- •Задания для тестового контроля аудиторной и самостоятельной работы студентов на практических занятиях по курсу общей физики
- •1. Электростатика Основные формулы и законы
- •2. Постоянный электрический ток Основные формулы и законы
- •3.Электомагнетизм Основные формулы
- •4. Электромагнитные колебания. Переменный ток. Электромагнитные волны Основные формулы и законы
- •Список используемой литературы
- •Приложение
2. Постоянный электрический ток Основные формулы и законы
Сила тока
(если).
Плотность тока
,
где S- площадь поперечного сечения проводника.
Плотность тока в проводнике
,
где -скорость упорядоченного движения зарядов в проводнике,n- концентрация зарядов,e- элементарный заряд.
Зависимость сопротивления от параметров проводника
,
где l- длина проводника, S- площадь поперечного сечения проводника,- удельное сопротивление,- удельная проводимость.
Зависимость удельного сопротивления от температуры
,
где - температурный коэффициент сопротивления,- удельное сопротивление при.
Сопротивление при последовательном (а) и параллельном (б) соединении проводников
а) , б),
где - сопротивлениего проводника,n– число проводников.
Закон Ома:
для однородного участка цепи
,
для неоднородного участка цепи
,
для замкнутой цепи
,
где U - напряжение на однородном участке цепи,- разность потенциалов на концах участка цепи,- ЭДС источника,r- внутреннее сопротивление источника тока.
Сила тока короткого замыкания
.
Работа тока за времяt
.
Мощность тока
.
Закон Джоуля-Ленца (количество теплоты, выделяемой при прохождении тока через проводник)
.
Мощность источника тока
Коэффициент полезного действия источника тока
.
Правила Кирхгофа
1) - для узлов;
2) - для контуров,
где - алгебраическая сумма сил токов, сходящихся в узле,- алгебраическая сумма ЭДС в контуре.
2.1.На концах медного провода длиной 5 м поддерживается напряжение 1 В. Определить плотность тока в проводе (удельное сопротивление меди).
А. B.
С. D.
2.2.Резистор сопротивлением 5 Ом, вольтметр и источник тока соединены параллельно. Вольтметр показывает напряжение 10 В. Если заменить резистор другим с сопротивлением 12 Ом, то вольтметр покажет напряжение 12 В. Определить ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока. Током через вольтметр пренебречь.
A. [14 В; 2 Ом]B. [1,4 В; 2 Ом]
С. [14 В, 20 Ом] D. [140 В; 20 Ом]
2.3.Определить силу тока в цепи, состоящей из двух элементов с ЭДС, равными 1,6 В и 1,2 В и внутренними сопротивлениями 0,6 Ом и 0,4 Ом соответственно, соединённых одноимёнными полюсами.
А. [0,4 A]B. [4 А]C. [40 мА]D. [40 А]
2.4.Гальванический элемент даёт на внешнее сопротивление 0,5 Ом силу тока 0,2 А. Если внешнее сопротивление заменить на 0,8 Ом, то ток в цепи 0,15 А. Определить силу тока короткого замыкания.
А. [0,45A]B.[45 мА] С.[4,5 А]D.[4,5 мА]
2.5.К источнику тока с ЭДС 12 В присоединена нагрузка. Напряжение на клеммах источника 8 В. Определить КПД источника тока.
А. [68%] B. [6,8%] С.[86%]D. [0,68%]
2.6. Внешняя цепь источника тока потребляет мощность 0,75 Вт. Определить силу тока в цепи, если ЭДС источника 2В и внутреннее сопротивление 1 Ом.
А. [0,5 и 1,5 А] В. [5 и 1,5 А] С. [0,5 A]D. [1,5A]
2.7. Источник тока с ЭДС 12 В и внутренним сопротивлением 1 Ом подключён к нагрузке сопротивлением 9 Ом. Найти: 1) силу тока в цепи, 2) мощность, выделяемую во внешней части цепи, 3) мощность, теряемую в источнике тока, 4) полную мощность источника тока, 5) КПД источника тока. [1)1,2A; 2)12,96 Вт; 3)1,44 Вт; 4)14,4 Вт; 5)90%]
2.8. Обмотка электрического кипятильника имеет две секции. Если включена одна секция, вода закипает через 10 мин, если другая, то через 20 мин. Через сколько минут закипит вода, если обе секции включить: а) последовательно; б) параллельно? Напряжение на зажимах кипятильника и КПД установки считать во всех случаях одинаковыми.
