За­мкну­тое мед­ное коль­цо под­ве­ше­но на длин­ных нитях вб­ли­зи ка­туш­ки ин­дук­тив­но­сти, за­креп­лен­ной на столе и под­клю­чен­ной к ис­точ­ни­ку по­сто­ян­но­го тока (см. рис.). Пер­во­на­чаль­но элек­три­че­ская цепь ка­туш­ки разо­мкну­та. Как будет дви­гать­ся коль­цо при за­мы­ка­нии цепи? Ответ по­яс­ни­те, ис­поль­зуя фи­зи­че­ские за­ко­но­мер­но­сти.

На ри­сун­ке изоб­ра­же­ны две изо­ли­ро­ван­ные друг от друга элек­три­че­ские цепи.

Пер­вая со­дер­жит по­сле­до­ва­тель­но со­еди­нен­ные ис­точ­ник тока, рео­стат, ка­туш­ку ин­дук­тив­но­сти и ам­пер­метр, а вто­рая  — про­во­лоч­ный моток, к кон­цам ко­то­ро­го при­со­еди­нен галь­ва­но­метр, изоб­ра­жен­ный на ри­сун­ке спра­ва. Ка­туш­ка и моток на­де­ты на же­лез­ный сер­деч­ник. Как будут из­ме­нять­ся по­ка­за­ния при­бо­ров, если ка­туш­ку, при­со­еди­нен­ную к ис­точ­ни­ку тока, плав­но пе­ре­ме­щая вверх, снять с сер­деч­ни­ка? Ответ по­яс­ни­те, ука­зав, какие фи­зи­че­ские за­ко­но­мер­но­сти вы ис­поль­зо­ва­ли для объ­яс­не­ния.

На фо­то­гра­фии изоб­ра­же­на элек­три­че­ская цепь, со­сто­я­щая из ре­зи­сто­ра, рео­ста­та, ключа, циф­ро­вых вольт­мет­ра, под­клю­чен­но­го к ба­та­рее, и ам­пер­мет­ра. Ис­поль­зуя за­ко­ны по­сто­ян­но­го тока, объ­яс­ни­те, как из­ме­нит­ся (уве­ли­чит­ся или умень­шит­ся) сила тока в цепи и на­пря­же­ние на ба­та­рее при пе­ре­ме­ще­нии движ­ка рео­ста­та в край­нее пра­вое по­ло­же­ние.

На ри­сун­ке при­ве­де­на элек­три­че­ская цепь, со­сто­я­щая из галь­ва­ни­че­ско­го эле­мен­та, рео­ста­та, транс­фор­ма­то­ра, ам­пер­мет­ра и вольт­мет­ра.

В на­чаль­ный мо­мент вре­ме­ни пол­зу­нок рео­ста­та уста­нов­лен по­се­ре­ди­не и не­по­дви­жен. Опи­ра­ясь на за­ко­ны элек­тро­ди­на­ми­ки, объ­яс­ни­те, как будут из­ме­нять­ся по­ка­за­ния при­бо­ров в про­цес­се пе­ре­ме­ще­ния пол­зун­ка рео­ста­та впра­во. ЭДС са­мо­ин­дук­ции пре­не­бречь по срав­не­нию с

Около не­боль­шой ме­тал­ли­че­ской пла­сти­ны, укреп­лен­ной на изо­ли­ру­ю­щей под­став­ке, под­ве­си­ли на длин­ной шел­ко­вой нити лег­кую ме­тал­ли­че­скую не­за­ря­жен­ную гиль­зу. Когда пла­сти­ну под­со­еди­ни­ли к клем­ме вы­со­ко­вольт­но­го вы­пря­ми­те­ля, подав на нее по­ло­жи­тель­ный заряд, гиль­за при­ш­ла в дви­же­ние. Опи­ши­те дви­же­ние гиль­зы и объ­яс­ни­те его, ука­зав, ка­ки­ми фи­зи­че­ски­ми яв­ле­ни­я­ми и за­ко­но­мер­но­стя­ми оно вы­зва­но.

Рамку с по­сто­ян­ным током удер­жи­ва­ют не­по­движ­но в поле по­ло­со­во­го маг­ни­та (см. рис.). По­ляр­ность под­клю­че­ния ис­точ­ни­ка тока к вы­во­дам рамки по­ка­за­на на ри­сун­ке. Как будет дви­гать­ся рамка на не­по­движ­ной оси MО, если рамку не удер­жи­вать?

Ответ по­яс­ни­те, ука­зав, какие фи­зи­че­ские за­ко­но­мер­но­сти вы ис­поль­зо­ва­ли для объ­яс­не­ния. Счи­тать, что рамка ис­пы­ты­ва­ет не­боль­шое со­про­тив­ле­ние дви­же­нию со сто­ро­ны воз­ду­ха.

В за­зо­ре между по­лю­са­ми элек­тро­маг­ни­та со­зда­но силь­ное маг­нит­ное поле, линии ин­дук­ции ко­то­ро­го прак­ти­че­ски го­ри­зон­таль­ны. Над за­зо­ром на не­ко­то­рой вы­со­те удер­жи­ва­ют длин­ную плос­кую мед­ную пла­стин­ку, па­рал­лель­ную вер­ти­каль­ным по­верх­но­стям по­лю­сов (см. рис.). Затем пла­стин­ку от­пус­ка­ют без на­чаль­ной ско­ро­сти, и она па­да­ет, про­хо­дя через зазор между по­лю­са­ми, не ка­са­ясь их. Опи­ши­те, опи­ра­ясь на фи­зи­че­ские за­ко­ны, как и по­че­му будет из­ме­нять­ся ско­рость пла­стин­ки во время ее па­де­ния.

К ко­ле­ба­тель­но­му кон­ту­ру под­со­еди­ни­ли ис­точ­ник тока, на клем­мах ко­то­ро­го на­пря­же­ние гар­мо­ни­че­ски ме­ня­ет­ся с ча­сто­той Элек­тро­ем­кость С кон­ден­са­то­ра ко­ле­ба­тель­но­го кон­ту­ра можно плав­но ме­нять от ми­ни­маль­но­го зна­че­ния до мак­си­маль­но­го а ин­дук­тив­ность его ка­туш­ки по­сто­ян­на. Уче­ник по­сте­пен­но уве­ли­чи­вал ем­кость кон­ден­са­то­ра от ми­ни­маль­но­го зна­че­ния до мак­си­маль­но­го и об­на­ру­жил, что ам­пли­ту­да силы тока в кон­ту­ре все время воз­рас­та­ла. Опи­ра­ясь на свои зна­ния по элек­тро­ди­на­ми­ке, объ­яс­ни­те на­блю­де­ния уче­ни­ка.

В схеме на ри­сун­ке со­про­тив­ле­ние ре­зи­сто­ра и пол­ное со­про­тив­ле­ние рео­ста­та равны R, ЭДС ба­та­рей­ки равна Е, ее внут­рен­нее со­про­тив­ле­ние ни­чтож­но (). Как ведут себя (уве­ли­чи­ва­ют­ся, умень­ша­ют­ся, оста­ют­ся по­сто­ян­ны­ми) по­ка­за­ния иде­аль­но­го вольт­мет­ра при пе­ре­ме­ще­нии движ­ка рео­ста­та из край­не­го верх­не­го в край­нее ниж­нее по­ло­же­ние? Ответ по­яс­ни­те, ука­зав, какие фи­зи­че­ские за­ко­но­мер­но­сти Вы ис­поль­зо­ва­ли для объ­яс­не­ния.

Ка­туш­ка, об­ла­да­ю­щая ин­дук­тив­но­стью L, со­еди­не­на с ис­точ­ни­ком пи­та­ния с ЭДС 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 Опре­де­ли­те зна­че­ние силы тока Внут­рен­ним со­про­тив­ле­ни­ем ис­точ­ни­ка тока пре­не­бречь.

Элек­три­че­ские ва­ку­ум­ные лампы на­ка­ли­ва­ния со спи­раль­ной воль­фра­мо­вой нитью на­ка­ла имеют до­воль­но огра­ни­чен­ный срок служ­бы, обыч­но не пре­вы­ша­ю­щий 1000 часов. В про­цес­се дли­тель­ной ра­бо­ты на внут­рен­ней по­верх­но­сти стек­лян­ной колбы лампы по­яв­ля­ет­ся чер­ный налет. Лампы, про­ра­бо­тав­шие до­воль­но долго, обыч­но пе­ре­го­ра­ют в мо­мент вклю­че­ния, когда на них по­да­ет­ся на­пря­же­ние.

