Contoh tugas dengan berbagai tingkat kesulitan. Medan magnet

Contoh . Sebuah partikel bermassa m, membawa muatan q, terbang menuju medan magnet seragam yang tegak lurus terhadap garis vektor DI DALAM(Gbr. 10). Tentukan jari-jari lingkaran, periode dan frekuensi lingkaran partikel bermuatan.

Larutan . Komponen magnetis gaya Lorentz membengkokkan lintasan partikel, tetapi tidak mengeluarkannya dari bidang yang tegak lurus medan. Nilai mutlak kecepatan tidak berubah, gaya tetap, sehingga partikel bergerak melingkar. Menyamakan komponen magnet gaya Lorentz dengan gaya sentrifugal

untuk jari-jari partikel kita memperoleh persamaan

Periode orbit partikel

. (3.3.3)

Frekuensi melingkar ω putaran partikel, yaitu jumlah putaran dalam 2π detik,

(3.3.3΄).

Menjawab : R = mv/(qB); ω = qB/ m; untuk jenis partikel tertentu, periode dan frekuensi hanya bergantung pada induksi medan magnet.

Perhatikan gerak suatu partikel yang bergerak membentuk sudut< 90° к направлению линий вектора DI DALAM(Gbr. 11). Mari kita tentukan tinggi nada putaran spiral h. Kecepatan ay mempunyai dua komponen, salah satunya v çç = v cosβ, sejajar DI DALAM, yang lainnya v ^ = v sin β – tegak lurus terhadap garis induksi magnet DI DALAM.

Ketika sebuah partikel bergerak sepanjang garis DI DALAM komponen gaya magnet adalah nol, oleh karena itu partikel bergerak seragam sepanjang medan dengan kecepatan

v çç = v cosβ.

Nada spiral

h = v çç T = v T cosβ.

Mengganti ekspresi T dari rumus (1.3.3), kita memperoleh:

(3.3.4)

Per elemen konduktor dengan Id saat ini aku Gaya Ampere bekerja dalam medan magnet.

atau dalam bentuk skalar

dF = Saya dl B sinα, (3.3.5)

di mana α adalah sudut antara elemen konduktor dan induksi magnet.

Untuk konduktor yang panjangnya berhingga, perlu diambil integralnya:

F= Saya ∫ . (3.3.6)

Arah gaya Ampere, seperti gaya Lorentz (lihat di atas), ditentukan oleh aturan tangan kiri. Namun dengan mempertimbangkan fakta bahwa empat jari di sini diarahkan sepanjang arus.

Contoh . Sebuah konduktor berbentuk setengah cincin dengan jari-jari R = 5 cm (Gbr. 12) ditempatkan dalam medan magnet seragam, garis-garis gayanya menjauhi kita (digambarkan dengan tanda silang). Hitunglah gaya yang bekerja pada penghantar jika arus yang mengalir melalui penghantar adalah I = 2 A, dan induksi medan magnet B = 1 µT.

Larutan . Mari kita gunakan rumus (3.3.6), dengan mempertimbangkan bahwa di bawah integral terdapat produk vektor, dan oleh karena itu, pada akhirnya, besaran vektor. Lebih mudah untuk mencari jumlah vektor dengan memproyeksikan vektor - suku pada sumbu koordinat dan menjumlahkan proyeksinya. Oleh karena itu, ketika menyelesaikan masalah dalam bentuk skalar, integral dapat direpresentasikan sebagai jumlah integral:

F = ∫ dF i, F = ∫ dF x + ∫ dF y.

Dengan menggunakan aturan tangan kiri, kita mencari vektor gaya d F, bekerja pada setiap elemen konduktor (Gbr. 12).

Integral pertama di ruas kanan sama dengan nol, karena jumlah proyeksinya d F sama dengan nol, sebagai berikut dari gambar: karena simetri gambar, setiap proyeksi positif berhubungan dengan proyeksi negatif yang besarnya sama. Maka gaya yang diperlukan hanya sama dengan integral kedua

F = ∫ dF y = ∫ dF cosβ,

dimana β adalah sudut antar vektor d F dan sumbu OΥ, dan elemen panjang konduktor dapat direpresentasikan sebagai dl = R cos β. Karena sudut diukur dari sumbu OΥ ke kiri dan kanan, maka batas integrasinya adalah nilai 90 0 dan 90 0. Mengganti dl ke dF dan menyelesaikan integral kedua, kita peroleh

F=

Perhitungan numerik menghasilkan: F = 2 2 A 10 -6 T 0,05 m = 2 10 -7 N.

Menjawab: F = 2 · 10 -7 N.

Hukum Ampere memberikan ekspresi gaya yang berinteraksi antara dua buah benda panjang tak terhingga sejajar satu sama lain konduktor dengan arus , terletak pada jarak b satu sama lain:

(3.3.7)

Dapat ditunjukkan bahwa konduktor dengan arus yang mengalir dalam satu arah akan tertarik dan ditolak jika arah arusnya antiparalel.

