Решение задач по физике ЮУрГУ

Решение задач по физике ЮУрГУ

Цена решения 100 руб.

dipkurrf@ya.ru

При решении задач необходимо выполнить следующее:
1. Сформулировать задачу, т. е. записать конкретное словесное условие задачи с
числовыми значениями.
2. Дать конкретный чертеж, поясняющий содержание задачи соответствующего
варианта.
3. Решение задачи сопровождать краткими, но исчерпывающими пояснениями,
раскрывающими физический смысл употребляемых формул (указать основные
законы, буквенные обозначения величин).
4. Решить задачу в общем виде и получить рабочую формулу,

т. е. выразить искомую
величину в буквенных обозначениях величин, заданных в условии задачи.
5. Выразить все величины, входящие в рабочую формулу, в единицах СИ.
6. Подставить в рабочую формулу числовые значения, выраженные в единицах СИ.
7. Произвести вычисление величин, руководствуясь правилами приближенных
вычислений.
Примечание: В задачах 3, 4, 6 номер варианта соответствует номеру задачи.

ЗАДАЧА 1. ЗАКОНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
К источнику тока с ЭДС и внутренним сопротивлением r присоединены три
сопротивления R1, R2 и R3 как показано на схеме (рис. 2). Определить:
1) силу тока короткого замыкания Iкз.; общее сопротивление R внешней цепи;
2) силу тока I во внешней цепи, напряжение Ur во внутренней цепи, напряжение U
во внешней цепи при замкнутом ключе К; силы тока I1, I2, I3 и падение напряжений U1,
U2, U3 соответственно на сопротивлениях R1, R2 и R3;
3) показания вольтметра сопротивлением Rv при разомкнутом ключе К;
относительную погрешность в показаниях вольтметра без учёта тока, идущего через
вольтметр;
4) полную мощность Р источника тока; полезную мощность Рп во внешней цепи;
максимальную полезную мощность Рmax. в режиме согласования источника ток с его
нагрузкой; КПД источника тока; количество теплоты Q1, Q2, Q3, выделяемое в секунду
при прохождении тока соответственно на сопротивлениях R1, R2 и R3;

