), где S₁ = v₁t₁, S₂ = v₂t₂.

 

Пример:

Пароход идет по реке от пункта А до пункта В со скоростью , а обратно – со скоростью . Найти среднюю скорость парохода  и

Решение.

Средняя скорость , где , а  .

Тогда и , откуда

Подставляя (2) в (1) получим:  или При движении вниз по течению , а при движении вверх по течению  . Приравняем правые части уравнения и выразим u:  = , 2 u = , u = ; u = 3 км/ч.

Задача 1

Рассчитайте, какой путь прошла машина при экстренном торможении, если она двигалась до этого со скоростью 72 км/ч и остановилась за 5 секунд.

Задача 2

Первую половину пути автомобиль проехал со средней скоростью 100 км/ч, а вторую — со средней скоростью 60 км/ч. Определить среднюю скорость автомобиля на всем пути

Задача 3

Колонна машин движется со скоростью 10м/с, растянувшись на расстояние 2км. Из головы колонны выезжает мотоциклист со скоростью 15м/с и движется к хвосту колонны. За какое время мотоциклист достигнет хвоста колонны?

Задача 4

Между двумя пунктами, расположенными на реке на расстоянии s = 100 км один от другого, курсирует катер, который, идя по течению, проходит это расстояние за время t₁ = 4 ч, а против течения, — за время t₂ = 10 ч. Определить скорость течения реки v и скорость катера v относительно воды.

 

Задача 5

 

Поезд начинает равноускоренное движение и через 10 с имеет скорость 8 м/с. Через какое время после начала движения его скорость станет равной 60 м/с?

 

Задача 6

 

Двигаясь по шоссе, велосипедист проехал 900 м за 1 мин, а затем по плохой дороге проехал 400 м со скоростью 10 м/с. Определить среднюю скорость велосипедиста на всем пути.

 

 

Задачи на динамику.

Ускорение

а =F/m

а-ускорение

F-cила

m-масса

Пример:

На гладком столе лежит брусок массой m =4 кг. К бруску привязан шнур, ко второму концу которого приложена сила F =10 Н, направленная параллельно поверхности стола. Найти ускорение a  бруска.

Дано

m=4кг

F=10H

a-?

Решение

По формуле

F=ma, отсюда следует что a=F/m

a=10/4=2.5 м/c²

Задача 1

Поезд массой m = 500 т после прекращения тяги паровоза под действием силы трения Fтр = 98 кН останавливается через время t = 1 мин. С какой скоростью шел поезд.

Задача 2

При движении мотоцикла по горизонтальному шоссе со скоростью 54 км/ч водитель выключил двигатель. После этого мотоцикл до остановки двигался равнозамедленно. Найти ускорение, путь и время движения мотоцикла с выключенным двигателем, если коэффициент трения колес о дорогу 0,03.    

Задача 3

Какой силой можно сдвинуть ящик массой 60кг, если коэффициент трения между ним и полом равен 0,27? Сила действует под углом 30° к полу (горизонту).

Задача 4

При выстреле из орудия снаряд массой 12 кг получает кинетическую энергию 1,7 МДж. Определить кинетическую энергию ствола орудия вследствие отдачи, если его масса 202 кг.

Задача 5

После спуска с сортировочной горки железнодорожная платформа массой 9000 кг имела скорость 2 м/с и двигалась до полной остановки в течение 10с. Какова равнодействующая всех сил, действовавших на платформу?

 

Задача 6

 

На тело массой 5 кг подействовали горизонтальной силой 4 Н. Какую скорость приобретет тело за 10 с при отсутствии трения?

Пример:

Найти импульс грузового автомобиля массой 10т, движущегося со скоростью 36 км/ч, и легкового автомобиля массой 1т, движущегося со скоростью 25м/с

Дано:

Найти:

 

= ;

=

Ответ:

Задача 1

Тележка массой 2 кг, движущаяся со скоростью 3 м/с, сталкивается с неподвижной тележкой массой 4 кг и сцепляется с ней. Чему равна скорость обеих тележек после взаимодействия?

