Решаем вместе!


А1. Физическим явлением является: 1) секунда;  2) скорость;  3) линейка;  4) плавление;  5) килограмм.

Решение.
Физическое явление – плавление.
Ответ: 4.
____________________________________________________________________________________

А2. Установите соответствие между физическими величинами и учёными-физиками, в честь которых названы единицы этих величин.   

А) Магнитный поток                         1) Ом
Б) Сила                                               2) Ньютон
В) Электрическое сопротивление   3) Вебер
1) 
А1 Б2 В3;  2) А1 Б3 В2;  3) А2 Б1 В3;  4) А2 Б3 В1;  5) А3 Б2 В1.
Решение.
Магнитный поток 
– Вебер, Сила – Ньютон, Электрическое сопротивление – Ом:   А3 Б2 В1.Ответ: 5.
____________________________________________________________________________________

A3. По параллельным участкам соседних железнодорожных путей навстречу друг другу равномерно двигались два поезда: пассажирский и товарный. Модуль скорости пассажирского поезда V = 60 км/ч, товарного – V₂ = 48 км/ч. Если длина товарного поезда L = 0,45 км, то пассажир, сидящий у окна в вагоне пассажирского поезда, заметил, что он проехал мимо товарного поезда за промежуток времени t, равный:  1) 10 с;  2) 15 с;  3) 20 с;  4) 25 с;  5) 30 с.

Решение:
V = 60 км/ч = 50/3 м/с
V₂ = 48 км/ч = 40/3 м/с
L = 0,45 км = 450 м
t – ?
При встречном движении скорости складываются:
V₁ + V₂ = L/t, отсюда t = L/(V₁ + V).
t = 450/(50/3 + 40/3) = 450/30 = 15 с.
Ответ: 2.
________________________________________________________________________________________________
   
A4. Тело, брошенное вертикально вниз с некоторой высоты, за последние две секунды движения прошло путь s = 0,10 км. Если модуль начальной скорости тела V₀ = 10 м/с, то промежуток времени ∆t, в течение которого тело падало, равен:  1) 3,0 c;  2) 4,0 c;  3) 5,0 c ;
4) 6,0 c;  5) 7,0 c.

Решение:
g = 10 м/c²
t = 2 c
s = 0,10 км = 100 м
V₀ = 10 м/с
t – ?
Направим вверх ось 0Y. Пусть y  координата тела, h высота, с которой тело брошено (см. рис.). Уравнение движения тела:
y = y₀ + V₀ᵧt + gt²/2  и, с учётом y₀ = hV₀ᵧ = -V₀,  gᵧ = -g, получим
y = h Vt gt²/2.                            (*)
Пусть в некоторой точке А оси ОYy = ОА = st = t - t. Тогда в точке А (*) примет вид:
s = h V₀(∆t - t) - g(∆t - t)²/2.        (1)
В точке О (поверхность земли), y = 0, t = t. Тогда в точке O (*) примет вид:
0 = h V₀∆t gt²/2.                        (2)
Из (2) h V₀∆t gt²/2 и подставим в (1):
s = V₀∆t gt²/2 V₀(∆t - t) - g(∆t - t)²/2.  Отсюда, после упрощения, получим
s = Vt gt·t₁ - gt²/2. Отсюда
t = (s - Vt + gt²/2)/gt .
t = (100 - 10·2 + 10·2²/2)/(10·2) = 5 с.
Ответ3.
________________________________________________________________________________________________

А5. Тело двигалось в пространстве под действием трёх постоянных по направлению сил F, F, F. Модуль первой силы
F₁ = 20 Н, второй  F₂ = 55 Н. Модуль третьей силы F на разных участках пути изменялся со временем так, как показано на графике. Если известно, что только на одном участке тело двигалось равномерно, то на графике этот участок обозначен цифрой:
1) 1;  2) 2;  3) 3;  4) 4;  5) 5.

Решение:
F₁ = 20 Н
F₂ = 55 Н
a = 0
F  ?
Тело движется равномерно (ускорение а = 0) при векторном равенстве
F + F + F = 0,  отсюда F = - (F + F), т.е. F₃ =  |F + F|.



