МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
Каждая контрольная работа по электротехнике и электроники содержит задачи. Варианты для каждого студента индивидуальные. Номер варианта определяется суммой двух последних цифр номера зачетки студента. Например, если зачетка № 23694378, то вариант контрольной работы 15. Задачи, выполненные не по своему варианту, не проверяются и возвращаются студенту.
Контрольная работа выполняется в отдельной тетради, желательно в клетку. Условия задач следует переписывать полностью. Необходимо оставлять поля шириной 25 мм для замечаний рецензента. Страницы в тетради обязательно должны быть пронумерованы. Формулы и расчёты пишут чернилами, а чертежи и схемы выполняют карандашом, на графиках и векторных диаграммах указывают масштаб. Решение задач обязательно ведут в Международной системе единиц (СИ).
После получения работы с оценкой и замечаниями преподавателя, надо исправить отмеченные ошибки, выполнить все его указания и повторить недостаточно изученный материал. Если контрольная работа выполнена на неудовлетворительную оценку, то студент выполняет её снова по-старому или новому варианту в зависимости от указаний преподавателя и отправляет её на повторную проверку. Номера вариантов и задач для контрольной работы даны в таблице 1.
Контрольное задание
Методические указания к задаче 1
В задаче 1 рассчитывается работа, совершаемая электрическим полем.
Основные теоретические сведения:
- Электростатическое поле является потенциальным. Это означает, что работа сил электрического поля при перемещении заряда по любой замкнутой траектории равна нулю.
· Если же траектория перемещения заряда не является замкнутой, то работа электростатического поля в этом случае определяется следующим образом:
ΔA = EqΔlcosα,
где E — напряженность поля в данной точке,
q — величина заряда,
Δl — величина малого перемещения заряда,
α — угол между направлением напряженности поля и перемещением заряда.
- Если переместить заряд q из точки с потенциальной энергией W1 в точку с потенциальной энергией W2, то разница этих энергий будет равна работе, которую совершит при этой электрическое поле:
A = W2 − W1.
Пример решения 1
При перемещении заряда между точками с разностью потенциалов 1 кВ электрическое поле совершило работу 40 мкДж. Чему равен заряд?
| Дано: A =49мкДж (φ2 − φ1) = 1 кВ Найти: q | Решение: A12 = q (φ2 − φ1) q = A / (φ2 − φ1) = 40 · 10 − 6 / 103 = 4 · 10 − 8 Кл. Ответ: 4 · 10 − 8 Кл. |
Пример решения 2
В однородном электрическом поле напряженностью 60 кВ/м переместили положительный заряд 5нКл. Перемещение, равное по модулю 20 см, образует угол 600 с направлением силовой линии. Найти работу поля.
| Дано: Е= 60 кВ/м q = 5 нКл α = 600 Найти: А | Решение: A = E q l cos α = 60 · 103 · 5 · 10 − 9 · 0.2 · cos 600 = 3 · 10 − 5 Дж. Ответ: 3 · 10 − 5 Дж |
Пример решения
На тонкой шёлковой нити подвешен шарик, масса которого 2 г. Этот шарик обладает зарядом 2 нКл. На какое расстояние надо поднести к данному шарику другой шарик, заряд которого 5 нКл, чтобы натяжение нити уменьшилось в два раза?
Решение
Переводим данные в систему СИ:
1. силы, действующие на шарик при отсутствии внешнего электрического поля (- сила натяжения – 
;
- сила тяжести – 
.
Эти силы направлены в разные стороны. Согласно первому закону Ньютона:
(шарик находится в состоянии покоя)
2. Второй шарик подносим к первому снизу, как показано на рисунке 2 (шарики обладают положительными зарядами, поэтому сила электрического действия 
будет уменьшать силу натяжения нити
Анализ и решение задачи
1. Вычисление сопротивлений участков и всей цепи
Индуктивное реактивное сопротивление
XL = 2πf L = 2×3,14×200×6,37·10-3 Ом.
