16677084925822_РГР 1 СЖД. Основы классической механики, молекулярной физики, термодинамики. Электростатика. Постоянный ток. Электромагнетизм Задания для специальности 23. 05. 06 Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей

• Название: Основы классической механики, молекулярной физики, термодинамики. Электростатика. Постоянный ток. Электромагнетизм Задания для специальности 23. 05. 06 Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей
• Дата: 03.12.2022
• Размер: 167.04 Kb.
• Имя файла: 16677084925822_РГР 1 СЖД.docx
• Тип: Документы; #826469

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования

«Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

АмИЖТ-филиал ДВГУПС в г. Свободном

Кафедра «Физика и теоретическая механика»

Расчетно-графическая работа № 1
Тема «Основы классической механики, молекулярной физики, термодинамики. Электростатика. Постоянный ток. Электромагнетизм»
Задания для специальности 23.05.06 «Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей»

г. Свободный

2022 г.
Вариант 1

1. Тело вращается вокруг неподвижной оси по закону , где
, . Точка находится на расстоянии от оси вращения. Определите угловую скорость, тангенциальное и нормальное ускорение точки, если угловое ускорение . Чему равен коэффициент в уравнении движения?

2. Камень брошен со скоростью под углом к горизонту. Определить радиус кривизны в момент падения.

3. По столу тянут груз с помощью нити, приложенной к динамометру, показывающему 30 Н. Второй раз тот же груз приводят в движение с помощью нити, перекинутой через неподвижный блок, на которой висит гиря массой 3 кг. В каком случае груз движется быстрее?

4. Колесо, вращаясь равнозамедленно, уменьшило за время частоту вращения от до . Момент инерции колеса
. Найти угловое ускорение колеса, момент сил торможения, число оборотов, сделанных колесом за время .

5. Чему равна работа сил торможения, если через время сплошной однородный диск радиусом и массой останавливается. Частота вращения диска до начала действия сил торможения равна .

6 . На рисунке изображен замкнутый термодинамический цикл, в котором работа, совершенная 2 молями идеального газа, равна 10 кДж. Найти температуры газа Т₂ и Т₃ в состояниях 2 и 3, если в состоянии 4 газ имел такую же температуру, как и в состоянии 2.

7.Плотность некоторого двухатомного газа при нормальных условиях равна . Определить удельные теплоемкости и этого газа.

8. Два точечных заряда и находятся на расстоянии друг от друга. Какую работу необходимо совершить внешним силам, чтобы уменьшить расстояние между зарядами вдвое?

9. От батареи, ЭДС которой 600 В требуется передать энергию на расстояние . Потребляемая мощность . Найти минимальные потери мощности в сети, если диаметр медных подводящих проводов .

10. Электрон в однородном магнитном поле движется по винтовой линии радиусом 5 см и шагом 20 см. Определить скорость электрона, если индукция магнитного поля 0,1 мТл.
Вариант 2

1. Вращение материальной точки вокруг неподвижной оси описывается уравнением , где , , . Каково значение угла поворота через время ? Чему равны угловая скорость, угловое ускорение, ее нормальное и тангенциальное ускорения? Расстояние материальной точки от оси вращения .

2. Под углом к горизонту брошено тело с начальной скоростью
Через сколько времени оно будет двигаться под углом к горизонту?

3. Три груза массами по 1 кг связаны нитью и движутся по горизонтальной плоскости под действием силы 10 Н, направленной под углом 30 к горизонту. Определить ускорение системы и силы натяжения нити, если коэффициент трения 0,1.

4. Вентилятор вращается с частотой 900 об/мин. После выключения вентилятор, вращаясь равнозамедленно, сделал до остановки 75 оборотов. Работа сил торможения 44,4 Дж. Найти: 1) момент инерции вентилятора; 2) момент сил торможения; 3) угловое ускорение; 4) время, за которое вентилятор сделает 5 оборотов.

5. Какая часть мощности затрачена на сообщение ускоренного подъема груза. Груз поднимают по наклонной плоскости длиной , угол наклона . Коэффициент трения 0,1, ускорение .

6. При адиабатном сжатии давление воздуха было увеличено от до . Затем при неизменном объеме температура воздуха была понижена до первоначальной. Определить давление газа в конце процесса.

7. Молярная масса некоторого газа , отношение . Определить удельные теплоемкости и этого газа.