Объ­яс­ни­те, ос­но­вы­ва­ясь на из­вест­ных фи­зи­че­ских за­ко­нах и за­ко­но­мер­но­стях, при­чи­ну об­ра­зо­ва­ния на­ле­та на стен­ках колбы и пе­ре­го­ра­ние ламп в мо­мент их вклю­че­ния.

Если по­те­реть шер­стью эбо­ни­то­вую па­лоч­ку, то она элек­три­зу­ет­ся, при­об­ре­тая от­ри­ца­тель­ный заряд, и стрел­ка элек­тро­мет­ра при под­не­се­нии палки к его шару от­кло­ня­ет­ся, а при уда­ле­нии палки  — воз­вра­ща­ет­ся к не­от­кло­нен­но­му со­сто­я­нию. Если же в мо­мент под­не­се­ния на­элек­три­зо­ван­ной палки к элек­тро­мет­ру кос­нуть­ся рукой его ме­тал­ли­че­ско­го кор­пу­са и сразу же убрать руку, то после уда­ле­ния палки от­кло­не­ние стрел­ки со­хра­ня­ет­ся, хотя и мень­шее по ве­ли­чи­не.

Объ­яс­ни­те, ос­но­вы­ва­ясь на из­вест­ных фи­зи­че­ских за­ко­нах и за­ко­но­мер­но­стях, по­че­му это про­ис­хо­дит.

Элек­тро­метр (см. рис.) пред­став­ля­ет собой ме­тал­ли­че­ский ци­лин­дри­че­ский кор­пус, пе­ред­няя и зад­няя стен­ки ко­то­ро­го стек­лян­ные. Кор­пус за­креп­лен на изо­ли­ру­ю­щей под­став­ке. Через изо­ли­ру­ю­щую втул­ку внутрь кор­пу­са свер­ху вхо­дит ме­тал­ли­че­ская труб­ка, за­кан­чи­ва­ю­ща­я­ся внизу стерж­нем с уста­нов­лен­ной на нем лег­ко­по­движ­ной стрел­кой, от­кло­не­ние ко­то­рой опре­де­ля­ет­ся ве­ли­чи­ной за­ря­да. Стрел­ка может вра­щать­ся во­круг го­ри­зон­таль­ной оси. Внут­ри кор­пу­са уста­нов­ле­на шкала элек­тро­мет­ра, по ко­то­рой опре­де­ля­ет­ся от­кло­не­ние стрел­ки. Сна­ру­жи кор­пу­са, на­вер­ху труб­ки при­креп­ля­ет­ся ме­тал­ли­че­ский шар или та­рел­ка, к ко­то­рой под­но­сят за­ря­жен­ные тела.

Два плос­ких воз­душ­ных кон­ден­са­то­ра под­клю­че­ны к оди­на­ко­вым ис­точ­ни­кам по­сто­ян­но­го на­пря­же­ния и оди­на­ко­вым лам­пам, как по­ка­за­но на ри­сун­ках а и б.

Рис. а

Рис. б

Кон­ден­са­то­ры имеют оди­на­ко­вую пло­щадь пла­стин, но раз­ли­ча­ют­ся рас­сто­я­ни­ем между пла­сти­на­ми. В не­ко­то­рый мо­мент вре­ме­ни ключи К в обеих схе­мах пе­ре­во­дят из по­ло­же­ния 1 в по­ло­же­ние 2. Опи­ра­ясь на за­ко­ны элек­тро­ди­на­ми­ки, объ­яс­ни­те, в каком из при­ве­ден­ных опы­тов при пе­ре­клю­че­нии ключа лампа вспых­нет ярче. Со­про­тив­ле­ни­ем со­еди­ня­ю­щих про­во­дов пре­не­бречь.

В ниж­ней по­ло­ви­не не­за­ря­жен­но­го ме­тал­ли­че­ско­го шара на­хо­дит­ся круп­ная ша­ро­об­раз­ная по­лость, за­пол­нен­ная воз­ду­хом. Шар на­хо­дит­ся в воз­ду­хе вдали от дру­гих пред­ме­тов. В центр по­ло­сти по­ме­щен по­ло­жи­тель­ный то­чеч­ный заряд (см. рис.). На­ри­суй­те кар­ти­ну си­ло­вых линий элек­тро­ста­ти­че­ско­го поля внут­ри по­ло­сти и сна­ру­жи шара. Если поле равно нулю, на­пи­ши­те в дан­ной об­ла­сти: Если поле от­лич­но от нуля, на­ри­суй­те кар­ти­ну поля в дан­ной об­ла­сти, ис­поль­зуя во­семь си­ло­вых линий.

В схеме, изоб­ра­жен­ной на ри­сун­ке, ЭДС ис­точ­ни­ка равно ℰ, а внут­рен­нее со­про­тив­ле­ние мало. Опре­де­ли­те как будут из­ме­нят­ся по­ка­за­ния иде­аль­ных вольт­мет­ра и ам­пер­мет­ра при уве­ли­че­нии со­про­тив­ле­ния рео­ста­та.

Не­по­сред­ствен­но над не­по­движ­но за­креп­лен­ной про­во­лоч­ной ка­туш­кой на ее оси на пру­жи­не под­ве­шен по­ло­со­вой маг­нит (см. рис.). Куда нач­нет дви­гать­ся маг­нит сразу после за­мы­ка­ния ключа? Ответ по­яс­ни­те, ука­зав, какие фи­зи­че­ские яв­ле­ния и за­ко­ны вы ис­поль­зо­ва­ли для объ­яс­не­ния.

В ка­ме­ре, из ко­то­рой от­ка­чан воз­дух, со­зда­ли элек­три­че­ское поле на­пря­жен­но­стью и маг­нит­ное поле ин­дук­ци­ей  Поля од­но­род­ные, В ка­ме­ру вле­та­ет про­тон p, век­тор ско­ро­сти ко­то­ро­го пер­пен­ди­ку­ля­рен и как по­ка­за­но на ри­сун­ке. Мо­ду­ли на­пря­жен­но­сти элек­три­че­ско­го поля и ин­дук­ции маг­нит­но­го поля та­ко­вы, что про­тон дви­жет­ся пря­мо­ли­ней­но. Как из­ме­нит­ся на­чаль­ный уча­сток тра­ек­то­рии про­то­на, если его ско­рость уве­ли­чить? Ответ по­яс­ни­те, ука­зав, какие яв­ле­ния и за­ко­но­мер­но­сти Вы ис­поль­зо­ва­ли для объ­яс­не­ния.

Около не­боль­шой ме­тал­ли­че­ской пла­сти­ны, укреп­лен­ной на изо­ли­ру­ю­щей под­став­ке, под­ве­си­ли на шел­ко­вой нити лег­кую ме­тал­ли­че­скую не­за­ря­жен­ную гиль­зу. Когда пла­сти­ну под­со­еди­ни­ли к клем­ме вы­со­ко­вольт­но­го вы­пря­ми­те­ля, подав на нее от­ри­ца­тель­ный заряд, гиль­за при­ш­ла в дви­же­ние. Опи­ши­те дви­же­ние гиль­зы и объ­яс­ни­те его.

Ва­ку­ум­ные лам­поч­ки на­ка­ли­ва­ния имеют весь­ма огра­ни­чен­ный срок служ­бы. Если они уже долго све­ти­ли, то их стек­лян­ные бал­ло­ны по­сте­пен­но по­кры­ва­ют­ся из­нут­ри чер­ным на­ле­том, а пе­ре­го­ра­ют они чаще всего в мо­мент вклю­че­ния в сеть. Объ­яс­ни­те ука­зан­ные факты, ука­зав, какие фи­зи­че­ские яв­ле­ния и за­ко­ны вы ис­поль­зо­ва­ли.

Во время грозы было видно, как между об­ла­ка­ми и зем­лей про­ско­чи­ла длин­ная мол­ния, а затем, через не­ко­то­рое время, был слы­шен удар грома и его рас­ка­ты, про­дол­жа­ю­щи­е­ся в те­че­ние до­воль­но дли­тель­но­го вре­ме­ни после мол­нии. Объ­яс­ни­те опи­сан­ные выше яв­ле­ния, на­блю­да­е­мые во время грозы.