Теорема косинусов (см. рис):
F₃² = F₁² + F₂² - 2F₁F₂cosα,  отсюда
cosα = (F₁² + F₂² - F₃²)/(2F₁F₂) = (20² + 55² - F₃²)/(2·20·55).

cosα = (3425 - F₃²)/2200.       (1)

На участке 1, F₃ = 60, тогда по (1)  cosα = -7/88.
На участке 2, F₃ = 30, тогда по (1)  cosα = 101/88 > 1.
На участке 3, F₃ = 80, тогда по (1)  cosα = -119/88 < -1.
На участке 4, F₃ = 10, тогда по (1)  cosα = 133/88 > 1.
На участке 5, F₃ = 20, тогда по (1)  cosα = 117/88 > 1.
Т.к.    -1  cosα  1, то этому условию удовлетворяет только первый участок.
Ответ: 1.
________________________________________________________________________________________________

A6. Запаянную с одного конца трубку наполнили маслом (ρ = 940 кг/м³), а затем погрузили открытым концом в широкий сосуд с маслом (см. рис.). Если высота столба масла h = 10,5 м, то атмосферное давление pравно: 1) 97,6 кПа;  2) 98,7 кПа;  3) 99,6 кПа;  4) 101 кПа;  5) 102 кПа.


                          

Решение:
ρ = 940 кг/м³
h = 10,5 м
g = 10 м/c² (ускорение свободного падения)
– ?
Атмосферное давление на поверхность масла в сосуде уравновешено давлением столба масла в трубке:
p = ρgh.
p = 940·10·10,5 = 98700 Па = 98,7 кПа.
Ответ: 2.
____________________________________________________________________________________

A7. Если абсолютная температура тела изменилась на 
T = 100 K, то изменение его температуры∆t по шкале Цельсия равно:  1) (100/273)C;  2) (273/100)⁰C;  3) 373⁰C;  4) 173⁰C;  5) 100⁰C.
Решение:T = 100 K– ?
Связь абсолютной температуры T с температурой t по шкале Цельсия:
T = t + 273.
Отсюда
T = t + 273,  (начальная температура)T = t + 273.  (конечная температура)
Изменение температуры
T = T₂ -T₁ = (t + 273) - (t + 273) = t - t₁ = ∆t.∆t = T.t = 100⁰C.
Ответ: 5.
____________________________________________________________________________________

A8. Если при изобарном нагревании идеального газа, начальная температура которого t₁ = 7,0⁰C, его объём увеличился в k = 1,2 раза, то конечная температура t газа равна:
1) 8,4C;  2) 14C;  3) 24C;  4) 40C;  5) 63C.

Решение:
P = const
t₁ = 7,0⁰C   (T₁ = t₁+273 = 280K)
k = 1,2
V = kV
t – ?
Формула для изобарного процесса (p = const):
V₁/T₁ = V₂/T₂  или
V₁/T₁ = kV/T отсюда
1/T₁ = k/T  и далееT = kT₁.T = 1,2·280 = 336K.
Переведём в градусы по шкале Цельсия:T = t + 273,
отсюда
t₂ = T - 273 = 336 - 273 = 63C.
Ответ: 5.
________________________________________________________________________________________________
 
A9. В некотором процессе над термодинамической системой внешние силы совершили работу А = 25 Дж, при этом внутренняя энергия системы увеличилась на U = 55 Дж. Количество теплоты Q, полученное системой, равно: 1) 0;  2) 25 Дж;  3) 30 Дж;  4) 55 Дж;  5) 80 Дж.

Решение:
А = 25 Дж
∆U = 55 Дж
– ?
Первый закон термодинамики:
Q = ∆U + A₁ ,     (1)
где A₁ = -А – работа, совершённая системой.
Тогда (1) примет вид
Q = ∆U - A.
Q = 55 - 25 = 30 Дж.
Ответ: 3.
____________________________________________________________________________________

A10. На рисунке приведено условное обозначение: 1) конденсатора;  2) колебательного контура;  3) гальванического элемента;  4) катушки индуктивности;  5) электрического звонка.