ЗАДАЧА 3. СИЛА ЛОРЕНЦА, СИЛА АМПЕРА, ЗАКОН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ ФАРАДЕЯ
Примечание: в вариантах, в которых рассматривается α-частица, считать ее массу
равной четырем массам протона. Заряд α-частицы равен по модулю двум зарядам
электрона.
1. В однородном магнитном поле с индукцией В = 100 мкТл по винтовой линии
движется электрон. Определить его скорость вращения, если шаг h винтовой линии
равен 20 см, а радиус вращения R = 5 см.
2. В однородном магнитном поле с индукцией В = 20 мкТл по винтовой линии движется
электрон. Электрон влетел в поле под углом 300 к силовым линиям, имея импульс
р = 10-24 кг∙м/с. Найти радиус вращения электрона.
3. Электрон влетает в однородное магнитное поле под углом 450 к силовым линиям,
имея энергию W = 5,5 ∙ 10-19 Дж. Магнитная индукция В = 10 мкТл. Найти радиус
вращения электрона.
4. Электрон влетает под некоторым углом в однородное магнитное поле с индукцией В
= 30 мкТл, имея импульс р = 10-25 кг∙м/с. Радиус вращения R = 1,04 см. Определить
угол, под которым электрон влетел в поле.
5. α-частица и протон вращаются по окружности с одинаковой скоростью в одном и том
же однородном магнитном поле. Во сколько раз различаются их радиусы вращения?
6. α-частица и протон вращаются по окружности с одинаковой скоростью в одном и том
же однородном магнитном поле. Во сколько раз различаются их периоды вращения?
7. Протон влетает перпендикулярно однородному магнитному полю. Во сколько раз и
как изменится его радиус вращения, если поле увеличить в 2 раза, а протон влетит
ортогонально этому полю с учетверенной энергией?
8. Протон влетает перпендикулярно однородному магнитному полю. Во сколько раз и
как изменится его радиус вращения, если поле увеличить в 2 раза, а протон влетит
ортогонально этому полю с учетверенной энергией? Как изменится его период
вращения?
9. Протон прошел ускоряющую разность потенциалов U = 5 ∙ 104 В и влетел
ортогонально силовым линиям в однородное магнитное поле. Магнитная индукция В
= 0,1 Тл. Найти радиус вращения протона.
10. Протон прошел ускоряющую разность потенциалов и влетел в однородное магнитное
поле с индукцией В = 0,1 Тл под углом 600 к силовым линиям. Шаг винтовой линии h
= 0,454 м. Найти ускоряющую разность потенциалов.
11. Электрон прошел ускоряющую разность потенциалов U = 104 В и влетел в
однородное магнитное поле под углом 300 к силовым линиям. Радиус вращения 1 см.
Найти магнитную индукцию.
12. α-частица прошла ускоряющую разность потенциалов U = 104 В и влетела в
однородное магнитное поле под углом 600 к силовым линиям. Магнитная индукция 1
Тл. Найти шаг винтовой линии.
13. Под влиянием однородного магнитного поля направленного вертикально,
параллельно поверхности земли с ускорением а = 0,2 м/с2 движется алюминиевый
проводник сечением S = 1 мм2. Проводник движется по направляющим без трения. По
проводнику течет ток I = 5 А и его направление перпендикулярно полю. Найти
индукцию поля В.14. Медный прямолинейный проводник с током I сечением S = 0,5 мм2 движется
параллельно поверхности земли в однородном магнитном поле с индукцией В = 2 мТл
