Электричество и магнетизм: качественные задачи

Электрическая цепь состоит из двух лампочек, двух диодов и витка провода, соединённых, как показано на рисунке. (Диод пропускает ток только в одном направлении, как показано в верхней части рисунка.) Какая из лампочек загорится, если отодвигать от витка северный полюс магнита? Ответ объясните, указав, какие физические явления и закономерности Вы использовали для объяснения.

В камере, из которой откачан воздух, создали электрическое поле напряжённостью $\vec{\text{Е}}$ и магнитное поле индукцией $\vec{\text{В}}.$ Поля однородные, $\vec{\text{Е}}\perp \vec{\text{В}}.$ В камеру влетает протон $p$, вектор скорости которого перпендикулярен $\vec{\text{Е}}$ и $\vec{\text{В}},$ как показано на рисунке. Модули напряжённости электрического поля и индукции магнитного поля таковы, что протон движется прямолинейно. Куда отклонится протон на начальном участке траектории, если его скорость уменьшить? Ответ поясните, указав, какие явления и закономерности Вы использовали для объяснения. Влиянием силы тяжести пренебречь.

Электрическая цепь состоит из батареи с ЭДС $\mathcal E$ и внутренним сопротивлением $r$ и подключённого к ней резистора нагрузки с сопротивлением $R$. При изменении сопротивления нагрузки изменяется напряжение на ней и мощность в нагрузке. На рисунке представлен график зависимости мощности, выделяющейся на нагрузке, от напряжения на ней. Используя известные Вам физические законы, объясните, почему данный график зависимости мощности от напряжения представляет собой параболу.

Электрическая цепь состоит из двух лампочек, двух диодов и витка провода, соединённых, как показано на рисунке. (Диод пропускает ток только в одном направлении, как показано в верхней части рисунка.) Какая из лампочек загорится, если к витку приближать северный полюс магнита? Ответ объясните, указав, какие явления и закономерности Вы использовали при объяснении.

На рисунке изображена схема электрической цепи, состоящей из двух одинаковых источников ЭДС, ключа К, одинаковых ламп Л1 и Л2, резистора $R$ и двух одинаковых идеальных диодов D1 и D2. Опираясь на законы электродинамики, объясните, какие изменения произойдут в работе этой цепи, если перевести ключ К из положения 1 в положение 2. Сравните накал ламп в этих двух случаях.

Между двумя металлическими близко расположенными пластинами, укреплёнными на изолирующих подставках, подвесили на шёлковой нити лёгкий незаряженный шарик из фольги. Когда пластины подсоединили к разноимённым клеммам высоковольтного источника напряжения, шарик пришёл в движение. Опишите движение шарика и объясните его. В ответе укажите, какие физические явления и закономерности Вы использовали для объяснения.

Резистор $R$ и катушка индуктивности $L$ с железным сердечником подключены к источнику постоянного тока, как показано на схеме. Первоначально ключ К замкнут, а через лампочки проходят соответственно токи ${I}_{1}=0,2$ А и ${I}_{2}=1,5$ А. Что произойдёт с величиной и направлением тока через резистор после размыкания ключа К? Ответ поясните, указав, какие явления и закономерности Вы использовали для объяснения.

На столе установили два незаряженных электрометра и соединили их металлическим стержнем с изолирующей ручкой (рис. 1). Затем к первому электрометру поднесли, не касаясь шара, положительно заряженную палочку (рис. 2). Не убирая палочки, сняли стержень, а затем убрали палочку. Ссылаясь на известные Вам законы и явления, объясните, почему электрометры оказались заряженными, и определите знаки заряда каждого из электрометров после того, как палочку убрали. Рис. 1 Рис. 2

На железном стержне намотаны две катушки изолированного медного провода А и Б. Катушка А подключена к источнику с ЭДС $\mathcal E$ и внутренним сопротивлением $r$, как показано на рисунке. Катушка Б замкнута на амперметр малого сопротивления. Ползунок реостата передвигают влево. В каком направлении протекает при этом ток через амперметр, подключённый к катушке Б? Ответ обоснуйте, указав, какие явления и закономерности Вы использовали для объяснения.

Катушка, обладающая индуктивностью $L$, соединена последовательно с источником постоянного тока с ЭДС $\mathcal E$ и резисторами $R_{1}$ и $R_{2}$, имеющими одинаковое сопротивление ${R}_{1}={R}_{2}=R$, как показано на рисунке. В начальный момент ключ в цепи разомкнут. Как изменятся сила тока в цепи и напряжение на участке цепи, содержащем резистор $R_{1}$, после замыкания ключа? Ответ поясните, опираясь на законы электродинамики. Внутренним сопротивлением источника тока и сопротивлением катушки пренебречь.

