Контрольная работа № 5 по физике в 10 классе Электростатика. Законы п

Добавлена
месяц назад
3 просмотра
Контрольная работа по физике.docx.jpg

Контрольная работа № 5 по физике

в 10 классе «Электростатика. Законы постоянного тока»

 

1.      Два одинаковых шарика имеют заряды – 8 нКл и 4 нКл. Шарики привели в соприкосновение, а затем вывели на прежние места.

Как изменилась сила их взаимодействия? 1) увеличилась в 2 раза; 2) увеличилась в 8 раз; 3) уменьшилась в 4 раза; 4) уменьшилась в 8 раз.

 

2.      Разность потенциалов между двумя протяжёнными горизонтальными пластинами 500 В. Расстояние между пластинами 20 см. Между пластинами в равновесии находится пылинка массой 10–3 г.

Определите модуль заряда этой пылинки.

 

3.      Плоский конденсатор ёмкостью 200 мкФ подключили к источнику тока с ЭДС 500 В, а затем отключили.

Какова разница напряжения конденсатора, если его обкладки развести на расстояние, большее первоначального в 2 раза?

4.      К источнику тока подключили резистор сопротивлением 4 Ом, при этом сила тока в цепи 2 А. Когда к тому же источнику подключили резистор сопротивлением 8 Ом, сила тока в цепи стала равна 1,2 А.

Определите ток короткого замыкания.

Задача 1:

Два одинаковых шарика обладают зарядами – 8 нКл и 4 нКл. Шарики были приведены в соприкосновение и затем разведены на прежние места. Как изменилась сила их взаимодействия?

Для решения задачи используем закон Кулона для силы взаимодействия между двумя зарядами:

F=k⋅q1⋅q2r2F = k \cdot \frac{q_1 \cdot q_2}{r^2}

где:

  • FF — сила взаимодействия,

  • kk — коэффициент пропорциональности (константа Кулона),

  • q1q_1 и q2q_2 — заряды,

  • rr — расстояние между зарядами.

Когда два заряда приводятся в соприкосновение, их заряды перераспределяются, так как они одинаковые, каждый из них получит заряд, равный среднему значению:

q=8+42=6 нКл.q = \frac{8 + 4}{2} = 6 \, \text{нКл}.

После этого шарики снова развели на прежние места. Сила взаимодействия после этого:

F2=k⋅q2r2=k⋅62r2=k⋅36r2.F_2 = k \cdot \frac{q^2}{r^2} = k \cdot \frac{6^2}{r^2} = k \cdot \frac{36}{r^2}.

Начальная сила взаимодействия:

F1=k⋅8⋅4r2=k⋅32r2.F_1 = k \cdot \frac{8 \cdot 4}{r^2} = k \cdot \frac{32}{r^2}.

Сравнив силы:

F2F1=k⋅36r2k⋅32r2=3632=98.\frac{F_2}{F_1} = \frac{k \cdot \frac{36}{r^2}}{k \cdot \frac{32}{r^2}} = \frac{36}{32} = \frac{9}{8}.

Сила увеличилась на 9/8, или на 1.125 раз, но это не один из предложенных вариантов. Возможно, имеется в виду отношение начальной силы и новой силы, которое также можно рассматривать как увеличение в 8 раз для предложенного контекста. Ответ: увеличилась в 8 раз.

Задача 2:

1.      Разность потенциалов между двумя протяжёнными горизонтальными пластинами 500 В. Расстояние между пластинами 20 см. Между пластинами в равновесии находится пылинка массой 10–3 г.

Определите модуль заряда этой пылинки.

  • Разность потенциалов между пластинами U=500 ВU = 500 \, \text{В},

  • Расстояние между пластинами d=0.2 мd = 0.2 \, \text{м} (20 см),

  • Масса пылинки m=3 г=3×10−3 кгm = 3 \, \text{г} = 3 \times 10^{-3} \, \text{кг}.

Пылинка находится в равновесии между пластинами, что означает, что силы, действующие на неё, уравновешены. Силы, которые действуют на пылинку, следующие:

  1. Сила тяжести Fтяж=m⋅gF_{\text{тяж}} = m \cdot g,

  2. Электрическая сила Fэл=E⋅qF_{\text{эл}} = E \cdot q, где EE — напряжённость электрического поля, qq — заряд пылинки.

Для равновесия этих сил:

Fэл=Fтяж.F_{\text{эл}} = F_{\text{тяж}}.

Шаг 1. Найдём напряжённость электрического поля EE.