Pada bingkai ( sirkuit) gaya bekerja pada arus dalam medan magnet. Siapa yang berusaha mengubahnya seperti ini. Sehingga momen magnetnya R m dari bingkai bertepatan dengan arah induksi magnet. Dalam hal ini torsi M bekerja pada rangkaian dengan luas S dengan arus I sama dengan

M = I S B sinα, (3.3.8)

dimana α adalah sudut antara induksi magnet dan garis normal bingkai. Dalam bentuk vektor

M = [ P M, B].

Posisi di mana sudut α = 0 0 . ditelepon keseimbangan yang stabil, dan posisi dengan α = 180 0 - keseimbangan tidak stabil.

Pekerjaan dasar medan magnet ketika bingkai diputar melalui sudut α

Pilihan 1

A1. Apa yang menjelaskan interaksi dua konduktor paralel dengan arus searah?

1. interaksi muatan listrik;
2. pengaruh medan listrik suatu penghantar yang berarus terhadap arus pada penghantar lain;
3. pengaruh medan magnet suatu penghantar terhadap arus pada penghantar lain.

A2. Partikel manakah yang dipengaruhi oleh medan magnet?

1. pada muatan bergerak;
2. ke benda bergerak yang tidak bermuatan;
3. ke muatan stasioner;
4. ke yang tidak bermuatan saat istirahat.

A4. Sebuah penghantar lurus yang panjangnya 10 cm berada dalam medan magnet seragam dengan induksi 4 Tesla dan terletak pada sudut 30 0 ke vektor induksi magnetik. Berapakah gaya yang bekerja pada penghantar dari medan magnet jika kuat arus dalam penghantar tersebut 3 A?

1. 1,2 N; 2) 0,6 N; 3) 2,4 N.

A6. Induksi elektromagnetik adalah:

1. sebuah fenomena yang mencirikan pengaruh medan magnet pada muatan yang bergerak;
2. fenomena terjadinya arus listrik pada rangkaian tertutup ketika fluks magnet berubah;
3. sebuah fenomena yang mencirikan pengaruh medan magnet pada konduktor pembawa arus.

A7. Anak-anak berayun di ayunan. Jenis getaran apa ini?

1. bebas 2. terpaksa 3. Osilasi diri

A8. Sebuah benda bermassa m pada benang yang panjangnya l berosilasi dengan periode T. Berapa periode osilasi benda bermassa m/2 pada benang yang panjangnya l/2?

1. ½ T 2. T 3. 4 T 4. ¼ T

A9. Cepat rambat bunyi di dalam air adalah 1470 m/s. Berapakah panjang gelombang bunyi yang periode osilasinya 0,01 s?

1. 147 km 2. 1,47 cm 3. 14,7 m 4. 0,147 m

A10 . Banyaknya getaran dalam 2πs disebut?

1. frekuensi 2. Periode 3. Fase 4. Frekuensi siklik

A11. Anak laki-laki itu mendengar gema 10 detik setelah pistol ditembakkan. Cepat rambat bunyi di udara adalah 340m/s. Berapa jarak rintangan dari anak tersebut?

A12. Tentukan periode osilasi elektromagnetik bebas jika rangkaian osilasi berisi kumparan dengan induktansi 1 H dan kapasitor berkapasitas 36 pF.

1. 40ns 2. 3*10 -18 dtk 3. 3,768*10 -8 dtk 4. 37,68*10 -18 dtk

A13. Sistem osilasi paling sederhana yang mengandung kapasitor dan induktor disebut...

1. sistem osilasi sendiri 2. sistem osilasi

3. Rangkaian osilasi 4. Instalasi osilasi

A14. Bagaimana dan mengapa hambatan listrik semikonduktor berubah seiring meningkatnya suhu?

1. Menurun karena bertambahnya kecepatan pergerakan elektron.

2. Meningkat karena peningkatan amplitudo osilasi ion positif kisi kristal.

3. Berkurang karena bertambahnya konsentrasi pembawa muatan listrik bebas.

4. Meningkat karena bertambahnya konsentrasi pembawa muatan listrik bebas.

DALAM 1.

PADA 2. Partikel bermassa m , membawa muatan q B radius keliling R dengan kecepatan v . Apa yang terjadi pada jari-jari orbit, periode orbit, dan energi kinetik partikel seiring bertambahnya kecepatannya?

C1. Pada sebuah kumparan dengan induktansi 0,4 H timbul ggl induktif sendiri sebesar 20 V. Hitung perubahan kuat arus dan energi medan magnet kumparan jika terjadi dalam 0,2 s.

pilihan 2

A1. Rotasi jarum magnet di dekat penghantar berarus dijelaskan oleh fakta bahwa hal itu dipengaruhi oleh:

1. medan magnet yang diciptakan oleh muatan yang bergerak dalam suatu konduktor;
2. medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan konduktor;
3. medan listrik yang dihasilkan oleh pergerakan muatan suatu konduktor.

