Две параллельные металлические пластины расположенные горизонтально

Обновлено: 17.05.2024

За лето ребенок растерял знания и нахватал плохих оценок? Не беда! Опытные педагоги помогут вспомнить забытое и лучше понять школьную программу. Переходите на сайт и записывайтесь на бесплатный вводный урок с репетитором.

Вводный урок бесплатно, онлайн, 30 минут

Предварительный просмотр:

Подписи к слайдам:

Решение задач высокого уровня сложности Мастер-класс учителя физики МБОУ Красногорской СОШ №2 Лукьяненко Л .В. Подготовка к ЕГЭ по физике

Мой мастер-класс посвящен проблеме обучения учащихся решению задач высокого уровня сложности из разных разделов физики. Решение физических задач в старших классах позволяет учащимся не только лучше понять законы природы, но и постоянно тренировать мышление, что является одной из главных задач средней школы. Уметь решать трудные задачи очень важно для нынешних выпускников школ, сдающих ЕГЭ по физике, ведь 2 часть КИМов содержит задачи( №27-32) , за выполнение которых можно получить 2-3 балла.

Примеры решения задач высокого уровня сложности из ЕГЭ по физике (часть 2) )

Качественная задача На рисунке приведена электрическая цепь, состоящая из гальванического элемента, реостата, трансформатора, амперметра и вольтметра. В начальный момент времени ползунок реостата установлен посередине и неподвижен. Опираясь на законы электродинамики, объясните, как будут изменяться показания приборов в процессе перемещения ползунка реостата влево. ЭДС самоиндукции пренебречь по сравнению с ε. 1. Во время перемещения движка реостата показания амперметра будут плавно увеличиваться, а вольтметр будет регистрировать напряжение на концах вторичной обмотки. Примечание: Для полного ответа не требуется объяснения показаний приборов в крайнем левом положении. (Когда движок придет в крайнее левое положение и движение его прекратится, амперметр будет показывать постоянную силу тока в цепи, а напряжение, измеряемое вольтметром, окажется равным нулю.) 2. При перемещении ползунка влево сопротивление цепи уменьшается, а сила тока увеличивается в соответствии с законом Ома для полной цепи I= ε /( R+r) , где R – сопротивление внешней цепи. 3 . Изменение тока, текущего в первичной обмотке реостата вызывает изменение индукции магнитного поля, создаваемого этой обмоткой. Это приводит к изменению магнитного потока через вторичную обмотку трансформатора. 4. В соответствии с законом индукции Фарадея возникает ЭДС индукции ε инд =- ΔΦ / Δ t во вторичной обмотке, а следовательно, напряжение U на ее концах, регистрируемое вольтметром.

№ 27 (ЕГЭ-20г) Две параллельные металлические пластины, расположенные горизонтально, подключены к электрической схеме, приведённой на рисунке. Между пластинами находится в равновесии маленькое заряженное тело массой m и зарядом q. Электростатическое поле между пластинами считать однородным. Опираясь на законы механики и электродинамики, объясните, как и в какую сторону начнёт двигаться тело, если сдвинуть ползунок реостата влево .

№ 27 (демовариант 2021г .) Лёгкая нить, привязанная к грузу массой m = 0,4 кг, перекинута через идеальный неподвижный блок. К правому концу нити приложена постоянная сила F. Левая часть нити вертикальна, а правая наклонена под углом 30° к горизонту (см. рисунок). Постройте график зависимости модуля силы реакции стола N от F на отрезке 0 ≤ F ≤10 Н. Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности Вы использовали для объяснения. Сделайте рисунок с указанием сил, приложенных к грузу.

1 . Если сила F достаточно мала, груз покоится относительно стола (эту систему отсчёта будем считать инерциальной). На груз при этом действуют сила тяжести mg, сила реакции со стороны стола N и сила натяжения нити T. Запишем второй закон Ньютона для груза в проекциях на ось y введённой системы отсчёта: N + T - mg = 0. Поскольку нить лёгкая, а блок идеальный, модуль силы натяжения нити во всех точках одинаков, поэтому Т = F. Отсюда получаем : N = mg – F ≥ 0 при F≤ mg = 4Н. 2. При F > mg = 4Н груз отрывается от стола и движется вдоль оси y с ускорением. На груз при этом действуют только сила тяжести mg и сила натяжения нити T', а модуль силы реакции стола N = 0. Таким образом: а) при F≤ mg = 4Н N = mg - F; б) при F > mg = 4Н N = 0. 3. График этой зависимости представляет собой ломаную линию.

