Ответы и решения

Глава I

§ 1. 1. а) 1. б) 2. 2. Северный магнитный полюс Земли находится вблизи её южного географического полюса. 4. Нет. 5. Витки, в которых токи направлены одинаково, притягиваются, а витки, в которых токи направлены противоположно, — отталкиваются. 6. Токи направлены одинаково в катушках, которые притягиваются. 9. При изменении направления тока в катушке изменяется и направление магнитных линий ноля, созданного этим током. 10. Направлением тока в катушке, направлением магнитных линий и направлением вращения ручки буравчика. 11. а) Вниз; вверх. б) По часовой стрелке; против часовой стрелки. в) Против часовой стрелки; по часовой стрелке. 12. Направлением тока в проводнике, направлением магнитных линий. При изменении направления тока в проводнике изменяется и направление магнитных линий поля, созданного этим током. 13. Направлением тока в проводнике, направлением магнитных линий и направлением вращения ручки буравчика. 17. Конец А будет соответствовать южному магнитному полюсу, а конец В — северному магнитному полюсу. 18. Нет. Магнитная стрелка развернётся на 180°.

§ 2. 3. Если проводник с током параллелен вектору магнитной индукции поля. 6. Совпадает. 7. б) Рамка будет поворачиваться вокруг оси ОО1. в) Силы Ампера, действующие на стороны рамки, будут стремиться растянуть рамку. 9. Для того, чтобы действующие на стороны рамки силы Ампера вращали рамку в одном и том же направлении. 10. 0 Н; 0,05 Н. 11. 3,1 Тл. 12. α = 30°. 13. 4 А. 14. Сила Ампера увеличится в 1,73 раза.

§ 3. 1. Если скорость частицы параллельна вектору магнитной индукции. 5. а) В горизонтальной плоскости, б) Протон движется по часовой стрелке, а электрон — против часовой стрелки. в) Электрон. г) 1836. д) Период обращения протона больше в 1836 раз. 6. 20 мкКл. 7. 62,5 мТл; окружность. 10. а) 3,2 • 10-12 Н. б) 3,5 • 1018 м/с2. в) Не будет. 11. 2,87 • 105 м/с.

Глава II

§ 4. 1. При изменении направления движения магнита относительно катушки направление тока в катушке тоже изменяется на противоположное. 2. Различие состоит в том, что в опытах, изображённых на рисунках 4.2, а и б, магнит неподвижен, а движется катушка. Общее в этих опытах то, что индукционный ток возникает при движении магнита относительно катушки. 3. Изменяется. 4. Возникает. 6. а) 0,01 Вб. в) 60°. 7. В опытах а—в возникновение индукционного тока обусловлено изменением модуля магнитной индукции, в опыте г — изменением угла между перпендикуляром к контуру и вектором магнитной индукции, в опыте д — изменением площади контура. 8. а) Нет. б) Нет. в) Нет. г) Нет. д) Да. 9. Взаимодействие кольца с магнитом может быть обусловлено только возникновением индукционного тока в кольце. 10. При приближении магнита к разрезанному кольцу оно не должно взаимодействовать с магнитом, потому что в разрезанном кольце не может идти ток. 11. Вектор магнитной индукции поля, созданного индукционным током внутри кольца, направлен противоположно вектору магнитной индукции ноля магнита. 12. Подтверждает. 14. а) Уменьшается, б) Да, потому что изменяется магнитный ноток через контур, образованный стержнем и направляющими, в) Вверх, чтобы создаваемое индукционным током магнитное ноле препятствовало изменению магнитного потока, вызвавшего данный ток. г) От нас. д) Да, потому что стержень представляет собой проводник с током, находящийся в магнитном поле. е) Вправо. Направление силы Ампера противоположно направлению движения стержня. 15. Стержень 2 будет двигаться в том же направлении, что и стержень 1, чтобы уменьшить обусловленное движением стержня 1 изменение магнитного потока через контур, образованный стержнями и направляющими. 18. 6 мВб; 0 Вб; 4,2 мВб; 3 мВб. 19. Индукционный ток возникнет в случаях а, б, в. 20. Индукционный ток возникнет в случаях б, в. 22. В промежутки времени от 0 с до 1 с, от 2 с до 3 с, от 4 с до 5 с.

§ 6. 1. Лампы 3 и 4 загорятся сразу, а лампы 1 и 2 будут разгораться постепенно вследствие явления самоиндукции. 2. Вследствие очень быстрого изменения силы тока в катушке возникает очень большая ЭДС самоиндукции. В результате напряжение между контактами ключа может стать настолько большим, что возникает искровой газовый разряд. 3. а) Ток будет течь только через лампу 1 и катушку, то есть будет направлен против часовой стрелки (на схеме). Вследствие явления самоиндукции накал лампы 1 будет увеличиваться постепенно, а лампа 2 светить не будет. б) В течение некоторого времени после размыкания ключа ток будет течь в контуре, образованном лампами 1 и 2, катушкой и диодом, в направлении против часовой стрелки (на схеме). Лампа 2 на некоторое время загорится, и затем обе лампы погаснут. в) Нет, потому что не будет резкого уменьшения силы тока в катушке: после размыкания ключа ток будет идти некоторое время через лампу 2.