Вос­поль­зо­вав­шись обо­ру­до­ва­ни­ем, пред­став­лен­ным на рис. 1, учи­тель со­брал мо­дель плос­ко­го кон­ден­са­то­ра (рис. 2), за­ря­дил ниж­нюю пла­сти­ну по­ло­жи­тель­ным за­ря­дом, а кор­пус элек­тро­мет­ра за­зем­лил. Со­еди­нен­ная с кор­пу­сом элек­тро­мет­ра верх­няя пла­сти­на кон­ден­са­то­ра при­об­ре­ла от­ри­ца­тель­ный заряд, рав­ный по мо­ду­лю за­ря­ду ниж­ней пла­сти­ны. После этого учи­тель сме­стил одну пла­сти­ну от­но­си­тель­но дру­гой не из­ме­няя рас­сто­я­ния между ними (рис. 3). Как из­ме­ни­лись при этом по­ка­за­ния элек­тро­мет­ра (уве­ли­чи­лись, умень­ши­лись, оста­лись преж­ни­ми)? Ответ по­яс­ни­те, ука­зав, какие яв­ле­ния и за­ко­но­мер­но­сти вы ис­поль­зо­ва­ли для объ­яс­не­ния. По­ка­за­ния элек­тро­мет­ра в дан­ном опыте прямо про­пор­ци­о­наль­ны раз­но­сти по­тен­ци­а­лов между пла­сти­на­ми кон­ден­са­то­ра.

На ме­тал­ли­че­ской пла­стин­ке, ко­то­рая лежит на земле, лежит ме­тал­ли­че­ский шарик. Над ним па­рал­лель­но земле рас­по­ло­же­на дру­гая пла­стин­ка, под­клю­чен­ная к клем­мам вы­со­ко­вольт­но­го вы­пря­ми­те­ля, на ко­то­рый по­да­ют от­ри­ца­тель­ный заряд. Опи­ра­ясь на за­ко­ны ме­ха­ни­ки и элек­тро­ста­ти­ки, объ­яс­ни­те, как будет дви­гать­ся шарик.

Элек­три­че­ская схема со­сто­ит из ис­точ­ни­ка по­сто­ян­ной ЭДС с не­ко­то­рым внут­рен­ним со­про­тив­ле­ни­ем, рео­ста­та, вольт­мет­ра, ам­пер­мет­ра и ключа (см. рис.). Ключ за­мы­ка­ют. Что про­изой­дет с по­ка­за­ни­я­ми вольт­мет­ра и ам­пер­мет­ра при пе­ре­ме­ще­нии пол­зун­ка рео­ста­та в край­нее левое по­ло­же­ние? Вольт­метр и ам­пер­метр счи­тать иде­аль­ны­ми.

Элек­три­че­ская цепь со­сто­ит из двух лам­по­чек, двух ди­о­дов и витка про­во­да, со­еди­нен­ных 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 изоб­ра­же­ны две элек­три­че­ские цепи. Пер­вая со­дер­жит по­сле­до­ва­тель­но со­еди­нен­ные ис­точ­ник тока (1), рео­стат, ка­туш­ку ин­дук­тив­но­сти и ам­пер­метр, а вто­рая  — про­во­лоч­ный моток, к кон­цам ко­то­ро­го при­со­еди­нен галь­ва­но­метр, изоб­ра­жен­ный на ри­сун­ке спра­ва. Ка­туш­ка и моток на­де­ты на же­лез­ный сер­деч­ник (2).

Как будут из­ме­нять­ся по­ка­за­ния при­бо­ров при плав­ном умень­ше­нии со­про­тив­ле­ния рео­ста­та? Ответ по­яс­ни­те, ука­зав, какие фи­зи­че­ские за­ко­но­мер­но­сти Вы ис­поль­зо­ва­ли для объ­яс­не­ния.

В одной плос­ко­сти лежат длин­ный пря­мой про­вод­ник и коль­це­вой про­вод­ник, по ко­то­рым текут по­сто­ян­ные токи (см. рис.). Куда на­прав­ле­на сум­мар­ная сила, дей­ству­ю­щая на коль­це­вой про­вод­ник со сто­ро­ны маг­нит­но­го поля, со­зда­ва­е­мо­го пря­мым про­вод­ни­ком? Ответ по­яс­ни­те, опи­ра­ясь на за­ко­ны элек­тро­ди­на­ми­ки.

Каким об­ра­зом воз­ни­ка­ет га­зо­вый раз­ряд и све­че­ние в стек­лян­ных труб­ках с до­ста­точ­но раз­ре­жен­ны­ми га­за­ми при по­да­че на элек­тро­ды в труб­ках вы­со­ко­го на­пря­же­ния? Какие ча­сти­цы (ионы или элек­тро­ны) иг­ра­ют ос­нов­ную роль в обес­пе­че­нии иони­за­ции газа? Оце­ни­те, во сколь­ко раз от­ли­ча­ют­ся ки­не­ти­че­ские энер­гии элек­тро­нов и ионов гелия после их уско­ре­ния в элек­три­че­ском поле (счи­тай­те, что при иони­за­ции атом гелия те­ря­ет один элек­трон). Ответ по­яс­ни­те на ос­но­ва­нии из­вест­ных за­ко­нов ме­ха­ни­ки и элек­тро­ди­на­ми­ки.

В ка­ме­ре, из ко­то­рой от­ка­чан воз­дух, со­зда­ли элек­три­че­ское поле на­пря­жен­но­стью и маг­нит­ное поле ин­дук­ци­ей  Поля од­но­род­ные, В ка­ме­ру вле­та­ет элек­трон e, век­тор ско­ро­сти ко­то­ро­го пер­пен­ди­ку­ля­рен и как по­ка­за­но на ри­сун­ке. Мо­ду­ли на­пря­жен­но­сти элек­три­че­ско­го поля и ин­дук­ции маг­нит­но­го поля та­ко­вы, что элек­трон дви­жет­ся пря­мо­ли­ней­но. Как из­ме­нит­ся на­чаль­ный уча­сток тра­ек­то­рии элек­тро­на, если его ско­рость уве­ли­чить? Ответ по­яс­ни­те, ука­зав, какие яв­ле­ния и за­ко­но­мер­но­сти Вы ис­поль­зо­ва­ли для объ­яс­не­ния.

Два не­за­ря­жен­ных элек­тро­мет­ра со­еди­ни­ли про­во­дя­щим ме­тал­ли­че­ским стерж­нем с изо­ли­ру­ю­щей руч­кой. Затем к пер­во­му под­нес­ли от­ри­ца­тель­но за­ря­жен­ную па­лоч­ку, не ка­са­ясь шара. После этого сна­ча­ла убра­ли стер­жень, со­еди­ня­ю­щий элек­тро­мет­ры, а толь­ко потом убра­ли за­ря­жен­ную па­лоч­ку. Объ­яс­ни­те на­блю­да­е­мые яв­ле­ния и опре­де­ли­те знак за­ря­да на элек­тро­мет­рах после того, как убра­ли стер­жень и па­лоч­ку.

Опи­ра­ясь на за­ко­ны фи­зи­ки, най­ди­те по­ка­за­ние иде­аль­но­го вольт­мет­ра в схеме, пред­став­лен­ной на ри­сун­ке, до за­мы­ка­ния ключа К и опи­ши­те из­ме­не­ния его по­ка­за­ний после за­мы­ка­ния ключа К. Пер­во­на­чаль­но кон­ден­са­тор не за­ря­жен.

В элек­три­че­ской схеме, изоб­ра­жен­ной на ри­сун­ке, при за­мкну­том ключе К через ре­зи­стор R про­те­ка­ет ток силой 0,1 А, а через ка­туш­ку ин­дук­тив­но­сти L  — ток 10 А. Ключ К раз­мы­ка­ют. Как из­ме­нит­ся (и из­ме­нит­ся ли) ток через ре­зи­стор по мо­ду­лю и по на­прав­ле­нию?

Две плос­кие пла­сти­ны кон­ден­са­то­ра, за­креп­лен­ные на изо­ли­ру­ю­щих шта­ти­вах, рас­по­ло­жи­ли на не­боль­шом рас­сто­я­нии друг от друга и со­еди­ни­ли одну пла­сти­ну с за­зем­лен­ным кор­пу­сом, а дру­гую  — со стерж­нем элек­тро­мет­ра (см. рис.). Затем пла­сти­ну, со­еди­нен­ную со стерж­нем элек­тро­мет­ра, за­ря­ди­ли. Объ­яс­ни­те, опи­ра­ясь на из­вест­ные Вам за­ко­ны, как из­ме­ня­ют­ся по­ка­за­ния элек­тро­мет­ра при сбли­же­нии пла­стин. От­кло­не­ние стрел­ки элек­тро­мет­ра про­пор­ци­о­наль­но раз­но­сти по­тен­ци­а­лов между пла­сти­на­ми. Ем­кость элек­тро­мет­ра пре­не­бре­жи­мо мала.