Решение:
Катушка индуктивности.
Ответ: 4.
____________________________________________________________________________________

A11. В электрической цепи, схема которой приведена на рисунке, сопротивления резисторов R = 80 Ом, R = 0,12 кОм, R = 0,24 кОм, R = 0,45 кОм, R = 50 Ом, R = 35 Ом. Если напряжение на клеммах источника тока U = 48 В, то на резисторе R₄ напряжение U₄ равно:  1) 3,0 B;  2) 4,0 B;  3) 8,0 B;  4) 10 B;  5) 18 B.


Решение:R = 80 ОмR = 120 ОмR = 240 ОмR = 450 ОмR = 50 ОмR = 35 Ом
U = 48 B
U₄ – ?Сопротивление R участка цепи из трёх сопротивлений (R , R , R), включённых параллельно
1/
R₃ = 1/R + 
1/R + 1/R
или
1/R₃ = 1/80 + 1/120 + 1/240,
отсюда
R = 40 Ом.Сопротивление R₄₅ участка цепи из двух сопротивлений (R , R), включённых параллельно
1/R
₄₅ = 1/R + 1/R
или
 
1/R₄₅ = 1/450 + 1/50,
отсюда
R
₄₅ = 45 Ом.
Общее сопротивление R цепи при последовательном включении трёх сопротивлений (R₃, R₄₅,R)
R = 
R₃ + R₄₅ + R = 40 + 45 + 35 = 120 Ом.
Силу тока I в цепи найдём по закону Ома:
I = U/R,
I = 48/120 = 0,4 A.
Напряжение 
U₄ на резисторе R:U₄ = IR₄₅.U₄ = 0,4·45 = 18 В.

Ответ: 5.
____________________________________________________________________________________

A12. Три точечных заряда q₁ = q₂ = 40 нКл и q₃ = -10 нКл находятся в вакууме в вершинах равностороннего треугольника, длина стороны которого а = 30 см. Потенциальная энергия W электростатического взаимодействия системы этих зарядов равна:  1) 24 мкДж;  2) 26 мкДж;  3)30 мкДж;  4) 37 мкДж;  5) 55 мкДж.

Решение:q₁ = q₂ = 40·10 Клq₃ = -10·10 Кл
а = 0,3 м
– ?
Потенциальная энергия W равна сумме потенциальных энергий взаимодействия зарядов друг с другомW = W₂ + W + W₃ ,      (1)
Потенциальная энергия 
W₂ взаимодействия первого и второго зарядов
W₂ = kq₁q₂/a,
где k = 1/(4
πε₀) = 9·10 Н·м²/Кл² – коэффициент пропорциональности в законе Кулона.
Аналогично, для первого и третьего зарядов
W = kq₁q/a
и для второго и третьего зарядов
W = kqq/a.
Подставим всё в (1)
W = kq₁q₂/a + kq₁q/a + kqq/a = k(q₁q₂ + q₁q + qq₃)/a.W = 9·10(40·10·40·10 + 40·10·(-10)·10 + 40·10·(-10)·10)/0,3 = 24·10 Дж = 24 мкДж.
Ответ: 1.
____________________________________________________________________________________

A13. Прямой проводник с током I расположен перпендикулярно плоскости рисунка (см. рис. 1). В точку А поместили небольшую магнитную стрелку, которая может поворачиваться вокруг вертикальной оси, перпендикулярной плоскости рисунка. Как расположится стрелка? Правильный ответ на рисунке 2 обозначен цифрой: 1) 1;  2) 2;  3) 3;  4) 4;  5) 5.

5) В точке А магнитное поле не создаётся, ориентация стрелки будет произвольная. 