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

4. 5 мГн. 5. 6 мВ. 6. ЭДС самоиндукции в первой катушке в 3 раза больше, чем во второй. 7. а) 0,5 мГн. б) 3 мВ. 8. 2 А. 9. Лампа 2 загорится сразу, лампа 1 будет загораться постепенно, а лампа 3 не будет гореть вообще. 10. Лампа 3 загорится сразу, а лампы 1 и 2 будут загораться постепенно, причём лампа 1 будет загораться медленнее, чем лампа 2. 11. 0,9 В. 12. 0,4 Гн. 13. 2 В. 14. 1,2 Дж. Энергия магнитного поля увеличится в 4 раза. 15. 4 А.

Глава ІІІ

§ 8. 1. а) Кинетическая энергия груза максимальна в положениях, обозначенных буквами б, г, минимальна в положениях а, в, д. б) Потенциальная энергия груза максимальна в положениях, обозначенных буквами а, в, д, минимальна в положениях б, г. в) Два раза; два раза. г) Два раза; два раза. 2. а) Кинетическая энергия груза максимальна в положении а, минимальна в положениях б, в. б) Потенциальная энергия деформации пружины максимальна в положениях б, в и минимальна в положении а. в) Два раза; два раза, г) Два раза; два раза. 3. 6 0,5 с. 4. Во второй. 5. Надо подобрать частоту толчков так, чтобы она была равна собственной частоте колебаний автомобиля. 6. а) Уменьшается, уменьшается, увеличивается. б) Уменьшается, уменьшается, увеличивается. в) Увеличивается, увеличивается, уменьшается. 7. 16 раз. 8. 4 см. 9. 1 м/с.

§ 9. 1. При электромагнитных колебаниях в контуре происходят периодические превращения энергии электрического поля в энергию магнитного ноля и обратно. Буквами а и д; буквой в. 4. Увеличится в √2 раз. 5. Увеличится в 2 раза. 6. 0,4 мс; 2,5 кГц. 7. В рамке возникает периодически изменяющаяся ЭДС индукции, обусловленная тем, что при вращении рамки в магнитном ноле периодически изменяется пронизывающий рамку магнитный ноток. 9. і = 0,314sin100пt. 10. Для возникновения в рамке ЭДС индукции необходимо только, чтобы изменялся во времени пронизывающий рамку магнитный поток. В случае если рамка неподвижна, роль сторонних сил играют силы, действующие на свободные электроны в рамке со стороны вихревого электрического поля, порождаемого церемонным магнитным нолем. 12. В миллион раз. 13. На рисунке 9.8, а. Потому что сила тока больше в обмотке, содержащей меньшее число витков. 14. а) 2 В; 2 В. б) 21. 15. Увеличится в 2 раза; уменьшится в 3 раза. 16. Уменьшится в 2 раза; увеличится в √2 раз. 17. 2,5 • 10-7 с. 18. 2,5 МГц; 1,57 • 107 рад/с; 8 мкГн. 19. 4,24 В. 20. 80 В; 500п рад/с; 4 мс; 250 Гц. 21. 0,19 В. 22. 30 витков. 23. 16 А. 24. 25 В.

Глава IV

§ 10. 1. 2 с; 0,5 Гц. 6. а) 0,5 Гц; 2 с. б) 1 м/с. 7. а) 0,75 м. б) 3,4 м. 8. От 6,6 см до 11 см. 9. Примерно в миллион раз. 10. 2,5 с. 11. 2. 12. 1,32 м. 13. 100. 14. 5. 15. 660 м. 16. 16 3 км.

§ 11. 1. Вектор напряженности электрического ноля и вектор магнитной индукции перпендикулярны направлению распространения волны. 2. Вектор напряжённости электрического ноля и вектор магнитной индукции перпендикулярны друг другу. 4. От 3,95 • 1014 Гц до 7,9 • 1014Гц. 5. Давление на зеркальную сторону крылышек примерно в 2 раза больше, чем на зачернённую. 8. а, г, е, з. 9. Минимальная частота волн у низкочастотных колебаний, минимальная длина волны у гамма-лучей. 10. К инфракрасному излучению. 11. На 2,5 м. 12. 33,3 см. 13. От 50 МГц до 200 МГц. 14. 9 Мост экранирует электромагнитные волны.