A2.

1. hanya medan listrik;
2. hanya medan magnet.

A4. Sebuah penghantar lurus yang panjangnya 5 cm berada dalam medan magnet seragam dengan induksi 5 T dan terletak pada sudut 30 0 ke vektor induksi magnetik. Berapakah gaya yang bekerja pada penghantar dari medan magnet jika kuat arus dalam penghantar tersebut 2 A?

1. 0,25 N; 2) 0,5 N; 3) 1,5 N.

A6. Gaya Lorentz bertindak

1. ke partikel tak bermuatan di medan magnet;
2. ke partikel bermuatan yang diam di medan magnet;
3. pada partikel bermuatan yang bergerak sepanjang garis medan induksi magnet.

A7. Untuk bingkai persegi dengan luas 2 m 2 pada arus 2 A, torsi maksimumnya adalah 4 N∙m. Berapakah induksi medan magnet pada ruang yang diteliti?

1. Tl; 2) 2 ton; 3) 3T.

A8. Jenis osilasi apa yang diamati ketika bandul berayun pada jam?

1. bebas 2. terpaksa

A9. Cepat rambat bunyi di udara adalah 330m/s. Berapakah frekuensi getaran bunyi jika panjang gelombangnya 33 cm?

1. 1000Hz 2. 100Hz 3. 10Hz 4. 10.000Hz 5. 0,1Hz

A10 Tentukan periode osilasi elektromagnetik bebas jika rangkaian osilasi berisi kapasitor dengan kapasitas 1 μF dan kumparan induktansi 36 H.

1. 4*10 -8 dtk 2. 4*10 -18 dtk 3. 3,768*10 -8 dtk 4. 37,68*10 -3 dtk

A11 . Tentukan frekuensi gelombang yang dipancarkan oleh suatu sistem yang mengandung kumparan dengan induktansi 9H dan kapasitor dengan kapasitas listrik 4F.

1.72πHz 2.12πHz 3.36Hz 4.6Hz 5.1/12πHz

A12. Sifat gelombang cahaya manakah yang menentukan warnanya?

1. berdasarkan panjang gelombang 2. berdasarkan frekuensi

3. Berdasarkan fase 4. Berdasarkan amplitudo

A13. Getaran tak teredam yang terjadi akibat sumber energi yang terletak di dalam sistem disebut...

1. bebas 2. terpaksa

3. Osilasi diri 4. Getaran elastis

A14. Air murni adalah dielektrik. Mengapa larutan NaCl dalam air bersifat konduktor?

1. Garam dalam air terurai menjadi ion Na bermuatan+ dan Cl - .

2. Setelah garam larut, molekul NaCl mentransfer muatan

3. Dalam larutan, elektron dikeluarkan dari molekul NaCl dan mentransfer muatan.

4. Saat berinteraksi dengan garam, molekul air terurai menjadi ion hidrogen dan oksigen

DALAM 1. Membangun korespondensi antar fisik

Bergerak dalam medan magnet seragam dengan induksi B radius keliling R dengan kecepatan v. Apa yang terjadi pada jari-jari orbit, periode orbit, dan energi kinetik partikel seiring dengan bertambahnya muatan partikel?

Untuk setiap posisi pada kolom pertama, pilih posisi yang sesuai di kolom kedua dan tuliskan nomor yang dipilih pada tabel di bawah huruf yang sesuai

C1. Pada sudut berapakah terhadap garis medan magnet dengan induksi 0,5 Tesla sebuah konduktor tembaga dengan penampang 0,85 mm harus bergerak? 2 dan hambatan 0,04 Ohm, sehingga pada kecepatan 0,5 m/s ggl induksi sebesar 0,35 V tereksitasi pada ujung-ujungnya? (resistivitas tembaga ρ= 0,017 Ohm∙mm 2 /m)

Pilihan 3

A1. Medan magnet tercipta:

1. muatan listrik yang diam dan bergerak;
2. muatan listrik stasioner;
3. memindahkan muatan listrik.

A2. Medan magnet mempengaruhi:

1. hanya pada muatan listrik stasioner;
2. hanya pada pergerakan muatan listrik;
3. muatan listrik yang bergerak dan diam.

A4. Berapakah gaya yang bekerja dari medan magnet seragam dengan induksi 30 mT pada sebuah penghantar lurus sepanjang 50 cm yang terletak di dalam medan tersebut, berarus 12 A? Kawat membentuk sudut siku-siku dengan arah vektor induksi medan magnet.

1. 18 N; 2) 1,8 N; 3) 0,18 N; 4) 0,018 N.

A6. Apa yang ditunjukkan oleh keempat jari tangan kiri yang terulur saat menentukan

Pasukan Ampere

1. arah gaya induksi medan;
2. arah arus;
3. arah gaya Ampere.

A7. Sebuah medan magnet dengan induksi 10 mT bekerja pada sebuah penghantar yang berarus 50 A dengan gaya 50 mN. Tentukan panjang penghantar jika garis induksi medan dan arus saling tegak lurus.