Две параллельные металлические пластины, расположенные горизонтально, подключены к электрической схеме, приведённой на рисунке. Между пластинами находится в равновесии маленькое заряженное тело массой $m$ и зарядом $q$. Электростатическое поле между пластинами считать однородным. Опираясь на законы механики и электродинамики, объясните, как и в каком направлении начнёт двигаться тело, если сдвинуть ползунок реостата вправо.

Три параллельных длинных прямых проводника 1, 2 и 3 расположены на одинаковом расстоянии $a$ друг от друга (см. рис. 1 и 2). В каждом проводнике протекает электрический ток силой $I$: в проводниках 1 и 3 – в одном направлении, а в проводнике 2 – в противоположном. Определите направление результирующей силы, действующей на проводник 1 со стороны проводников 2 и 3. Сделайте рисунок на бланке ответов на основе рис. 2, указав в области проводника 1 векторы магнитной индукции полей, созданных проводниками 2 и 3, вектор магнитной индукции результирующего магнитного поля и вектор результирующей силы. Ответ поясните, опираясь на законы электродинамики. Рис. 1 Рис. 2

В опыте по изучению фотоэффекта катод освещается жёлтым светом, в результате чего в цепи возникает ток (рис. 1). Зависимость показаний амперметра $I$ от напряжения $U$ между анодом и катодом приведена на рис. 2. Используя законы фотоэффекта и предполагая, что отношение числа фотоэлектронов к числу поглощённых фотонов не зависит от частоты света, объясните, как изменится представленная зависимость $I$($U$), если освещать катод зелёным светом, оставив мощность поглощённого катодом света неизменной. Рис. 1 Рис. 2

На столе установили два незаряженных электрометра и соединили их металлическим стержнем с изолирующей ручкой (рис. 1). Затем к первому электрометру поднесли, не касаясь шара, отрицательно заряженную палочку (рис. 2). Не убирая палочки, убрали стержень, а затем убрали палочку. Ссылаясь на известные Вам законы и явления, объясните, почему электрометры оказались заряженными, и определите знаки заряда каждого из электрометров после того, как палочку убрали. Рис. 1 Рис. 2

Катушка, обладающая индуктивностью $L$, соединена с источником питания с ЭДС $\mathcal E$ и двумя одинаковыми резисторами $R$. Электрическая схема соединения показана на рис. 1. В начальный момент ключ в цепи разомкнут. В момент времени $t$ = 0 ключ замыкают, что приводит к изменениям силы тока, регистрируемым амперметром, как показано на рис. 2. Основываясь на известных физических законах, объясните, почему при замыкании ключа сила тока плавно увеличивается до некоторого нового значения – $I_{1}$. Определите значение силы тока $I_{1}$. Внутренним сопротивлением источника тока пренебречь.

Резистор $R$ и катушка индуктивности $L$ с железным сердечником подключены к источнику тока, как показано на схеме. Первоначально ключ К замкнут, показания амперметров $A_{1}$ и $A_{2}$ равны, соответственно, $I_{1}$ = 1 А и $I_{2}$ = 0,1 А. Что произойдёт с величиной и направлением тока через резистор после размыкания ключа К? Ответ поясните, указав, какие явления и законы Вы использовали для объяснения.

Маленький незаряженный шарик, подвешенный на непроводящей нити, помещён над горизонтальной диэлектрической пластиной, равномерно заряженной положительным зарядом. Размеры пластины во много раз превышают длину нити. Опираясь на законы механики и электродинамики, объясните, как изменится период малых свободных колебаний шарика, если ему сообщить отрицательный заряд.

Электрическая цепь состоит из батареи с ЭДС $\varepsilon $ и внутренним сопротивлением $r$ = 0,5 Ом и подключённого к ней резистора нагрузки с сопротивлением $R$. При изменении сопротивления нагрузки изменяется сила тока в цепи и мощность в нагрузке. На рисунке представлен график изменения мощности, выделяющейся на нагрузке, в зависимости от силы тока в цепи. Используя известные физические законы, объясните, почему данный график зависимости мощности от силы тока является параболой. Чему равно ЭДС батареи?

