Контрольная работа по Физике на тему: "Практикум по основным разделам физики: от механики до квантовой теории"

Вариант 9

Задача  № 1. Кинематика материальной точки

Материальная точка движется по окружности радиусом R. Задан закон изменения пути с течением времени S=f(t) или закон изменения угла поворота радиуса движущейся материальной точки с течением времени  φ=φ(t). 

На основании заданного закона изменения пути с течением времени найти закон изменения угла поворота радиуса движущейся материальной точки с течением времени  или наоборот. Найти неизвестные величины для момента времени t₁, обозначенные в табл. 4.1 знаком «?».

Условные обозначения физических величин:

α₁ – угол между направлениями скорости и ускорения;

v₁ – модуль скорости;

a_1τ – тангенциальное ускорение;

a_1n – нормальное ускорение;

a₁ – модуль  полного ускорения;  

ω₁ – угловая скорость;

ε₁ – угловое ускорения;  

S₁ – криволинейная координата.


                                             Физические величины и единицы измерения
Закон движения                R,м        t₁,с   v₁,м/с  a_1τ,м/с²    a_1n,м/с²   а₁,м/с²    tgα₁   ω₁,1/с   ε₁,1/с²    S₁,м

S=0,4t³ –1,2t² + 6              40           ?      ?          10,0           ?               ?        ?          ?            ?              ?

 

Задача  № 2. Динамика  материальной точки и твердого тела

Система  тел состоит из: диска массой m₁ радиусом R, вращающегося относительно закрепленной горизонтальной оси; невесомой нерастяжимой нити, намотанной на шкив диска радиусом r; груза массой m₂, прикрепленного к свободному концу нити (рис. 2). В начальный момент времени система тел неподвижна. На диск действует момент силы М, направление которого показано дуговой стрелкой.

Условные обозначения физических величин:

I – момент инерции диска;

Т – сила натяжения нити;

а – ускорение груза;

ε – угловое ускорение диска;

t – время движения;

L – момент импульса диска в конце движения;

φ – угол поворота диска за время t;

s – путь, пройденный грузом за время t;

Е – кинетическая энергия диска в момент времени t;

А – работа диска.

Найти неизвестные величины, обозначенные в табл. 4.2 знаком «?».
 

Задача  № 3.  Молекулярная физика. Основы термодинамики

Газ  в результате протекания процесса переходит из состояния № 1 в состояние № 2. Найти неизвестные величины, обозначенные в табл. 4.3. знаком «?».

Условные обозначения физических величин:

m – масса газа;

P₁ – давление газа в первом состоянии;

V₁– объем газа в первом состоянии;

T₁– температура газа в первом состоянии;

P₂ – давление газа во втором состоянии;

V₂ – объем газа во втором состоянии;

T₂ – температура газа во втором состоянии;

μ – масса моля газа;

i – число степеней свободы;

v  – количество вещества;

N – количество молекул в газе;

(v)_кв – средняя квадратичная скорость молекул газа при поступательном движении в первом состоянии;

ΔU – изменение внутренней энергии газа;

A – работа газа;

Q – теплота газа.
Вид газа  m,кг P₁,МПа  V₁,м³  T₁,К P₂,МПа V₂,м³ T₂,К μ, кг/моль i- V,моль N ( V)_кв м/с  ΔU,Дж A,Дж  Q,Дж вид проц
         CO   0,25    0,2       0,2      ?      0,3         ?          ?     ?             ?   ?        ?      ?            ?           ?       ?          ?

 

Задача  № 4. Электростатическое поле

Три заряженных тела: 1) бесконечно длинная заряженная плоскость с поверхностной плотностью зарядов σ₁; 2) заряженная сфера радиусом R=1см с зарядом q₂; 3) точечный заряд q₃ – образуют общее электростатическое поле (рис. 3). Точка О этого поля удалена на расстояние r₁ от заряженной плоскости, на расстояние r₂ от центра заряженной сферы и на расстояние r₃ от точечного заряда. Прямая r₃ образует угол α с осью х, а прямая r₂ – угол β. В поле из точки О перемещается точечный заряд q_о в точку А.