Емкостное реактивное сопротивление
XC = 1 / (2πf C) = 1 / (2×3,14×200×159·10-6) Ом.
Реактивное и полное сопротивления всей цепи:
X = XL - XC = 3 Ом; 
Ом.
2. Вычисление тока и напряжений на участках цепи
Ток в цепи
I = U / Z = 120 / 5 А.
Напряжения на участках:
U1 = R I = 96 В; U2 = XL I = 192 В; U3 = XC I = 120 В.
3. Вычисление мощностей
Активная мощность
P = R I2 = U1 I = 2304 Вт.
Реактивные мощности:
QL = XL I2 = U2 I = 4608 ВАр; QC = XC I2 = U3 I = 2880 ВАр.
Полная мощность цепи
ВА.
На комплексной плоскости в масштабе: в 1 см – 2 Ом, построим треугольник сопротивлений
Из треугольника определим величину полного сопротивления Z и угол фазового сдвига φ
Ом;
.
В данной цепи ток отстает по фазе от напряжения на угол φ. Зная величину тока I, определим мощности для отдельных элементов и всей цепи.
P = 2304 Вт; QL = 4608 ВАр; QC = 2880 ВАр.
.
Треугольник мощностей в масштабе: в 1 см – 1000 Вт (ВАр); (ВА), построим (рис. 6.9. б) на основе выражения для полной мощности
S2 = P2 + (QL - QC)2.
ЗАДАНИЯ ПО ВАРИАНТАМ
ЗАДАЧА 1
| Вариант 1 | Определите массу частицы зарядом 3,2·10-19 Кл, если, пройдя ускоряющую разность потенциалов 600 кВ, она приобрела скорость 5400 км/с. |
| Вариант 2 | Определить потенциал ионизации воздуха, если электрический пробой воздуха наступает при напряженности поля 3 МВ/м, а длина свободного пробега электронов 5 мкм. |
| Вариант 3 | Расстояние между параллельными пластинами 5 см, напряженность электрического поля между ними 102 Н/Кл. Электрон летит вдоль силовой линии от одной пластины к другой без начальной скорости. Какую скорость будет иметь электрон в конце пути? |
| Вариант 4 | Протон, пройдя в плоском конденсаторе от одной пластины до другой, приобретает скорость v=105 м/с. Найдите разность потенциалов между пластинами, если масса протона 1,67 .10-27 кг |
| Вариант 5 | Пылинка массой m 0,05г и с зарядом q 100нКл перемещается в электрическом поле из точки А, с потенциалом 6000 В, в точку С, потенциал которой равен 2000 В. Чему была равна скорость пылинки в точке А, если в точке С она стала равной 5 м/с? |
| Вариант 6 | В атомной физике энергию быстрых заряженных частиц выражают в электрон-вольтах. Электрон-вольт (эВ) — это такая энергия, которую приобретает электрон, пролетев в электрическом поле путь между точками, разность потенциалов между которыми равна 1 В. Выразить электрон-вольт в джоулях. Какую скорость имеет электрон, обладающий энергией 1 эВ? |
| Вариант 7 | Электрон летит от точки А к точке Б, разность потенциалов между которыми V=50В. Какую скорость приобретает электрон в точке Б, если в точке А его скорость была равна нулю? |
| Вариант 8 | Какую работу необходимо совершить при переносе точечного заряда q=10 нКл из бесконечности в точку, находящуюся на расстоянии r=10 см от поверхности заряженного металлического шара? Потенциал на поверхности шара 200 В, радиус шара R = 2 см. |
| Вариант 9 | При переносе точечного заряда q0=10 нКл из бесконечности в точку, находящуюся на расстоянии r=20 см от поверхности заряженного металлического шара, необходимо совершить работу А =0,5 мкДж. Радиус шара R=4 см. Найти потенциал на поверхности шара |
| Вариант 10 | Два одинаковых заряда q1=q2=50 мкКл находятся на расстоянии rа=1 м друг от друга. Какую работу А надо совершить, чтобы сблизить их до расстояния rb=0,5 м? |
| Вариант 11 | Какую работу совершает электрическое поле при перемещении зарядов q1 = 20нКл и q2 =- 20нКл из точки с потенциалом 700В в точку с потенциалом 200 В? |
| Вариант 12 | Какую работу совершает электрическое поле при перемещении зарядов q1 = 10нКл из точки с потенциалом -100В в точку с потенциалом 400 В? |
