Физика 2: Электричество и магнетизм: тренировочные задачи и экзаменационные вопросы

Электрические заряды, силы и поля, цепи постоянного тока, конденсаторы и RC-цепи, а также переменный ток: второй семестр университетского курса физики.

Занимайтесь по этому курсу бесплатноЗаниматься по этому курсуПройти пробный экзаменБесплатных задач каждый день: 5. Без карты.

Шпаргалка-пакет (PDF)Листы формул, шаги методов и тренировочные задачи с полными решениями, готовые к печати.

Темы этого курса

  1. Закон Кулона и электрическое полесила взаимодействия двух зарядов · поле между двумя зарядами · силы под прямым угломрасчёты
  2. Последовательные и параллельные резисторы3 резистора · 4 резистора · лестница из 6 резистороврасчёты
  3. Переходные процессы RC и RLзаряд RC · цепь RL · конденсатор с начальным зарядомрасчёты
  4. Магнитные поля и индукцияполя токов и магнитные силы · заряженные частицы, Фарадей и Ленц · генераторы, индуктивность и пучки частицрасчёты
  5. Полное сопротивление и комплексные амплитудыпоследовательная RL · последовательная RLC · напряжение на конденсаторе и резонансрасчёты

Советы к экзамену: Физика 2: Электричество и магнетизм

  • Силы и поля от нескольких зарядов складываются как векторы: изобразите каждый вектор, прежде чем складывать.
  • Перед применением закона Кулона переведите µC в C и cm в m.
  • Заряженный конденсатор не пропускает постоянный ток; постоянная времени τ = RC определяет, как быстро он заряжается.
  • Для магнитных сил и индукционных токов каждый раз рисуйте ⊗ и ⊙ и пользуйтесь правилом правой руки: больше всего баллов теряется из-за неверных направлений.

Разобранные примеры

Закон Кулона и электрическое полеЛёгкая
++4 µC++1 µCr = ?

Точечные заряды +4 µC и +1 µC действуют друг на друга с силой 20 N. На каком расстоянии r они находятся? Дайте ответ в cm. Use k = 8,99 × 10⁹ N·m²/C².

q1 = +4 µCq2 = +1 µCF = 20 N

Найти: r (cm)

Показать подсказки
  1. Выразите r из закона Кулона.
  2. r = √(k·|q₁·q₂|/F).
  3. r² = 0,001798 m².
Показать ответ и пошаговое решение

Coulomb’s law: two point charges attract or repel with F = k·|q₁·q₂|/r², with k = 8,99 × 10⁹ N·m²/C². The field of a point charge is E = k·|q|/r², pointing away from a positive charge and towards a negative one. Forces and fields from several charges add as vectors.

Находим расстояние

r = √(8,99 × 10⁹·4 × 10⁻⁶·1 × 10⁻⁶/20) = 0,0424 m
r = 4,24 cm

Ответ

r = 4,24 cm
Последовательные и параллельные резисторыСредняя
R1​ = 6 ΩIR1​R3​ = 3 Ω+−V1​18 VR2​3 ΩAR4​6 ΩB

Найдите ток IR1, отдаваемый источником и текущий через R1.

V1 = 18 VR1 = 6 ΩR2 = 3 ΩR3 = 3 ΩR4 = 6 Ω

Найти: IR1 (A)

Показать подсказки
  1. Упрощайте сеть шаг за шагом. Последовательные сопротивления складываются. Два параллельных резистора дают R₁R₂/(R₁ + R₂).
  2. R₃ и R₄ проводят один и тот же ток, поэтому они последовательны. Эта ветвь параллельна R₂, а результат последователен с R₁.
  3. Req = 8,25 Ω.
Показать ответ и пошаговое решение

Последовательное и параллельное соединение: последовательно через каждый резистор течёт один и тот же ток и R = R₁ + R₂ + …. Параллельно на каждом резисторе одно и то же напряжение и 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Лестничную цепь упрощают по одной паре, пока не останется одно эквивалентное сопротивление.

R1​ = 6 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​18 VR2​3 ΩAR4​6 ΩB

Объединяйте резисторы с дальнего конца

Начните с конца, самого дальнего от источника, и двигайтесь к нему. Резисторы с одинаковым током соединены последовательно; резисторы между одними и теми же двумя узлами — параллельно.

R3 + R4 = 3 + 6 = 9 Ω
R2 ∥ 9 = 3·9/(3+9) = 2,25 Ω
Req = R1 + 2,25 = 6 + 2,25 = 8,25 Ω

Ток источника

Источник видит только Req, поэтому закон Ома даёт ток, который он отдаёт. Этот ток течёт через R₁.

IR1 = V1/Req = 18/8,25 = 2,182 A

Ответ

IR1 = 2,182 A

Как проходят занятия

  • «Заниматься по этому курсу» смешивает задачи из всех его тем, как на настоящем экзамене.
  • В каждой задаче новые значения, поэтому вы учите метод, а не ответ.
  • Застряли? Сначала откройте небольшую подсказку, а полное объяснение — только когда оно понадобится.
  • Пробные экзамены ограничены по времени и идут без подсказок, а в конце вы получаете результат и полный разбор.

Калькуляторы для этого курса

Калькулятор последовательного и параллельного соединения резисторовКалькулятор делителя напряженияКалькулятор постоянной времени RC-цепиКалькулятор полного сопротивления RLC-цепиКалькулятор закона КулонаКалькулятор закона Ома (напряжение, ток, сопротивление и мощность)Калькулятор цветовой маркировки резисторов (4, 5 и 6 полос)Калькулятор конденсаторов (последовательное и параллельное соединение, заряд и энергия)Калькулятор магнитного поля (провод, виток, соленоид и тороид)

Похожие курсы

Основы электротехникиПодготовка к экзамену FE Electrical and ComputerТеория электрических цепей 1Теория электрических цепей 2: цепи переменного токаЭлектроника 1Электроэнергетика и электрические машиныИзмерения и приборыФизика 1: Механика
Занимайтесь по этому курсу бесплатноЗаниматься по этому курсуПройти пробный экзаменБесплатных задач каждый день: 5. Без карты.