1. 1m; 2) 0,1 m; 3) 0,01 m; 4) 0,001 m.

A8. Lampu gantung berayun setelah satu dorongan. Jenis getaran apa ini?

1. bebas 2 paksa 3. Osilasi sendiri 4. Osilasi elastis

A9 .Sebuah benda bermassa m pada benang yang panjangnya l berosilasi dengan periode T. Berapa periode osilasi benda bermassa 2m pada benang yang panjangnya 2l?

1. ½ T 2. 2T 3. 4T 4. ¼ T 5. T

A10 . Cepat rambat bunyi di udara adalah 330 m/s. Berapa panjang gelombang cahaya pada frekuensi osilasi 100 Hz?

1. 33km 2. 33cm 3. 3.3m 4. 0.3m

A11. Berapa frekuensi resonansi ν 0 pada rangkaian kumparan dengan induktansi 4H dan kapasitor berkapasitas listrik 9F?

1.72πHz 2.12πHz 3.1/12πHz 4.6Hz

A12 . Anak laki-laki itu mendengar suara guntur 5 detik setelah kilatan petir. Cepat rambat bunyi di udara adalah 340m/s. Pada jarak berapakah kilat menyambar dari anak laki-laki tersebut?

A.1700m B.850m C.136m D.68m

A13. Tentukan periode osilasi elektromagnetik bebas jika rangkaian osilasi berisi kumparan dengan induktansi 4 H dan kapasitor berkapasitas 9 pF.

A14. Jenis konduktivitas apa yang dimiliki bahan semikonduktor dengan pengotor donor?

1. Terutama elektronik. 2. Terutama tipe lubang.

3. Sama-sama elektronik dan lubang. 4. ionik.

DALAM 1. Membangun korespondensi antar fisikbesaran dan satuan pengukuran

PADA 2. Partikel bermassa m membawa muatan q , bergerak dalam medan magnet seragam dengan induksi B radius keliling R dengan kecepatan v. Apa yang terjadi pada jari-jari orbit, periode orbit, dan energi kinetik partikel dengan meningkatnya induksi medan magnet?

Untuk setiap posisi pada kolom pertama, pilih posisi yang sesuai di kolom kedua dan tuliskan nomor yang dipilih pada tabel di bawah huruf yang sesuai

C1. Dalam sebuah kumparan yang terdiri dari 75 lilitan, fluks magnetnya adalah 4,8∙10-3 Vb. Berapa lama waktu yang diperlukan agar fluks ini hilang hingga timbul ggl induksi rata-rata sebesar 0,74 V pada kumparan?

Pilihan 4

A1. Apa yang diamati pada percobaan Oersted?

1. konduktor pembawa arus bekerja pada muatan listrik;
2. jarum magnet berputar di dekat konduktor pembawa arus;
3. jarum magnet mengubah konduktor bermuatan

A2. Muatan listrik yang bergerak menghasilkan:

1. hanya medan listrik;
2. baik medan listrik maupun medan magnet;
3. hanya medan magnet.

A4. Dalam medan magnet seragam dengan induksi 0,82 Tesla, sebuah penghantar sepanjang 1,28 m terletak tegak lurus terhadap garis-garis induksi magnet. Tentukan gaya yang bekerja pada penghantar tersebut jika kuat arus di dalamnya adalah 18 A.

1)18,89 N; 2) 188,9 N; 3) 1,899N; 4) 0,1889 N.

A6. Arus induksi terjadi pada setiap rangkaian konduktif tertutup jika:

1. Sirkuit berada dalam medan magnet yang seragam;
2. Sirkuit bergerak maju dalam medan magnet seragam;
3. Fluks magnet yang melewati rangkaian berubah.

A7. Sebuah penghantar lurus yang panjangnya 0,5 m terletak tegak lurus garis medan dengan induksi 0,02 T, dikenai gaya sebesar 0,15 N. Tentukan kuat arus yang mengalir melalui penghantar tersebut.

1)0,15A; 2)1,5 A; 3) 15A; 4) 150 A.

A8 . Getaran apa yang terjadi jika beban yang digantung pada seutas benang menyimpang dari posisi setimbangnya?

1. bebas 2. Terpaksa

3. Osilasi diri 4. Getaran elastis

A9. Tentukan frekuensi gelombang yang dipancarkan sistem jika sistem tersebut mempunyai kumparan dengan induktansi 9 H dan kapasitor dengan kapasitas listrik 4 F.

1.72πHz 2.12πHz

3.6Hz 4.1/12πHz

A10. Tentukan pada frekuensi berapa Anda perlu menyetel rangkaian osilasi yang berisi induktor 4 H dan kapasitor 9 Pf.

1. 4*10 -8 dtk 2. 3*10 -18 dtk 3. 3,768*10 -8 dtk 4. 37,68*10 -18 dtk

A11. Tentukan periode osilasi alami rangkaian jika disetel pada frekuensi 500 kHz.