8 . Электрическое поле создано заряженным проводящим шаром, потенциал   которого 300 В. Определить работу сил поля по перемещению заряда из точки 1 в точку 2 (см. рис.).

9. При внешнем сопротивлении сила тока в цепи , при сопротивлении сила тока . Определить силу тока короткого замыкания источника ЭДС.

10. Два длинных параллельных провода находятся на расстоянии один от другого. По проводам текут в противоположных направлениях одинаковые токи 10 А каждый. Найти напряженность магнитного поля в точке, находящейся на расстоянии от одного и от другого провода.
Вариант 3

1. Тело вращается вокруг неподвижной оси по закону . Параметры, характеризующие движение точки, находящейся на расстоянии от оси вращения, следующие: угол поворота – , угловая скорость – , угловое ускорение - , тангенциальное ускорение - , нормальное ускорение – , время – . По заданным параметрам движения точки определить недостающие.

, рад	, рад/с	, рад/с3	, рад	, с	, рад/с	, рад/с2	, м/с2	, м/с2	, м
2	5	?	?	1,5	?	18	54	?	?

2. По краю равномерно вращающейся с угловой скоростью платформы идет человек и обходит платформу за . Каково наибольшее ускорение движения человека относительно Земли? Принять радиус платформы .

3. На каком расстоянии от перекрестка начинает тормозить шофер при красном свете светофора, если автомобиль движется в гору с углом наклона 30 со скоростью 60 км/ч. Коэффициент трения между шинами и дорогой 0,1.

4. По касательной к шкиву маховика в виде диска диаметром 75 см и массой 40 кг приложена сила 1 кН. Определить угловое ускорение и частоту вращения маховика через 10 с после начала действия силы, если радиус шкива равен 12 см. Силой трения пренебречь.

5. Сколько времени будет скатываться без скольжения обруч с наклонной плоскости длиной 3 м и высотой 20 см?

6. Кислород массой занимает объем и находится под давлением . При нагревании газ расширился при постоянном давлении до объема , а затем его давление возросло до при неизменном объеме. Найти изменение внутренней энергии газа, совершенную газом работу и теплоту , переданную газу. Построить график процесса.

7.Определить отношение для газовой смеси, состоящей из 8 г гелия и 16 г кислорода.

8. Бесконечная вертикальная равномерно заряженная плоскость имеет поверхностную плотность заряда К ней прикреплена нить, к другому концу которой подвешен маленький шарик массой 1 г, несущий одноименный с плоскостью заряд. Найти число избыточных элементарных зарядов на шарике, если нить образовала с плоскостью угол . Среда – воздух. Выполнить чертеж.

9. Чему равна сила тока в подводящих проводах при коротком замыкании, если на электроплитах с сопротивлением и выделяется при поочередном их включении одинаковая мощность ?

10. По проводу, согнутому в виде квадрата со стороной 10 см, течет ток 20 А, сила которого поддерживается неизменной. Плоскость квадрата составляет угол 20⁰ с линиями индукции однородного магнитного поля ( ). Вычислить работу, которую необходимо совершить для того, чтобы удалить провод за пределы поля.
Вариант 4

1. Камень, брошенный со скоростью под углом к горизонту, упал на землю на расстоянии от места бросания. С какой высоты надо бросить камень в горизонтальном направлении, чтобы при той же начальной скорости он упал на то же месте?

2. Вал вращается с частотой 180 об/мин. С некоторого момента вал начал вращаться равнозамедленно с угловым ускорением 3 рад/с². Через какое время вал остановится? Найти число оборотов вала до остановки.

3. Через блок перекинута нить, к концам которой подвешены грузы с массами 100 г и 200 г. С каким ускорением будут двигаться грузы, если их предоставить самим себе? Трением, массами нити и блока пренебречь.

4. На обод маховика диаметром 60 см намотан шнур, к концам которого привязан груз массой 2 кг. Определить момент инерции маховика, если он, вращаясь равноускоренно под действием силы тяжести груза за время 3 с приобрел угловую скорость 9 рад/с.

5. Платформа, имеющая форму диска, может вращаться около вертикальной оси. На краю платформы стоит человек. На какой угол φ повернется платформа, если человек пойдет вдоль края платформы и, обойдя ее, вернется в исходную (на платформе) точку? Масса платформы m₁ = 280 кг, масса человека m₂ = 80 кг.

6. Некоторая масса кислорода под давлением 200 кПа занимала объем 1 м³. Газ нагрели сначала изобарно до объема 3 м³, а затем изохорно до давления 500 кПа. Найти изменение внутренней энергии газа, совершенную им работу и количество теплоты, переданное газу.