Величины, используемые в данной задаче

- напряженности полей в точке О: Е₁ – заряженной плоскости, Е₂ – заряженной сферы, Е₃ – точечного заряда и Е_о  – общего поля;

- q_о – точечный заряд, который помещаем в точку О;

- F – сила, действующая на заряд q_о;

- разности потенциалов точек А и О полей: U₁ – заряженной плоскости, U₂ – заряженной сферы, U₃ – точечного заряда и U_о – общего поля;

- OA = d – длина пути перемещения заряда  q_о;

- А – работа перемещения  заряда q_о.

Найти неизвестные величины, обозначенные в табл. 4.4 знаком «?».             


  σ₁,Кл/м2   12·10^-5
q₂,мкКл         4
q₃,мкКл         5
q_o,мкКл         3
r₁,см              5
r₂,см              5
r₃,см              5
a = B₀             45
E₁,В/м            ?
E₂,В/м            ?
E₃,В/м            ?
E_об,В/м          ?
F,Н                 ?
U₁,В               ?
U₂,В               ?
U₃,В               ?
U_о,В               ?
A,Дж               ?

 

Задача  № 5. Магнитное поле

Частица массой m и зарядом q влетает с начальной скоростью V₀ в электрическое поле вдоль силовых линий. Частица проходит в поле разность потенциалов U, которое совершает работу А,  и вылетает из поля со скоростью v.  Затем частица влетает в магнитное поле индукцией В перпендикулярно магнитным силовым линиям. В результате действия поля частица движется по окружности радиусом R  с периодом Т и частотой n. В этом случае ее движение характеризуется магнитным моментом P_m, силой эквивалентного тока l_экв, механическим моментом импульса L и гиромагнитным отношением P_mlL. Найти неизвестные величины, обозначенные в табл. 4.5. знаком «?».
 

V₀,Мм/с       ?

А,10^-19Дж  24,9

 U,  В           ?

V,Мм/с         0,04
 

q,10^-19Кл       1,6 

m,  кг            3,32∙10^-27

B, мТл           ?

R,мм              ?

T,   мкс          ?

n,10⁶1/с      0,146

P_m;А∙м^{2          ?}

I_экв   А          ?
 
L, кг∙м²с^{-        ?}


P_m/LКл/кг      ?
 

Задача  № 6. Колебания и волны

Задано уравнение колебаний материальной точки. В задаче рассматриваются следующие величины:  

m – масса колеблющейся точки;

t₁ – момент времени, в который определяются параметры состояния колеблющееся точки;

S₁ – мгновенное смещение точки;

v₁ – мгновенная скорость точки;

a₁ – мгновенное ускорение точки;

F₁ – мгновенная сила, действующая на точку;

E_1k – мгновенная кинетическая энергия точки;  

E_1p – мгновенная потенциальная энергия точки;

E₁ – мгновенная полная энергия точки.

Найти неизвестные величины, обозначенные в табл. 4.6 знаком «?».


Уравнение колебаний S , см   S = 12cos(30Пt)

m,кг        1,4
 
t₁,с           ?
 
S₁см        ? 

v_1,м/с       ?

a₁,м/с2    54П²

F₁Н           ?
 
E_1k,Дж       ?

E_1p,Дж       ?
 

E₁,Дж        ?
 

Задача  № 7. Основы  квантовой механики

В первой части задачи согласно теории Бора определить параметры атома и спектральную линию его излучения:

n – главное квантовое число;

R_n  – радиус электронной орбиты в данном состоянии атома;

V_n – скорость электрона на этой орбите.  

Во второй части задачи исследуются спектральные линии излучения атомарного водорода:

n₁ и n₂ – начальный и конечный номера квантовых состояний атома при его переходе;

λ – длина волны при этом переходе.

Найти неизвестные величины, обозначенные в табл. 4.7 знаком «?».

Задача  № 8. Физика атомного ядра и элементарных

частиц

В первой части задачи определить по заданному изотопу дефект массы ΔМ, количество нуклонов N_нук, протонов N_p и нейтронов N_n в атомном ядре. Во второй части задачи определить следующие параметры в радиоактивном  процессе: Т – период полураспада, t – время наблюдения распада, m_o – массу радиоактивного вещества в начальный момент наблюдения распада, m – массу радиоактивного вещества в конечный момент наблюдения распада, τ – среднее время жизни радиоактивного атома данного вещества. В третьей части задачи, используя уравнение ядерной реакции, определить неизвестную частицу и найти дефект массы ΔМ и тепловой эффект Q ядерной реакции.

Найти неизвестные величины, обозначенные в табл. 4.8 знаком «?».