Решение:Линии магнитной индукции магнитного поля прямого проводника с током – окружности, лежащие в плоскостях перпендикулярных проводнику. Центры окружностей находятся на оси проводника. Так как ток направлен "от нас", то, по "правилу буравчика" (правый винт) при его вращении, остриё буравчика движется по направлению тока, а рукоятка буравчика вращается по ходу часовой стрелки. Следовательно, и вектор магнитной индукции направлен по ходу часовой стрелки по касательной к линии магнитной индукции.Магнитная стрелка расположится так, что направление от южного полюса (S) к северному полюсу (N) совпадёт с направлением вектора магнитной индукции (рис. 3).
Этому положению соответствует цифра 3 на рис. 2.

Ответ: 3.
____________________________________________________________________________________

A14. 
На рисунке изображён график зависимости силы тока I в катушке индуктивности от времени t. Если индуктивность катушки L = 50 мГн, то энергия W магнитного поля катушки в момент времени t = 20 мс была равна:  1) 3,6 мДж;  2) 6,0 мДж;  3) 9,0 мДж;  4) 11 мДж;  5) 17 мДж.    


Решение:L = 0,05 Гн
t = 20 мс– ?
Из графика видно: при t = 20 мс, I = 0,6 A.
Энергия магнитного поля катушки
W = LI
²/2.W = 0,05·0,6²/2 = 0,009 Дж = 9 мДж.
Ответ: 3.
____________________________________________________________________________________

A15. Поплавок, качаясь на волнах, совершил N = 16 полных колебаний за промежуток времениt = 8,0 с. Если модуль скорости распространения волн v = 3,2 м/с, то расстояние l между соседними гребнями волн равно:  1) 1,2 м;  2) 1,6 м;  3) 2,0 м;  4) 2,4 м;  5) 3,0 м.

Решение:
N = 16
t = 8 с
v = 3,2 м/с
– ?
Период T колебаний:
T = 
t/N = 8/16 = 0,5 c.Расстояние l между соседними гребнями волн равно длине волны λ:
 l = 
λ.
Связь длины волны 
λ со скорость v и периодом T:λ = vT или
l = vT.
l = 3,2
·0,5 = 1,6 м.
Ответ: 2.
____________________________________________________________________________________

A16. На дифракционную решётку падает нормально параллельный пучок монохроматического света длиной волны λ = 0,53 мкм. Если угол отклонения излучения в спектре четвёртого порядка θ = 45⁰, то период d решётки равен: 1) 2,5 мкм;  2) 3,0 мкм;  3) 4,0 мкм;  4) 4,6 мкм;  5)5,0 мкм.

Решение:λ = 0,53 мкм
k = 4
θ = 45
– ?
Формула дифракционной решётки
dsin
θ = kλ.
Отсюда
d = kλ/sinθ.
d = 4·0,53/sin45⁰ = 4·0,53/(1/2) = 2,9892 мкм  3 мкм.
Ответ: 2.
____________________________________________________________________________________

A17. Атом водорода при переходе с шестого энергетического уровня (Е₆ = -6,02·10⁻²⁰ Дж) на первый (Е₁ = -2,17·10⁻¹⁸ Дж) испускает фотон, модуль импульса p которого равен: 1) 7,03·10⁻²⁷ кг·м/с;  2) 1,61·10⁻²⁷ кг·м/с;  3) 6,03·10⁻²⁸ кг·м/с;  4) 2,53·10⁻²⁸ кг·м/с;  5) 8,83·10⁻²⁹ кг·м/с.

Решение: 

Е₆ = -6,02·10⁻²⁰ Дж
Е₁ = -2,17·10⁻¹⁸· Дж
c = 3·10⁸ м/с (скорость света в вакууме)
p – ? 
Модуль импульса p фотона p = E/c,                                         (1)
где Е = Е₆ - Е₁ – энергия фотона.
Подставим в (1) 
p = (Е₆ - Е₁)/c.p = (-6,02·10⁻²⁰ + 2,17·10⁻¹⁸)/(3·10⁸) = 7,03·10⁻²⁷ кг·м/с.
Ответ: 1.