Ка­туш­ки А и Б с ну­ле­вым со­про­тив­ле­ни­ем на­мо­та­ны на же­лез­ный стер­жень, как по­ка­за­но на ри­сун­ке. Цепь с ка­туш­кой А со­дер­жит ис­точ­ник на­пря­же­ния с ЭДС ℰ и внут­рен­ним со­про­тив­ле­ни­ем r и рео­стат. Цепь с ка­туш­кой Б со­дер­жит ам­пер­метр с малым со­про­тив­ле­ни­ем. Пол­зу­нок рео­ста­та сдви­га­ют влево. Ука­жи­те, в какую сто­ро­ну про­те­ка­ет ток через ам­пер­метр в цепи с ка­туш­кой Б.

Пря­мо­уголь­ную рамку из тон­кой про­во­ло­ки по­ме­сти­ли в од­но­род­ное маг­нит­ное поле, пер­пен­ди­ку­ляр­но ли­ни­ям маг­нит­ной ин­дук­ции как по­ка­за­но на ри­сун­ке. Как будет на­прав­ле­ны силы, дей­ству­ю­щие на рамку со сто­ро­ны внеш­не­го поля, если уве­ли­чить маг­нит­ное поле?

Школь­ник решил про­ве­рить це­лост­ность вто­рич­ной об­мот­ки по­вы­ша­ю­ще­го транс­фор­ма­то­ра, ко­то­рый был ему нужен для про­ве­де­ния опы­тов по элек­тро­ди­на­ми­ке. Для этого он со­брал по­сле­до­ва­тель­ную цепь, со­сто­я­щую из ба­та­рей­ки, низ­ко­вольт­ной лам­поч­ки и ис­сле­ду­е­мой об­мот­ки транс­фор­ма­то­ра. После за­мы­ка­ния этой цепи лам­поч­ка (не сразу) за­го­ре­лась, что го­во­ри­ло об от­сут­ствии об­ры­вов во вто­рич­ной об­мот­ке транс­фор­ма­то­ра. Од­на­ко, когда школь­ник стал раз­мы­кать эту цепь, дер­жась двумя ру­ка­ми за изо­ля­цию скру­чен­ных про­вод­ни­ков, он за­ме­тил, что в мо­мент раз­мы­ка­ния между кон­ца­ми про­вод­ни­ков про­ско­чи­ла яркая искра. Объ­яс­ни­те, ру­ко­вод­ству­ясь из­вест­ны­ми фи­зи­че­ски­ми за­ко­на­ми и за­ко­но­мер­но­стя­ми, по­че­му в таких цепях даже при малых на­пря­же­ни­ях ба­та­рей­ки это может про­ис­хо­дить.

В пер­вом опыте в сосуд с водой при ком­нат­ной тем­пе­ра­ту­ре по­ме­ща­ют на­гре­ва­тель­ный эле­мент, со­сто­я­щий из двух спи­ра­лей с со­про­тив­ле­ни­я­ми R₁ и R₂, под­клю­чен­ный к ис­точ­ни­ку по­сто­ян­но­го на­пря­же­ния U. В на­чаль­ный мо­мент вре­ме­ни ключ К за­мкнут. Воду до­во­дят до ки­пе­ния, затем вы­ли­ва­ют и охла­жда­ют до ком­нат­ной тем­пе­ра­ту­ры. Во вто­ром опыте эту же воду при ком­нат­ной тем­пе­ра­ту­ре снова до­во­дят до ки­пе­ния, при этом ключ К раз­мы­ка­ют. В каком слу­чае вода за­ки­пит быст­рее? Ответ по­яс­ни­те на ос­но­ва­нии за­ко­нов тер­мо­ди­на­ми­ки и элек­тро­ди­на­ми­ки.

Элек­три­че­ская цепь со­сто­ит из ба­та­реи с ЭДС ℰ и внут­рен­ним со­про­тив­ле­ни­ем r и под­клю­чен­но­го 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.

В цепи, схема ко­то­рой изоб­ра­же­на на ри­сун­ке, иде­аль­ный ис­точ­ник пи­та­ния с ЭДС E при­со­еди­нен к це­поч­ке из двух по­сле­до­ва­тель­но со­еди­нен­ных ре­зи­сто­ров. Левый ре­зи­стор имеет по­сто­ян­ное со­про­тив­ле­ние R₁, а пра­вый ре­зи­стор пред­став­ля­ет собой рео­стат с пол­ным со­про­тив­ле­ни­ем R₂  =  R₁. Со­про­тив­ле­ние R_x рео­ста­та между его левым кон­так­том и «пол­зун­ком» прямо про­пор­ци­о­наль­но рас­сто­я­нию x между ними (см. рис.). Ам­пер­метр и вольт­метр также иде­аль­ные. Объ­яс­ни­те, как и по­че­му будет из­ме­нять­ся сила тока, те­ку­ще­го через ам­пер­метр, если пе­ре­ме­щать пол­зу­нок от ле­во­го до пра­во­го конца рео­ста­та? Опре­де­ли­те, во сколь­ко раз при этом из­ме­нит­ся сила тока. По­строй­те гра­фик за­ви­си­мо­сти на­пря­же­ния U, ре­ги­стри­ру­е­мо­го вольт­мет­ром, от со­про­тив­ле­ния R_x. На этом гра­фи­ке по­ставь­те точку, ко­то­рая со­от­вет­ству­ет се­ре­ди­не рео­ста­та, и опре­де­ли­те по­ка­за­ние вольт­мет­ра при дан­ном зна­че­нии R_x.

Две па­рал­лель­ные ме­тал­ли­че­ские пла­сти­ны, рас­по­ло­жен­ные го­ри­зон­таль­но, под­клю­че­ны к элек­три­че­ской схеме, при­ве­ден­ной 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 какую сто­ро­ну нач­нет дви­гать­ся тело, если сдви­нуть пол­зу­нок рео­ста­та влево.

На длин­ной не­про­во­дя­щей нити висит не­за­ря­жен­ный шарик. Под ним на­хо­дит­ся пла­сти­на, по ко­то­рой рас­пре­де­лен рав­но­мер­но по­ло­жи­тель­ный заряд. Как из­ме­нит­ся ча­сто­та ко­ле­ба­ний ша­ри­ка, если ему со­об­щить по­ло­жи­тель­ный заряд. Счи­тать длину пла­сти­ны зна­чи­тель­но боль­ше, чем длина нити.

На ри­сун­ке изоб­ра­же­на схема элек­три­че­ской цепи, со­сто­я­щей из двух оди­на­ко­вых ис­точ­ни­ков тока с ЭДС и внут­рен­ним со­про­тив­ле­ни­ем r, ре­зи­сто­ра со­про­тив­ле­ни­ем R, двух оди­на­ко­вых ламп Л1 и Л2, двух иде­аль­ных ди­о­дов Д1 и Д2 и ключа К. 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.

Три па­рал­лель­ных длин­ных пря­мых про­вод­ни­ка 1, 2 и 3 пер­пен­ди­ку­ляр­ны плос­ко­сти ри­сун­ка и пе­ре­се­ка­ют ее в вер­ши­нах рав­но­сто­рон­не­го тре­уголь­ни­ка со сто­ро­ной a. Токи в про­вод­ни­ках со­на­прав­ле­ны и равны I. Опи­ра­ясь на за­ко­ны элек­тро­ди­на­ми­ки, опре­де­ли­те на­прав­ле­ние век­то­ра ин­дук­ции ре­зуль­ти­ру­ю­ще­го маг­нит­но­го поля в точке O  — цен­тре тре­уголь­ни­ка. Как из­ме­нит­ся на­прав­ле­ние век­то­ра ин­дук­ции ре­зуль­ти­ру­ю­ще­го маг­нит­но­го поля в точке O, если на­прав­ле­ние элек­три­че­ско­го тока в про­вод­ни­ке 3 из­ме­нить на про­ти­во­по­лож­ное?

В ка­ме­ре, из ко­то­рой от­ка­чан воз­дух, со­зда­ли элек­три­че­ское поле на­пря­жен­но­стью и маг­нит­ное поле с ин­дук­ци­ей Поля од­но­род­ные, В ка­ме­ру вле­та­ет про­тон p, век­тор ско­ро­сти ко­то­ро­го пер­пен­ди­ку­ля­рен и как по­ка­за­но на ри­сун­ке. Мо­ду­ли на­пря­жен­но­сти 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.