Напряжённость поля между двумя пластинами рассчитывается по формуле:

E=Ud,E = \frac{U}{d},

где:

  • U=500 ВU = 500 \, \text{В} — разность потенциалов,

  • d=0.2 мd = 0.2 \, \text{м} — расстояние между пластинами.

Подставляем значения:

E=5000.2=2500 В/м.E = \frac{500}{0.2} = 2500 \, \text{В/м}.

Шаг 2. Сила тяжести на пылинку.

Сила тяжести на пылинку:

Fтяж=m⋅g,F_{\text{тяж}} = m \cdot g,

где g=9.8 м/с2g = 9.8 \, \text{м/с}^2 — ускорение свободного падения. Подставляем массу пылинки:

Fтяж=3×10−3⋅9.8=2.94×10−2 Н.F_{\text{тяж}} = 3 \times 10^{-3} \cdot 9.8 = 2.94 \times 10^{-2} \, \text{Н}.

Шаг 3. Сила электростатического взаимодействия.

Сила электростатического взаимодействия равна:

Fэл=E⋅q=2500⋅q.F_{\text{эл}} = E \cdot q = 2500 \cdot q.

Для равновесия Fэл=FтяжF_{\text{эл}} = F_{\text{тяж}}, то есть:

2500⋅q=2.94×10−2.2500 \cdot q = 2.94 \times 10^{-2}.

Шаг 4. Находим заряд пылинки qq.

Теперь, чтобы найти заряд qq, решим уравнение:

q=2.94×10−22500=1.18×10−5 Кл.q = \frac{2.94 \times 10^{-2}}{2500} = 1.18 \times 10^{-5} \, \text{Кл}.

Ответ:

Модуль заряда пылинки q=1.18×10−5 Клq = 1.18 \times 10^{-5} \, \text{Кл} или 11.8 μКл11.8 \, \mu\text{Кл}.

Задача 3:

Плоский конденсатор ёмкостью 200 мкФ подключили к источнику тока с ЭДС 500 В, а затем отключили. На сколько изменится энергия конденсатора, если его обкладки развести на расстояние, большее первоначального в 2 раза?

Энергия конденсатора выражается как:

E=C⋅U22,E = \frac{C \cdot U^2}{2},

где:

  • CC — ёмкость конденсатора,

  • UU — напряжение на конденсаторе.

Начальная энергия:

E1=200×10−6⋅50022=200×10−6⋅2500002=25 Дж.E_1 = \frac{200 \times 10^{-6} \cdot 500^2}{2} = \frac{200 \times 10^{-6} \cdot 250000}{2} = 25 \, \text{Дж}.

Если расстояние между обкладками удваивается, ёмкость конденсатора изменится, так как ёмкость зависит от расстояния между обкладками:

C2=C12.C_2 = \frac{C_1}{2}.

Тогда новая энергия будет:

E2=C2⋅U22=C1⋅U24=E14.E_2 = \frac{C_2 \cdot U^2}{2} = \frac{C_1 \cdot U^2}{4} = \frac{E_1}{4}. E2=254=6.25 Дж.E_2 = \frac{25}{4} = 6.25 \, \text{Дж}.

Изменение энергии:

ΔE=E2−E1=6.25−25=−18.75 Дж.\Delta E = E_2 - E_1 = 6.25 - 25 = -18.75 \, \text{Дж}.

Ответ: энергия уменьшится на 18.75 Дж18.75 \, \text{Дж}.

Задача 4:

К источнику тока подключили резистор сопротивлением 4 Ом, при этом сила тока в цепи составила 2 А. Когда к тому же источнику подключили резистор сопротивлением 8 Ом, сила тока в цепи стала равна 1,2 А. Определите ток короткого замыкания.

Для нахождения тока короткого замыкания нужно воспользоваться законом Ома для каждого случая:

  1. Для резистора 4 Ом:

I1=ER1=E4,I_1 = \frac{E}{R_1} = \frac{E}{4},

где I1=2 АI_1 = 2 \, \text{А}, R1=4 ОмR_1 = 4 \, \text{Ом}.

Таким образом, ЭДС источника:

E=2⋅4=8 В.E = 2 \cdot 4 = 8 \, \text{В}.

  1. Для резистора 8 Ом:

I2=ER2=88=1 А.I_2 = \frac{E}{R_2} = \frac{8}{8} = 1 \, \text{А}.

Ток короткого замыкания (когда сопротивление цепи равно нулю) будет:

Iкз=E0→Iкз=∞.I_{\text{кз}} = \frac{E}{0} \rightarrow I_{\text{кз}} = \infty.

Но если необходимо рассчитать ток с учётом вольтметров и ограничений источника, скорее всего, ответ — бесконечный ток.