перпендикулярно силовым линиям с ускорением а = 0,5 м/с2. Найти ток, текущий в
проводнике, если сам проводник перпендикулярен полю и движется по
направляющим без трения. Индукционный ток не учитывать.
15. Прямой проводник длиной l = 10 см, по которому течет ток силой I = 5 А, находится в
однородном магнитном поле с индукцией В = 0,01 Тл. На провод действует сила
Ампера F = 2,5 мН. Найти угол между направлениями вектора
В
и тока.
16. Прямой алюминиевый провод некоторой длины, по которому протекает ток I,
расположен в горизонтальном однородном магнитном поле перпендикулярно его
силовым линиям. Провод находится во взвешенном состоянии. Индукция поля В = 0,1
Тл, сечение провода S = 2 мм2. Найти ток в проводе.
17. Прямой медный провод, по которому течет ток I = 5 А, расположен в горизонтальном
однородном магнитном поле перпендикулярно его силовым линиям. Провод
находится во взвешенном состоянии. Сечение провода S = 3 мм2. Найти индукцию
поля.
18. Прямой никелевый провод, по которому течет ток I = 2 А, расположен в
горизонтальном однородном магнитном поле перпендикулярно его силовым линиям.
Провод находится во взвешенном состоянии. Индукция поля В = 1 Тл. Найти площадь
поперечного сечения провода.
19. Прямой провод некоторой длины, по которому течет ток I = 1 А, расположен в
горизонтальном однородном магнитном поле перпендикулярно его силовым линиям.
Провод находится во взвешенном состоянии. Индукция поля В = 0,1 Тл, сечение
провода S = 3,78 мм2. Из какого металла сделан провод?
20. Параллельно поверхности земли расположен бесконечно длинный проводник, по
которому течет некоторый ток I1. Над этим проводником на расстоянии r = 1 см от
него расположен отрезок алюминиевого проводника сечением S = 1 мм2, находящийся
в равновесии. Проводники параллельны друг другу. Найти ток I1.
21. Проводник длиной l = 20 см и сопротивлением R = 2 Ом согнут в виде квадрата, и
концы его замкнуты. Квадрат помещен в однородное магнитное поле с индукцией 1
Тл так, что плоскость его перпендикулярна линиям индукции. Какой ток протечет по
проводнику, если квадрат, потянув за противоположные вершины, за время t = 1 с
вытянуть в линию?
22. Проводящее кольцо сопротивлением R = 4 Ом расположено в однородном магнитном
поле с индукцией В = 1 Тл перпендикулярно силовым линиям. Взявшись за
диаметрально противоположные точки кольца, его за 1 с вытянули в линию. При этом
по кольцу протек ток I = 0,314 мА. Найти радиус кольца.
23. Имеется проводящее кольцо сопротивлением R = 5 Ом с площадью S = 10 см2. В
некоторый момент в пространстве возникает магнитное поле, которое изменяется со
временем по закону В = At, где А = 50 Тл/с. При этом линии индукции
перпендикулярны плоскости кольца. Какой ток будет протекать по кольцу?
24. Имеется проводящее кольцо сопротивлением R = 4 Ом. В некоторый момент в
пространстве возникает магнитное поле, которое начинает изменяться со временем по
закону В = At, где А = 40 Тл/с. Линии индукции перпендикулярны плоскости кольца.
При этом в кольце течет ток I = 50 мА. Определить площадь кольца.

