1
ФИЗИКА
ПОСОБИЕ ДЛЯ СТУДЕНТОВ
1-го курса на базе 9 классов
дневное отделение
[pic]
«Электростатика и законы постоянного тока»
Преподаватель: Руденко Е.А.
План:
ЭЛЕКТРОСТАТИКА Основные законы: закон сохранения заряда.
закон Кулона
принцип суперпозиции полей
Понятия:
Характеристики:
напряжённость электрического поля Е
силовые линии электрического поля
разность потенциалов Δφ
электроёмкость С
энергия W
поляризация
диэлектрическая проницаемость ε
Постоянные величины
постоянная [pic]
Электрическая постоянная
ε0 = 8,85∙10-12 Ф/м
Элементарный заряд (электрона)
е = 1,6∙10-19 Кл
Масса электрона
m = 9,1∙10-31 кг
Формулы
[pic] , [Н]
[pic] , [В/м]
[pic] , [В]
[pic] , [В]
Конденсаторы
Задание №1
Что называют электрическим зарядом?
Что называют элементарным зарядом?
Как взаимодействуют разноимённые и одноимённые заряды?
Какая основная единица измерения электрического заряда в СИ?
Что означает дискретность электрического заряда?
Какой физический смысл относительной диэлектрической проницаемости?
[pic] Два одинаковых проводящих шарика на одинаковых нитях длиной 1,2 м подвешены в одной точке. Заряд первого шарика
+ 600, а второго – 200 нКл. Шарики привели в соприкосновение.
- Что произойдёт в результате соприкосновения?
- Каким будет заряд каждого из шариков после их соприкосновения?
[pic] С какой силой взаимодействуют два заряда по 8 нКл, находящихся на расстоянии 30 см друг от друга?
[pic] На концах отрезка длиной 16 см расположены точечные заряды +6 и -3 мкКл. Найти модуль силы, действующей на заряд -2 мкКл, помещенный в середине отрезка.
Задание №2
Что называется напряжённостью электрического поля?
Какие единицы измерения напряжённости электрического поля?
Как рассчитать силу, действующую в электрическом поле на заряженное тело?
Как определяют направление линий напряжённости поля?
Где начинаются и заканчиваются линии напряжённости электрического поля?
Как размещены линии напряжённости относительно поверхности заряженного тела?
О чём свидетельствует плотность силовых линий?
[pic] Определить напряжённость поля электрического заряда 5Кл находящегося в вакууме на расстоянии 1м от него.
[pic] На расстоянии 3 см от заряда 4 нКл, находящегося в жидком диэлектрике, напряжённость поля равна 20 кВ/м. Какова диэлектрическая проницаемость диэлектрика?
[pic] С каким ускорением движется электрон в поле с напряжённостью 10 кВ/м?
Задание №3
От чего зависит работа в однородном электрическом поле?
Почему работа при движении по замкнутой траектории в электрическом поле равна нулю?
Почему заряженное тело в электрическом поле имеет потенциальную энергию?
От чего зависит потенциальная энергия заряженного тела в электрическом поле?
Как определяется потенциал поля точечного заряженного тела?
Какая поверхность называется эквипотенциальной?
Как построить эквипотенциальную поверхность?
[pic] В [pic] электрическом поле из точки А, потенциал которой 450 В, в точку В с потенциалом 900 В движется в вакууме отрицательно заряженная частица с зарядом 1 нКл. Какую работу совершает поле.
[pic] Частица проходит ускоряющую разность потенциалов (в предыдущей задаче), определите кинетическую энергию и скорость, приобретённую частицей в точке В, если в точке А скорость равнялась 0.
Задание №4
Что происходит при внесении проводника в электрическое поле?
Почему в проводнике напряжённость электрического поля равна нулю?
Для чего применяют металлические экраны?
Какое явление наблюдается при внесении диэлектрика в электрическое поле?
Что такое диэлектрическая проницаемость вещества?
Какая физическая величина называется электроёмкостью?
Какие единицы измерения ёмкости?
Как устроен конденсатор?
[pic] Ёмкость первого конденсатора 0,5 мкФ, а второго 5000 пФ. Сравнить напряжения, которые надо подать на эти конденсаторы, чтобы накопить одинаковые заряды.
[pic] Модуль напряжённости электрического поля между пластинами конденсатора равен 5 кВ/м, расстояние между пластинами 1 мм, заряд конденсатора 10 нКл. Какова ёмкость данного конденсатора?
[pic] Плоский воздушный конденсатор, состоящий из круглых пластин радиусом 10 см, расположенных на расстоянии 1 мм друг от друга, заряжен до напряжения 27000 В. Определить ёмкость конденсатора, заряд на пластинах, энергию электрического поля.
Законы постоянного тока.
Законы: Закон Ома для участка электрической цепи: [pic]
Закон Ома для полной цепи: [pic]
Закон Джоуля-Ленца: [pic]
Понятия:
Физические величины, единицы измерения
Сила тока I [А]
напряжение U [В]
сопротивление R [Ом]
работа А [Дж]
мощность Р [Вт]
Формулы
Соединение приборов в электрической цепи
Задание №5
Что такое электрический ток?
Как избирается направление тока?
Что такое сила тока и какими единицами она измеряется?
Что такое электрическое напряжение?
Как определяется сопротивление проводников?
Как формулируется закон Ома?