Задача 2

Тело массой 10 кг, движущаяся со скоростью 15 м/с, сталкивается с неподвижным телом массой 25 кг и сцепляются с ней. Чему равна скорость обеих тележек после столкновения?

 

Задача 3

Снаряд массой 100кг, летящий горизонтально вдоль железнодорожного пути со скоростью 500м/с, попадает в вагон с песком массой 10т и застревает в нём. Найти скорость вагона, если он двигается со скоростью 36км/ч навстречу снаряду.

Задача 4

Человек массой m₁ = 60 кг, бегущий со скоростью, величина которой v₁ = 9 км/ч, вскакивает на тележку массой m₂ = 70 кг, движущуюся со скоростью, равной по величине v₂ = 1,8 км/ч. С какой скоростью u будет двигаться тележка, если: а) человек догонял тележку; б) человек бежал ей навстречу?

 

Задача 5

 

Летящая пуля массой 10г ударяется в брусок массой 390г и застревает в нем. Найти скорость бруска, если скорость пули 200м/с.

 

Задача 6

 

Мячик массой 100 г, брошенный вертикально вверх, вернулся обратно через 6 с. Определите импульс мяча в момент броска и в верхней точке.

Кинетическая энергия

 

 - кинетическая энергия
m - масса
v – скорость

 

Потенциальная энергия

 - потенциальная энергия
m - масса
g - ускорение свободного падения
h - высота

Пример:

Найти кинетическую энергию тела массой 400г. Упавшего с высоты 2 м, в момент удара о землю.

 

Решение. С помощью кинематических формул H=gt²/2, v=gt

Находим связь между высотой h падение и его скоростью v в момент падения: v=

откуда следует, что кинетическая энергия тела в момент падения

E_к=2mv²/2=mgh

E_к=0.4кг*9.8м/с²*2м=8дж

Ответ: E_к=8Дж

Задача 1

Тело брошено вертикально вверх с начальной скоростью 20 м/с. Пренебрегая сопротивлением воздуха, определить, на какой высоте h кинетическая энергия тела будет равна его потенциальной энергии.

Задача 2

Кинетическая энергия тела массой 200г соскользнувшего с наклонной плоскости, равна 0,4 Дж. Чему равна высота наклонной плоскости? Трением можно пренебречь

Задача 3

Тело массой 1кг падает с высоты 20м. Найти кинетическую энергию тела в момент его падения на землю.

Задача 4

Мяч подняли на высоту Н и отпустили, после чего он ударился о поверхность. Определить высоту, на которую поднялся мяч после удара, если скорость мяча перед ударом была v, а после удара стала v/2.

Задача 5

Хоккейная шайба массой 160 г, летящая со скоростью 20 м/с, влетает в ворота и ударяется в сетку, которая прогнулась на 6,4 см. Какова максимальная сила, с которой шайба подействовала на сетку?

 

Задача 6

 

Тело массой 3 кг, свободно падает с высоты 5 м. Найти потенциальную и кинетическую энергию тела на расстоянии 2 м от поверхности Земли.

Дано:                                                                                                                        

O₂                                                                                             

M_мол=16*2*10^-3кг/моль                                                                                                       

М_г=32

V=400m/c                                                                                                               

п=2,7*10¹⁹m^{- 3}                                                                                                                               

Найти: р-?        

p = 1/3 *mo*n*v²,

m₀₌m/N_A, M =M_Ч*10^-3

m ₀= M_Ч*10^-3/ N_A

p = 1/3 * M_X*10^-3 /N_A*v²&

p = 1/3 *2,7*10¹⁹m^-3 *32*10^-3кг/моль/6,02*10²³ моль^-1* (400м/с)²=72000Па

Ответ:72 кПа

Задача 1

В 1 м³ газа при давлении 1,2 • 10⁵Па содержится 2-10²⁵ молекул, средняя квадратичная скорость которых 600 м/с. Определить массу 1 молекулы этого газа.

Задача 2

Какое давление на стенки сосуда производят молекулы газа, если масса газа 3х10^-3 кг, средняя квадратичная скорость молекул 500 м/с?         