№ 28 (демовариант -21г) В калориметре находятся в тепловом равновесии вода и лёд. После опускания в калориметр болта, имеющего массу 165 г и температуру –40 °С, 20% воды превратилось в лёд. Удельная теплоёмкость материала болта равна 500 Дж/(кг · К). Какая масса воды первоначально находилась в калориметре? Теплоёмкостью калориметра пренебречь. Так как вода и лёд находятся в тепловом равновесии, то и до опускания болта, и после его нагревания температура в сосуде t0 = 0 °С. Согласно уравнению теплового баланса количество теплоты, выделившееся при замерзании воды, было затрачено на нагревание болта: 0,2m r = cm1(t0_ - t) , где m — масса воды в сосуде, m1 — масса болта, с — удельная теплоёмкость болта, r — удельная теплота плавления льда, t — начальная температура болта. Получим: m = 0,05 кг. Ответ: m = 0,05 кг

№ 29 (демовариант-21г) Невесомый стержень АВ с двумя малыми грузиками массами m1 = 200 г и m2 = 100 г, расположенными в точках C и B соответственно, шарнирно закреплён в точке А. Груз массой M = 100 г подвешен к невесомому блоку за невесомую и нерастяжимую нить, другой конец которой соединён с нижним концом стержня, как показано на рисунке. Вся система находится в равновесии, если стержень отклонён от вертикали на угол α = 30° , а нить составляет угол с вертикалью, равный β = 30° . Расстояние АС = b = 25 см. Определите длину l стержня АВ. Сделайте рисунок с указанием сил, действующих на груз M и стержень .

1. Систему отсчёта, связанную с Землёй, считаем инерциальной. Введём декартову систему координат хОу, как показано на рисунке. Поскольку груз находится в равновесии, согласно второму закону Ньютона T_1 - Mg = 0 (1). 2. На стержень с грузами m1 и m2 действуют силы m_1g и m_2g, а также сила натяжения нити Т. Поскольку нить невесома, то T_1 = T_2 =T. Кроме того, на стержень действует сила F со стороны шарнира. Запишем условие равенства нулю суммы моментов этих сил относительно оси вращения, проходящей через точку А — точку шарнирного закрепления стержня: m 1qbsinα + m2qlsinα -T AD =0 (2) Решая систему уравнений (1) и (2), с учётом AD=l sin ϕ = l sin( α+β) , получим L=68 ,3см

Решение задачи №30 Состояние идеального газа описывается уравнение Менделеева — Клапейрона pV = mRT / M . При кипении масса пара увеличивается, температура пара равна температуре кипения и остаётся постоянной пока весь бензол не выкипит, давление по условию также постоянно. Значит, выполняется соотношение: p V= RT ∆ m / M . При передаче газу теплоты Q испаряется ∆ m = Q / L бензола. Найдём работу, которую совершает пар: A=p ∆ V= RT ∆ m / M = RTQ /( ML ) И по первому началу термодинамики Q = ∆ U + A ; ∆ U = Q - A = Q - 0,095Q = 0,905Q увеличение внутренней энергии составляет 90,5% от подводимого количества теплоты. Ответ: 90,5%.

Нижняя грань BC прозрачного клина посеребрена и представляет собой плоское зеркало. Угол при основании клина α =60° . Луч света падает из воздуха на клин перпендикулярно грани AC, преломляется и выходит в воздух через другую грань под углом ϒ =45° к её нормали. Определите показатель преломления материала клина. Сделайте рисунок, поясняющий ход луча в клине. № 32 (ЕГЭ -2020)

Решение №32 (ЕГЭ-20) 1. Поскольку луч падает на грань AC перпендикулярно, он на ней не преломляется, а, падая на грань BC, согласно закону отражения света отражается под тем же углом α . Следовательно, β = 90- α 2. Закон преломления света на грани AB: n sin β = sin γ, n sin(90– α) = sin γ. п = sin γ/ cos α ≈1,4. Ответ: п = 1,4

Две параллельные металлические пластины расположенные горизонтально

Тип 26 № 7640

Поток фотонов падает на металлическую пластину с работой выхода 2,6 эВ и выбивает из пластины фотоэлектроны, которые попадают в замедляющее однородное электрическое поле с модулем напряжённости 1 В/м. Какое время проходит от момента начала замедления фотоэлектронов до их полной остановки, если энергия падающего фотона 11,5 эВ? Считайте, что все фотоэлектроны при вылете из пластины имеют одинаковую скорость. Ответ дайте в мкс, округлив до целого.

Энергия фотоэлектрона Отсюда находим начальную скорость фотоэлектрона:

После вылета движение равнозамедленное, т. е.

Находим время до полной остановки из условия :

Тип 24 № 7959

На металлической пластинке, которая лежит на земле, лежит металлический шарик. Над ним параллельно земле расположена другая пластинка, подключённая к клеммам высоковольтного выпрямителя, на который подают отрицательный заряд. Опираясь на законы механики и электростатики, объясните, как будет двигаться шарик.

Так как пластина и шарик металлические, они имеет свободные носители заряда — электроны. Под действием заряда верхней пластины шарик и нижняя пластина зарядятся положительно, как показано на рисунке, отрицательный заряд «утечёт» в землю (явление электростатической индукции).

Под действием силы Кулона шарик притянется к верхней пластинке и при касании приобретёт отрицательный заряд (электризация касанием). Заряженный шарик будет отталкиваться от одноимённо заряженной пластины и упадёт на нижнюю пластинку, где снова станет положительным, а отрицательный заряд «утечёт» в землю.