Три параллельных длинных прямых проводника 1, 2 и 3 расположены на одинаковом расстоянии $a$ друг от друга (см. рисунки 1 и 2). В каждом проводнике протекает электрический ток силой $I$. Токи во всех проводниках текут в одном направлении. Определите направление результирующей силы, действующей на проводник 1 со стороны проводников 2 и 3. Сделайте рисунок, указав в области проводника 1 вектора магнитной индукции полей, созданных проводниками 2 и 3, вектор магнитной индукции результирующего магнитного поля и вектор результирующей силы. Ответ поясните, опираясь на законы электродинамики. Рис. 1 Рис. 2

Три одинаковых резистора и два одинаковых идеальных диода включены в электрическую цепь, показанную на рисунке, и подключены к аккумулятору в точках $B$ и $C$. Показания амперметра равны 2 А. Определите силу тока через амперметр при смене полярности подключения аккумулятора. Нарисуйте эквивалентные электрические схемы для двух случаев подключения аккумулятора. Опираясь на законы электродинамики, поясните свой ответ. Сопротивлением амперметра и внутренним сопротивлением аккумулятора пренебречь.

К колебательному контуру подсоединили источник тока, на клеммах которого напряжение гармонически меняется с циклической частотой w$_{\text{и}}$ = 2$\cdot$10$^{4}$ с$^{-1}$ (см. рисунок). Ёмкость $C$ конденсатора колебательного контура можно плавно менять в пределах от 2,5 нФ до 1 мкФ, а индуктивность его катушки $L$ = 0,04 Гн. Ученик постепенно уменьшал ёмкость конденсатора от максимального значения до минимального и обнаружил, что амплитуда силы тока в контуре сперва возрастала, достигала некоего максимального значения и затем уменьшалась. Какое явление наблюдал ученик? Опираясь на свои знания по электродинамике, объясните наблюдения ученика.

К колебательному контуру подсоединили источник тока, на клеммах которого напряжение гармонически меняется с частотой $\nu .$ Электроёмкость $C$ конденсатора колебательного контура можно плавно менять от минимального значения $C_{min}$ до максимального $C_{max}$, а индуктивность его катушки постоянна. Ученик постепенно увеличивал ёмкость конденсатора от минимального значения до максимального и обнаружил, что амплитуда силы тока в контуре всё время возрастала. Опираясь на свои знания по электродинамике, объясните наблюдения ученика.

На рисунке изображена электрическая цепь, состоящая из гальванического элемента, двух идеальных диодов (сопротивление диода при прямом включении равно нулю, при обратном включении ток через диод равен нулю), двух ключей, двух резисторов, идеальных амперметра и вольтметра. В начальный момент времени ключ ${\text{К}}_{1}$ замкнут, а ключ ${\text{К}}_{2}$ разомкнут. Опираясь на законы электродинамики, объясните, как изменятся показания приборов, если ключ ${\text{К}}_{1}$ разомкнуть, а ключ ${\text{К}}_{2}$ замкнуть.

Медный стержень АБ подвешен на тонких проводящих проволочках и подключен к источнику постоянного напряжения $U$ так, как показано на рисунке. Под проводником находится постоянный полосовой магнит, обращенный к нему северным полюсом. В какую сторону начнет двигаться проводник сразу после замыкания ключа $K$? Опираясь на законы механики и электродинамики, объясните, почему это произойдет. Считать, что магнитное поле вблизи полюса постоянного магнита однородно.

Два плоских воздушных конденсатора подключены к одинаковым источникам постоянного напряжения и одинаковым лампам, как показано на рисунках 1 и 2. Конденсаторы имеют разную площадь пластин, но расстояние между пластинами в конденсаторах одинаковое. В некоторый момент времени ключи $K$ в обеих схемах переводят из положения 1 в положение 2. Опираясь на законы электродинамики, объясните, в каком из приведённых опытов при переключении ключа лампа вспыхнет ярче. Сопротивлением соединяющих проводов пренебречь.

Электрическая цепь состоит из аккумулятора, к которому последовательно подключены ключ, резистор сопротивлением 2 Ом, амперметр, показывающий силу тока 0,5 А, реостат, сопротивление которого меняется от 0 до 6 Ом. Параллельно аккумулятору подключен вольтметр, показывающий напряжение 2 В. Составьте принципиальную электрическую схему этой цепи. Объясните, как изменятся (уменьшатся или увеличатся) сила тока в цепи и напряжение на аккумуляторе при увеличении сопротивления реостата до максимального значения. Укажите законы, которые вы применили.