ЗАДАЧА 4. ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА
1. В опыте Юнга щели, расстояние между которыми 0,5 мм, освещались
монохроматическим светом длиной волны 700 нм. Расстояние от щелей до экрана 1,5
м. Найти расстояние между второй и шестой темными интерференционными
полосами.
2. В интерференционном опыте Юнга две узкие щели, расположенные на расстоянии 1
мм друг от друга, освещаются светом с длиной волны 700 нм. На экране,
расположенном на расстоянии 2 м от щелей, наблюдаются полосы интерференции.
Определить расстояние между максимумами 4-го порядка.
3. Определить длину волны монохроматического излучения, если в опыте Юнга
расстояние от середины центральной полосы до середины первого
интерференционного максимума равно 1,5 мм, расстояние между щелями 0,5 мм.
Экран расположен на расстоянии 2 м от щелей.
4. На масляную пленку, находящуюся на поверхности воды, нормально падает белый
свет. Определить наименьшую толщину пленки, при которой пленка будет окрашена
в желтый цвет при наблюдении в отраженном свете. Показатели преломления: масла
— 1,5, воды — 1,33. Длина волны желтого света 600 нм.
5. На поверхности воды находится тонкая плёнка скипидара (n = 1,48) толщиной 0,25
мкм. Какого цвета представится пленка при наблюдении её в отраженном свете под
углом 60°?
6. Белый свет, падающий нормально на мыльную плёнку (показатель преломления 1,33)
и отраженный от неё, даёт в видимом спектре интерференционный максимум на
волне длиной 630 нм и ближайший к нему минимум на волне 650 нм. Какова
толщина плоскопараллельной плёнки?
7. На мыльную плёнку падает белый свет под углом 30°. При какой наименьшей
толщине плёнка будет казаться фиолетовой (λ = 380 нм), если наблюдение ведётся в
отраженном свете?
8. Тонкая плёнка с показателем преломления 1,5 освещается рассеянным светом с
длиной волны 600 нм. При какой минимальной толщине плёнки исчезнут
интерференционные полосы?
9. Определить толщину мыльной плёнки, если при наблюдении её в отраженном свете
она представляется зелёной (λ = 500 нм), а угол между нормалью и лучом зрения
равен 30°. Показатель преломления мыльной воды равен 1,33.
10. На стеклянный клин с показателем преломления 1,5 нормально падает
монохроматический свет. На 1 м длины клина наблюдается 2000 темных
интерференционных полос. Определить длину волны света, если угол при вершине
клина равен 1 минуте.
11. На изображении натриевого пламени (длина волны 589 нм), наблюдаемом на
вертикальной мыльной плёнке, видны тёмные горизонтальные полосы. Расстояние
между серединами тёмных полос равно 3 мм. Показатель преломления мыльной воды
1,33. Определить угол между поверхностями мыльной пленки.
12. На стеклянный клин с показателем преломления 1,5 нормально падает
монохроматический свет с длиной волны 700 нм. Определить, на каком расстоянии
от вершины клина наблюдается вторая светлая полоса в проходящем свете, если угол
при вершине клина равен 10 секунд.
13. Установка для наблюдения колец Ньютона освещается светом с длиной волны 600
нм. Определить толщину воздушной прослойки между линзой и стеклянной
пластинкой в месте наблюдения третьего кольца Ньютона в отраженном свете.14. Определить расстояние между вторым и пятым темными кольцами Ньютона, если
радиус кривизны линзы равен 2 м, а длина волны света 600 нм. Наблюдение ведется в
проходящем свете.
15. Радиус второго тёмного кольца Ньютона в отраженном свете 0,4 мм. Определить
радиус кривизны плоско-выпуклой линзы, взятой для опыта, если она освещается
монохроматическим светом с длиной волны 640 нм.
16. Найти радиус десятого темного кольца Ньютона, если между линзой и
плоскопараллельной пластинкой, на которой лежит линза, налита жидкость с
показателем преломления 1,33. Радиус кривизны выпуклой поверхности линзы равен
2 м. Наблюдение ведется в отраженном свете, длина волны света 500 нм. Линза и
пластинка выполнены из одного материала.
17. Найти показатель преломления жидкости, заполняющей пространство между
стеклянной пластинкой и лежащей на ней плосковыпуклой линзой, если при
наблюдении в проходящем свете радиус третьего темного кольца Ньютона оказался
равным 1 мм. Радиус кривизны выпуклой поверхности линзы равен 1 м. Установка
освещается светом с длиной волны 600 нм.
18. Радиус кривизны плоско-выпуклой линзы 4 м. Чему равна длина волны падающего
света, если радиус пятого светлого кольца в отраженном свете равен 3,6 мм?
19. Каков радиус кривизны линзы, если для волны длиной 600 нм первое тёмное кольцо
в отраженном свете имеет радиус 0,3 мм?
20. Установка для наблюдения колец Ньютона освещается светом с длиной волны 400
нм. Определить толщину воздушной прослойки между линзой и стеклянной
пластинкой в месте наблюдения второго кольца Ньютона в проходящем свете.
21. Определить расстояние между пятым и десятым темными кольцами Ньютона, если
радиус кривизны линзы равен 1,5 м, а длина волны света 500 нм. Наблюдение ведется
в отраженном свете.
22. Найти показатель преломления жидкости, заполняющей пространство между
стеклянной пластинкой и лежащей на ней плосковыпуклой линзой, если при
наблюдении в отраженном свете радиус пятого светлого кольца Ньютона оказался
равным 1,5 мм. Радиус кривизны выпуклой поверхности линзы равен 1,5 м.
Установка освещается светом с длиной волны 450 нм.
23. Плоско-выпуклая линза, радиус кривизны которой равен 1 м, лежит выпуклой
поверхностью на стеклянной пластинке. Пространство между линзой и пластинкой
заполнено жидкостью. При наблюдении в проходящем свете (λ = 700 нм) радиус
восьмого тёмного кольца Ньютона оказался равным 2 мм. Определить показатель
преломления жидкости.
24. Найти радиус второго светлого кольца Ньютона, если между линзой и пластинкой
налит бензол (показатель преломления его 1,6). Радиус кривизны линзы 1 м.
Показатели преломления материала линзы и пластинки одинаковы. Наблюдение
ведётся в проходящем свете с длиной волны 589 нм.ЗАДАЧА