Процесс будет повторяться бесконечно, то есть шарик будет колебаться между пластинками, пока на верхнюю пластину подаётся отрицательный заряд.

Если быть точными, то такой ответ может быть не всегда. Из условия НЕ очевидно, какой этот шарик. Я бы добавила или в условие, или в решение, что шарик должен быть маленьким, иначе сила тяжести может не позволить ему совершать описанное движение.

«Шарик» маленький, иначе был бы «массивный шар».

Задания Д21 № 19738

Установите соответствие между физическими опытами и физическими явлениями, которые наблюдаются в этих опытах. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

А) При освещении ярким светом металлической пластины конденсатора из неё вылетают электроны — это можно зарегистрировать, включив конденсатор в электрическую цепь.

1) давление света

2) преломление света

4) интерференция света

Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:

А. При освещении светом металлической пластины наблюдается явление фотоэффекта.

Б. Крыльчатка вращается в результате давления, которое оказывает свет.

Тип 24 № 29731

На металлической пластинке, которая лежит на земле, лежит очень маленький металлический шарик. Над ним параллельно земле расположена другая пластинка, подключённая к клеммам высоковольтного выпрямителя, на который подают отрицательный заряд. Опираясь на законы механики и электростатики, объясните, как будет двигаться шарик.

1. Вокруг верхней отрицательно заряженной пластины создается электрическое поле. В результате электростатической индукции пластина, лежащая на земле, и металлический шарик приобретают положительный заряд.

2. Между двумя пластинами возникает электростатическое поле, вектор напряженности которого направлен вертикально вверх. Данное поле действует на шарик электрической силой направленной вертикально вверх.

3. Так как источник имеет высокое напряжение, можно предположить, что сила действия электрического поля больше силы тяжести, действующей на шарик. Поэтому равнодействующая данных сил будет направлена вверх. Тогда шарик начнет двигаться вверх до соприкосновения с верхней пластиной.

4. При касании произойдет изменение заряда шарика с положительного на отрицательный. Тогда сила действия электрического поля на шарик станет направленной вниз. Равнодействующая сил также будет направлена вниз, что приведет к падению шарика.

5. При касании шарика о нижнюю пластину, заряд у шарика снова сменится с отрицательного на положительный. Таким образом, шарик будет совершать колебания между двумя пластинами.

Ответ: шарик совершает колебательное движение между пластинами.

Тип 24 № 19854

Две параллельные металлические пластины, расположенные горизонтально, подключены к электрической схеме, приведённой на рисунке. Между пластинами находится в равновесии маленькое заряженное тело массой m и зарядом q. Электростатическое поле между пластинами считать однородным. Опираясь на законы механики и электродинамики, объясните, как и в какую сторону начнёт двигаться тело, если сдвинуть ползунок реостата влево.

1. Поскольку пластины подключены к источнику ЭДС, то между ними имеется разность потенциалов, в пространстве между ними создаётся однородное электростатическое поле. Согласно электрической схеме, нижняя пластина имеет положительный заряд, а верхняя — отрицательный; следовательно, вектор напряжённости поля направлен вертикально вверх. По условию задачи заряженное тело находится в равновесии; следовательно, сила тяжести скомпенсирована силой Кулона, направленной вертикально вверх. Отсюда делаем вывод, что тело имеет положительный заряд.

2. Если сдвинуть ползунок реостата влево, то сопротивление реостата уменьшится. Поскольку реостат соединён с резистором R последовательно, то и общее сопротивление цепи также уменьшится.

3. Согласно закону Ома для полной цепи — при уменьшении сопротивления внешней цепи сила тока в ней увеличится. Таким образом, по закону Ома для участка цепи цепи — напряжение на резисторе R также увеличится. Поскольку пластины соединены с резистором R параллельно, то, соответственно, напряжение между ними увеличится. Следовательно, увеличится и напряжённость поля между пластинами:

4. Увеличение напряжённости поля приведёт к увеличению силы Кулона, действующей на тело: Равновесие нарушится, сила Кулона станет больше силы тяжести, и тело начнёт двигаться вверх с ускорением.

Тип 28 № 19862

1. Поскольку пластины подключены к источнику ЭДС, то между ними имеется разность потенциалов, в пространстве между ними создаётся однородное электростатическое поле. Согласно электрической схеме, верхняя пластина имеет положительный заряд, а нижняя — отрицательный; следовательно, вектор напряжённости поля направлен вертикально вниз. По условию задачи заряженное тело находится в равновесии; следовательно, сила тяжести скомпенсирована силой Кулона, направленной вертикально вверх. Отсюда делаем вывод, что тело имеет отрицательный заряд.

2. Если сдвинуть ползунок реостата вправо, то сопротивление реостата возрастёт. Поскольку реостат соединён с резистором R последовательно, то и общее сопротивление цепи также возрастёт.