Глава V

§ 13. 3. 0,5 дптр. 4. -25 см. 5. Две: каждая из них проходит через один из главных фокусов линзы. 17. а) Собирающей, б) 10 см. 18. а) Собирающей. б) 1 м. в) Изображение будет находиться на расстоянии 1 м от линзы; оно будет мнимым, прямым и увеличенным, г) На расстоянии 2 м от линзы. 22. Собирающей; 12 см. 23. 20 см. Изображение действительное, перевёрнутое, в натуральную величину. 24. -40 см. Изображение мнимое, прямое, уменьшенное. 25. а) Линза собирающая, б) 40 см. в) 60 см. г) Увеличенным; Г = 2. 26. -3 дптр.

§ 14. 1. Оптическая сила глаза больше при рассматривании близких предметов. 2. а) 58,8 дптр. б) 62,8 дптр. 3. Дальнозоркость. 4. а) Это изображение является действительным, уменьшенным и перевёрнутым. б) Изменяя расстояние от линзы до изображения, то есть до плёнки. 6. Около 100. 8. Дальнозоркость. 9. В 80 раз. 10. 2 мм.

Глава VI

Рис. 4

§ 16. 2. Первый максимум для фиолетового цвета наблюдается под углом 0,02°, а первый максимум для красного цвета — под углом 0,04°. 3. а) 36,9°. б) 7,5 см. 4. 3. 5. 100. 6. 5 мкм. 7. 41,8°. 8. 10,4°. 9. 1,15°; 2,3°. 10. 700 нм.

Глава VII

§17. 1. Принцип относительности Галилея относился только к механическим явлениям, а принцип относительности Эйнштейна относится ко всем физическим явлениям. 2. а) В обоих случаях скорость света равна с. б) В обоих случаях скорость света равна с. 3. На 180 км. 5. Скорость света равна с относительно любой ракеты. 6. с. 7. 8,19 • 10-14 Дж. 8. На 4,2 • 109 кг. 9. Масса частицы равна нулю.

Глава VIII

§ 18. 1. От электрода 2 к электроду 1. 3. 8 • 10-19 Дж. 4. Для калия. 6. а) 5 эВ. б) 3 эВ. 10. 1,3 • 1015 Гц. 13. Е = 4 • 10-18 Дж = 25 эВ. 14. Е = 3,3 • 10-19 Дж = 2,1 эВ. 15. Нет; да. 16. 1,9 эВ. 17. 260 нм. 18. 2,2 эВ. 19. 2,38 • 10-19 Дж.

§ 19. 3. В пользу теории атома Бора, согласно которой атом может излучать свет только с определенными длинами волн. 5. 13,6 эВ. 7. Основное состояние. 8. На 4 • 10-19 Дж. 9. От спирали электрической плитки и раскалённого куска металла можно наблюдать сплошной спектр, а от газовой горелки — линейчатый. 10. а) Поглощает. б) Излучает. в) Излучает. г) Поглощает. 11. 6. 12. а) 3. б) 5. в) 1. г) 4.

Глава IX

§ 21. 1. 73Li + 11р → 42Ηe + 42Не. 2. ΔM = 0,099 а. e. м.; Есв = 1,48 • 10-11 Дж = 92,4 МэВ. 3. У ядра железа. 4. У ядра 42Не. 5. Нейтрону. 6. Протону. 7. 104. 9. Нейтрон. 11. 2.

Глава X

§ 23. 1. 3,8 • 1026Вт.

§ 24. 1. Вследствие того, что радиус орбиты Венеры меньше радиуса орбиты Земли, Венера всегда находится ближе к Солнцу, чем Земля. Следовательно, увидеть Венеру можно только глядя под сравнительно небольшим углом к Солнцу. А когда мы смотрим на небо глубокой ночью, мы смотрим в сторону, противоположную той, где в этот момент находится Солнце. 2. Потому что на Луне нет атмосферы и, соответственно, нет дождей и ветров.

Глава XI

§ 26. 2. Более чем в 250 тысяч раз.

Погрешности измерений

Рис. 5

е) Результат измерения плотности вещества не противоречит гипотезе о том, что рассматриваемое тело изготовлено из алюминия, так как измеренное значение плотности тела с учётом погрешности соответствует значению плотности алюминия, указанному в справочных данных (2,7 г/см3). 5. Абсолютная погрешность прибора для верхней шкалы вольтметра 0,15 В, для нижней шкалы вольтметра 0,075 В. Абсолютная погрешность прибора для верхней шкалы амперметра 0,05 А, для нижней шкалы амперметра 0,025 А.

УДЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ПРОВОДНИКОВ (при 20 °С)

Вещество 10-8 Ом • м

Алюминий 2,8

Медь 1,7

Вещество 10-8 Ом • м

Сталь 12

Свинец 21

ПОКАЗАТЕЛЬ ПРЕЛОМЛЕНИЯ

Вещество

Алмаз 2,4

Вода 1,33

Вещество

Спирт этиловый 1,36

Стекло 1,5

РАБОТА ВЫХОДА ЭЛЕКТРОНОВ

Вещество эВ

Платина 6,3

Оксид бария 1,0

Серебро 5,3

Вещество эВ

Цезий 1,8

Цинк 4,2

Кальций 2,6