Методические указания к самостоятельной работе студентов по дисциплине «Физика» для студентов специальности 5090609 «Монтаж и эксплуатация электрооборудования промышленных предприятий и гражданских со (стр. 4 из 7)
U1/RV = (U0 – U1) / R, (1)
где U1— напряжение на вольтметре, Rv - его сопротивление; (U0 – U1) - напряжение на резисторе сопротивлением R. Для случая, когда включен резистор с неизвестным сопротивлением, можем также записать:
U2/RV = (U0 – U2) / Rх, (2)
где U2 – напряжение на вольтметре во втором случае; (U0 – U2) - напряжение на резисторе сопротивлением Rх; Rх – неизвестное сопротивление второго резистора.
Исключив из уравнений (1) и (2) величину Rv, получим:
Задача 3.
Определить показания вольтметра Uab, включенного в цепь по схеме на рисунке 2, если его сопротивление Rv = 2,0кОм. Элементы цепи, схема которой изображена на рис. 2, имеют следующие значения: E1 = 1,50 В, E2 = 1,6 В, R1 = 1,0 кОм, R2 = 2,0 кОм. Сопротивлением источников напряжения и соединительных проводов пренебречь.
Uab = ?
––––––––––––
Rv = 2,0кОм = 2,0•103 Ом,
E1 = 1,50 В, E2 = 1,60 В,
R1 = 1,0 кОм = 1,0•103 Ом,
R2 = 2,0 кОм = 2,0•103 Ом.
Рис. 2
Решение. Здесь требуется найти разность потенциалов между точками а и b, кото –
рую измеряет вольтметр, подключенный к этим точкам. В данном случае сопротив –
ление Rv одного
порядка с R1 и R2, поэтому пренебречь током I в цепи вольтметра нельзя. Таким обра- зом, здесь имеется разветвленная цепь, по трем участкам которой текут разные токи: I1, I2 и I, (рис.2). Задачу можно решить двумя способами: используя правила Кирхгофа для разветвленных цепей или применив первое правило Кирхгофа и закон Ома для участка неоднородной цепи. Рассмотрим оба способа.
1. Искомая разность потенциалов по закону Ома для участка однородной цепи равна Uab = φа – φb = I RV. (1)
Чтобы определить силу тока I в цепи вольтметра, применим правила Кирхгофа. Обозначив на рис.2 направления всех токов (для тока I делаем это лишь предположи –
тельно), согласно первому правилу Кирхгофа запишем для узла а:
I2 – I1– I = 0 (2)
Для составления остальных двух независимых уравнений воспользуемся вторым пра –
вилом Кирхгофа. Предварительно выбрав направление обхода замкнутых контуров, например по часовой стрелке, и учитывая правило знаков, получим соответственно для контуров аR1bа и abR2a:
6. Темы рефератов
6.1. Опытные доказательства электронной проводимости металлов.
6.2. Методы программирования в расчетах разветвленных электрических цепей.
6.3. Возможности использования компьютерных технологий в учете потребления электроэнергии.
7. Форма отчета
7.1. Конспект изученного материала по вопросам для изучения.
7.2. Письменная работа по решению задач по индивидуальным заданиям.
8. Формы контроля
8.1. Проверка конспекта.
8.2. Проверка письменной работы по решению задач.
8.3. Экспресс-опрос.
9. Литература
9.1. Жданов Л. С., Жданов Г. Л. Учебник для средних специальных учебных заведений. К. Вища школа, 1983.
9.2. Сборник задач по физике (для средних специальных учебных заведений). Под редакцией Гладковой. М., Наука, 1984.
9.3. Яворский Б. М., Детлаф А. А. Курс физики. Том 2. Учебник для студентов высших учебных заведений. М., «Высшая школа», 1977.
9.4. Савельев И.В. Курс общей физики. Том 2. М., «Наука», Главная редакция Физико-математической литературы, 1987.
9.5. Попов В. С. Теоретическая электротехника. Учебник для студентов средних специальных учебных заведений. М., Энергия. 1978.
9.6. Попов В. С. Электрические измерения. Учебник для средних специальных учебных заведений. М. Энергия. 1985.
9.7. Иродов И. Е. Задачи по общей физике.Учебное пособие для студентов высших учебных заведений. М., «Наука». 1988.
Тема для самостоятельного изучения № 3
«Магнитное поле. Напряженность магнитного поля.