3. Согласно закону Ома для полной цепи: — при увеличении сопротивления внешней цепи сила тока в ней уменьшится. Таким образом, по закону Ома для участка цепи: — напряжение на резисторе R также уменьшится. Поскольку пластины соединены с резистором R параллельно, то, соответственно, напряжение между ними уменьшится. Следовательно, U уменьшится и напряженность поля между пластинами:

4. Уменьшение напряжённости поля приведёт к уменьшению силы Кулона, действующей на тело: Равновесие нарушится, сила тяжести станет больше силы Кулона, и тело начнёт двигаться вниз с ускорением.

Ответ: тело начнёт двигаться вниз с ускорением.

Тип 24 № 3068

На фотографии изображена электрическая цепь, состоящая из резистора, реостата, ключа, цифровых вольтметра, подключенного к батарее, и амперметра.

Составьте принципиальную электрическую схему этой цепи и, используя законы постоянного тока, объясните, как изменятся (увеличатся или уменьшатся) сила тока в цепи и напряжение на батарее при перемещении движка реостата в крайнее правое положение.

1. Показания амперметра увеличатся, а вольтметра — уменьшатся.

2. Эквивалентная электрическая схема цепи, учитывающая внутреннее сопротивление батареи, изображена на рисунке, где I — сила тока в цепи. Ток через вольтметр практически не течет, а сопротивление амперметра пренебрежимо мало.

3. Сила тока в цепи определяется законом Ома для замкнутой (полной) цепи: В соответствии с законом Ома для участка цепи напряжение, измеряемое вольтметром: При перемещении движка реостата вправо его сопротивление уменьшается, что приводит к уменьшению полного сопротивления цепи. Сила тока в цепи при этом растет, а напряжение на батарее уменьшается.

Объясните пожалуйста,как вы определяете уменьшается или увеличивается сопротивление реостата при движении его движка вправо?

Простейший реостат представляет собой провод, намотанный на изолирующий стержень, по которому ездит каретка (обозначается стрелкой на схеме). Напряжение на реостате подается между кареткой и одним из его концов (к которому на схеме подведен второй провод). Таким образом, ток течет между кареткой и одним из концов реостата. Но чем ближе каретка к соответствующему концу, тем короче участок намотки на реостате, по которому течет ток, а значит, тем меньше сопротивление реостата (). На приведенном здесь рисунке серым обозначен участок реостата, дающий вклад в сопротивление схемы при разных положения каретки.

а скажите пожалуйста, как определить направление тока, соответственно, как обозначать батарею. это же взаимосвязано, насколько я понимаю?

В данной задаче направление тока не существенно. Но вообще, ток течет от плюса к минусу, и на схемах положительные клеммы обозначаются более длинными палочками, то есть в данном случае через батарею ток течет наверх, через реостат слева направо и так далее.

Тогда почему в задаче 2924 при аналогичной схеме и при перемещении движка реостата вправо сопротивление увеличивается? По-моему, вся разница в том, какой все таки участок дает вклад в сопротивление схемы, белый или серый? А то по тем задачам(2924,2925) белый участок, а здесь в объяснении серый. Почему так?

Никаких противоречий нет. Вклад в сопротивление схемы, конечно, дает "серая" часть. Через "белую" часть ток попросту не течет, в этом и смысл реостата. Просто в задаче 2934, например, реостат ориентирован в другую сторону: провод подключен к левому концу реостата, а не к правому, как в данной задаче, поэтому ток течет от ползунка налево.

При перемещении движка реостата вправо его сопротивление увеличивается, что приводит к увеличению полного сопротивления цепи. Сила тока при этом не увеличивается, а растет, а напряжение на батареи будет не уменьшатся, а расти.

Сопротивление реостата уменьшается. Обратите внимание, левый провод подключен к ползунку, а правый снизу. Поэтому при движении ползунка влево длина сопротивления уменьшается

Тип 24 № 29060

В электрической схеме, изображенной на рисунке, сопротивления лампочки и резисторов одинаковы и равны R, ЭДС источников питания равны а внутренние сопротивления источников питания пренебрежимо малы.

Основываясь на известных физических законах и закономерностях, опишите, что произойдет с лампочкой, если перевести ключ из состояния 1 в состояние 2. Определите, во сколько раз изменится мощность, выделяемая во внешней цепи.

1. Если ключ находится в положении 1, то ток будет иметь направление, как на рисунке 1. В этом случае он будет идти через диод. Учитывая, что сопротивление диода очень мало, а диод подключен параллельно участку цепи, содержащему лампу и первый резистор, то разность потенциалов на данном участке будет равна 0. Ток через лампу не идет, лампа не горит. Эквивалентная схема имеет вид, показанный на рисунке 2. В этом случае мощность, выделяющаяся на внешней цепи, равна

2. Если ключ перевести в положение 2, то с учетом полярности источника тока можно сделать вывод, что через диод ток не будет идти (смотрите рисунок 3). Эквивалентная схема будет иметь вид, показанный на рисунке 4. Ток через лампу идет, лампа загорится. При последовательном соединении общее сопротивление цепи будет равно 3R, а мощность, выделяющаяся на внешнем участке цепи, равна Следовательно, мощность уменьшится в 3 раза.