| Вариант 13 | Пройдя ускоряющую разность потенциалов 500 кВ, частица зарядом 2e приобрела скорость 5400 км/с. Определите ее массу. |
| Вариант 14 | Частица с зарядом q= 200нКл и массой m= 0,05г перемещается в электрическом поле и проходит разницу потенциалов 3000 В. Чему была равна скорость пылинки в начале, если в конце пути она стала равной 5 м/с? |
| Вариант 15 | Какую скорость приобретет протон, пройдя в плоском конденсаторе от одной пластины до другой, разность потенциалов между которыми 52В? * масса протона 1,67 .10-27 кг |
| Вариант 16 | Заряда q1=40 мкКл, а заряд q2=80 мкКл находятся на расстоянии 2 м друг от друга. Какую работу А надо совершить, чтобы сблизить их до расстояния 1 м? |
| Вариант 17 | В однородном электрическом поле напряженностью 80 кВ/м переместили отрицательный заряд - 4нКл. Перемещение, равное по модулю 10 см, образует угол 600 с направлением силовой линии. Найти работу поля. |
| Вариант 18 | Напряженность электрического поля между двумя пластинами 98 Н/Кл. Расстояние между ними 4 см. Какую скорость будет иметь электрон в конце пути, если он перемещается вдоль силовой линии от одной пластины к другой, а его начальная скорость равна нулю? |
| Вариант 19 | При перемещении заряда между точками с разностью потенциалов 2 кВ электрическое поле совершило работу 30 мкДж. Чему равен заряд? |
| Вариант 20 | С какой силой взаимодействуют два электрона на расстоянии 10 -8 см? Во сколько раз эта сила больше гравитационного притяжения? |
| Вариант 21 | Предположим, что удалось бы разделить 1см3 воды на элементарные разноименные заряды, которые затем удалили друг от друга на 100 км. С какой силой притягивались бы эти заряды? |
| Вариант 22 | Определить силу взаимодействия двух точечных зарядов Q1=Q2=1 Кл, находящихся в керосине на расстоянии r=1 м друг от друга. |
| Вариант 23 | Два шарика, расположенные на расстоянии 10 см друг от друга, имеют одинаковые отрицательные заряды и взаимодействуют с силой 0,23 мН. Найти число избыточных электронов на каждом шарике. |
| Вариант 24 | Заряды 90 и 10 нКл расположены на расстоянии 4 см друг от друга. Где надо поместить третий заряд, чтобы силы, действующие на него со стороны других зарядов, были равны по модулю и противоположны по направлению? |
| Вариант 25 | В вершинах правильного шестиугольника со стороной а помещены друг за другом заряды +q, +q, +q, -q, -q, -q. Найти силу, действующую на заряд который находится в центре шестиугольника. |
| Вариант 26 | Какая сила действует на заряд 12 нКл, помещенный в точку, в которой напряженность электрического поля равна 2 кВ/м? |
| Вариант 27 | Найти напряженность поля заряда 36 нКл в точках, удаленных от заряда на 9 и 18 см. |
| Вариант 28 | В некоторой точке поля на заряд 2 нКл действует сила 0,4 мкН. Найти напряженность поля в этой точке. |
ЗАДАЧА 2
| Вариант 1 | Два точечных заряда 5 и 15 нКл находятся на расстоянии 4 см друг от друга в вакууме. Определить силу, с которой эти заряды будут действовать на третий заряд 1 нКл, находящийся посередине между зарядами. |
| Вариант 2 | Два маленьких одинаковых шарика находятся на расстоянии 0,2 м и притягиваются с силой 4 мН. Шарики на малый промежуток времени соединили проволокой. После этого они стали отталкиваться с силой 2,25 мН, находясь на том же расстоянии. Определить отношение первоначального заряда первого шарика к заряду второго шарика. |
| Вариант 3 | Два заряда по 25 нКл каждый, расположенные на расстоянии 0,24 м друг от друга, образуют электростатическое поле. С какой силой это поле действует на заряд 2 нКл, помещенный в точку, удалённую на 0,15 м от каждого из зарядов? |