____________________________________________________________________________________
A18. На рисунке изображён график зависимости числа N нераспавшихся ядер некоторого радиоактивного изотопа от времени t. Период полураспада T½ этого изотопа равен:  1) 10 мин;  2) 15 мин;  3) 20 мин;  4) 30 мин;  5) 60 мин.
Решение: Как видно из рисунка, в начальный момент времени (t = 0) число нераспавшихся ядер N₀ = 150·10⁵. Через время t = 30 мин их осталось N = 75·10⁵.  Следовательно, за время 30 мин распалась половина начального состава ядер. Период полураспада T½ = 30 мин.Ответ: 4.____________________________________________________________________________________B1. Легковой автомобиль движется по шоссе со скоростью, модуль которой v = 18 м/с. Внезапно на дорогу выскочил лось. Если время реакции водителя t = 1,0 с, а модуль ускорения автомобиля при торможении а = 3,6 м/с², то остановочный путь s (с момента возникновения препятствия до полной остановки) равен ... м

Решение:v₀ = 18 м/с
t = 1 с
a = 3,6 
м/с²
– ?
С момента появления лося и до начала торможения автомобиль прошёл путь
s
₁ = vt.
Перемещение s
₂ автомобиля после начала торможения и до остановки (v = 0):s₂ = (v²-v²)/(2aₓ) = -v²)/(2aₓ) .
Проекция ускорения на направление движения
aₓ = -а.
Тогда

s₂ = -v²)/(2(-a)) = v²/(2a). 
Полный путь
s = 
s₁ + s₂ = v₀t + v²/(2a).s = 18·1 + 18²/(2·3,6) = 63 м.
Ответ: 63.____________________________________________________________________________________B2. С помощью подъёмного механизма груз массой m = 0,80 т равноускоренно поднимают вертикально вверх с поверхности Земли. Через промежуток времени ∆t после начала подъёма груз находился на высоте h = 30 м, продолжая движение. Если сила тяги подъёмного механизма к этому моменту времени совершила работу А = 0,25 МДж, то промежуток времени∆t равен ... с.Решение:v₀ = 0
m = 800 кг
h = 30 м
А = 0,25
·10 Дж∆t – ?
Воспользуемся теоремой о кинетической энергии:A + A
₁ = mv²/2 - mv²/2,           (*)
где A = - mgh – работа силы тяжести; в правой части (*) разность конечной и начальной кинетических энергий тела, причём (т.к. v₀ = 0mv²/2 = 0.
Тогда (*) примет видA - mgh = mv²/2,                     (1)
где v – скорость тела на высоте h.
Так как средняя скорость <v> при равноускоренном движении:<v> = (v + v)/2,
то п
еремещение 
h тела при подъёмеh = <v>t = (v + v)t/2или (при v = 0)h = vt/2
отсюда
v = 2h/t
и подставим в (1)
A - mgh = m(2h/t)²/2.Отсюдаt = h( 2m/(A - mgh) )0,5.
t = 30( 2·800/(0,25·10⁶ - 800·10·30) )0,5 = 12 c.
Ответ: 
12.________________________________________________________________________________________________
B3. Тело массой m = 0,25 кг свободно падает без начальной скорости с высоты H. Если на высоте h = 20 м кинетическая энергия тела Eᴋ = 30 Дж, то первоначальная высота H равна ... м.

Решение: 
m = 0,25 кг v₀ = 0 h = 20 м Eᴋ = 30 Дж H – ?
Закон сохранения механической энергии 
mgH = mgh + Eк,
отсюда 
H = h + Eк/(mg). H = 20 + 30/(0,25·10) = 32 м.
Ответ: 32.

__________________________________________________________________________

B4. Автомобиль движется по дороге со скоростью, модуль которой v = 93,6 км/ч. Профиль дороги показан на рисунке. В точке С радиус кривизны профиля R = 255 м. Если в точке С, направление на которую из центра кривизны составляет с вертикалью угол 
α = 30,0, модуль силы давления автомобиля на дорогу F = 5,16 кН, то масса m автомобиля равна ... кг.