Ответ: лампочка загорится; мощность уменьшится в 3 раза.

Тип 28 № 4756

В электрической схеме, показанной на рисунке, ключ К замкнут. ЭДС батарейки ёмкость конденсатора Отношение внутреннего сопротивления батарейки к сопротивлению резистора Найдите количество теплоты, которое выделится на резисторе после размыкания ключа К в результате разряда конденсатора.

Когда ключ замкнут, конденсатор заряжен, а через резистор течет ток, который можно найти, применив закон Ома для полной цепи:

Поскольку резистор и конденсатор подключены параллельно, напряжения на них совпадают и равны

После размыкания ключа, конденсатор разряжается через сопротивление, и вся накопленная в нем энергия электрического поля переходит в тепло. Таким образом, искомое количество теплоты равно

Тип 28 № 4791

В электрической схеме, показанной на рисунке, ключ К замкнут. ЭДС батарейки ёмкость конденсатора После размыкания ключа К в результате разряда конденсатора на резисторе выделяется количество теплоты Найдите отношение внутреннего сопротивления батарейки к сопротивлению резистора

После размыкания ключа, конденсатор разряжается через сопротивление, и вся накопленная в нем энергия электрического поля переходит в тепло. Выделившееся количество теплоты равно

Отсюда для искомого отношения внутреннего сопротивления батарейки к сопротивлению резистора имеем

Тип 28 № 4826

В электрической схеме, показанной на рисунке, ключ К замкнут. ЭДС батарейки В, её внутреннее сопротивление Ом сопротивление резистора Ом. После размыкания ключа К в результате разряда конденсатора на резисторе выделяется количество теплоты мкДж. Найдите ёмкость конденсатора С.

Отсюда сразу находим емкость конденсатора

Источник: ЕГЭ по физике 06.06.2013. Основная волна. Сибирь. Вариант 3., ЕГЭ по физике 06.06.2013. Основная волна. Сибирь. Вариант 4.

Тип 28 № 4896

В электрической схеме, показанной на рисунке, ключ К замкнут. ЭДС батарейки отношение внутреннего сопротивления батарейки к сопротивлению резистора После размыкания ключа К в результате разряда конденсатора на резисторе выделяется количество теплоты Найдите ёмкость конденсатора С.

Источник: ЕГЭ по физике 06.06.2013. Основная волна. Сибирь. Вариант 5., ЕГЭ по физике 06.06.2013. Основная волна. Сибирь. Вариант 6.

Тип 28 № 2992

В электрической схеме, показанной на рисунке, ключ К замкнут.

Заряд конденсатора ЭДС батарейки её внутреннее сопротивление сопротивление резистора Найдите количество теплоты, которое выделяется на резисторе после размыкания ключа К в результате разряда конденсатора. Потерями на излучение пренебречь.

Количество теплоты, выделяющееся на резисторе после размыкания ключа:

Напряжение на конденсаторе равно падению напряжения на резисторе. С учетом закона Ома для полной цепи:

Комбинируя эти формулы, находим:

полностью одобряю ваш метод, но нельзя ли решить более "простым" способом? Не сочтите меня за глупца.

Смеяться не буду :) Все в порядке.

А теперь о Вашем решении. Что тут могу сказать. Так решать, конечно, нельзя, и получившийся у Вас ответ, отличный от приведенного в решении, — одно из тому подтверждений. Не буду комментировать все, скажу только, что формулу здесь использовать "в лоб" нельзя, так как через конденсатор будет течь не постоянный ток, а уменьшающийся по величине: чем больше заряд на конденсаторе, тем быстрее он стремится разрядиться. Так что закон сохранения энергии — наиболее простой и верный способ решения.

Ежели Вы настаиваете на на применении своей формулы, то тут потребуется большие знания из математического анализа: производные, интегралы, дифференциальные уравнения. Если интересно, приведу такое решение (но особого смысла в нем разбираться — нет, так как такие знания за рамками того, что проверяется на ЕГЭ). Кроме того, все равно получится, что нужно просто посчитать начальную энергию конденсатора.