Задача 3

В ампуле содержится водород. Определите давление газа, если его концентрация равна 2 • 10²² м ^-3, а средняя квадратичная скорость движения молекул водорода 500м/с.

Задача 4

Определить количество молекул в газе объемом 2 литра при нормальном давлении (101 325 Па), если средняя кинетическая энергия молекул равна 1,5*10^-19 Дж.

 

Задача 5

 

Давление газа в лампе накаливания равна 9,45 Па. Вычислите концентрацию молекул газа при указанном давлении и температуре 27 °С.

 

Задача 6

 

В результате нагревания давление газа в закрытом сосуде увеличилось в 4 раза. Во сколько раз изменилась средняя квадратичная скорость?

Электрическая постоянная

 

Заряд электрона

 

Пример:

С какой силой два заряда по 10 нКл на расстоянии 3 см друг от друга

Дано:

q₁=q₂=10нКл=10^-8Кл

r=3см=3*10^-2м

Найти:F-?

Решение:

F=k =9*10⁹Н*м²/Кл²*10^-8Кл*10^-8Кл/(3*10^-2м)²=10^-3Н=1мН

Ответ:F=1 мН

Задача 1

2 заряда по 4-10"⁸ Кл, разделенные слюдой толщиной 1 см, взаимодействуют с силой 1,8 • 10"²Н. Определить диэлектрическую проницаемость слюды.

Задача 2

Определите силу гравитационного взаимодействия электрона с ядром в атоме водорода, если расстояние между ними 0,5х10^-10 м.

Задача 3

Два положительных заряда q и 2q находятся на расстоянии 10мм. Заряды взаимодействуют с силой 7,2х • 10^-4 Н. Как велик каждый заряд?

Задача 4

Два оди­на­ко­вых ша­ри­ка об­ла­да­ют за­ря­да­ми 8 нКл и -4 нКл. Ша­ри­ки при­во­дят в со­при­кос­но­ве­ние и раз­во­дят на преж­ние места. Как из­ме­ни­лась сила вза­и­мо­дей­ствия этих за­ря­дов (за­ря­жен­ных ша­ри­ков)?

 

Задача 5

 

Как изменится сила взаимодействия между двумя точечными заряженными телами, если значение каждого заряда увеличится в 4 раза, а расстояние между ними уменьшится вдвое?

 

Задача 6

 

На каком расстоянии друг от друга заряды 1 мкКл и 10 нКл взаимодействуют с силой 9 мН?

Дано                 Решение

Q=10 нКл           Е=1/4Пe*Q/er²

r=0.10 м

е=2.2                   E=1/4*3.14*10^-12*!0^-8/2.2*0.1²=4.1 kв/м

Е=?

Задача 1

С какой силой действует однородное электрическое поле с напряженностью 2000 Н/Кл на электрический заряд 5*10^-6 Кл?

 

Задача 2

Расстояние d между двумя точечными зарядами Q1=+8 нКл и Q2=-5,3 нКл равно 40 см. Вычислить напряженность E поля в точке, лежащей посередине между зарядами.  

 

Задача 3

На заряд 2 • 10 ^-7 Кл в некоторой точке электрического поля действует сила 0,015Н. Определить напряжённость поля в этой точке.

 

Задача 4

Между горизонтальными пластинами заряженного конденсатора, напряженность электрического поля внутри которого 49 Н/Кл, находится в равновесии пылинка, имеющая заряд 2^.10^-8 Кл. Какова ее масса?

 

Задача 5

 

Электрон под действием однородного электрического поля напряженностью 182 Н/Кл двигается с ускорением. Определить ускорение электрона.

 

Задача 6

 

Модуль напряженности электрического поля в точке, где находится тело, заряд которого 0,2 мкКл, равняется 8 Н/Кл. Какое значение электрической силы, действующей на это тело?

 

 

Пример

Спираль электрической плитки изготовлена из нихромовой проволоки длиной 13,75 м и площадью поперечного сечения 0,1 мм².Чему равно сопротивление спирали?

Дано

l=13,75 м

S=0,1 мм²

P=1,1 Ом*мм²/м

Найти R-?