1.1μs 2.1ks 3.2μs 4.2ks

A12. Anak laki-laki itu mendengar suara guntur 2,5 detik setelah kilatan petir. Cepat rambat bunyi di udara adalah 340m/s. Pada jarak berapakah kilat menyambar dari anak laki-laki tersebut?

1.1700m 2.850m 3.136m 4.68m

A13. Banyaknya getaran tiap satuan waktu disebut...

1. frekuensi 2. periode 3. Fase 4. Frekuensi siklik

A14. Bagaimana dan mengapa hambatan listrik logam berubah seiring meningkatnya suhu?

1. Meningkat karena peningkatan kecepatan pergerakan elektron.

2. Menurun karena bertambahnya kecepatan pergerakan elektron.

3. Meningkat karena peningkatan amplitudo osilasi ion positif kisi kristal.

4. Penurunan karena peningkatan amplitudo getaran ion positif kisi kristal

DALAM 1. Membangun korespondensi antar fisikbesaran dan rumus yang digunakan untuk menentukan besaran tersebut

PADA 2. Partikel bermassa m membawa muatan q , bergerak dalam medan magnet seragam dengan induksi B radius keliling R dengan kecepatan v kamu. Apa yang terjadi pada jari-jari orbit, periode orbit, dan energi kinetik partikel seiring dengan berkurangnya massa partikel?

Untuk setiap posisi pada kolom pertama, pilih posisi yang sesuai di kolom kedua dan tuliskan nomor yang dipilih pada tabel di bawah huruf yang sesuai

C1. Sebuah kumparan berdiameter 4 cm berada dalam medan magnet bolak-balik,garis-garis gaya yang sejajar dengan sumbu kumparan. Ketika induksi medan diubah sebesar 1 T selama 6,28 s, timbul EMF sebesar 2 V pada kumparan, Berapa lilitan yang dimiliki kumparan tersebut?

, ahli metodologi CMC Zel UO

Untuk menjawab soal KIM Unified State Exam tentang topik ini, Anda perlu mengulang konsep:

Interaksi kutub magnet,

Interaksi arus,

Vektor induksi magnet, sifat garis medan magnet,

Penerapan aturan gimlet untuk menentukan arah induksi magnet medan arus searah dan melingkar,

kekuatan ampere,

gaya Lorentz

Aturan tangan kiri untuk menentukan arah gaya Ampere, gaya Lorentz,

Pergerakan partikel bermuatan dalam medan magnet.

Pada materi KIM Unified State Examination seringkali terdapat tugas tes untuk menentukan arah gaya Ampere dan gaya Lorentz, dan dalam beberapa kasus arah vektor induksi magnet ditentukan secara implisit (kutub magnet digambarkan ). Serangkaian tugas populer di mana bingkai berarus berada dalam medan magnet dan diperlukan untuk menentukan bagaimana gaya Ampere bekerja pada setiap sisi bingkai, akibatnya bingkai berputar, bergeser, meregang, berkontraksi ( Anda harus memilih jawaban yang benar). Serangkaian tugas tradisionalnya adalah menganalisis rumus pada tingkat kualitatif, di mana diperlukan untuk menarik kesimpulan tentang sifat perubahan dalam satu besaran fisika bergantung pada beberapa perubahan besaran lain.

Tugas tersebut muncul di bawah nomor A15.

1. Sebuah magnet strip permanen dibawa ke jarum magnet (kutub utara digelapkan, lihat gambar), yang dapat berputar mengelilingi sumbu vertikal tegak lurus terhadap bidang gambar. Dalam hal ini panah

2. Panjang konduktor lurus L dengan arus SAYA ditempatkan dalam medan magnet seragam yang tegak lurus terhadap garis induksi DI DALAM . Bagaimana gaya Ampere yang bekerja pada suatu penghantar berubah jika panjangnya bertambah 2 kali lipat, dan kuat arus dalam penghantar berkurang 4 kali lipat?

3. Proton P, terbang ke celah antara kutub elektromagnet, mempunyai kecepatan tegak lurus vektor induksi medan magnet, berarah vertikal (lihat gambar). Kemana arah gaya Lorentz yang bekerja padanya?

4. Panjang konduktor lurus L dengan arus SAYA ditempatkan dalam medan magnet seragam, arah garis induksi DI DALAM yang tegak lurus terhadap arah arus. Jika kuat arus dikurangi 2 kali lipat, dan induksi medan magnet diperbesar 4 kali lipat, maka gaya Ampere yang bekerja pada penghantar tersebut

5. Sebuah partikel bermuatan negatif q terbang ke celah antara kutub elektromagnet, mempunyai kecepatan yang diarahkan secara horizontal dan tegak lurus terhadap vektor induksi medan magnet (lihat gambar). Kemana arah gaya Lorentz yang bekerja padanya?