А. [а) 30 мин, б) 6,67 мин] В. [а) 6,67 мин; б) 30 мин]
С. [а) 10 мин; б) 20 мин] D. [а) 20 мин; б) 10 мин]
2.9. Амперметр сопротивлением 0,18 Ом предназначен для измерения силы тока до 10 А. Какое сопротивление надо взять и как его включить, чтобы этим амперметром можно было измерять силу тока до 100 А?
А. [0,02 Ом, параллельно] В. [0,02 Ом, последовательно]
С. [20 Ом, параллельно] D. [20 Ом, последовательно]
2.10. Вольтметр сопротивлением 2000 Ом предназначен для измерения напряжения до 30 В. Какое сопротивление надо взять и как его включить, чтобы этим вольтметром можно было измерять напряжение до 75 В?
А. [3000 Ом, последовательно] В. [3000 Ом, параллельно]
С. [0,03 Ом, последовательно] D. [0,03 Ом, параллельно]
2.11.* Ток в проводнике сопротивлением 100 Ом равномерно нарастает от 0 до 10 А в течение 30 с. Чему равно количество теплоты, выделившееся за это время в проводнике?
А. [100 кДж ] В. [100 Дж] С. [10 кДж ] D. [1000 Дж]
2.12.*Ток в проводнике сопротивлением 12 Ом равномерно убывает от 5 А до 0 в течение 10 с. Какое количество теплоты выделяется в проводнике за это время?
А. [1 кДж] В. [10 кДж] С. [100 Дж] D. [100 кДж]
2.13.*По проводнику сопротивлением 3 Ом течёт равномерно возрастающий ток. Количество теплоты, выделившееся в проводнике за 8 с, равно 200 Дж. Определить заряд, протекший за это время по проводнику. В начальный момент времени ток был равен нулю.
А. [20 Кл] В. [200 Кл] С. [40 Кл] D. [400 Кл]
2.14.*Ток в проводнике сопротивлением 15 Ом равномерно возрастает от 0 до некоторого максимума в течение 5 с. За это время в проводнике выделилось количество теплоты 10 кДж. Найти среднее значение силы тока в проводнике за этот промежуток времени.
А. [10 А] В. [100 А] С. [1 кА]D. [10 кА]
2.15.*Ток в проводнике равномерно увеличивается от 0 до некоторого максимального значения в течение 10 с. За это время в проводнике выделилось количество теплоты 1 кДж. Определить скорость нарастания тока в проводнике, если сопротивление его 3 Ом.
А. [1А/с] В. [10 А/с] С. [1 кА/с] D. [10 кА/с]
2.16.На рис. 2.1==,R1= 48 Ом,R2= 24 Ом, падение напряженияU2на сопротивленииR2равно 12 В. Пренебрегая внутренним сопротивлением элементов, определить силу тока во всех участках цепи и сопротивлениеR3.[I1=0,25 A; I2=0,5 A; I3=0,75 A; R3=16 Ом]
R4
Рис. 2.1 Рис. 2.2 Рис. 2.3
2.17. На рис. 2.2 =2В, R1= 60 Ом, R2= 40 Ом, R3=R4= 20 Ом, RG= 100 Ом. Определить силу токаIG через гальванометр. [1,49 мА]
2.18.Найти силу тока в отдельных ветвях мостика Уитстона (рис. 2.2) при условии, что сила тока, идущего через гальванометр, равна нулю. ЭДС источника 2В,R1= 30 Ом,R2= 45 Ом,R3= 200 Ом. Внутренним сопротивлением источника пренебречь. [I1=I2=26,7 мА,I3=I4= 4 мА]
2.19.На рис. 2.3=10 В,= 20 В,= 40 В, а сопротивленияR1=R2=R3= 10 Ом. Определить силу токов через сопротивления (I) и через источники (). Внутренним сопротивлением источников пренебречь.[I1=1A, I2=3A, I3=2A, =2A,=0,=3A]