5. ДИФРАКЦИЯ СВЕТА
На дифракционную решётку длиной l1, содержащую N1 штрихов, нормально к её
поверхности падает монохроматический свет с длиной волны . На экран, изготовленный из
диэлектрика, находящийся от решётки на
расстоянии L, с помощью линзы,
расположенной вблизи решётки,
проецируется дифракционная картина, причём
первый главный максимум находится на
расстоянии l от центрального (рис. 2).
Определить:
1) период d дифракционной решётки; число
штрихов n0 на 1 мм её длины;
2) наибольший порядок kmax. спектра; общее
число N главных максимумов, даваемых решёткой; угол дифракции ,
соответствующий последнему максимуму;
3) максимальный угол дифракции в случае, если свет падает под углом к её
нормали (рис. 4.1);
4) максимальную разрешающую способность Rmax. дифракционной решётки; разность
длин волн , разрешаемую этой решёткой в спектре второго порядка;
Числовые значения параметров задачи

ЗАДАЧА 6. ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА
1. Определить угол между главными плоскостями двух николей, если после
прохождения света через николи интенсивность его уменьшилась в 4 раза.
2. Поглощение света в николе таково, что наибольшая сила поляризованного света,
прошедшего через николь, равна 95 % падающего на него поляризованного света. Во
сколько раз уменьшится интенсивность естественного луча после прохождения двух
николей, оси которых составляют угол 40°?
3. Определить угол между главными плоскостями поляризатора и анализатора, если
интенсивность естественного света, прошедшего через поляризатор и анализатор,
уменьшилась в 5 раз. Поглощение света 10 %.
4. Угол между плоскостями поляризатора и анализатора 60°. Естественный свет,
проходя через такую систему, ослабляется в 10 раз. Пренебрегая потерей света при
отражении, определить коэффициент поглощения в поляроидах.
5. Главные плоскости двух призм Николя образуют между собой угол 30°. Как
изменится интенсивность прошедшего света, если главные плоскости поставить под
углом 45°?
6. Чему равен угол между главными плоскостями двух николей, если после
прохождения через них света его интенсивность уменьшилась в 6 раз?
7. Во сколько раз уменьшится интенсивность естественного света, прошедшего через
поляризатор и анализатор, если угол между главными оптическими плоскостями
поляризатора и анализатора равен 30°, а поглощение света в анализаторе и
поляризаторе пренебрежимо мало?
8. Во сколько раз уменьшится интенсивность естественного света, прошедшего через
поляризатор и анализатор, если угол между главными оптическими плоскостями
поляризатора и анализатора равен 45°, коэффициенты поглощения света в
анализаторе и поляризаторе соответственно равны 0,08 и 0,1?
9. Естественный свет проходит через систему из двух одинаковых поляризаторов, угол
между главными плоскостями которых равен 60°. Определить коэффициент
поглощения света в каждом поляризаторе, если известно, что интенсивность света,
прошедшего систему, уменьшается в 32 раза.
10.Угол между плоскостями анализатора и поляризатора 30°. Естественный свет,
проходя через такую систему, ослабляется в 4 раза. Пренебрегая потерей света при
отражении, определить коэффициенты поглощения света в поляроидах.
11.Во сколько раз уменьшится интенсивность естественного света при прохождении его
через два николя, плоскости поляризации которых составляют 60 °?
12.Чему равен угол между главными плоскостями двух николей, если после
прохождения через них интенсивность лазерного луча уменьшилась в 3 раза?
13.Определить угол между главными плоскостями поляризатора и анализатора, если
интенсивность естественного света, прошедшего через поляризатор и анализатор,
уменьшилась в 8 раз. Поглощение света 20 %.
14.Определить, во сколько раз ослабится интенсивность естественного света,
прошедшего через два николя, главные плоскости которых образуют угол в 60°, если
каждый из николей как поглощает, так и отражает 5 % падающего на них света.
15.Угол полной поляризации при отражении света от кристалла равен 70 градусов.
Определить скорость распространения света в этом кристалле.16.Под каким углом должен падать свет из воздуха на поверхность жидкости, налитой в
стеклянный сосуд, чтобы свет, отраженный от дна сосуда, был полностью
поляризован? Показатели преломления жидкости и стекла равны 1,3 и 1,5
соответственно.
17.Угол преломления луча в жидкости 40°. Определить скорость света в жидкости, если
отраженный луч максимально поляризован.
18.Предельный угол полного внутреннего отражения пучка света на границе жидкости с
воздухом равен 43°. Определить угол Брюстера для падения луча из воздуха на
поверхность этой жидкости.
19.Пучок света, идущий в воздухе, падает на поверхность жидкости под углом 54°.
Определить угол преломления пучка, если отраженный пучок полностью
поляризован.
20.Пучок естественного света падает на стекло с показателем преломления 1,73.
Определить, при каком угле преломления отраженный от стекла пучок света будет
полностью поляризован.
21.Определить коэффициент преломления прозрачного вещества, для которого
предельный угол полного внутреннего отражения равен углу полной поляризации.
22.Луч света, падающий на поверхность раствора, частично отражается, частично
преломляется. Определить показатель преломления раствора, если отраженный луч
полностью поляризуется при угле преломления, равном 30°.
23.Определить коэффициент преломления непрозрачной эмали, для которой угол
полной поляризации при отражении оказался равным 58°.
24.Под каким углом должен падать пучок света из воздуха на поверхность жидкости,
чтобы при отражении от дна стеклянного сосуда (nc = 1,5), наполненного водой (пв =
1,33), свет был бы полностью поляризован?