7.Удельная теплоемкость газовой смеси, состоящей из кислорода и некоторой массы аргона. Удельная теплоемкость смеси
. Какая масса аргона находится в газовой смеси?

8. Шар радиусом заряжен до потенциала , а шар радиусом – до потенциала . Определить потенциал шаров после того, как их соединили металлическим проводником. Емкостью соединительного проводника пренебречь.

9. Линия связи длиной 80 км работает под напряжением 30 В. Когда на линии произошло замыкание, показание вольтметра стало 24 В. На каком расстоянии произошло замыкание?

10. По прямому горизонтальному проводу пропускают ток 100 А. Под этим проводом на расстоянии 1 см расположен второй, параллельный ему медный провод, по которому пропускают ток 50 А. Определите, какова должна быть площадь поперечного сечения второго провода, чтобы он удерживался в состоянии равновесия незакрепленным. Плотность меди 8,93 г/см³.
Вариант 5

1. Тело брошено со скоростью под углом к горизонту. Время полета . На какую высоту поднимется тело?

2. Колесо, вращаясь равнозамедленно, за 1 мин уменьшило свою частоту с 300 до 180 об/мин. Найти угловое ускорение колеса и число его оборотов за это время.

3. На горизонтальной поверхности стола лежат два связанных нитью груза массами по 1 кг каждый. К одному из грузов прикреплена нить, перекинутая через неподвижный блок, укрепленный на краю стола, к другому ее концу подвешен еще один груз массой 1 кг. С каким ускорением движется система грузов, и каковы силы натяжения нитей? Силой трения пренебречь.

4. Нить с привязанными к ее концам грузами массами 50 и 60 г перекинута через блок диаметром 4 см. Определить момент инерции блока, если под действием силы тяжести грузов он получил угловое ускорение 1,5 рад/с². Трением пренебречь.

5 . На скамье Жуковского, вращающейся около вертикальной оси с частотой 2 об/с, стоит человек и держит на вытянутых руках две одинаковые гири. Расстояние между гирями равно 1,5 м. Когда человек опускает руки, расстояние между гирями становится равным 0,4 м, и частота вращения скамьи – 3 об/с. Момент инерции человека и скамьи равен 8 кг·м². Трением пренебречь. Определить массу гири.

6. Если идеальный газ перевести из состояния 1 в состояние 3 сначала изобарно (участок 1-2, рис.), а затем изохорно (участок 2-3), то будет произведена некоторая работа. Если переход из состояния 1 в состояние 3 произвести непосредственно по прямой 1-3, то работа увеличится в 5 раз. Найти давление газа в состоянии 3, если в состоянии 1 давление будет 100 кПа.

7.Разность удельных теплоемкостей некоторого двухатомного газа равна
. Определить молярную массу газа и его удельные теплоемкости и .

8. Конденсатор емкостью заряжен до напряжения . Определить заряд на обкладках этого конденсатора после того, как параллельно ему был подключен другой, незаряженный, конденсатор емкостью .

9. КПД аккумулятора с одним подключенным резистором равен 60%. Если этот резистор заменить другим, КПД аккумулятора станет 80%. Каким будет КПД, если оба резистора соединить с аккумулятором последовательно? Параллельно?

10.Электрон, кинетическая энергия которого 1,5 МэВ, движется по окружности в однородном магнитном поле с индукцией 20 мТл. Определите период обращения электрона.
Вариант 6.

1. Велосипедист ехал из одного пункта в другой. Первую треть пути он проехал со скоростью = 18 км/ч. Далее половину оставшегося времени он ехал со скоростью = 22 км/ч, после чего до конечного пункта он шел пешком со скоростью = 5 км/ч. Определить среднюю скорость велосипедиста на всем пути.

2. Точка движется по окружности радиусом 20 см с постоянным касательным ускорением 5,0 см/с². Через сколько времени после начала движения нормальное ускорение будет равно касательному?

3. К концам нити, перекинутой через неподвижный блок, подвешены грузы массами 500 и 300 г. Найти ускорение системы, перемещение каждого груза и скорость, приобретенную через 1,2 с после начала движения. Трение не учитывать, массами блока и нити пренебречь.

4. Определить момент силы, который необходимо приложить к блоку, вращающемуся с частотой 12 с^-1, чтобы он остановился в течение 8 с. Диаметр блока 30 см, массу блока считать равномерно распределенной по ободу.