| Вариант 4 | На нити подвешен маленький заряженный шар массой 300 г. Когда к нему поднесли снизу на расстояние 40 см другой заряженный шар сила натяжения нити уменьшилась в 4 раза. Определить заряд второго шара. |
| Вариант 5 | Каждый из двух маленьких шариков положительно заряжен так, что их общий заряд 50 мкКл. Как распределен этот заряд между ними, если они, находясь на расстоянии 2 м друг от друга, отталкиваются с силой 1 Н? |
| Вариант 6 | Между двумя точечными заряженными телами сила электрического взаимодействия равна 12 мН. Если заряд одного тела увеличить в 3 раза, а заряд другого тела уменьшить в 4 раза и расстояние между телами уменьшить в 2 раза, то какова будет сила взаимодействия между телами? (Ответ дайте в мН.) |
| Вариант 7 | Отрицательный точечный заряд q' расположен на прямой, соединяющей два одинаковых положительных заряда q. Расстояния между отрицательным зарядом и каждым и каждым из положительных относятся между собой, как 1:3. Во сколько раз изменится сила, действующая на отрицательный заряд, если его поменять местами с ближайшим положительным? |
| Вариант 8 | Два одинаковых шарика обладают зарядами 8 нКл и -4 нКл. Шарики приводят в соприкосновение и разводят на прежние места. Как изменилась сила взаимодействия этих зарядов (заряженных шариков)? |
| Вариант 9 | На тонкой шёлковой нити подвешен шарик, масса которого – 2 г. Этот шарик обладает зарядом 2 нКл. На какое расстояние надо поднести к данному шарику другой шарик, заряд которого 5 нКл, чтобы натяжение нити уменьшилось в два раза? |
| Вариант 10 | Два одинаковых шарика, имеющих одинаковые заряды 1,6 мкКл, подвешены на одной высоте на нитях одной и той же длины. Расстояние между точками подвеса 0,2 м. Какой по величине и знаку заряд следует поместить на расстоянии 0,5 м от каждого из шариков, чтобы нити были параллельны? |
| Вариант 11 | На нерастяжимой нити висит шарик массой 100 г, имеющий заряд 20 мкКл. Как необходимо зарядить второй шарик, который подносят снизу к первому шарику на расстояние 30 см, чтобы сила натяжения: уменьшилась вдвое; рассмотреть случай невесомости; увеличилась в 4 раза? |
| Вариант 12 | Заряды 40 и -10 нКл расположены на расстоянии 10 см друг от друга. Какой надо взять третий заряд и где следует его поместить, чтобы равнодействующая сил, действующих на него со стороны двух других зарядов, была бы равна нулю? |
| Вариант 13 | Два заряда, один из которых по модулю в 4 раза больше другого, расположены на расстоянии, а друг от друга. В какой точке пространства напряженность поля равна нулю, если заряды: а) одноименные; б) разноименные? |
| Вариант 14 | Два одинаковых шарика массой 44,1 г подвешены на нитях длиной 0,5 м. При сообщении шарикам одинаковых избыточных зарядов они оттолкнулись друг от друга так, что угол между нитями стал равным 90°. Найдите величины избыточных зарядов на шариках. |
| Вариант 15 | Три одинаковых заряда Q=1 нКл каждый расположены по вершинам равностороннего треугольника. Какой отрицательный заряд Q1 нужно поместить в центре треугольника, чтобы его притяжение уравновесило силы взаимного отталкивания зарядов? |
| Вариант 16 | В вершинах квадрата находятся одинаковые заряды Q=0,3 нКл каждый. Какой отрицательный заряд Q1 нужно поместить в центре квадрата, чтобы сила взаимного отталкивания положительных зарядов была уравновешена силой притяжения отрицательного заряда? |
| Вариант 17 | Заряды q1 = 10 нКл и q2 = 20 нКл расположены в точках А и В. Найти напряженность поля в точках С и Д, если АС =10 см, СВ = ВД = 5 см.