ЗАДАЧА 7. ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
Поглощательная способность тела площадью поверхности S при температуре Т
равна АТ. Определить:
1) энергетическую светимость RT тела и его радиационную температуру Тр;
2) поток энергии Ф и энергия W, излучаемая телом в виде электромагнитных волн за
время t;
3) длину волны , соответствующую максимальной спектральной плотности
энергетической светимости ( )max.., считая АТ = 1;
4) как изменится длина волны , соответствующая максимуму спектральной
плотности энергетической светимости тела, если площадь, ограниченная графиком
спектральной плотности энергетической светимости тела, при переходе от
температуры Т1 = Т до температуры Т2 увеличилась в n раз при АТ = 1;
5) объёмную плотность u(T) энергии электромагнитного излучения тела и давление Р
теплового излучения.
ЗАДАЧА 8. ФОТОЭФФЕКТ
На плоскую металлическую пластину площадью S с коэффициентом отражения и
работой выхода А, служащую фотокатодом вакуумного фотоэлемента, падает нормально
параллельный монохроматический пучок света интенсивностью I и длиной волны .
Считая фотоэффект линейным, определить:
1) частоту , энергию , массу и импульс , падающих на пластину фотонов;
2) красную границу фотоэффекта , максимальную кинетическую энергию Кmax.
фотоэлектронов и задерживающую разность потенциалов Uз., при которой прекратится
фотоэффект;
3) световое давление P на пластину, величину светового потока Фе и число фотонов nпогл.,
поглощаемых ежесекундно пластиной;
4) максимальный импульс Рmax., передаваемый пластине при вылете электрона; силу
фототока насыщения Iфн, полагая что каждый поглощённый пластиной фотон вырывает
фотоэлектрон;
5) на рисунках 7.1 (а, б) представлены вольт – амперные характеристики фотоэффекта:
Объясните причины отличия этих кривых.
Числовые значения параметров задачи
ЗАДАЧА 9. ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА
Период полураспада радиоактивного нуклида равен Т1/2. Определить:
1) используя Периодическую систему химический элемент соответствующего нуклида;
число протонов Z и нейтронов N в составе нуклида;
2) дефект массы Δm, энергию связи Есв. и удельную энергию связи (в
электронвольтах) этого нуклида;
3) постоянную распада и среднюю продолжительность жизни нуклида; активность а
этого изотопа по истечению промежутка времени, равного половине периода
полураспада t = , если его активность в начальный момент времени а0; какая доля k
первоначального количества ядер изотопа распадётся за это время;
4) конечный продукт деления после одного акта — распада и одного акта – распада;
энергию – распада ядра (в электронвольтах);
5) энергию ядерной реакции + + ; является эта реакция экзотермической
или эндотермической?
Числовые значения параметров задачи