Решение

R=p*l/S

R=1,1*13,75/0,1=151,25 Ом

Ответ: R=151,25 Ом

Задача 1

4 сопротивления, по 300 Ом каждое, соединили сначала последовательно, а потом параллельно. Как при этом изменилось общее сопротивление.

Задача 2

 

Определите общее электрическое сопротивление четырех проводников с электрическими сопротивлениями R₁=R₂=R₃=R₄=20 Ом, соединенных между собой по схеме, представленной на рисунке

 

Задача 3

На рисунке изображена схема смешанного соединения проводников, где R₁=3 Ом, R₂=6 Ом, R₃=4 Ом. Вычислите R_АС.

C

R2

R1

R3

A

Задача 4

В сеть с напряжением V= 120 В включены две электрические лампочки с одинаковыми сопротивлениями R = 200 Ом. Какой ток пойдет через каждую лампочку при их параллельном и последовательном соединениях?

 

Задача 5

 

Найти общее сопротивление цепи.

 

 

Задача 6

 

Рассчитайте сопротивление медного контактного провода, подвешенного для питания трамвайного двигателя, если длина провода равна 5 км, а площадь поперечного сечения — 0,65 см².

 

Задачи на силу Лоренца.

Пример:

Какая сила действует на протон, движущийся со скоростью 10 Мм/св магнитном поле с индукцией 0,2 Тл перпендикулярно линиям магнитной индукции

Решение:

Дано:		F = qvBsinα.
v=10Мм/с, В =0,2Тл, α =90градусов, m(протона)=1836m(электрона), q(пр) = q (эл) = 1,6 * 10^-19Кл.		F = 1,6 * 10^^-19 Кл *10 *10^-6м/с * 0,2 Тл * sin(90гр) =  = 16 * 10^-19+6 * 0,2 * 1 * Кл * м * *Тл / с =  = 3,2 * 10^-13 Н.
F-?		Ответ: F = 3,2 * 10^-13 Н.

Задача 1

Электрон влетает в однородное магнитное поле, индукция которого 0,5 Тл, со скоростью 2 • 10⁴ км/с перпендикулярно линиям индукции. Определить силу, с которой магнитное поле действует на электрон.

 

Задача 2

Какая сила действует на протон, движущийся со скоростью 10мм/с в магнитном поле с индукцией 0,2Тл перпендикулярно линиям магнитной индукции?

Задача 3

 

В камере лабораторной установки создано магнитное поле, вектор магнитной индукции B которого направлен вертикально вверх и равен по модулю B = 1,2 мТл. В камеру влетает протон с кинетической энергией 5,3 МэВ. Вектор скорости протона направлен горизонтально. Определите ускорение, с которым будет двигаться протон в камере. Масса протона m_р = 1,67·10–27 кг.

 

Задача 4

Циклотрон предназначен для ускорения протонов до энергии 5 МэВ. Определить наибольший радиус орбиты, по которой движется протон, если индукция магнитного поля 1Тл.

 

Задача 5

 

Какова скорость заряженного тела, перемещающегося в магнитном поле с индукцией 2 Тл, если на него со стороны магнитного поля действует сила32 Н. Скорость и магнитное поле взаимно перпендикулярны. Заряд тела равен 0,5 мКл.

 

Задача 6

 

 

Задачи на силу Ампера.

F = I·L·B·sinα

I - сила тока в проводнике;
B - модуль вектора индукции магнитного поля;
L - длина проводника, находящегося в магнитном поле;
α - угол между вектором магнитного поля инаправлением тока в проводнике.

 

Пример:

Какова индукция магнитного поля, в которой на проводник с длиной активной части 5см действует сила 50 мН? Сила тока в проводнике 25 А. проводник расположен перпендикулярно индукции магнитного поля.

Дано
L = 5 см = 0,05 м,	F = B * I * L* sin α
I = 25 А,	B = F / I * L * sin α
F = 50 мН = 0,05 Н,	B = 0,05 Н / 25 А * 0,05 м = 0,04 Тл
В перпендикулярно I Найти: B =?	Ответ: B = 0.04Тл.
		.