6. Gambar tersebut menunjukkan sebuah konduktor berbentuk silinder yang dilalui arus listrik. Arah arus ditunjukkan dengan tanda panah. Ke manakah arah vektor induksi magnet di titik C?

7. Gambar tersebut menunjukkan kumparan kawat yang dilalui arus listrik searah dengan tanda panah. Kumparan terletak pada bidang vertikal. Vektor induksi medan magnet arus diarahkan ke pusat kumparan

8. Pada rangkaian pada gambar, semua penghantarnya tipis, terletak pada bidang yang sama, sejajar satu sama lain, jarak antar penghantar yang berdekatan sama, I adalah kuat arus. Gaya Ampere yang bekerja pada penghantar No. 3 dalam hal ini :

9. Sudut antara penghantar pembawa arus dan arah vektor induksi magnet medan magnet bertambah dari 30° menjadi 90°. Kekuatan Ampere dalam hal ini:

10. Gaya Lorentz yang bekerja pada sebuah elektron yang bergerak dalam medan magnet dengan kecepatan 107 m/s dalam lingkaran dalam medan magnet seragam B = 0,5 T sama dengan:

1. (B1) Partikel bermassa M, membawa muatan Q DI DALAM radius keliling R dengan kecepatan kamu. Apa yang terjadi pada jari-jari orbit, periode orbit, dan energi kinetik partikel seiring bertambahnya kecepatannya?

Ke meja

(Jawaban 131)

2 DALAM 1). Partikel dengan massa M, membawa muatan Q, bergerak dalam medan magnet seragam dengan induksi DI DALAM radius keliling R dengan kecepatan kamu. Apa yang terjadi pada jari-jari orbit, periode orbit, dan energi kinetik partikel dengan meningkatnya induksi medan magnet?

Untuk setiap posisi di kolom pertama, pilih posisi yang sesuai di kolom kedua dan tuliskan Ke meja nomor yang dipilih di bawah huruf yang sesuai.

(Menjawab 223)

3. (B4). Panjang konduktor lurus aku= 0,1 m yang dilalui arus, berada dalam medan magnet seragam dengan induksi B = 0,4 T dan terletak pada sudut 90° terhadap vektor. Berapakah kuat arus jika gaya yang bekerja pada penghantar dari medan magnet adalah 0,2 N?

Opsi 13

C1. Suatu rangkaian listrik terdiri dari unsur galvanik ε, bola lampu dan induktor L yang dihubungkan secara seri. Jelaskan fenomena yang terjadi jika saklar dibuka.

meter. Jika saklar kemudian dibuka, maka ketika fluks magnet menghilang pada kumparan, akan timbul arus bukaan tambahan I.

ψ = Li,

dL dt = dL di dtdi .

ε si = − L + dL di .

ε si = − L dt di .

10. Ketika daya disuplai ke rangkaian yang ditunjukkan pada Gambar 13.1.3 pada rangkaian, nilai arus akan meningkat dari nol ke nilai nominal selama jangka waktu tertentu karena fenomena induksi diri. Arus ekstra yang dihasilkan, sesuai dengan aturan Lenz, selalu diarahkan ke arah yang berlawanan, yaitu. mereka mengganggu penyebab yang menyebabkannya. Mereka mencegah peningkatan tersebut

untuk beberapa waktu.

ε + εsi = iR,

L dt di +iR = ε.

i(t) = R ε − kontra te− RL t .

konstanta = R ε .

16. Secara khusus, dari persamaan tersebut dapat disimpulkan bahwa ketika saklar dibuka (Gbr. 13.1.1), kuat arus akan berkurang menurut hukum eksponensial. Pada saat-saat pertama setelah rangkaian dibuka, ggl induksi dan ggl induksi sendiri akan bertambah dan memberikan lonjakan kekuatan arus jangka pendek, yaitu. bola lampu akan meningkatkan kecerahannya sebentar (Gbr. 13.1.4).

Beras. 13.1.4. Ketergantungan arus pada rangkaian dengan induktansi terhadap waktu

C2. Seorang pemain ski bermassa m = 60 kg memulai keadaan diam dari sebuah batu loncatan yang tingginya H = 40 m; pada saat lepas landas, kecepatannya mendatar. Pada proses pergerakan sepanjang batu loncatan, gaya gesek yang dilakukan usaha AT = 5,25 kJ. Tentukan jarak terbang pemain ski dalam arah mendatar jika titik pendaratannya h = 45 m di bawah titik lepas landas dari batu loncatan. Abaikan hambatan udara.

Beras. 13.2 Pemain ski di papan loncatan

1. Hukum kekekalan energi ketika seorang pemain ski bergerak sepanjang batu loncatan:

5. Banyaknya kalor yang diberikan ke gas:

Q = A + U = 37,5 J;

C4. Rangkaian listrik terdiri dari sebuah sumber dengan ε = 21 V dengan hambatan dalam r = 1 Ohm dan dua buah resistor: R1 = 50 Ohm dan R2 = 30 Ohm. Resistansi voltmeter sendiri adalah Rv = 320 Ohm, resistansi ammeter RA = 5 Ohm. Tentukan pembacaan instrumen.