Сложное решение этой задачи :)

Определим зависимость тока, текущего через резистор от времени. Так как конденсатор подключен к резистору параллельно, напряжения на них совпадают в любой момент времени: . По закону Ома, напряжение на резисторе пропорционально величине текущего через него тока: . Напряжение на конденсаторе связано с зарядом на нем соотношением: . Пусть за небольшой интервал времени заряд на конденсаторе изменился на (так как конденсатор разряжается ). Тогда через резистор за это время протек заряд . Следовательно, сила тока равна . Скомбинировав все равенства и переходя к бесконечно малому интервалу времени, получаем дифференциальное уравнение на величину заряда конденсатора:

Решая это уравнение и используя, что в начальный момент времени заряд на конденсаторе равен , имеем: . То есть, математически конденсатор разряжается бесконечно долго. Значит, ток через конденсатор равен

Определим теперь тепловую мощность, выделяющуюся на резисторе: Мощность уменьшается со временем. Для того, чтобы найти полное тепло необходимо просуммировать по всему времени разрядки, то есть взять интеграл:

Электродинамика (страница 2)

Многовитковая катушка медного провода подключена к источнику тока через реостат. Вблизи торца катушки на шёлковых нитях подвешено замкнутое медное кольцо с малым сопротивлением. Ось кольца совпадает с осью катушки (см. рисунок). Опишите, как начнёт двигаться кольцо (притянется, оттолкнётся или останется неподвижным относительно катушки), если движок реостата резко сдвинуть вверх в крайнее положение. Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности Вы использовали для объяснения.

При смещении движка реостата вверх его сопротивление уменьшается до нуля, а сила тока в катушке согласно закону Ома для полной цепи увеличивается \[I=\dfrac<\xi>\] . При этом увеличивается поток вектора магнитной индукции через кольцо. По закону электромагнитной индукции в кольце возникает ЭДС индукции, появляется индукционный ток. В соответствии с правилом Ленца вектор магнитной индукции поля индукционного тока будет направлен против вектора магнитной индукции поля катушки. Взаимодействие токов в кольце и катушке приводит к тому, что кольцо отталкивается от катушки влево — в область, где магнитное поле катушки слабее, чем у торца катушки.

Три одинаковых резистора и три одинаковых идеальных диода включены в электрическую цепь, показанную на рисунке, и подключены к аккумулятору в точках В и С. Показания амперметра равны 2 А. Определите силу тока через амперметр после смены полярности подключения аккумулятора. Нарисуйте эквивалентные электрические схемы для двух случаев подключения аккумулятора. Опираясь на законы электродинамики, поясните свой ответ. Сопротивлением амперметра и внутренним сопротивлением аккумулятора пренебречь.

1. Перерисуем схемы в эквивалентные 3. Ток в первый раз будет находиться по формуле \[I_1=\dfrac<\xi>\] где \(R\) – сопротивление резисторов. Здесь не учитывается второй резистор, так как амперметр подключен только к одному из резисторов.
Во второй раз общее сопротивление цепи будет равно \(R_0=R+R=2R\) , а сила тока на амперметре \[I_2=\dfrac<\xi>=\dfrac>=1\text< А>\]

Две параллельные металлические пластины, расположенные горизонтально, подключены к электрической схеме, приведённой на рисунке. Между пластинами находится в равновесии маленькое заряженное тело массой \(m\) и зарядом \(q\) . Электростатическое поле между пластинами считать однородным. Опираясь на законы механики и электродинамики, объясните, как и в какую сторону начнёт двигаться тело, если сдвинуть ползунок реостата влево.

“Основная волна 2020 Вариант 2”

Изобразим все силы, действующие на шарик.

1. Пластины конденсатора заряжены так, как показано на рисунке. Расставив силы, видим, что сила Кулона должна уравновешивать силу тяжести, следовательно, положительно заряженная пластина отталкивает шарик. Так как положительно заряженная пластина отталкивает шарик, то шарик заряжен положительно.
2. При движении реостата влево количество витков, включенных в цепь, уменьшается и сопротивление реостата уменьшается.
3. По закону Ома для полной цепи: \[I=\dfrac<\xi>\] Так как сопротивление \(R_p\) реостата уменьшается, то сила тока увеличивается.
Напряжение на резисторе же составит: \[U=IR\] оно увеличивается, так как конденсатор и резистор подключены параллельно, напряжение на конденсаторе тоже увеличивается.
4. Напряжение на конденсаторе увеличивается, следовательно, возрастает и напряженность поля внутри пластин конденсатора \(E=\dfrac\) , так как расстояние между обкладками \(d\) не изменяется.
5. В следствие увеличения напряженности, возрастает и сила Кулона, равная \(F=qE\) и шарик начинает смещаться вверх.

Около небольшой металлической пластины, укрепленной на изолирующей подставке, подвесили на шёлковой нити лёгкую металлическую незаряженную гильзу. Когда пластину подсоединили к клемме высоковольтного выпрямителя, подав на неё отрицательный заряд, гильза пришла в движение. Опишите движение гильзы и объясните его.

Под действием электрического поля пластины изменится распределение электронов в гильзе и произойдёт её электризация: та её сторона, которая ближе к пластине, будет иметь положительный заряд, а противоположная сторона — отрицательный.
Поскольку силы взаимодействия заряженных тел уменьшаются с ростом расстояния между ними, притяжение к пластине левой стороны гильзы будет сильнее отталкивания правой стороны гильзы, и гильза будет двигаться к пластине, пока не коснется её.
В момент касания часть электронов перейдет с отрицательно заряженной пластины на гильзу, гильза приобретет отрицательный заряд и оттолкнется от одноименно заряженной пластины. Гильза отклонится вправо и зависнет в положении, в котором равнодействующая всех сил равна нулю.