Задача 1

Под каким углом к линиям индукции магнитного поля расположен проводник длиной 0,4 м, если поле с индукцией 0,8 Тл действует на проводник с силой 1,6 Н при прохождении по нему тока 5А.

 

Задача 2

Какова индукция магнитного поля, в которой на проводник с длиной активной части 10 см действует сила 50 мН? Сила тока в проводнике 25 А. проводник расположен перпендикулярно индукции магнитного поля.

Задача 3

На проводник длиной 0,5м с током силой 20A в однородном магнитном поле с индукцией 0,1Тл действует сила 0,5H. Какой угол (в градусах) составляет направление тока в проводнике с вектором магнитной индукции?

Задача 4

Какова индукция магнитного поля, в которой на проводник с длиной активной части 5см действует сила 50 мН? Сила тока в проводнике 25 А. проводник расположен перпендикулярно индукции магнитного поля.

 

Задача 5

 

Проводник длиной 0,15 м перпендикулярен вектору магнитной индукции однородного магнитного поля, модуль которого В=0,4 Тл. Сила тока в проводнике 8 А.
Найдите работу, которая была совершена при перемещении проводника на 0,025 м по направлению действия силы Ампера.

 

Задача 6

 

Определить силу тока в проводнике длиной 20 см, расположенному перпендикулярно силовым линиям магнитного поля с индукцией 0,06 Тл, если на него со стороны магнитного поля действует сила 0,48 Н.

 

 

Решение.

Свет переходит из оптически более плотной в оптически менее плотную среду  отклоняется от перпендикуляра.

 

 

=

Задача 1

Определить показатель преломления алмаза (n₁=2,42) относительно топаза (n₂=1,63).

Задача 2

Угол падения луча света на границу раздела воздух - стекло равен 60⁰. При этом угол между отраженным и преломленным лучами равен 90⁰. Определить показатель преломления стекла.

Задача 3

Скорость распространения света в некоторой жидкости равна 240 000км/с. На поверхность этой жидкости из воздуха падает луч света под углом 25°. Определите угол преломления луча.

Задача 4

В дно пруда глубиной 2 м вбита свая таким образом, что ее верхний конец находится вровень с поверхностью воды. Какой длины будет тень от сваи на дне пруда, если солнце находится под углом 50⁰ к горизонту?

 

Задача 5

 

Какой путь проходит световой луч в воде с показателем 4/3 за 0,1 мкс?

 

Задача 6

 

Луч света падает из воздуха в воду под углом 60°. Найдите угол между отраженным и преломленным лучами.

 

Пример

Определите импульс фотона излучения с длиной волны 600 нм. Какова масса этого фотона?

Дано:

p=mc= где E = m энергия фотона

Ответ: Р=1.1*10^-27кгм/с; m=3.7*10^-36 кг

Задача 1

Найти энергию фотона с частотой колебаний 10 Гц.

 

Задача 2

Определить энергию фотонов, соответствующих наиболее длинным (λ = 760 нм) и наиболее коротким (λ = 380 нм) волнам видимой части спектра.

Задача 3

Определите массу, импульс и энергию фотона с длиной волны λ = 5 • 10^–7 м.

Задача 4

Сравнить энергию фотонов света с длиной волны 400 нм и рентгеновского излучения с длиной волны 4*10^-10 м

 

Задача 5

 

Определить длину волны λ, массу m и импульс p фотона с энергией ε=1 МэВ. Сравнить массу этого фотона с массой покоящегося электрона.

 

Задача 6

 

Каким импульсом обладает фотон излучения с частотой 5 • 1014 Гц? Каковамассаэтогофотона?

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ

«БАЛАШИХИНСКИЙ ТЕХНИКУМ»

Задачник по физике

Составила преподаватель физики Н.А.Малышева

Г Балашиха

Г

СОДЕРЖАНИЕ

Стр

  ВВЕДЕНИЕ                                                                                         3

КИНЕМАТИКА                                                                          4

ДИНАМИКА                                                                               5

ИМПУЛЬС                                                                                  7