Решение:
V = 
93,6 км/ч = 26 м/с
R = 255 м
α = 30⁰
F = 5160 H
m – ?
Направим ось Х (см. рис.1). На автомобиль действуют три силы:
Fтр – сила трения (сила сцепления колёс с дорогой), mg – сила тяжести,N – реакция опоры (моста). Второй закон Ньютона в векторном виде
Fтр + N + mg = ma.                   (1)
Спроектируем (1) на ось Х
-N + mgcosα = ma.                   (*)
Здесь  
а = v²/R – центростремительное ускорение автомобиля.
По третьему закону Ньютона модули сил N = F.
Тогда (*) примет вид
-F + mgcosα = mv²/R,
отсюда
m = F/( gcosα – v²/R ).
m = 5160/( 10·
(√3/2) – 26²/255 ) = 5160/( 10·1,73/2 – 26²/255 ) = 860 кг.
Ответ: 860.
____________________________________________________________________________________

В5. В баллоне находится смесь газов: аргон (М₁ = 40 г/моль) и кислород (М₂ = 32 г/моль). Если парциальное давление аргона в три раза больше парциального давления кислорода, то молярная масса М смеси равна ... г/моль.

Решение:
M₁ = 40 г/моль M₂ = 32 г/моль P₁ = 3P₂                                                (*) M – ?
Молярная масса 
M смеси из двух газов: M = (m₁+m₂)/( (m₁/M₁) + (m₂/M₂) ).     (1)
Пусть 
V – объём смеси газов, T – температура смеси.
Уравнения Менделеева-Клапейрона : 
PV = (m₁/M₁)RT. (аргон)                     (2) PV = (m₂/M₂)RT. (кислород)              (3) R – универсальная газовая постоянная.
Из (2) и (3) выразим 
P₁ и P₂ и подставим в условие (*). Тогда (*) примет вид:
(
m₁/M₁)(RT/V) = 3(m₂/M₂)(RT/V)
или, после упрощения, 
m₁ = 3mM₁/M
и подставим в (1) 
M = ( 3mM₁/M₂ + m₂)/( ( 3mM₁/(MM₁) ) + (m₂/M₂) ).
После упрощения, получим 
M = (3M₁ +M₂)/4. M = (3·40 +32)/4 = 38 г/моль.
Ответ: 38.

__________________________________________________________________________
B6. Небольшой пузырёк воздуха медленно поднимается вверх со дна водоёма. На глубине h₁ = 80 м температура воды (ρ = 1,0 г/см³) t₁ = 7,0 ⁰C, а объём пузырька V₁ = 0,59 см³. Если атмосферное давление p₀ = 1,0·10⁵ Па, то на глубине h₂ = 1,0 м, где температура воды t₂ = 17 ⁰C, на пузырёк действует выталкивающая сила, модуль F которой равен … мН.

Решение: 
h₁ = 80 м ρ = 1000 кг/м³ t₁ = 7 ⁰C, (T₁ = 280 KV₁ = 0,59·10⁻⁶ м³ p₀ = 10⁵ Па h₂ = 1 м t₂ = 17 ⁰C, (T₂ = 290 KF – ? (мН)
На пузырёк объёмом 
V₂ действует Архимедова выталкивающая сила на глубине h₂ F = ρgV₂ .                             (1)
При подъёме в пузырьке меняются три параметра (температура, давление, объём), поэтому запишем уравнение Клапейрона для газа в пузырьке: 
pV₁/T₁ = pV₂/T₂ .                (2)
где давления 
p₁ и p₂ p₁ = p₀ + ρgh₁ ,                     (3) p₂ = p₀ + ρgh₂ .                     (4)
Из (2): 
V₂ = VTp₁/(Tp₂)
и подставим в (1) 
F = ρgVTp₁/(Tp₂).
В последнее выражение подставим 
p₁ и p₂ из (3) и (4) F = ρgVT₂(p₀ + ρgh₁)/( T₁(p₀ + ρgh₂) ). F = 1000·10·0,59·10⁻⁶·290·(10⁵ + 1000·10·80)/( 280·(10⁵ + 1000·10·1) ) = 50·10⁻³ Н = 50 мН.
Ответ: 50.