В ка­ме­ре, из ко­то­рой от­ка­чан воз­дух, со­зда­ли элек­три­че­ское поле на­пря­жен­но­стью и маг­нит­ное поле с ин­дук­ци­ей Поля од­но­род­ные, В ка­ме­ру вле­та­ет элек­трон e, век­тор ско­ро­сти ко­то­ро­го пер­пен­ди­ку­ля­рен и как по­ка­за­но на ри­сун­ке. Мо­ду­ли на­пря­жен­но­сти элек­три­че­ско­го поля и ин­дук­ции маг­нит­но­го поля та­ко­вы, что элек­трон дви­жет­ся пря­мо­ли­ней­но. Объ­яс­ни­те, как из­ме­нит­ся на­чаль­ный уча­сток тра­ек­то­рии элек­тро­на, если ско­рость элек­тро­на умень­шить. В от­ве­те ука­жи­те, какие яв­ле­ния и за­ко­но­мер­но­сти вы ис­поль­зо­ва­ли для объ­яс­не­ния. Вли­я­ни­ем силы тя­же­сти пре­не­бречь.

Па­рал­лель­но ка­туш­ке ин­дук­тив­но­сти L с малым ак­тив­ным со­про­тив­ле­ни­ем вклю­че­на лампа на­ка­ли­ва­ния (см. рис. а). Яр­кость све­че­ния лампы прямо про­пор­ци­о­наль­на на­пря­же­нию на ней.

На рис. б пред­став­лен гра­фик за­ви­си­мо­сти силы тока I в ка­туш­ке от вре­ме­ни t. Опи­ра­ясь на за­ко­ны фи­зи­ки, изоб­ра­зи­те гра­фик за­ви­си­мо­сти яр­ко­сти све­че­ния лампы от вре­ме­ни. Объ­яс­ни­те по­стро­е­ние гра­фи­ка, ука­зав яв­ле­ния и за­ко­но­мер­но­сти, ко­то­рые Вы при этом ис­поль­зо­ва­ли.

Рис. a

Рис. б

В элек­три­че­ской схеме, изоб­ра­жен­ной на ри­сун­ке, со­про­тив­ле­ния лам­поч­ки и ре­зи­сто­ров оди­на­ко­вы и равны R, ЭДС ис­точ­ни­ков пи­та­ния равны а внут­рен­ние со­про­тив­ле­ния ис­точ­ни­ков пи­та­ния пре­не­бре­жи­мо малы.

Ос­но­вы­ва­ясь на из­вест­ных фи­зи­че­ских за­ко­нах и за­ко­но­мер­но­стях, опи­ши­те, что про­изой­дет с лам­поч­кой, если пе­ре­ве­сти ключ из со­сто­я­ния 1 в со­сто­я­ние 2. Опре­де­ли­те, во сколь­ко раз из­ме­нит­ся мощ­ность, вы­де­ля­е­мая во внеш­ней цепи.

Ка­туш­ка, об­ла­да­ю­щая ин­дук­тив­но­стью L, со­еди­не­на по­сле­до­ва­тель­но с ис­точ­ни­ком по­сто­ян­но­го тока с ЭДС и ре­зи­сто­ра­ми R₁ и R₂, име­ю­щи­ми оди­на­ко­вое со­про­тив­ле­ние R₁ =  R₂  =  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 R₁, после за­мы­ка­ния ключа? Ответ по­яс­ни­те, опи­ра­ясь на за­ко­ны элек­тро­ди­на­ми­ки. Внут­рен­ним со­про­тив­ле­ни­ем ис­точ­ни­ка тока и со­про­тив­ле­ни­ем ка­туш­ки пре­не­бречь.

Две плос­кие пла­сти­ны кон­ден­са­то­ра, за­креп­лен­ные на изо­ли­ру­ю­щих шта­ти­вах, рас­по­ло­жи­ли на не­боль­шом рас­сто­я­нии друг от друга и со­еди­ни­ли одну пла­сти­ну с за­зем­лен­ным кор­пу­сом, а дру­гую  — со стерж­нем элек­тро­мет­ра (см. ри­су­нок). Затем пла­сти­ну, со­еди­нен­ную со стерж­нем элек­тро­мет­ра, за­ря­ди­ли. Объ­яс­ни­те, опи­ра­ясь на из­вест­ные Вам за­ко­ны, как из­ме­ня­ют­ся по­ка­за­ния элек­тро­мет­ра при сбли­же­нии пла­стин. От­кло­не­ние стрел­ки элек­тро­мет­ра про­пор­ци­о­наль­но раз­но­сти по­тен­ци­а­лов между пла­сти­на­ми. Ем­кость элек­тро­мет­ра пре­не­бре­жи­мо мала.

На ме­тал­ли­че­ской пла­стин­ке, ко­то­рая лежит на земле, лежит очень ма­лень­кий ме­тал­ли­че­ский шарик. Над ним па­рал­лель­но земле рас­по­ло­же­на дру­гая пла­стин­ка, под­клю­чен­ная к клем­мам вы­со­ко­вольт­но­го вы­пря­ми­те­ля, на ко­то­рый по­да­ют от­ри­ца­тель­ный заряд. Опи­ра­ясь на за­ко­ны ме­ха­ни­ки и элек­тро­ста­ти­ки, объ­яс­ни­те, как будет дви­гать­ся шарик.

Вос­поль­зо­вав­шись обо­ру­до­ва­ни­ем, пред­став­лен­ным на левом ри­сун­ке, учи­тель со­брал мо­дель плос­ко­го кон­ден­са­то­ра (см. сред­ний рис.), за­ря­дил ниж­нюю пла­сти­ну по­ло­жи­тель­ным за­ря­дом, а кор­пус элек­тро­мет­ра за­зем­лил. Со­еди­нен­ная с кор­пу­сом элек­тро­мет­ра верх­няя пла­сти­на кон­ден­са­то­ра при­об­ре­ла от­ри­ца­тель­ный заряд, рав­ный по мо­ду­лю за­ря­ду ниж­ней пла­сти­ны. После этого учи­тель сме­стил одну пла­сти­ну от­но­си­тель­но дру­гой не из­ме­няя рас­сто­я­ния между ними (см. пра­вый рис.). Как из­ме­ни­лись при этом по­ка­за­ния элек­тро­мет­ра (уве­ли­чи­лись, умень­ши­лись, оста­лись преж­ни­ми)? Ответ по­яс­ни­те, ука­зав, какие яв­ле­ния и за­ко­но­мер­но­сти вы ис­поль­зо­ва­ли для объ­яс­не­ния. По­ка­за­ния элек­тро­мет­ра в дан­ном опыте прямо про­пор­ци­о­наль­ны раз­но­сти по­тен­ци­а­лов между пла­сти­на­ми кон­ден­са­то­ра.

На ри­сун­ке изоб­ра­же­на схема, со­дер­жа­щая ис­точ­ник тока с не­ко­то­рым внут­рен­ним со­про­тив­ле­ни­ем, ре­зи­стор, рео­стат, ам­пер­метр и вольт­метр. Как из­ме­нят­ся по­ка­за­ния ам­пер­мет­ра и вольт­мет­ра, если пе­ре­дви­нуть пол­зу­нок рео­ста­та влево. Ответ по­яс­ни­те, ука­зав, какие фи­зи­че­ские яв­ле­ния и за­ко­но­мер­но­сти Вы ис­поль­зо­ва­ли для объ­яс­не­ния.

Ре­зи­стор R и ка­туш­ка ин­дук­тив­но­сти L с же­лез­ным сер­деч­ни­ком под­клю­че­ны к ис­точ­ни­ку тока, как по­ка­за­но на схеме. Пер­во­на­чаль­но ключ K за­мкнут, по­ка­за­ния ам­пер­мет­ров A₁ и A₂ равны, со­от­вет­ствен­но, и Что про­изой­дет с ве­ли­чи­ной и на­прав­ле­ни­ем тока через ре­зи­стор после раз­мы­ка­ния ключа K? Ответ по­яс­ни­те, ука­зав, какие яв­ле­ния и за­ко­ны вы ис­поль­зо­ва­ли для объ­яс­не­ния.

В ниж­ней по­ло­ви­не не­за­ря­жен­но­го ме­тал­ли­че­ско­го шара рас­по­ла­га­ет­ся круп­ная ша­ро­об­раз­ная по­лость, за­пол­нен­ная воз­ду­хом. Шар на­хо­дит­ся в воз­ду­хе вдали от дру­гих пред­ме­тов. В центр по­ло­сти по­ме­щен по­ло­жи­тель­ный то­чеч­ный заряд q > 0 (см. ри­су­нок). На­ри­суй­те кар­ти­ну линий на­пря­жен­но­сти элек­тро­ста­ти­че­ско­го поля внут­ри по­ло­сти, внут­ри про­вод­ни­ка и сна­ру­жи шара. Если поле от­сут­ству­ет, на­пи­ши­те в дан­ной об­ла­сти: Если поле от­лич­но от нуля, на­ри­суй­те кар­ти­ну поля в дан­ной об­ла­сти, ис­поль­зуя во­семь линий на­пря­жен­но­сти. Ответ по­яс­ни­те, ука­зав, какие фи­зи­че­ские за­ко­но­мер­но­сти Вы ис­поль­зо­ва­ли для объ­яс­не­ния.

