X Elektrostatyka i magnetyzm

9/13

X Elektrostatyka i magnetyzm

1. * Wyraź jednostkę 1 J w elektronowoltach, oraz 1 eV w dżulach.

2. * Potencjał pola elektrostatycznego w punkcie odległym o r od ładunku punktowego q wynosi V. Jaka siła działa na ten ładunek? [2]

3. ** Ładunek punktowy e został przesunięty w polu elektrostatycznym o natężeniu E = 100 V/m na drodze s = 1 mm. O ile wzrosła energia potencjalna tego ładunku? Wynik wyraź w dżulach oraz elektronowoltach.

4. ** Dwa ładunki q =− e

= e

1

oraz q 2

, oddalone od siebie o r 12 przyciągają się z siłą F 12 .

Oblicz siłę oddziaływania F

=2 e

13 ładunku q 1 z cząstką  ( q 3

), jeśli cząstka  znajduje

się w odległości 2 razy większej niż wynosi odległość r 12 . Jaki jest charakter tego oddziaływania (odpychający/przyciągający)?

5. ** W akceleratorze tandemowym ujemne jony He- są przyspieszane od potencjału zerowego do U = 3 MeV. Następnie są obdzierane z trzech elektronów i jako cząstki alfa (jon He2+) są ponownie przyspieszane do potencjału zerowego. Oblicz końcową energię cząstek w chwili uderzenia w tarczę.

6. * Oblicz siłę Lorentza działającą na cząstkę α, jeżeli porusza się ona z prędkością 

prostopadłą do jednorodnego pola magnetycznego o indukcyjności B.

7. * Obliczyć ładunek cząstki o masie m poruszającej się prostopadle do linii sił jednorodnego pola magnetycznego o indukcji B, jeśli okres tego ruchu wynosi T. [2]

8. ** Obliczyć energię kinetyczną cząstki o masie m i ładunku q poruszającej się w polu magnetycznym o indukcji B po okręgu o promieniu R. [2]

9. * Oblicz siłę działającą na prostoliniowy przewodnik o długości l, przez który w czasie t przepływa ładunek Q.

10. ** Pomiędzy okładki kondensatora płaskiego (umieszczonego w jednorodnym polu magnetycznym o indukcji B) naładowanego napięciem U wpada elektron. Ile wynosiła prędkość elektronu, jeśli ruch elektronu wewnątrz kondensatora był ruchem jednostajnym prostoliniowym oraz  E ⊥  B .

11. ** Jaką siłą (na jednostkę długości) oddziaływają na siebie dwa prostoliniowe przewodniki, przez które płyną prądy o natężeniu I1 oraz I2? Przedyskutuj charakter oddziaływania w zależności od zwrotu natężeń.

12. ** Oblicz siłę elektromotoryczną wyindukowaną w okrągłej ramce o średnicy d znajdującej się w prostopadłym polu magnetycznym, jeśli w czasie τ wartość indukcji pola

magnetycznego wzrosła (liniowo) od zera do B.

13. ** Indukcja jednorodnego pola magnetycznego rośnie proporcjonalnie do czasu ( B = at). W

polu tym znajduje się nieruchoma, kwadratowa ramka zbudowana z 4 drutów o długości l i oporze R. Oblicz moc cieplną wydzielaną w ramce. [2]

Zestaw zadań z fizyki (zajęcia uzupełniające) dla Wydziału SIMR – opr. mgr inż. Tomasz K. Pietrzak

XI Elektryczność

10/13

XI Elektryczność

1. * Oblicz opór żarówki przystosowanej do napięcia sieciowego ( U = 230 V), jeśli jej moc wynosi P = 100 W. Jaki prąd płynie przez żarówkę w czasie pracy?

2. * Dwa jednakowe oporniki o oporze R = 25 Ω połączone równolegle podłączono do źródła napięcia o SEM U = 5 V. Prąd o jakim natężeniu jest pobierany ze źródła? Jaka moc wydziela się na opornikach?

3. ** Dwadzieścia jednakowych żarówek choinkowych o oporze R =100 

1

połączono

szeregowo i włączono do gniazda sieciowego ( U =230 V ). Oblicz opór całego układu ( R) raz natężenie płynącego przez nie prądu ( I). Jakie jest napięcie na pojedynczej żarówce ( U 1 ?) 4. ** Do ogniwa o znanej SEM oraz oporze wewnętrznym r podłączono obciążenie (odbiornik elektryczny) o oporze R = r. Jakie natężenie prądu płynie w obwodzie? Jaka moc wydziela się na odbiorniku, a jaka w ogniwie?

5. *** Oblicz wartości prądów płynących

w gałęziach mostka Wheatstone'a

(rys. obok). Dla jakiej wartości oporu Rx

napięcie Uwy = 0? Jakie zastosowanie

może mieć ten mostek?

6. * Oblicz stosunek pojemności dwóch

identycznych

kondensatorów:

próżniowego oraz wypełnionego wodą (



=80

wody

).

7. ** Oblicz pojemność kondensatora

płaskiego C0 o powierzchni okładek S i

odległości między nimi d. Oblicz

pojemność identycznych kondensatorów C1 i C2, wypełnionych do połowy dielektrykiem o znanej ε r (por. rys. poniżej). [2]

Zestaw zadań z fizyki (zajęcia uzupełniające) dla Wydziału SIMR – opr. mgr inż. Tomasz K. Pietrzak

XII Drgania harmoniczne

11/13

XII Drgania harmoniczne

1. ** Na pionową sprężynę o stałej sprężystości k położono małą kulkę o masie m i ściśnięto sprężynę o l (od położenia równowagi). Wyznacz wysokość, na jaką wzniesie się wystrzelona kulka.

2. ** Wahadło matematyczne wykonuje drgania o okresie T. Jak zmieni się okres drgań, jeśli wahadło umieścimy w szybkiej windzie poruszającej się ruchem jednostajnie przyspieszonym z przyspieszeniem a = ¼ g: a) w górę; b) w dół?

3. *** Sztywny, cienki pręt o długości L = 1 m i masie m = 5 kg zawieszono na prostopadłej osi, przecinającej go w ¼ długości. Jaki jest okres drgań takiej bryły? [5]

4. *** Oblicz okres drgań ciała o masie m przymocowanego do ściany na dwóch sprężynach o stałych sprężystości k1 i k2.

XIII Obwody prądu zmiennego

1. ** Wyprowadź wyrażenia na impedancję opornika R, cewki L i kondensatora C.

2. ** Podaj wzór na impedancję Z obwodu RLC. Oblicz częstotliwość rezonansową f0 tego obwodu. Podaj wartość Z ( f0).

3. *** Prostym obwodem zastępczym dla silnika elektrycznego może być obwód RL. Oblicz impedancję urządzenia, przesunięcie fazowe prądu względem napięcia zasilania (o znanym U

oraz f). Ile wynosi iloczyn UI oraz moc cieplna P wydzielana w urządzeniu?

4. *** Ile wynosi moc wydzielana na oporniku R podłączonym do źródła napięcia przemiennego U  t= U sin  t

0

? Podaj tzw. wartości skuteczne napięcia i natężenia prądu

(odpowiednio Usk i Isk) dla napięcia/prądu sinusoidalnego.

5. *** Jak zależy moc wydzielana na oporniku R podłączonym do źródła napięcia o kształcie prostokątnym o współczynniku wypełnienia 0≤1 ?

Zestaw zadań z fizyki (zajęcia uzupełniające) dla Wydziału SIMR – opr. mgr inż. Tomasz K. Pietrzak