________________________________________________________________________________________________

В7. К открытому калориметру с водой (L = 2,26 МДж/кг) ежесекундно подводили количество теплоты Q = 59 Дж. На рисунке представлена зависимость температуры t воды от времени τ. Начальная масса m воды в калориметре равна… г.

Решение: 
L = 2,26·10⁶ Дж/кг (удельная теплота парообразования воды) Q = 59 Дж/с m – ? (г)
Время кипения воды (на рисунке – горизонтальный участок) равно   
τ = 30 мин = 1800 с.
За это время вся вода превратилась в пар. Количество теплоты 
Qп, необходимая для превращения воды в пар при температуре кипения Qп = Lm.                                  (1)
При этом было подведено количество теплоты 
Qп Qп = .                                  (2)
Из (1), (2) имеем 
Lm = ,
отсюда 
m = /Lm = 59·1800/(2,26·10⁶) = 47·10⁻³ кг = 47 г.
Ответ: 47.

___________________________________________________________________________


B8. На точечный заряд q, находящийся в электростатическом поле, созданном зарядами q  и q, действует сила F (см. рис.). Если зарядq = 5,1 нКл, то заряд q равен ...нКл. 




Решение:
q = 5,1нКл
q − ?  (нКл) 
Проведём ось ОX перпендикулярно силе F(рис.1). F и F₂ − силы, действующие на заряд q со стороны зарядов q и q₂ соответственно. Запишем векторное равенство: 
F + F₂ = F. 
Отсюда, в проекции на ось OX, получим

Fcosβ - F₂cosα  = 0 или 
Fcosβ = F₂cosα.                   (1) 
Закон Кулона для сил F₁ и F₂ ( коэффициент пропорциональности): 
F = kq₁q/(r)²;     F₂ = kqq/(r)². 
Обозначим а − длина стороны клетки. Тогда (см. рис.1)
cosβ = cos45⁰ = (2)/2;
cosα = 2a/√(a²+4a²) = 2/√5;
r² = (2a)²+(2a)² = 8a²;
r² = (2a)²+(4a)² = 20a².
Подставим всё в (1)
( kq₁q/(8a²) )(2)/2 ) = ( kqq/(20a²) )( 2/√5 ). 
Отсюда, после упрощения, получим
q = 5√(10)q/8, 
q = 5(10)·5,1/8  10 нКл. 
Ответ: 10.
___________________________________________________________________________

B9. Зависимость силы тока I в нихромовом ( с = 460 Дж/(кг·К) ) проводнике, масса которого m = 30 г и сопротивление R = 1,3 Ом, от времени t имеет вид  
 , где B = 0,12 A, D = 2,2 c¹.Если потери энергии в окружающую среду отсутствуют, то через промежуток времени  t = 90 c после замыкания цепи изменение абсолютной температуры T проводника равно ... К. 


Решение:
c = 460 Дж/(кг·К) (удельная теплоёмкость нихрома)
m = 0,03 кг
R = 1,3 Ом

B = 0,12 А
D = 2,2 с¹ 
t = 90 с
∆T − ? 
В данной задаче сила тока I не постоянна. Поэтому для вычисления количества теплоты Q, поступившую в проводник за время ∆t, нельзя применять закон Джоуля-Ленца в таком виде:  Q = I²Rt.
Для вычисления Q можно применить интегрирование:
      t              ∆t                          t
Q = ∫ I²Rdt =  ∫ B²DtRdt =  B²D∫ tdt.   
      0              0                           0
Этот интеграл очень просто вычисляется. Кто знаком с определёнными интегралами, может пойти по этому пути.