Для де­мон­стра­ции маг­нит­но­го вза­и­мо­дей­ствия двух ка­ту­шек с про­те­ка­ю­щи­ми в них элек­три­че­ски­ми то­ка­ми про­фес­сор Мос­ков­ско­го уни­вер­си­те­та А. А. Эй­хен­вальд пред­ло­жил сле­ду­ю­щий опыт. Ка­туш­ка № 1 об­ла­да­ет длин­ным ци­лин­дри­че­ским сер­деч­ни­ком, на ко­то­рый на­мо­та­но много вит­ков изо­ли­ро­ван­но­го про­во­да. Эта ка­туш­ка не­по­движ­но кре­пит­ся на столе так, чтобы ось ее сер­деч­ни­ка была рас­по­ло­же­на го­ри­зон­таль­но. Ка­туш­ка № 2 на­мо­та­на на лег­кий коль­це­вой кар­кас, внут­рен­ний диа­метр ко­то­ро­го не­мно­го пре­вы­ша­ет диа­метр сер­деч­ни­ка ка­туш­ки № 1. К ка­туш­ке № 2 под­со­еди­ня­ют­ся два тон­ких гиб­ких про­во­да, на ко­то­рых она, по­доб­но ма­ят­ни­ку, под­ве­ши­ва­ет­ся к шта­ти­ву. Эти про­во­да поз­во­ля­ют сво­бод­но ви­ся­щей ка­туш­ке №2 вра­щать­ся во­круг вер­ти­каль­ной оси и со­вер­шать ко­ле­ба­ния. Длина про­во­дов и рас­по­ло­же­ние шта­ти­ва под­би­ра­ют­ся так, чтобы ка­туш­ка № 2 ви­се­ла вб­ли­зи торца сер­деч­ни­ка ка­туш­ки № 1 и могла сво­бод­но на­де­вать­ся на эту ка­туш­ку. При этом го­ри­зон­таль­ные оси ка­ту­шек со­всем не­мно­го не сов­па­да­ют друг с дру­гом.

Сна­ча­ла через эти две ка­туш­ки про­пус­ка­ют по­сто­ян­ные элек­три­че­ские токи таким об­ра­зом, чтобы между ними воз­ник­ли силы маг­нит­но­го при­тя­же­ния. В ре­зуль­та­те этого ка­туш­ка № 2 при­тя­ги­ва­ет­ся к ка­туш­ке № 1 и на­де­ва­ет­ся на нее (см. рис.). Затем на­прав­ле­ние про­те­ка­ния тока в ка­туш­ке № 1 из­ме­ня­ют на про­ти­во­по­лож­ное, а ток, те­ку­щий через ка­туш­ку № 2, остав­ля­ют преж­ним. Опи­ши­те, что после этого будет про­ис­хо­дить с ка­туш­кой № 2. Ответ по­яс­ни­те, ука­зав, какие фи­зи­че­ские за­ко­но­мер­но­сти Вы ис­поль­зо­ва­ли для объ­яс­не­ния.

Школь­ник за­ин­те­ре­со­вал­ся во­про­сом о том, как будут све­тить раз­ные лампы на­ка­ли­ва­ния при раз­лич­ных спо­со­бах их сов­мест­но­го ис­поль­зо­ва­ния. Для про­ве­де­ния опы­тов он взял две лампы, рас­счи­тан­ные на оди­на­ко­вое на­пря­же­ние 220 В. Лампа № 1 имела но­ми­наль­ную мощ­ность 40 Вт, а лампа № 2  — 150 Вт. Сна­ча­ла школь­ник со­еди­нил эти лампы па­рал­лель­но, под­клю­чил по­лу­чив­шу­ю­ся элек­три­че­скую цепь к на­пря­же­нию 127 В и по­смот­рел, как све­тят лампы. Затем он со­еди­нил эти лампы по­сле­до­ва­тель­но, снова под­клю­чил по­лу­чив­шу­ю­ся элек­три­че­скую цепь к тому же на­пря­же­нию 127 В и опять по­смот­рел, как све­тят лампы.

На­пи­ши­те, как све­тят лампы № 1 и № 2 при их па­рал­лель­ном и по­сле­до­ва­тель­ном под­клю­че­нии  — оди­на­ко­во ярко или нет, и если не оди­на­ко­во, то для каж­до­го слу­чая ука­жи­те, какая све­тит ярче.

Ответ обос­нуй­те, ука­зав, какие фи­зи­че­ские за­ко­но­мер­но­сти Вы ис­поль­зо­ва­ли для объ­яс­не­ния. За­ви­си­мость со­про­тив­ле­ния нити лампы на­ка­ли­ва­ния от тем­пе­ра­ту­ры не учи­ты­вай­те.

У школь­ни­ка на даче были в на­ли­чии два элек­три­че­ских обо­гре­ва­те­ля со спи­ра­ля­ми на­ка­ли­ва­ния, рас­счи­тан­ные на оди­на­ко­вое мак­си­маль­ное на­пря­же­ние 250 В. Обо­гре­ва­тель № 1 имел но­ми­наль­ную мощ­ность 0,5 кВт, а обо­гре­ва­тель № 2  — 2,5 кВт. Школь­ник за­ин­те­ре­со­вал­ся во­про­сом о том, как будут ра­бо­тать эти обо­гре­ва­те­ли при раз­лич­ных спо­со­бах их сов­мест­но­го ис­поль­зо­ва­ния. Сна­ча­ла он под­клю­чил эти обо­гре­ва­те­ли па­рал­лель­но к на­пря­же­нию 220 В и по­смот­рел, как они греют. Затем он со­еди­нил эти обо­гре­ва­те­ли по­сле­до­ва­тель­но, под­клю­чил по­лу­чив­шу­ю­ся элек­три­че­скую цепь к тому же на­пря­же­нию 220 В и опять по­смот­рел, как обо­гре­ва­те­ли греют ком­на­ту.

На­пи­ши­те, как греют обо­гре­ва­те­ли № 1 и № 2 при их па­рал­лель­ном и по­сле­до­ва­тель­ном под­клю­че­нии  — оди­на­ко­во хо­ро­шо или нет, и если не оди­на­ко­во, то для каж­до­го слу­чая ука­жи­те, какой греет лучше. Ответ обос­нуй­те, ука­зав, какие фи­зи­че­ские за­ко­но­мер­но­сти Вы ис­поль­зо­ва­ли для объ­яс­не­ния. За­ви­си­мость со­про­тив­ле­ния спи­ра­ли обо­гре­ва­те­ля от тем­пе­ра­ту­ры не учи­ты­вай­те.

В клас­се при элек­три­че­ском осве­ще­нии лам­па­ми на­ка­ли­ва­ния по­ка­за­ли опыт: цин­ко­вый шар элек­тро­мет­ра за­ря­ди­ли эбо­ни­то­вой па­лоч­кой, по­тер­той о сукно. При этом стрел­ка элек­тро­мет­ра от­кло­ни­лась, заняв по­ло­же­ние, ука­зан­ное на ри­сун­ке, и не ме­ня­ла его. Через не­ко­то­рое время к шару на рас­сто­я­ние не­сколь­ких сан­ти­мет­ров под­нес­ли го­ря­щую свечу, при этом

стрел­ка элек­тро­мет­ра быст­ро опу­сти­лась вниз. Спектр из­лу­че­ния свечи (за­ви­си­мость ин­тен­сив­но­сти из­лу­че­ния I от длины волны) по­ка­зан на ри­сун­ке. Объ­яс­ни­те раз­ряд­ку элек­тро­мет­ра, при­ми­те во вни­ма­ние при­ве­ден­ные спек­тры и то, что для цинка «крас­ная гра­ни­ца» фо­то­эф­фек­та λ_кр  =  290 нм.

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.

Три па­рал­лель­ных длин­ных пря­мых про­вод­ни­ка 1, 2 и 3 рас­по­ло­же­ны на оди­на­ко­вом рас­сто­я­нии а друг от друга (см. рис. а и б). 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 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.