C5. Sebuah partikel bermassa m = 10 − 7 kg, membawa muatan q = 10 − 5 C, bergerak beraturan sepanjang lingkaran berjari-jari R = 2 cm dalam medan magnet dengan induksi B = 2 T. Pusat lingkaran terletak pada lensa optik utama pada jarak d = 15 cm darinya. Jarak fokus lensa adalah F = 10 cm. Berapakah kelajuan partikel di dalam lensa?

3. Untuk bayangan, kecepatan sudutnya tetap tidak berubah, tetapi jari-jari lingkaran menjadi dua kali lipat, oleh karena itu:

vx = ω 2R = 8 m s;

C6. Pada pelat dengan koefisien refleksi cahaya datang ρ, N foton identik jatuh tegak lurus setiap detik, dan gaya tekanan cahaya diterapkan F. Berapakah panjang gelombang cahaya datang?

p = St ε f (1+ ρ ) ; pS = N hc λ (1+ ρ ) ; pS = F; F = N hc λ (1+ ρ ) ; 2. Panjang lampu insiden:

λ = Nhc (1 + ρ); F

Beras. 14.1.1. Fenomena induksi diri

Beras. 14.1.2. Induksi diri

Opsi 14

C1. Suatu rangkaian listrik terdiri dari unsur galvanik ε, bola lampu dan induktor L yang dihubungkan secara seri. Jelaskan fenomena yang terjadi jika saklar ditutup.

1. Fenomena induksi elektromagnetik diamati pada semua kasus perubahan fluks magnet yang melalui rangkaian. Secara khusus, ggl induksi dapat dihasilkan dalam rangkaian itu sendiri ketika nilai arus berubah di dalamnya, yang menyebabkan munculnya arus tambahan. Fenomena ini disebut induksi diri, dan juga disebut arus yang timbul

dihasilkan oleh arus ekstra atau arus induksi sendiri.

2. Fenomena induksi diri dapat dipelajari dengan menggunakan suatu instalasi, diagram skematiknya ditunjukkan pada Gambar. 14.1.2. Sebuah kumparan L dengan jumlah lilitan yang banyak, melalui rheostat r dan saklar k, dihubungkan ke sumber ggl ε. Selain itu, sebuah galvanometer G dihubungkan pada kumparan, bila saklar dihubung pendek di titik A, maka arus akan bercabang, dengan arus sebesar i mengalir melalui kumparan, dan arus i1 melalui galvanometer. Jika saklar kemudian dibuka, maka medan magnet pada kumparan akan hilang

arus, arus pembukaan ekstra I akan terjadi.

3. Menurut hukum Lenz, arus berlebih akan mencegah penurunan fluks magnet, yaitu. akan diarahkan ke arah arus yang semakin kecil, tetapi melalui galvanometer arus tambahan tersebut akan mengalir ke arah yang berlawanan dengan arus semula, sehingga jarum galvanometer akan terlempar ke arah yang berlawanan. Jika kumparan dilengkapi dengan inti besi maka besarnya arus tambahan akan bertambah. Alih-alih galvanometer, dalam hal ini Anda dapat menyalakan bola lampu pijar, yang sebenarnya ditentukan dalam kondisi masalah, ketika terjadi arus induksi sendiri, bola lampu akan berkedip terang.

4. Diketahui bahwa fluks magnet yang digandeng pada kumparan sebanding dengan besarnya arus yang mengalir melaluinya

ψ = Li,

faktor proporsionalitas L disebut induktansi rangkaian. Dimensi induktansi ditentukan oleh persamaan:

L = d saya ψ , [ L] = Wb A = Gn(henry) .

5. Mari kita peroleh persamaan ggl induktif diri ε si untuk kumparan:

6. Secara umum, induktansi, bersama dengan geometri kumparan di media, dapat bergantung pada kuat arus, yaitu. L = f(i), hal ini dapat diperhitungkan saat melakukan diferensiasi

dL dt = dL di dtdi .

7. GGL induksi diri, dengan memperhitungkan hubungan terakhir, akan diwakili oleh persamaan berikut:

ε si = − L + dL di .

8. Jika induktansi tidak bergantung pada besarnya arus, persamaannya disederhanakan

ε si = − L dt di .

9. Jadi, ggl induksi diri sebanding dengan laju perubahan nilai saat ini.

10. Ketika daya dialirkan ke sirkuit,

Nilai arus yang ditunjukkan pada Gambar 14.1.3 pada rangkaian akan meningkat dari nol ke nilai nominal selama periode waktu tertentu karena fenomena induksi diri. Arus ekstra yang dihasilkan, sesuai dengan aturan Lenz, selalu diarahkan ke arah yang berlawanan, yaitu. mereka mengganggu penyebab yang menyebabkannya. Mereka mencegah peningkatan arus di sirkuit. Dalam keadaan tertentu

kasusnya, ketika kunci ditutup, lampu Beras. 13.1.3. Menutup dan membuka arus tidak akan langsung bergejolak, namun intensitasnya akan meningkat seiring berjalannya waktu.