Действие магнитного поля на проводник с током и на
заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле»
1. Цель
1.1. Раскрыть материальный характер магнитного поля. Углубить представление о силовой характеристике магнитного поля.
1.2. Изучить действие магнитного поля на проводник с током.
1.3. Освоить методы решения задач по определению характеристик различных магнитных полей и оценке действия магнитных полей на различные проводники с током и движущиеся заряженные частицы.
2. Вопросы для изучения
2.1. Основные свойства магнитного поля и способы его создания. Описать опыты Г. Эрстеда; А. Ф. Иоффе; А. А. Эйхенвальда и обобщить результаты опытов.
2.2. Изучить действие магнитного поля на проводник с током , закон Ампера.
2.3. Изучить действие магнитного поля на движущуюся заряженную частицу, рас-
смотреть понятие силы Лоренца.
2.4. Изучить понятие силовой характеристики магнитного поля – магнитной ин –
дукции.
2.5. Изучить понятие векторной характеристики магнитного поля – напряженно –
сти магнитного поля, связь между напряженностью магнитного поля и магнитной ин –
дукцией.
2.6. Решение задач по определению характеристик различных магнитных полей и оценке действия магнитных полей на различные проводники с током и движущиеся заряженные частицы по индивидуальным заданиям.
3. Требования к знаниям и умениям студентов
3.1. Изучив тему, студент должен знать:
3.1.1. Понятие о магнитном поле как особом виде материи, свойства магнитного
поля. Физический смысл и формулы для определения силовой характеристики магнит-
ного поля – магнитной индукции, способ графического изображения магнитных полей.
3.1.2. Действие магнитного поля на проводник с током. Закон Ампера. Определе –
ние направления силы Ампера, действующей на проводник с током в магнитном поле.
Зависимость силы Ампера от силы тока и характеристик магнитного поля. Действие магнитного поля на рамку с током.
3.1.3. Действие магнитного поля на движущиеся заряженные частицы. Определе –
ние величины и направления силы Лоренца.
3.2. Студент должен уметь:
3.2.1. Пояснять физический смысл понятий «магнитная индукция» и напряжен –
ность магнитного поля.
3.2.2. Использовать правило правого винта и правило левой руки для определения направления вектора магнитной индукции в точках различных магнитных полей.
3.2.3. Формулировать закон Ампера.
3.2.4. Решать задачи по определению величины магнитной индукции поля, силы Ампера, действующей на проводник с током в магнитном поле, напряженность маг –
нитного поля.
3.2.4. Пояснять действие магнитного поля на движущиеся в нем заряженные части- цы и уметь рассчитывать их скорости, силу Лоренца, описывать траектории их движе- ния.
4. Вопросы для самоконтроля
4.1. Какие взаимодействия называют магнитными?
4.2. Опишите опыты Эрстеда, Иоффе и Эйхенвальда, позволившие обнаружить магнитное действие токов.
4.3. В чем состоит закон Ампера? Какова особенность сил электромагнитного
взаимодействия?
4.4. Какая величина является силовой характеристикой магнитного поля?
Дайте ее определение.
4.5. Что называется линиями магнитной индукции? Как устанавливается их
направление? Нарисуйте линии магнитной индукции для простейших магнит-
магнитных полей.
4.6. В чем состоит гипотеза Ампера о природе магнетизма?
4.7. Охарактеризуйте магнитное поле движущегося заряда.
4.8. От чего зависит сила, действующая на прямолинейный проводник с током во внешнем магнитном поле?
4.9. Почему магнитное поле не действует на проводник без тока? Ведь свободные электроны в проводнике находятся в постоянном тепловом движении.
4.10. Как действуют иа плоский замкнутый коитур тока однородное и неоднород –
ное магнитные поля?
4.11. Какая сила действует на электрический заряд, движущийся в магнитном поле? Чему оиа равна и как направлена?
4.12. Объясните взаимодействие параллельных проводников с токами на основе взаимодействия между движущимися зарядами.
5. Примеры решения задач
Задача 1.
С какой силой действует постоянный ток силой 10 А, проходящий по прямолиней- ному бесконечно длинному проводнику, на контур из провода, изогнутого в форме квадрата? Проводник расположен в плоскости контура параллельно двум его сторо –
нам. Длина стороны контура 40 см, сила тока в нем 2,5 А. Направления токов указаны на рис. 1. Расстояние от прямолинейного тока до ближайшей стороны контура равно 2 см.