На ри­сун­ке по­ка­за­на прин­ци­пи­аль­ная схема элек­три­че­ской цепи, со­сто­я­щей из ис­точ­ни­ка тока с от­лич­ным от нуля внут­рен­ним со­про­тив­ле­ни­ем, ре­зи­сто­ра, рео­ста­та и из­ме­ри­тель­ных при­бо­ров  — иде­аль­но­го ам­пер­мет­ра и иде­аль­но­го вольт­мет­ра. Как будут из­ме­нять­ся по­ка­за­ния при­бо­ров при пе­ре­ме­ще­нии движ­ка рео­ста­та впра­во? Ответ по­яс­ни­те, ука­зав, какие фи­зи­че­ские за­ко­но­мер­но­сти Вы ис­поль­зо­ва­ли для объ­яс­не­ния.

На ри­сун­ке изоб­ра­же­на схема элек­три­че­ской цепи, со­сто­я­щей из ис­точ­ни­ка на­пря­же­ния с ну­ле­вым внут­рен­ним со­про­тив­ле­ни­ем, иде­аль­но­го ам­пер­мет­ра, трех оди­на­ко­вых ре­зи­сто­ров со­про­тив­ле­ни­ем R каж­дый и рео­ста­та. Мак­си­маль­ное со­про­тив­ле­ние рео­ста­та также равно R. В ис­ход­ном со­сто­я­нии пол­зу­нок рео­ста­та на­хо­дит­ся в край­нем пра­вом по­ло­же­нии. Как будут из­ме­нять­ся по­ка­за­ния ам­пер­мет­ра при пе­ре­дви­же­нии движ­ка рео­ста­та влево? Ответ по­яс­ни­те, ука­зав, какие фи­зи­че­ские за­ко­но­мер­но­сти Вы ис­поль­зо­ва­ли для объ­яс­не­ния.

Ка­туш­ка ин­дук­тив­но­сти, плос­кий воз­душ­ный кон­ден­са­тор и ре­зи­стор с не­боль­шим со­про­тив­ле­ни­ем со­еди­не­ны по­сле­до­ва­тель­но. Эта элек­три­че­ская цепь под­клю­че­на к ис­точ­ни­ку пе­ре­мен­но­го на­пря­же­ния, ЭДС ко­то­ро­го из­ме­ня­ет­ся по гар­мо­ни­че­ско­му за­ко­ну Па­рал­лель­но кон­ден­са­то­ру под­клю­чен вольт­метр, из­ме­ря­ю­щий ам­пли­туд­ное зна­че­ние пе­ре­мен­но­го на­пря­же­ния. Ин­дук­тив­ность ка­туш­ки L, элек­три­че­ская ем­кость кон­ден­са­то­ра C и со­про­тив­ле­ние ре­зи­сто­ра R по­до­бра­ны так, что в цепи на­блю­да­ет­ся ре­зо­нанс. В про­стран­ство между об­клад­ка­ми кон­ден­са­то­ра на­ча­ли мед­лен­но вно­сить ди­элек­три­че­скую пла­сти­ну. Как будут из­ме­нять­ся по­ка­за­ния вольт­мет­ра в про­цес­се за­пол­не­ния про­стран­ства между об­клад­ка­ми ди­элек­три­ком?

Ответ по­яс­ни­те, ука­зав, какие фи­зи­че­ские яв­ле­ния и за­ко­но­мер­но­сти Вы ис­поль­зо­ва­ли для объ­яс­не­ния.

То­чеч­ный по­ло­жи­тель­ный заряд +q на­хо­дит­ся в точке A, рас­по­ло­жен­ной по­се­ре­ди­не между двумя за­креп­лен­ны­ми то­чеч­ны­ми элек­три­че­ски­ми за­ря­да­ми  — по­ло­жи­тель­ным +Q и от­ри­ца­тель­ным –Q. Заряд +q на­чи­на­ют пе­ре­ме­щать вдоль пря­мой AB, ко­то­рая пер­пен­ди­ку­ляр­на линии, про­хо­дя­щей через за­креп­лен­ные за­ря­ды (см. рис.). Как при этом будут из­ме­нять­ся мо­дуль и на­прав­ле­ние силы, дей­ству­ю­щей на заряд +q со сто­ро­ны за­креп­лен­ных за­ря­дов? На­ри­суй­те век­тор этой силы в тот мо­мент, когда заряд +q будет на­хо­дить­ся в по­ло­же­нии B. Ответ по­яс­ни­те, ука­зав, какие фи­зи­че­ские яв­ле­ния и за­ко­но­мер­но­сти Вы ис­поль­зо­ва­ли для объ­яс­не­ния.

В трех вер­ши­нах квад­ра­та ABCD за­креп­ле­ны то­чеч­ные за­ря­ды −q и +2q со­от­вет­ствен­но (см. ри­су­нок). Опи­ра­ясь на за­ко­ны элек­тро­ди­на­ми­ки, опре­де­ли­те, как из­ме­нит­ся на­прав­ле­ние на­пряжённо­сти ре­зуль­ти­ру­ю­ще­го элек­тро­ста­ти­че­ско­го поля в цен­тре квад­ра­та, если заряд −q пе­ре­ме­стить из вер­ши­ны B в вер­ши­ну D? Сде­лай­те ри­сун­ки, на ко­то­рых по­строй­те век­то­ры на­пря­жен­но­сти ре­зуль­ти­ру­ю­ще­го элек­тро­ста­ти­че­ско­го поля в цен­тре квад­ра­та для двух слу­ча­ев рас­по­ло­же­ния за­ря­дов.

В сосуд на­ли­ва­ют воду при ком­нат­ной тем­пе­ра­ту­ре. В воду по­гру­жа­ют на­гре­ва­тель­ные эле­мен­ты с со­про­тив­ле­ни­я­ми R₁ и R₂, под­ключённые к ис­точ­ни­ку по­сто­ян­но­го на­пря­же­ния так, как по­ка­за­но на ри­сун­ке 1. Оста­вив ключ К в по­ло­же­нии 1, до­во­дят воду до ки­пе­ния. Затем ки­пя­ток вы­ли­ва­ют, сосуд охла­жда­ют до ком­нат­ной тем­пе­ра­ту­ры, вновь на­пол­ня­ют таким же ко­ли­че­ством воды при ком­нат­ной тем­пе­ра­ту­ре и, по­вер­нув ключ К в по­ло­же­ние 2 (см. рис. 2), по­вто­ря­ют опыт. На­пря­же­ние ис­точ­ни­ка в опы­тах оди­на­ко­во. Опи­ра­ясь на за­ко­ны элек­тро­ди­на­ми­ки и мо­ле­ку­ляр­ной фи­зи­ки, объ­яс­ни­те, в каком из при­ведённых опы­тов вода за­ки­пит быст­рее.

Рамку с по­сто­ян­ным током удер­жи­ва­ют не­по­движ­но в поле по­ло­со­во­го маг­ни­та (см. рис.). По­ляр­ность под­клю­че­ния ис­точ­ни­ка тока к вы­во­дам рамки по­ка­за­на на ри­сун­ке. Как будет дви­гать­ся рамка на не­по­движ­ной оси MО, если рамку не удер­жи­вать? Ответ по­яс­ни­те, ука­зав, какие фи­зи­че­ские за­ко­но­мер­но­сти вы ис­поль­зо­ва­ли для объ­яс­не­ния. Счи­тать, что рамка ис­пы­ты­ва­ет не­боль­шое со­про­тив­ле­ние дви­же­нию со сто­ро­ны воз­ду­ха.

Схема, изоб­ра­жен­ная на ри­сун­ке, со­сто­ит из двух ре­зи­сто­ров с раз­лич­ным со­про­тив­ле­ни­ем, ба­та­рей­ки, об­ла­да­ю­щей внут­рен­ним со­про­тив­ле­ни­ем, и из­ме­ри­тель­ных при­бо­ров. Как из­ме­нят­ся по­ка­за­ния иде­аль­ных ам­пер­мет­ра и вольт­мет­ра (уве­ли­чат­ся, умень­шат­ся, не из­ме­нят­ся), если разо­мкнуть ключ К? Ответ по­яс­ни­те, ука­зав, какие фи­зи­че­ские за­ко­но­мер­но­сти Вы ис­поль­зо­ва­ли для объ­яс­не­ния.

Пря­мо­ли­ней­ный про­вод­ник с током и про­во­дя­щая рамка лежат в плос­ко­сти, пер­пен­ди­ку­ляр­ной ли­ни­ям ин­дук­ции од­но­род­но­го маг­нит­но­го поля. Опи­ра­ясь на за­ко­ны фи­зи­ки, ука­жи­те на­прав­ле­ние силы, дей­ству­ю­щей на рамку, когда ве­ли­чи­на маг­нит­ной ин­дук­ции В умень­ша­ет­ся.