5. На скамье Жуковского сидит человек и держит на вытянутых руках гири массой каждая. Расстояние от каждой гири до оси скамьи . Скамья вращается с частотой . Как изменится частота вращения скамьи и какую работу произведет человек, еcли он сожмет руки так, что расстояние от каждой гири до оси уменьшится до ? Момент инерции человека и скамьи (вместе) относительно оси .

6. Какая доля ω₁ количества теплоты Q, подводимого к идеальному газу при изобарном процессе, расходуется на увеличение ΔU внутренней энергии газа, и какая доля ω₂ - на работу А расширения? Рассмотреть три случая, если газ: 1) одноатомный; 2) двухатомный; 3) трехатомный.

7.Определить удельную теплоемкость смеси газов, содержащей водорода и   гелия. Газы находятся в одинаковых условиях.

8. Два одинаковых плоских воздушных конденсатора емкостью каждый соединены в батарею последовательно. Определить, на сколько изменится емкость батареи, если пространство между пластинами одного из конденсаторов заполнить парафином.

9. Электрическую лампу сопротивлением 200 Ом, рассчитанную на напряжение 100 В, надо питать от сети с напряжением 220 В. Какой длины вольфрамовый проводник с диаметром поперечного сечения 0,4 мм² надо включить последовательно с лампой, чтобы она не перегорела? Удельное сопротивление вольфрама 5,5·10^-8 Ом·м.

10. Проволочный виток радиусом 2 см пронизывается однородным магнитным полем, линии индукции которого перпендикулярны плоскости витка. Сопротивление витка 1,5 мОм. Индукция магнитного поля изменяется с постоянной скоростью . Какое количество теплоты выделится в витке за 30 с?
Вариант 7

1. Тело вращается вокруг неподвижной оси по закону . Параметры, характеризующие движение точки, находящейся на расстоянии от оси вращения, следующие: угол поворота – , угловая скорость – , угловое ускорение - , тангенциальное ускорение - , нормальное ускорение – , время – . По заданным параметрам движения точки определить недостающие.

, рад	, рад/с	, рад/с3	, рад	, с	, рад/с	, рад/с2	, м/с2	, м/с2	, м
?	1,5	2	40	2	?	?	?	510	?

2. Камень брошен горизонтально со скоростью 15 м/с. Найти нормальное и тангенциальное ускорения камня через 1 с после начала движения.

3. Определить момент силы, который необходимо приложить к блоку, вращающемуся с частотой 12 с^-1, чтобы он остановился в течение 8 с. Диаметр блока 30 см, массу блока считать равномерно распределенной по ободу.

4. Вагон движется на упор со скоростью 0,1 м/с. Масса вагона 40 т. При полном торможении вагона буферные пружины сжимаются на 10 см. Определить максимальную силу сжатия пружин и среднее время торможения.

5. На краю горизонтальной неподвижной платформы, имеющей форму диска радиусом 2 м, стоит человек. Масса платформы 200 кг, масса человека 80 кг. Платформа может вращаться вокруг вертикальной оси, проходящей через ее центр. Пренебрегая трением, найти, с какой угловой скоростью будет вращаться платформа, если человек будет идти вдоль ее края со скоростью 2 м/с относительно платформы.

6. В цилиндре с подвижным поршнем объемом содержится 2 г водорода под давлением и температуре . Первоначально газ переводят в состояние с параметрами , а затем в состояние с параметрами . Количество теплоты, полученное газом при совершении второго процесса . Определить изменение внутренней энергии газа, совершаемую газом работу и количество полученной теплоты в результате этих двух процессов. Построить диаграмму этих процессов в осях .

7.Вычислить удельные теплоемкости газа, зная, что его молярная масса и отношение теплоемкостей .

8. Два одинаковых плоских воздушных конденсатора емкостью каждый соединены в батарею последовательно. Определить, на сколько изменится емкость батареи, если пространство между пластинами одного из конденсаторов заполнить парафином.

9. От батареи, ЭДС которой 600 В требуется передать энергию на расстояние 1 км. Потребляемая мощность . Найти минимальные потери мощности в сети, если диаметр медных подводящих проводов .

10. Квадратный контур со стороной 10 см, по которому течет ток 50 А, свободно установился в однородном магнитном поле ( ). Определить изменение потенциальной энергии контура при повороте вокруг оси, лежащей в плоскости контура, на угол .