Какие соединения проводников считаются последовательными, а какие параллельными?
Что такое ток короткого замыкания?
[pic] Конденсатор ёмкостью 100 мкФ заряжается до напряжения 500 В за 0,5 с. Каково среднее значение силы зарядного тока?
[pic] Сколько электронов проходит через поперечное сечение проводника за 1 нс при силе тока 32 мкА?
[pic] Можно ли включать в сеть с напряжением 220 В реостат, на котором написано (30 Ом, 5А); (2000 Ом 0,2 А)?
Задание №6
[pic] Н [pic] а рисунке приведена схема участка электрической цепи. Сопротивление всех резисторов этого участка одинаково и равно 10 Ом. Определите значение сопротивление участка цепи в том случае, когда будут замкнуты ключи К3 и К4 (К3 и К1) зарисовать эквивалентные схемы.
[pic] Какие ключи необходимо замкнуть, чтобы сопротивление участка цепи составило 20 Ом?
[pic] К источнику с ЭДС 12 В и внутренним сопротивлением 1 Ом подключён реостат, сопротивление которого 5 Ом. Найти силу тока в цепи и напряжение на зажимах источника.
Задание №7
Как можно определить работу электрического тока?
Что такое мощность и как она определяется?
Какими единицами измеряются работа и мощность тока?
Какое количество тепла выделяет 25-ваттная лампочка за каждую секунду?
Объясните, почему провода, ведущие ток к электрической лампочке, практически не нагреваются, в то время как нить лампочки раскаляется добела?
Освещение квартиры требует 5 А при 127 В. Какая мощность в киловаттах при этом расходуется?
[pic] Дуговая лампа, подсоединённая к генератору, потребляет ток силой 10 А, при напряжении 100 В. Рассчитайте мощность, потребляемую лампой. Вычислите количество теплоты, которое выделяется в лампе за 10 минут работы.
[pic] Электродвигатель подключён к источнику постоянного тока напряжением 220 В. Сила потребляемого тока 10 А. Вычислите количество и стоимость электроэнергии, израсходованной за 5 ч работы электродвигателя. Тариф примите 25 коп. за 1 кВт∙ч.
Электрический ток в различных средах.
Носители тока: Формулы
среды
металл
полупроводник
электролит
плазма
газ
вакуум
понятия
собственная проводимость
примесная проводимость
сверхпроводимость
электролиз
эмиссия
Задание №8
От чего и как зависит сопротивление проводников при постоянной температуре?
Происходит ли диссоциация в растворе, в котором тока нет?
Каким образом, опустив два провода от батарейки в стакан с водой, можно узнать, существует ли между ними напряжение?
Электрическую лампу включили в сеть последовательно с электролитической ванной, наполненной слабым раствором поваренной соли. Изменится ли накал лампочки, если добавить в раствор ещё некоторое количество соли
Благодаря каким частицам создаётся электрический ток в электронно-лучевой трубке? Как эти частицы попадают в трубку?
В чём различие при образовании ионов в газах и в электролитах?
Если газ охладить, то он теряет электропроводимость. Почему?
Долгое время считалось, что воздух проводит электричество. Но затем было обнаружено, что если к заряженному электроскопу поднести свечу, то он достаточно быстро разрядится. Благодаря какому из видов газовых разрядов электроскоп теряет заряд?
Чем отличается разряд, описанный в условии предыдущей задачи, от коронного разряда? При каких условиях возможен переход от одного вида разряда к другому?
Вычислите значение силы тока, при которой протекал электролиз, если за 10 минут на электроде выделилось 0,36 г меди. (электрохимический эквивалент рассчитать для двухвалентной меди Cu2+)
Задание №9
Как зависит сопротивление полупроводников от температуры?
Какие носители заряда образуют электрический ток в полупроводнике с собственной проводимостью?
Какие носители заряда являются основными в полупроводнике р-типа (n – типа)?
Какими свойствами обладает р-n переход?
Известно, что полупроводниковые материалы широко применяются во всех радиоустройствах, телевизорах, компьютерах. А знаете ли вы каким типом проводимости обладают полупроводниковые материалы без примесей?
Если есть два резистора: обычный и полупроводниковый (термистор). Их значение сопротивления при комнатной температуре одинаковы. Как определить, какой из них изготовлен из полупроводника?
[pic] Каким типом проводимости будет обладать германий, если к нему добавить в небольших количествах фосфор?
[pic] Почему свободные носители заряда не могут удержаться в области р-n перехода?
ПРИЛОЖЕНИЕ
Диэлектрические проницаемости веществ (ε)
Винипласт .......3,5 Парафинированная
Вода ..................81 бумага.......... 2,2
Керосин …........2,1 Слюда......... 6
Масло.....................2,5 Стекло......... 7
Парафин..................2 Текстолит......7
Удельное сопротивление ρ (при 20 °С) и температурный коэффициент сопротивления α металлов и сплавов
[pic]
Электрохимические эквиваленты, мг/Кл (10-6 кг/Кл)
Алюминий (А13+)… 0,093 Никель (Ni2+)......0,30
Водород (Н+) .... 0.0104 Серебро (Ag+).....1,12
Кислород (О2-) .... 0,083 Хром (Сг3+)......0,18
Медь (Си2+).....0 33 Цинк (Zn2+)......0,34
Олово (Sn2+).....0,62