Два незаряженных электрометра соединили проводящим металлическим стержнем с изолирующей ручкой. Затем к первому поднесли отрицательно заряженную палочку, не касаясь шара. После этого сначала убрали стержень, соединяющий электрометры, а только потом убрали заряженную палочку. Объясните наблюдаемые явления и определите знак заряда на электрометрах после того, как убрали стержень и палочку.

Источник: ЕГЭ по физике 07.06.2017. Основная волна

При поднесении отрицательно заряженной палочки к электрометру произойдет перераспределение зарядов. Ближайший электрометр будет иметь положительный заряд, а дальний будет иметь отрицательный заряд. Так как разноименные заряды притягиваются, а одноименные отталкиваются. Так как сначала удаляют соединяющий стержень, то электрометры в конце концов сохранят свои заряды, то есть ближний к палочке будет заряжен положительно, дальний – отрицательно.

Каждый из нас видел молнию во время грозы и все мы знаем, что гром слышен не сразу после удара молнии, а лишь через некоторое время, при этом его раскаты продолжаются длительный промежуток времени. Объясните описанные выше явления, наблюдаемые во время грозы.

1) При грозе из-за электризации ледяных кристаллов в грозовых облаках возникают большие заряды и большие разности потенциалов между землёй и облаками, что приводит к возникновениям молний. Кроме того в молнии происходит быстрый нагрев и расширение воздуха, что приводит к образованию грома.
2) Так как скорость звука намного меньше скорости света, то световая вспышка доходит до наблюдателя гораздо раньше, чем гром.
3) До наблюдателя доходят раскаты грома из разных частей молнии, вначале от ближайшей, а после от более удаленных, именно поэтому после удара молнии мы еще долго слышим раскаты грома.

В процессе работы вакуумной электрической лампы накаливания со спиральной нитью из вольфрама на внутренних частях стенки появляется черный налет, нить утончается и перегорает. Чтобы замедлить этот процесс колбу, заполняют тяжелыми газами, чаще всего инертными. Объясните, основываясь на известных физических законах и закономерностях, причину образования налёта на стенках колбы и описанный способ борьбы с указанным недостатком.

1) Для того чтобы лампа светила ярче, вольфрам нагревают до температуры близкой к температуре плавления, при этом увеличивается испарение вольфрамовой нити.
2) Черный налёт образуется при испарении вольфрама, а именно, когда пары вольфрама конденсируются на стенках колбы, а нить при этом истончается постепенно и неравномерно, что приводит к перегоранию лампы.
3) Для уменьшения диффузии паров, и увеличения осажденных обратно на нить паров после выключения напряжения и используют тяжелые и инертные газы.

Электродинамика

Параллельно катушке индуктивности \(L\) подключена лампочка (см. рис. а.) Яркость свечения на ней прямо пропорциональна напряжению на ней. На рис. б представлен график зависимости силы тока \(I\) в катушке от времени \(t\) . Сопротивлением катушки пренебречь. Опираясь на законы физики, изобразите график яркости свечения лампочки от времени.

1. По закону электромагнитной индукции \(\xi_i=-\dfrac>\) индукционный ток будет постоянен, так как график изменения силы тока до \(t_0\) имеет вид линейной зависимости. 2. Так как сопротивление и ток лампочки постоянны, то по закону Ома напряжение тоже будет тоже постоянно \[U=IR\] 3. В момент \(t_0\) ток в катушке прекращает изменяться, а значит и изменение магнитного потока будет равно нулю , а по закону электромагнитной индукции, индукционный ток прекратит существовать, а значит напряжение на лампочке будет равно нулю. 4. Тогда из пунктов 1, 2 и 3 график будет выглядеть следующим образом.

Прямолинейный проводник с током и проводящая рамка лежат в плоскости, перпендикулярной линиям индукции однородного магнитного поля. Опираясь на законы физики, укажите направление силы, действующей на рамку, когда величина магнитной индукции B уменьшается.

1.При изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную проводящим контуром, в контуре возникает индукционный ток \(I_i\) , направление которого определяется правилом Ленца (см. рис.)

2. На каждую из сторон рамки будет действовать сила Ампера, направление которой определяется по правилу левой руки, а величина равна \(F_a=I_iBl \sin \alpha\) , где \(l\) – длина стороны рамки, \(\alpha\) – угол между вектором магнитной индукции и направлением проводника. Так как у нас угол \(\alpha\) для каждой стороны одинаков, то силы, приложенные к противолежащим сторонам рамки, равны по модулю и направлены взаимно противоположно. Результирующая сил, действующих на рамку со стороны однородного магнитного поля, равна нулю.

3. Направление линий индукции поля, создаваемого проводником с током, в каждой точке рамки одинаково, оно определяется по правилу буравчика. В проводнике протекает постоянный ток, поэтому поле проводника постоянно и не влияет на индукционный ток в рамке.