На столе уста­но­ви­ли два не­за­ря­жен­ных элек­тро­мет­ра и со­еди­ни­ли их ме­тал­ли­че­ским стерж­нем с изо­ли­ру­ю­щей руч­кой (рис. 1). Затем к пер­во­му элек­тро­мет­ру под­нес­ли, не ка­са­ясь его 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.

Два плос­ких воз­душ­ных кон­ден­са­то­ра под­клю­че­ны к оди­на­ко­вым ис­точ­ни­кам по­сто­ян­но­го на­пря­же­ния и оди­на­ко­вым ре­зи­сто­рам, как по­ка­за­но на ри­сун­ках а) и б). Кон­ден­са­то­ры имеют оди­на­ко­вую пло­щадь пла­стин, но раз­ли­ча­ют­ся рас­сто­я­ни­ем между пла­сти­на­ми. В не­ко­то­рый мо­мент вре­ме­ни ключи К в обеих схе­мах пе­ре­во­дят из по­ло­же­ния 1 в по­ло­же­ние 2. Опи­ра­ясь на за­ко­ны элек­тро­ди­на­ми­ки, объ­яс­ни­те, в каком из при­ведённых опы­тов при пе­ре­клю­че­нии ключа ре­зи­стор на­гре­ва­ет­ся силь­нее. Со­про­тив­ле­ни­ем со­еди­ня­ю­щих про­во­дов пре­не­бречь.

Ни­хро­мо­вый про­вод­ник дли­ной включён в цепь по­сто­ян­но­го тока. К нему под­клю­ча­ют вольт­метр таким об­ра­зом, что одна из клемм вольт­мет­ра всё время под­клю­че­на к на­ча­лу про­вод­ни­ка, а вто­рая может пе­ре­ме­щать­ся вдоль про­вод­ни­ка. На ри­сун­ке при­ве­де­на за­ви­си­мость по­ка­за­ний вольт­мет­ра U от рас­сто­я­ния x до на­ча­ла про­вод­ни­ка. Как за­ви­сит от x пло­щадь по­пе­реч­но­го се­че­ния про­вод­ни­ка? Ответ по­яс­ни­те, ука­зав, какие фи­зи­че­ские за­ко­но­мер­но­сти вы ис­поль­зо­ва­ли.

Три оди­на­ко­вых ре­зи­сто­ра и два оди­на­ко­вых иде­аль­ных диода вклю­че­ны в элек­три­че­скую цепь, по­ка­зан­ную на ри­сун­ке, и под­клю­че­ны к ак­ку­му­ля­то­ру в точ­ках В и С. По­ка­за­ния ам­пер­мет­ра равны 2А. 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.

Мяг­кая пру­жи­на из не­сколь­ких круп­ных вит­ков про­во­да под­ве­ше­на к по­тол­ку. Верх­ний конец пру­жи­ны под­клю­ча­ет­ся к ис­точ­ни­ку тока через ключ К, а ниж­ний  — с по­мо­щью до­ста­точ­но длин­но­го мяг­ко­го про­во­да (см. рис.). Как из­ме­нит­ся длина пру­жи­ны через до­ста­точ­но боль­шое время после за­мы­ка­ния ключа К? Ответ по­яс­ни­те, ука­зав, какие фи­зи­че­ские яв­ле­ния и за­ко­но­мер­но­сти вы ис­поль­зо­ва­ли для объ­яс­не­ния. Теп­ло­вы­ми эф­фек­та­ми пре­не­бречь.

На­маг­ни­чен­ный сталь­ной стер­жень на­чи­на­ет сво­бод­ное па­де­ние с ну­ле­вой на­чаль­ной ско­ро­стью из по­ло­же­ния, изоб­ражённого на ри­сун­ке 1. Про­ле­тая сквозь за­креплённое про­во­лоч­ное коль­цо, стер­жень создаёт в нём элек­три­че­ский ток, сила ко­то­ро­го из­ме­ня­ет­ся со вре­ме­нем так, как по­ка­за­но на ри­сун­ке 2.

По­че­му в мо­мент вре­ме­ни t₂ мо­дуль силы тока в коль­це боль­ше, чем в мо­мент вре­ме­ни t₁? Ответ по­яс­ни­те, ука­зав, какие фи­зи­че­ские яв­ле­ния и за­ко­но­мер­но­сти вы ис­поль­зо­ва­ли для объ­яс­не­ния. Вли­я­ни­ем тока в коль­це на дви­же­ние маг­ни­та пре­не­бречь.

На фо­то­гра­фии пред­став­ле­на элек­три­че­ская цепь. На­чер­ти­те прин­ци­пи­аль­ную схему этой элек­три­че­ской цепи. Опи­ра­ясь на за­ко­ны по­сто­ян­но­го тока, объ­яс­ни­те, как долж­ны из­ме­нить­ся (умень­шить­ся, уве­ли­чить­ся или остать­ся преж­ни­ми) по­ка­за­ния иде­аль­ных ам­пер­мет­ра и вольт­мет­ра при за­мы­ка­нии ключа. Учесть внут­рен­нее со­про­тив­ле­ние ба­та­рей­ки, а со­про­тив­ле­ни­ем под­во­дя­щих про­во­дов и ключа пре­не­бречь.

Плос­кий воз­душ­ный кон­ден­са­тор под­клю­чи­ли к ис­точ­ни­ку по­сто­ян­но­го на­пря­же­ния и за­ря­ди­ли, а затем от­клю­чи­ли от ис­точ­ни­ка. После этого умень­ши­ли рас­сто­я­ние между его пла­сти­на­ми в 1,5 раза. Во сколь­ко раз при этом из­ме­ни­лась энер­гия элек­три­че­ско­го поля, на­коп­лен­ная кон­ден­са­то­ром? Ответ по­яс­ни­те, ука­зав, какие фи­зи­че­ские за­ко­но­мер­но­сти Вы ис­поль­зо­ва­ли для объ­яс­не­ния.

На ри­сун­ке изоб­ра­же­на схема элек­три­че­ской цепи, со­сто­я­щей из ис­точ­ни­ка тока с ЭДС и внут­рен­ним со­про­тив­ле­ни­ем r, двух ре­зи­сто­ров с со­про­тив­ле­ни­я­ми и со­от­вет­ствен­но, двух иде­аль­ных ди­о­дов и иде­аль­ных ам­пер­мет­ра и вольт­мет­ра. Дли­тель­ный про­ме­жу­ток вре­ме­ни ключ за­мкнут, а ключ раз­мок­нут. Опи­ра­ясь на за­ко­ны элек­тро­ди­на­ми­ки, объ­яс­ни­те, как из­ме­нят­ся по­ка­за­ния вольт­мет­ра и ам­пер­мет­ра, если ключ за­мкнуть, а ключ разо­мкнуть.

К шару не­за­ря­жен­но­го элек­тро­ско­па под­нес­ли по­ло­жи­тель­но за­ря­жен­ную па­лоч­ку. В ре­зуль­та­те этого ле­пест­ки элек­тро­ско­па разо­шлись. Какой заряд при­об­ре­ли ле­пест­ки элек­тро­ско­па? Ответ по­яс­ни­те, опи­ра­ясь на фи­зи­че­ские за­ко­но­мер­но­сти.

Элек­три­че­ская цепь со­сто­ит из по­сле­до­ва­тель­но со­единённых лампы Л, ре­зи­сто­ра со­про­тив­ле­ни­ем R  =  10 Ом и иде­аль­но­го ам­пер­мет­ра, па­рал­лель­но ко­то­рым под­ключён иде­аль­ный вольт­метр. Эта цепь пи­та­ет­ся от ре­гу­ли­ру­е­мо­го ис­точ­ни­ка на­пря­же­ния, в со­став ко­то­ро­го вхо­дят ба­та­рея, ключ К и по­тен­цио­метр (де­ли­тель на­пря­же­ния) Р. Ла­бо­рант за­мы­ка­ет ключ, после чего, пе­ре­дви­гая пол­зу­нок рео­ста­та и про­во­дя на­блю­де­ния, за­пи­сы­ва­ет в таб­ли­цу не­сколь­ко по­ка­за­ний I ам­пер­мет­ра. По­ка­за­ния вольт­мет­ра он за­пи­сать за­бы­ва­ет.

Ис­поль­зуя вольт-ам­пер­ную ха­рак­те­ри­сти­ку лампы, изоб­ражённую на ри­сун­ке 2, по­мо­ги­те ла­бо­ран­ту вос­ста­но­вить по­ка­за­ния U вольт­мет­ра и за­пи­ши­те их в таб­ли­цу. Ре­ше­ние объ­яс­ни­те, опи­ра­ясь на за­ко­ны элек­тро­ди­на­ми­ки.