|
| Вариант 18 | Два одинаковых заряженных металлических шарика притягиваются друг к другу. После того как шарики привели в соприкосновение и развели на расстояние вдвое большее первоначального, сила взаимодействия между ними уменьшилась в 12 раз. Каким был заряд первого шарика, если заряд второго был 1 мкКл? |
| Вариант 19 | Тонкая шелковая нить выдерживает максимальную силу натяжения Т=10 мН. На этой нити подвешен шарик массы m = 0,6 г, имеющий положительный заряд q1 = 11 нКл. Снизу в направлении линии подвеса к нему подносят шарик, имеющий отрицательный заряд q2= -13 нКл. При каком расстоянии r между шариками нить разорвется? |
| Вариант 20 | Расстояние между параллельными пластинами 5 см, напряженность электрического поля между ними 102 Н/Кл. Электрон летит вдоль силовой линии от одной пластины к другой без начальной скорости. Какую скорость будет иметь электрон в конце пути? |
| Вариант 21 | Протон, пройдя в плоском конденсаторе от одной пластины до другой, приобретает скорость v=105 м/с. Найдите разность потенциалов между пластинами, если масса протона 1,67 .10-27 кг |
| Вариант 22 | Пылинка массой m 0,05г и с зарядом q 100нКл перемещается в электрическом поле из точки А, с потенциалом 6000 В, в точку С, потенциал которой равен 2000 В. Чему была равна скорость пылинки в точке А, если в точке С она стала равной 5 м/с? |
| Вариант 23 | В атомной физике энергию быстрых заряженных частиц выражают в электрон-вольтах. Электрон-вольт (эВ) — это такая энергия, которую приобретает электрон, пролетев в электрическом поле путь между точками, разность потенциалов между которыми равна 1 В. Выразить электрон-вольт в джоулях. Какую скорость имеет электрон, обладающий энергией 1 эВ? |
| Вариант 24 | Электрон летит от точки А к точке Б, разность потенциалов между которыми V=50В. Какую скорость приобретает электрон в точке Б, если в точке А его скорость была равна нулю? |
| Вариант 25 | Какую работу необходимо совершить при переносе точечного заряда q=10 нКл из бесконечности в точку, находящуюся на расстоянии r=10 см от поверхности заряженного металлического шара? Потенциал на поверхности шара 200 В, радиус шара R = 2 см. |
| Вариант 26 | При переносе точечного заряда q0=10 нКл из бесконечности в точку, находящуюся на расстоянии r=20 см от поверхности заряженного металлического шара, необходимо совершить работу А =0,5 мкДж. Радиус шара R=4 см. Найти потенциал на поверхности шара |
| Вариант 27 | Два точечных заряда 5 и 15 нКл находятся на расстоянии 4 см друг от друга в вакууме. Определить силу, с которой эти заряды будут действовать на третий заряд 1 нКл, находящийся посередине между зарядами. |
| Вариант 28 | Два маленьких одинаковых шарика находятся на расстоянии 0,2 м и притягиваются с силой 4 мН. Шарики на малый промежуток времени соединили проволокой. После этого они стали отталкиваться с силой 2,25 мН, находясь на том же расстоянии. Определить отношение первоначального заряда первого шарика к заряду второго шарика. |
ЗАДАЧА 3