Мы решим задачу другим способом, без интегралов.
Изобразим графически зависимость количества теплоты, поступающую в проводник за единицу времени, т.е. мощность Р тепловыделения P = I²R = B²DRt, от времени t (смотри рис.). Теперь Q легко вычисляется  она равна площади треугольника ОАВ:
Q = S OAB = (1/2)·OB·AB = (1/2)· t·B²DRt B²DR(t)²/2.
Итак,
Q = B²DR(t)²/2.                  (1) 
Так как потери энергии в окружающую среду отсутствуют, то всё количество теплоты Q идёт на нагревание проводника:
Q = mcT.                           (2)
Из (1), (2) имеем
mcT = B²DR(∆t)²/2, 
отсюда
T = B²DR(∆t)²/(2mc). 
T = 0,12²·2,2·1,3·(90)²/(2·0,03·460) ≈ 12 K. 
Ответ: 12.
___________________________________________________________________________

B10. Две частицы массами m = m = 1,00·10¹² кг, заряды которых q = q  = 1,00·10¹ Кл, движутся в вакууме в однородном магнитном поле, индукция B которого перпендикулярна их скоростям. Расстояние l = 200 см между частицами остаётся постоянным. Модули скоростей частиц v  = v  = 15,0 м/c, а их направления противоположны в любой момент времени. Если пренебречь влиянием магнитного поля, создаваемого частицами, то модуль магнитной индукции В поля равен ... мТл.


Решение:
m = m = m 10¹² кг
q = q = q 10¹ Кл
l = 2 м
v = v = v = 15 м/c
В (мТл)  ?
Направим ось X (см. рис.). Частицы движутся по окружности радиуса R = l/2. Второй закон Ньютона в векторном виде для частицы с массой m₁.
 +  = ma
или в проекции на ось X
-Fл + Fк = -ma.               (1)
Здесь
Fл = q₁v₁Bsin90⁰ = qvB − сила Лоренца, 
Fк = kqq₂/l² = kq²/l² − сила взаимодействия между зарядами (закон Кулона),
k = 9·10⁹ Н·м²/Кл² − постоянная в законе Кулона,   
а = v²/R = 2v²/l − центростремительное ускорение частицы.
Подставляя всё в (1), получим
-qvB + kq²/l² = -m·2v²/l, 
отсюда
В = ( 1/(qvl) )·( kq²/l + 2mv² ). 
В = ( 1/(10⁻¹⁰·15·2) )·( 9·10⁹·(10¹)²/2 + 2·10¹²·15² ) = 165·10³ Тл = 165 мТл. 
Ответ: 165. 
___________________________________________________________________________

B11. В идеальном LC-контуре, состоящем из катушки индуктивностью L = 25 мГн и конденсатора ёмкостью C = 0,90 мкФ, происходят свободные электромагнитные колебания. Если максимальная сила тока в катушке I₀ = 80 мА, то максимальный заряд q₀ конденсатора равен … мкКл.

Решение: 
L = 25·10⁻³ Гн
С = 0,9·10⁻⁶ Ф 
I₀ = 80·10⁻³ А q₀ – ? (мкКл)
Закон сохранения энергии в колебательном контуре 
LI₀²/2 = q₀²/2C,
отсюда 
q₀ = I₀√(LC). q₀ = 80·10⁻³√(25·10⁻³·0,9·10⁻⁶) = 12·10⁻⁶ Кл = 12 мкКл.
Ответ: 12.

__________________________________________________________________________

B12.  На тонкую стеклянную линзу, находящуюся в воздухе за ширмой, падают два световых луча (см. рис.). Если луч А распространяется вдоль главной оптической оси линзы, а луч В  так, как показано на рисунке, то фокусное расстояние F линзы равно... см.



Решение:
Из рисунка условия находим длину стороны клетки
а = 15 см : 5 = 3 см.


1. Лучи В (падающий) и В (преломлённый) пересекаются в точке D, находящейся на собирающей линзе (рис. 1).

2. Из точки D опустим перпендикуляр DO на ось АА. Точка О
 − оптический центр линзы. На рис.1 линза изображена двойной вертикальной стрелкой.

3. Через точку О проведём луч С параллельно падающему лучу В. Лучи С и В после преломления пересекаются в точке Е фокальной плоскости линзы. Из точки Е проведём перпендикуляр EF к оси АА.

4. Фокусное расстояние F линзы
F = OF = 4a = 4 · 3 = 12 см.
Ответ: 12.
________