Качественные задачи

Качественные задачи

1.В цилиндрическом сосуде под поршнем длительное время находятся вода и ее пар. Поршень начинают выдвигать из сосуда. При этом температура воды и пара остается неизменной. Как будет меняться при этом масса жидкости в сосуде? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности вы использовали для объяснения.

Ответ:

Образец возможного решения

1) Ответ: масса жидкости в сосуде будет уменьшаться. 2) Вода и водяной пар находятся в закрытом сосуде длительное время, поэтому водяной пар является насыщенным. 3) При выдвигании поршня происходит изотермическое расширение пара, давление и плотность насыщенного пара в этом процессе не меняются. Следовательно, будет происходить испарение жидкости. Значит, масса жидкости в сосуде будет уменьшаться.

2.Мягкая пружина из нескольких крупных витков провода подвешена к потолку. Верхний конец пружины подключается к источнику тока через ключ К, а нижний – с помощью достаточно длинного мягкого провода (см. рисунок). Как изменится длина пружины через достаточно большое время после замыкании ключа К? Тепловым расширением пренебречь. Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности вы использовали для объяснения.

Образец возможного решения

1) Пружина сожмется, её длина уменьшится. 2) До замыкания ключа пружина находится в состоянии равновесия, в котором упругие силы, действующие на каждый виток пружины со стороны соседних витков, уравновешивают силу тяжести, действующую на виток. 3) При замыкании ключа К по цепи пойдет ток. В соседних витках пружины токи потекут сонаправленно. Проводники с сонаправленными токами притягиваются друг к другу. В результате будет достигнуто новое состояние равновесия (пружина станет короче), в котором упругие силы, действующие на каждый виток пружины со стороны соседних витков, будут уравновешивать силу тяжести и силу Ампера, действующие на виток.

3. На рисунке показана электрическая цепь, содержащая источник тока (с внутренним сопротивлением), два резистора, конденсатор, ключ К, а также амперметр и идеальный вольтметр. Как изменятся показания амперметра и вольтметра в результате замыкания ключа К? Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности вы использовали для объяснения.

Образец возможного решения

1) Показания амперметра станут отличными от нуля, а показания вольтметра уменьшатся. 2) До замыкания ключа амперметр и вольтметр показывают, соответственно, нулевой ток и ЭДС источника. 3) Замыкание ключа вызовет появление тока в цепи, поэтому показания вольтметра уменьшатся на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника. По закону Ома для полной цепи

4. 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 (увеличится или уменьшится) сила тока в цепи и напряжение на батарее при перемещении движка реостата в крайнее правое положение.

Ответ:

Образец возможного решения (рисунок обязателен)

1. 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.

2. Сила тока в цепи определяется законом Ома для замкнутой (полной) цепи: .

В соответствии с законом Ома для участка цепи напряжение, измеряемое вольтметром: .

3. 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.

Расчетные задачи

1.В безветренную погоду самолет затрачивает на перелет между городами 6 часов. Если во время полета дует боковой ветер перпендикулярно линии полета, то самолет затрачивает на перелет на 9 минут больше. Найдите скорость ветра, если скорость самолета относительно воздуха постоянна и равна 328 км/ч.

Ответ:

Образец возможного решения (рисунок не обязателен)

Уравнение движения для перелета в первом случае:

, где

– скорость самолета относительно воздуха. Закон сложения скоростей в векторном виде для перелета во время ветра:

, где

_с – скорость самолета относительно Земли,

_в – скорость ветра.

Выражение для скорости самолета относительно Земли во втором случае имеет вид: .

Тогда уравнение движения для перелета во втором случае:

Следовательно, , Отсюда: .

Ответ: .

2.Грузы массами M = 1 кг и m связаны лёгкой нерастяжимой нитью, переброшенной через блок, по которому нить может скользить без трения (см. рисунок). Груз массой M находится на шероховатой наклонной плоскости (угол наклона плоскости к горизонту a = 30°, коэффициент трения m = 0,3). Чему равно максимальное значение массы m, при котором система грузов ещё не выходит из первоначального состояния покоя?

Образец возможного решения

1. Если масса m достаточно велика, но грузы ещё покоятся, то сила трения покоя, действующая на груз массой M, направлена вниз вдоль наклонной плоскости (см. рисунок). 2. Будем считать систему отсчета, связанную с наклонной плоскостью, инерциальной. Запишем второй закон Ньютона для каждого из покоящихся тел в проекциях на оси введенной системы координат:

Учтем, что

(нить легкая, между блоком и нитью трения нет),

(сила трения покоя). Тогда

, и мы приходим к неравенству

с решением

. Таким образом,

кг.

3.Шайба массой m начинает движение по желобу AB из точки А из состояния покоя. Точка А расположена выше точки В на высоте H = 6 м. В процессе движения по желобу механическая энергия шайбы из-за трения уменьшается на ΔE = 2 Дж. В точке В шайба вылетает из желоба под углом a = 15° к горизонту и падает на землю в точке D, находящейся на одной горизонтали с точкой В (см. рисунок). BD = 4 м. Найдите массу шайбы m. Сопротивлением воздуха пренебречь.

Ответ:

Образец возможного решения

1) Скорость шайбы в точке В определяется из баланса ее энергии в точках А и В с учетом потерь на трение:

Отсюда

2) Время полета шайбы из точки В в точку D:

где y – вертикальная координата шайбы в системе отсчета с началом координат в точке В. Отсюда

3) Дальность полета BD определяется из выражения для горизонтальной координаты шайбы в той же системе отсчета:

4) Подставляя в выражение для BD значение

², получаем

5) Отсюда масса шайбы:

Ответ: m = 0,1 кг.

4. Небольшая шайба после толчка приобретает скорость и скользит по внутренней поверхности гладкого закреплённого кольца радиусом На какой высоте h шайба отрывается от кольца и начинает свободно падать?

Образец возможного решения

В момент отрыва от кольца на высоте h шайба имела скорость u, определяемую из закона сохранения энергии:

При этой скорости ее центростремительное ускорение

в инерциальной системе отсчета Оху, связанной с Землёй, в соответствии со вторым законом Ньютона обеспечивалось составляющей силы тяжести, действующей на шайбу и направленной к центру кольца:

Учитывая, что

, исключим из системы уравнений а_цс и u:

. Отсюда

Ответ:

5. Два параллельных друг другу рельса, лежащих в горизонтальной плоскости, находятся в однородном магнитном поле, индукция которого направлена вертикально вниз (см. рисунок). Левый проводник движется вправо со скоростью ,а правый – покоится.С какой скоростью надо перемещать правый проводник (такой же), чтобы в три раза уменьшить силу Ампера, действующую на левый проводник? (Сопротивлением рельсов пренебречь.)

Образец возможного решения

Когда правый проводник покоится, на левый действует сила Ампера F = IBl, где

– индукционный ток, R –сопротивление цепи, l – расстояние между рельсами. Поскольку силу Ампера надо уменьшить втрое, ЭДС индукции

в контуре надо в три раза уменьшить. Значит, скорость изменения площади, ограниченной контуром, также должна быть меньше в три раза. Отсюда следует, что правый проводник должен, как и левый, двигаться вправо, причем его скорость должна быть равна

⇐ Предыдущая 1 23