Номер варианта обведен в круг
Задача 4
Е = 660 В, R1 = 20 Ом, R2 = 30 Ом, R3 = 5 Ом, R4 = 20 Ом, R5 = 50 Ом
| Использовать преобразование | Найти | |
| Вариант 1 | треугольник R1, R2,R5 в звезду | I5 |
| Вариант 2 | треугольник R3, R4, R5 в звезду | I3 |
| Вариант 3 | звезду R1, R3, R5 в треугольник | I4 |
| Вариант 4 | звезду R2, R4, R5 в треугольник | I1 |
| Вариант 5 | треугольник R1, R2, R5 в звезду | I2 |
| Вариант 6 | треугольник R3, R4, R5 в звезду | I5 |
| Вариант 7 | звезду R1, R3, R5 в треугольник | I3 |
| Вариант 8 | звезду R2, R4, R5 в треугольник | I4 |
| Вариант 9 | треугольник R1, R2,R5 в звезду | I1 |
| Вариант 10 | треугольник R3, R4, R5 в звезду | I2 |
| Вариант 11 | звезду R1, R3, R5 в треугольник | I5 |
| Вариант 12 | звезду R2, R4, R5 в треугольник | I3 |
| Вариант 13 | треугольник R1, R2,R5 в звезду | I4 |
| Вариант 14 | треугольник R3, R4, R5 в звезду | I1 |
| Вариант 15 | звезду R1, R3, R5 в треугольник | I2 |
| Вариант 16 | звезду R2, R4, R5 в треугольник | I3 |
| Вариант 17 | треугольник R1, R2,R5 в звезду | I4 |
| Вариант 18 | треугольник R3, R4, R5 в звезду | I1 |
| Вариант 19 | звезду R1, R3, R5 в треугольник | I2 |
| Вариант 20 | треугольник R1, R2,R5 в звезду | I2 |
| Вариант 21 | треугольник R3, R4, R5 в звезду | I5 |
| Вариант 22 | звезду R1, R3, R5 в треугольник | I3 |
| Вариант 23 | звезду R2, R4, R5 в треугольник | I4 |
| Вариант 24 | треугольник R1, R2, R5 в звезду | I1 |
| Вариант 25 | треугольник R3, R4, R5 в звезду | I2 |
| Вариант 26 | звезду R1, R3, R5 в треугольник | I3 |
| Вариант 27 | звезду R2, R4, R5 в треугольник | I4 |
| Вариант 28 | треугольник R1, R2,R5 в звезду | I1 |
ЗАДАЧА 5
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
Каждая контрольная работа по электротехнике и электроники содержит задачи. Варианты для каждого студента индивидуальные. Номер варианта определяется суммой двух последних цифр номера зачетки студента. Например, если зачетка № 23694378, то вариант контрольной работы 15. Задачи, выполненные не по своему варианту, не проверяются и возвращаются студенту.
Контрольная работа выполняется в отдельной тетради, желательно в клетку. Условия задач следует переписывать полностью. Необходимо оставлять поля шириной 25 мм для замечаний рецензента. Страницы в тетради обязательно должны быть пронумерованы. Формулы и расчёты пишут чернилами, а чертежи и схемы выполняют карандашом, на графиках и векторных диаграммах указывают масштаб. Решение задач обязательно ведут в Международной системе единиц (СИ).
После получения работы с оценкой и замечаниями преподавателя, надо исправить отмеченные ошибки, выполнить все его указания и повторить недостаточно изученный материал. Если контрольная работа выполнена на неудовлетворительную оценку, то студент выполняет её снова по-старому или новому варианту в зависимости от указаний преподавателя и отправляет её на повторную проверку. Номера вариантов и задач для контрольной работы даны в таблице 1.
Контрольное задание
Дата: 2018-12-28, просмотров: 484.