2.20. На рис. 2.4 = 2,1 В,= 1,9 В, R1=45 Ом, R2= 10 Ом, R3= 10 Ом. Найти силу тока во всех участках цепи. Внутренним сопротивлением элементов пренебречь. [I1=0,04A,I2=0,01A,I3=0]
Рис. 2.4 Рис. 2.5 Рис. 2.6
2.21.На рис. 2.5 сопротивления вольтметров равныR1=3000 Ом иR2=2000 Ом;R3=3000 Ом,R4=2000 Ом;=200 В. Найти показания вольтметров в случаях: а) ключКразомкнут, б) ключКзамкнут. Внутренним сопротивлением источника пренебречь. [а)U1=120 В,U2=80 В, б)U1=U2=100 В]
2.22.На рис. 2.6==1,5 В, внутренние сопротивления источниковr1=r2=0,5 Ом,R1=R2= 2 Ом,R3= 1 Ом. Сопротивление миллиамперметра 3 Ом. Найти показание миллиамперметра. [75 мА]
2.23.На рис. 2.7== 110 В,R1=R2= 200 Ом, сопротивление вольтметра 1000 В. Найти показание вольтметра. Внутренним сопротивлением источников пренебречь. [100 В]
Рис. 2.7 Рис. 2.8 Рис. 2.9
2.24.На рис. 2.8== 2В, внутренние сопротивления источников равны 0,5 Ом,R1= 0,5 Ом,R2= 1,5 Ом. Найти силу тока во всех участках цепи. [2,22 А, 0,44 А, 1,78 А]
2.25.На рис. 2.9== 100 В,R1= 20 Ом,R2= 10 Ом,R3= 40 Ом,R4= 30 Ом. Найти показание амперметра. Внутренним сопротивлением источников и амперметра пренебречь. [1 А]
2.26.Какую силу тока показывает амперметр на рис. 2.10, сопротивление которогоRA=500 Ом, если= 1 В,= 2 В,R3=1500 Ом и падение напряжения на сопротивленииR2равно 1 В. Внутренним сопротивлением источников пренебречь.[1 мА]
2.27.На рис. 2.11=1.5 В,=1,6 В,R1=1 кОм,R2=2 кОм. Определить показания вольтметра, если его сопротивлениеRV=2 кОм. Сопротивлением источников пренебречь. [0,35 В]
V
А
V
Рис. 2.10 Рис. 2.11 Рис. 2.12
2.28. На рис. 2.12 сопротивления R1= 5Ом, R2= 6 Ом, R3= 3 Ом. Найти показание амперметра, если вольтметр показывает 2,1 В. Сопротивлением источника и амперметра пренебречь.[0,2 А]
2.29. Определить ЭДС источника в схеме на рис. 2.13, если сила тока, текущего через него, равна 0,9 А, внутреннее сопротивление источника 0,4 Ом.R1=30 Ом,R2=24 Ом,R3 =50 Ом,R4 =40 Ом,R5 =60 Ом.
2.30.Найти показания амперметра в схеме на рис. 2.14, если ЭДС равна 19,8 В, внутреннее сопротивление 0,4 Ом,R1=30 Ом,R2=24 Ом,R3=50 Ом,R4=40 Ом,R5=60 Ом.
Рис. 2.13 Рис. 2.14 Рис. 2.15
2.31. Найти величины всех сопротивлений в схеме на рис. 2.15, если через сопротивлениеR1течёт ток 0,4 мкА, через сопротивлениеR2ток 0,7 мкА, через сопротивлениеR3– 1,1 мкА, через сопротивлениеR4ток не течёт. Внутренним сопротивлением элементов пренебречь.E1=1,5 В;E2=1,8 В.
Рис. 2.16 Рис. 2.17 Рис. 2.18
2.32.ОпределитьE1иE2в схеме на рис. 2.16, еслиR1=R4=2 Ом,R2=R3= 4 Ом. Ток, текущий через сопротивлениеR3равен 1А, а через сопротивлениеR2ток не течёт. Внутренние сопротивления элементовr1=r2=0,5 Ом.
2.33.Определить силу тока во всех участках цепи в схеме на рис. 2.17, еслиE1=11 В,E2=4 В,E3=6 В,R1=5 Ом,R2=10 Ом,R3=2 Ом. Внутренние сопротивления источниковr1=r2=r3=0,5 Ом.
2.34. В схеме на рис. 2.18 R1=1 Ом, R2=2 Ом, R3=3 Ом, сила тока через источник равна 2А, разность потенциалов между точками 1 и 2 равна 2 В. Найти сопротивление R4.