4. В магнитном поле проводника на каждую сторону рамки действует сила Ампера. Стороны рамки, перпендикулярные проводнику, расположены на одинаковом расстоянии от проводника. На них действуют силы, равные по модулю и направленные противоположно друг другу. Их сумма равна нулю. Силы, действующие на параллельные проводнику стороны рамки, направлены тоже противоположно друг другу. Из-за неоднородности поля проводник с током отталкивает ближнюю сторону рамки сильнее, чем притягивает более удалённую от него сторону. Результирующая этих сил отталкивает рамку от проводника.

5. Согласно принципу суперпозиции, однородное магнитное поле и поле проводника с током действуют на рамку независимо друг от друга. Поэтому результирующая сил, приложенных к рамке, направлена вправо от проводника с током.

На железном стержне намотаны две катушки изолированного медного провода А и Б. Катушка А подключена к источнику с ЭДС \(\xi\) и внутренним сопротивлением \(r\) , как показано на рисунке. Катушка Б замкнута на амперметр малого сопротивления. Ползунок реостата передвигают вправо. В каком направлении протекает при этом ток через амперметр, подключённый к катушке Б? Ответ обоснуйте, указав, какие явления и закономерности Вы использовали для объяснения.

1. При протекании электрического тока по катушке А создается магнитный поток Ф \(_1\) , при этом сердечник будет образовывать электромагнит, у левого торца катушки А находится северный полюс этого магнита
2. При движении ползунка вправо увеличивается сопротивление реостата \(R\) , а значит по закону Ома для полной цепи уменьшается сила тока \[I=\dfrac<\xi>\] 3.Уменьшение тока в катушке А приводит к уменьшению магнитного потока, пронизывающего катушку А, который также пронизывает и катушку Б. По закону электромагнитной индукции \(\xi_i=-\dfrac>\) уменьшение магнитного потока приводит к возникновению индукционного тока, который, по правилу Ленца, возникает такого направления (через амперметр — справа налево), чтобы своим магнитным потоком компенсировать уменьшение магнитного потока сквозь катушку Б.

Две плоские пластины конденсатора, закреплённые на изолирующих штативах, расположили на небольшом расстоянии друг от друга и соединили одну пластину с заземлённым корпусом, а другую — со стержнем электрометра (см. рисунок). Затем пластину, соединённую со стержнем электрометра, зарядили. Объясните, опираясь на известные Вам законы, как изменяются показания электрометра при сближении пластин. Отклонение стрелки электрометра пропорционально разности потенциалов между пластинами. Ёмкость электрометра пренебрежимо мала.

1) Пусть пластине и стержню сообщили заряд \(Q\) , тогда на заземленном корпусе электрометра и второй пластине возникают индуцированные заряды, по модулю равному \(Q\) , но противоположному по знаку.

2) Разность потенциалов между пластинами \[U=\dfrac\]

3) Ёмкость плоского воздушного конденсатора прямо пропорциональна площади обкладок и обратно пропорциональна расстоянию \(d\) между пластинами: \[C=\dfrac\] Следовательно, уменьшение расстояния между пластинами приведёт к увеличению ёмкости.

5) Суммарный заряд стержня электрометра и соединённой с ним пластины не изменяется, так как эта система тел электроизолированная. Разность потенциалов между пластинами после сближения уменьшится, что приведёт к уменьшению угла отклонения стрелки электрометра.

В первом опыте в сосуд с водой при комнатной температуре помещают нагревательный элемент, состоящий из двух спиралей с сопротивлениями \(R_1\) и \(R_2\) , подключенный к источнику постоянного напряжения \(U\) . В начальный момент времени ключ К замкнут. Воду доводят до кипения, затем выливают и охлаждают до комнатной температуры. Во втором опыте эту же воду при комнатной температуре снова доводят до кипения, при этом ключ К размыкают. В каком случае вода закипит быстрее? Ответ поясните на основании законов термодинамики и электродинамики.

ЕГЭ по физике 01.04.2019. Досрочный экзамен по физике. Санкт-Петербург.

1) Чем больше мощность, тем быстрее нагревается вода. Так как объемы воды одинаковые, то и количество теплоты понадобится одинаковое для их нагрева.
2) Найдем мощность цепи в первом и втором случаях.
Первый случай. Резисторы соединены параллельно, значит их общее сопротивление равно: \[\dfrac=\dfrac+\dfrac \Rightarrow R=\dfrac\] Мощность будем находить по формуле: \[P=\dfrac\] Для первого случая \[P_1=U^2(\dfrac)\] Второй случай. Ток через резистор \(R_2\) течь не будет, а значит общее сопротивление цепи равно \(R_1\) . Найдем мощность цепи во втором случае \[P_2=\dfrac\] 3) Найдем отношение мощностей \[\dfrac=\dfrac<\dfrac>=\dfrac>1\] Так как отношение больше единицы, то мощность в первом случае больше мощности во втором, а значит и вода нагреется быстрее в первом случае.

Читайте также: