Молекулярная физика и термодинамика. Атомная и ядерная физика

Федеральное агенство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тихоокеанский  государственный университет» 
 
 
 
 

                                                                               Кафедра:  «Физики». 
 
 

Контрольная работа

по дисциплине «Физика». 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                        п.  Ванино

                                                                Выполнил студент

                                                                Специальность:          ЭЛК 080502.65

                                                                Курс (год обучения):   1

                                                                Номер зачетной книжки: 090441373

                                                                Фамилия                  Якименко

                                                                Имя                             Галина

                                                                Отчество                   Игоревна

                                                                Проверил    
 
 
 
 
 

Хабаровск 2009 г. 
 

План.

1. «Физика. Механика, молекулярная физика и термодинамика.»

Электростатика. Постоянный ток»...……………………………………………..3

1.1. Задания 1………………………………………………………………………3

1.2. Задания 4………………………………………………………………………3

1.3. Задания 5…...……………………………………………......………………...4

2. «Физика. Магнетизм.  Оптика. Элементы атомной и ядерной  физике»……..5

2.1. Задания 1………………………………………………………………………5

2.2. Задания 3………………………………………………………………………6

2.3. Задания 6………………………………………………………………………7

Список литературы………………………………………………………………..9 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Контрольная работа №1 по дисциплине «Физика». 

«Физика. Механика, молекулярная физика и термодинамика. Электростатика. Постоянный ток». 

Задания 1, 4, 5.

Задача  № 1.

      Тело  массой  2кг движется с ускорением, изменяющимся по закону

a = 5t-10. Определить силу действующую на тело через 5 с после начала действия, и скорость в конце пятой секунды.            

Дано:                                       Решение:

m = 2кг                    Сила, действующая на тело равна F=ma согласно II  
a = 5t-10                закона Ньютона. Если мы найдем ускорение через 5 с

t = 5 с.               можно рассчитать F

F  - ?                                                       a = 5t-10

U₅ - ?                                              a₅ = 5*5-10 = 15 м/с²

F=2*15 = 30H

[F] = кг* м/с² = H

     Найдем  скорость в конце 5 с. Уравнение скорости, так как а мгновенное

                         dU

производная    dt   => U₅ = -10t+2,5t² подставляем значение t=5 с.

U₅ = -10*5+2,5*5²=12,5 м/с² 

Ответ:  F = 30H; U₅ = 12,5 м/с² 
 

Задача  № 4.

      Тело  массой  2кг движется прямолинейно со скоростью, зависимость которой  от времени выражается уравнением a = 2,5t²+10t. Определить путь, пройденный телом за 5 с, и силу, действующую на тело в конце пятой секунды.                 

Дано:                                       Решение:

m = 2кг                    Сила, действующая на тело равна F=ma согласно II  
a = 2,5t²+10t                закона Ньютона. Мгновенное ускорение а, есть первая

t = 5 сек.                                                dU

S - ?                              производная    dt   от скорости a=5t+10 =>

F  - ?                             a₅ = 5*5+10 = 35 м/с²

                                            F = 2*35 = 70H

      При неравномерном движении длина пути за промежуток времени от t₁ до t₂ задается интегралом

       t₂                                  5                                  t₃         5     312,5

S =       U(t) dt =       (2,5t²+10t) dt = 2,5  3  + 5t²   =     3    + 125 = 229,16 м

       t₁                                  0                                              0 

Ответ:  F = 70H; S = 229,2 м 

Задача  № 5.

      Точка движется по окружности радиусом R = 8 м. В некоторый момент времени нормальное ускорение точки a_n = 4 м/с², вектор полного ускорения а образуется в этот момент  вектор нормального ускорения a_n  угол α = 60^o. Найти скорость U и тангенциальное ускорение a_τ точки.                                               

Дано:                                       Решение:

R = 8 м                    
a_n = 4 м/с²                                          

α = 60^o                                               

U - ?                             

a_τ  - ?     

      Полное  ускорение а точки а, движущейся по окружности, есть геометрическая сумма  тангенциального ускорения a_τ направленного по касательной к траектории, и нормальное ускорение a_n – направленного к центру.

а = a_τ + a_n , так как нам известно a_n и угол α = 60^o                                               

a_τ = a_n*tg60^o (так как a_τ   a_n)

a_τ = 4*1,73 = 6,93 м/с²

      Линейная  скорость точки равна U = R ω   (1)

по определению, а нормальное ускорения связано  с угловой скорость  ω;

a_n = ω² R         (2)    

                                                          a_n                         

      Из (2) уравнения ω = √ R   подставляем в    (1)

           a_n

U =  √ R * R = √ a_n R                        

[U] = м/с² *м = м/с

U = √ 4*8 = √ 32 ≈ 2,83 м/с 

Ответ:  U = 2,83 м/с; a_τ = 6,93 м/с² 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

«Физика. Магнетизм. Оптика. Элементы атомной и ядерной  физике». 

Задания 1, 3, 6. 

Задача  № 1.

      По  двум бесконечно длинным прямолинейным  проводникам, Расположенным параллельно друг друга на расстоянии 10 см, текут токи силой

5A и 10A. Определить магнитную индукцию поля в точке, удаленной на 10 см от каждого проводника. Рассмотреть случаи: а) токи текут в одном направлении; б) токи текут в противоположных направлениях.  Решение пояснить чертежом. 

Дано:                  Си:                                     Решение:

I₁ = 5A                5A             а) Рассмотрим случай токов в одном направлении:

I₂ = 10A             10A

d = 10 см          0,1 м 

r₁ = r₂ = 10 см   0,1 м 

В - ? 
 
 

      В₁ – вектор индукции поля создаваемого тока I₁; В₂ - вектор индукции поля создаваемого тока I₂. Согласно принципу суперпозиции В = В₁+В₂ по теореме косинусов                  

В = √ В₁² +В₂² + 2В₁В₂cos α,

     Так как наш треугольник I₁ I₂ А равносторонний по условию r₁ = r₂ = 0,1 м

угол α = 60^o (так как углы равны)

                                            Угол  между векторами В₁ и В₂ также равен α = 60^o,  
                                         как углы со взаимоперпендикулярными  сторонами по  
                                         построению, так как направление векторов пределяется  
                                         по правилу правого винта.

                                         В = √ В₁² +В₂² + 2В₁В₂cos α,           (1) 

      Согласно  определению для индукции магнитного поля прямого тока

      ММo2I     

В =  4π R

        ММo2I₁                       ММo2I₂      

В₁ =    4πr₁      ;          В₂ =    4πr₂      

      Учитывая, что М -  магнитная проницаемость среды   => М = 1, а          Мo = 4π*10^-7 Гн/м – магнитная постоянная в нашем случае.

         4π*10^-72I₁     10^-72I₁     10^-72*5                                                      

В₁ =      4πr₁       =     r₁      =      0,1    = 1*10^-5 Тл 
 

         4π*10^-72I₂     10^-72I₂      10^-7*2*10

В₂ =    4πr₂         =      r₂     =       0,1       =  2*10^-5 Тл      

           10^-72I₁ ²  + 10^-72I₂ ²  + 2 10^-72I₁  10^-72I₂   cos  60^o                                               

В = √      r₁              r₂                  r₁               r₂        

                 10^-710₁ ²  + 10^-720  ²  + 2 10^-710   10^-720   *0,5 =

В = √    0,1            0,1                0,1       0,1 

   =  √  10^-10 + 4*10^-10 + 4*10^-10*0,5 = √ 7* 10^-10 = 2,645*10^-5 Тл

                                               В*С

              Гн/м*А ²  Гн*А        А * А   В*С     В_б/с*С    Вб    Тл*м²

[В] = √      м        =    м²     =       м²    =   м²   =     м²     =  м² =   м²     = Тл

[В] = Тл

                                             б) Рассмотрим токи разнонаправленные ток I₂, как              
                                           в первом случае ток I₁ обратно. Угол между векторами           

                                           В₁ и В₂ равен 30^o + α + 30^o = 30^o +  60 ^o + 90^o = 120^o

                                           В = √ В₁² +В₂² + 2В₁В₂cos 120^о =

                                               = √ (5*10^-10) + 4*10^-10(-0,5) = √ 5*10^-10 - 2*10^-10 =

                                               = √ 3*10^-10 = 1,73*10^-5 Тл

Ответ: В = 2,645*10^-5 Тл для первого случая, где токи текут в одном направлении; В = 1,73*10^-5 Тл для второго случая, где токи текут в противоположных направлениях.   
 
 

Задача  № 3.

      По  круговому проводнику радиусом 12 см течет ток силой 2 А. Перпендикулярно  плоскости кругового проводника на расстоянии 10 см от его центра проходит бесконечно длинный прямолинейный  проводник с током 5 А. Определить магнитную индукцию в центре кругового проводника. Решение пояснить чертежом. 

Дано:               Си:                                     Решение:

R = 12 см      0,12 м

d = 10 см        0,1 м

I₁ = 2A             2A            

I₂ = 5A             5A

В - ? 

     В₁ – вектор индукции магнитного поля кругового тока I₂ - направлена в низ ; В₂ - вектор индукции бесконечно прямого тока I₁. Согласно принципу суперпозиции В = В₁+В₂ результирующую двух перпендикулярных, немного разветвлен в плоскости чертежа векторов найдем по правилу Пифагора.

В² = В₁² +В₂²

В = √ В₁² +В₂²

     По  определению индукции магнитного поля кругового тока

        ММo2I₁                      

В₁ =         2R         

        ММo*2I₁                      

В₁ =  4π      2R  - индукция прямого тока, где Мo = 4π*10^-7 Гн/м – магнитная постоянная, М – магнитная проницаемость среды для вакуума М = 1. 

         4π*10^-72    

В₁ =   2*0,12       =   1,05*10^-5 Тл 

         4π*10^-7 * 2*5        

В₂ =     4π          0,1  =  1*10^-5 Тл      

              Гн/м*А ²  Гн*А        А * А   В*С     В_б/с*С    Вб    Тл*м²

[В] = √      м        =    м²     =       м²    =   м²   =     м²     =  м² =   м²     = Тл

[В] = Тл

      Результирующий  вектор

В = √ В₁² +В₂² = √ 1,05² + 1² = 1,45 Тл 

Ответ:  В = 1,45 Тл 
 

Задача № 6.

      Два прямолинейных, бесконечно длинных  проводника скрещены под прямым углом. По проводникам текут токи 8 и 6 А. Расстояние между проводниками 10 см. Определить магнитную индукцию поля в точке, одинаково удаленной  от обоих проводников. Решение пояснить чертежом. 

Дано:               Си:                                     Решение:

I₁ = 8A             8A             Направим проводник I₁ от нас, проводник I₂ – вправо.

I₂ =6A              6A

d = 10 см        0,1 м

В - ? 
 
 

     В₁ – вектор индукции прямого тока I₁;

В₂ - вектор индукции магнитного поля тока I₂ расстояние между проводниками d = 0,1 м точка 0 – одинаково удаленна от каждого проводника находится по середине = 0,05 по построению результирующим вектором

В = √ В₁² +В₂² согласно теореме Пифагора. 

         1*4π*10^-7 * 2*8            

В₁ =      4π            0,05 =   3,2*10^-5 Тл 

         1*4π*10^-7 * 2*6        

В₂ =     4π             0,05  =  2,4*10^-5 Тл      

В = √ В₁² +В₂² = √ (3,2*10^-5)² + (2,4*10^-5)² = √ (10,24 + 5,76) 10^-10 =                            
    = √ 16*10^-10 = 4*10^-5 Тл 

Ответ:  В = 4*10^-5 Тл   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  литературы: 

1. Шубин А.С. Курс общей физики. М.: Наука, 1979. 480 с.

2. Трофимова Т. И. Курс физики. М.: Высш. шк., 1997. 542 с.

3. Детлаф А. А., Яворский Б. М. Курс физики. М.: Высш. шк.,1989. 608 с.

4. Савельев И. В., Курс общей физики. В 2т. М.: Наука, 1982. Т.1,2. 432 с., 496 с.

5. Чертов А. Г., Воробьев А. А. Задачник по физике / Под ред. А. Г. Чертова. М.: Высш. шк., 1988. 577 с.

6. Волькенштейн В. С. Сборник задач по общему курсу физики. М.: Наука, 1990. 400 с.