11. Bila saklar dihubungkan pada posisi 1, kelebihan arus akan mencegah bertambahnya arus pada rangkaian, dan pada posisi 2 sebaliknya, kelebihan arus akan memperlambat turunnya arus utama. Untuk mempermudah analisis, kita asumsikan bahwa resistansi R yang termasuk dalam rangkaian mencirikan resistansi rangkaian, resistansi internal sumber, dan resistansi aktif kumparan L. Hukum Ohm dalam hal ini akan berbentuk:

ε + εsi = iR,

dimana ε adalah ggl sumber, ε si adalah ggl induksi diri, i adalah nilai sesaat arus, yang merupakan fungsi waktu. Mari kita gantikan persamaan EMF induksi diri ke dalam hukum Ohm:

L dt di +iR = ε.

12. Mari kita bagi variabel-variabel dalam persamaan diferensial:

dan integrasikan, dengan mempertimbangkan L sebagai nilai konstan: L ∫ ε − di iR = ∫ dt ,

R L ln(ε − iR) = t + konstanta .

13. Terlihat bahwa penyelesaian umum persamaan diferensial dapat direpresentasikan dalam bentuk:

i(t) = R ε − kontra te− RL t .

14. Kita menentukan konstanta integrasi dari kondisi awal. Pada t =0

V pada saat daya disuplai, arus dalam rangkaian adalah nol i(t) = 0. Mengganti nilai arus nol, kita memperoleh:

konstanta = R ε .

15. Penyelesaian persamaan i(t) akan berbentuk akhir:

16. Secara khusus, dari persamaan tersebut dapat disimpulkan bahwa ketika kunci ditutup (Gbr. 13.1.1), kuat arus akan meningkat secara eksponensial.

C2. Setelah tumbukan di titik A, kotak meluncur ke atas bidang miring dengan kecepatan awal v0 = 5 m/s. Di titik B kotak diangkat dari bidang miring. Pada jarak S dari bidang miring kotak tersebut akan jatuh? Koefisien gesekan antara kotak dan bidang adalah μ = 0,2. Panjang bidang miring AB = L = 0,5 m, sudut kemiringan bidang = 300. Abaikan hambatan udara.

1. Saat berpindah dari posisi awal ke kotak yang dilaporkan semula

Beras. 14.2. Kotak penerbangan energi kinetik diubah menjadi usaha melawan gaya

gesekan, energi kinetik di titik B dan pertambahan energi potensial kotak:

2. Dari titik B kotak-kotak akan bergerak sepanjang lintasan parabola:

3. Jarak bidang miring ke titik datang: x(τ ) = vB cosατ ≈ 4 0.87 0.57 ≈ 1.98 m;

C3. Suatu gas ideal monoatomik sebanyak = 2 mol mula-mula didinginkan, tekanannya diturunkan sebanyak 2 kali, kemudian dipanaskan sampai suhu awal T1 = 360 K. Berapa kalor yang diterima gas pada bagian 2 - 3?

4. Pekerjaan gas di bagian 2 → 3:

A2 → 3 = p(V3 − V2 ) = ν R(T3 − T2 ) ≈ 2992J; 5. Panas yang diterima gas:

Q = U2 → 3 + A2 → 3 ≈ 7478J;

C4. Rangkaian listrik tersebut terdiri dari sumber EMF = 21 V dengan hambatan dalam r = 1 Ohm, resistor R1 = 50 Ohm, R2 = 30 Ohm, voltmeter dengan hambatan sendiri RV = 320 Ohm dan amperemeter dengan hambatan RA = 5 Ohm. Tentukan pembacaan instrumen.

1. Resistensi beban:

RV,A = RV + RA = 325 Ohm; R1,2 = R1 + R2 = 80 Ohm; V ≈ 20,4 V;

C5. Sebuah partikel bermassa m = 10 − 7 kg dan bermuatan q = 10 − 5 C bergerak dengan kecepatan konstan v = 6 m/s melingkar dalam medan magnet dengan induksi B = 1,5 T. Pusat lingkaran terletak pada sumbu optik utama lensa pengumpul, dan bidang lingkaran tegak lurus terhadap sumbu optik utama dan terletak pada jarak d = 15 cm darinya. Jarak fokus lensa adalah F = 10 cm Sepanjang lingkaran jari-jari berapakah bayangan partikel di dalam lensa bergerak?

1. Radius gerak partikel:

C6. Cahaya dengan panjang gelombang λ = 600 nm jatuh tegak lurus pada pelat dengan luas S = 4 cm2, yang memantulkan 70% dan menyerap 30% cahaya datang. Daya fluks cahaya N = 120 W. Berapakah tekanan yang diberikan cahaya pada rekaman tersebut?