Задание по физике для группы ЗЭУСУу-110

Задание по физике для студентов-заочников
гр. ЗЭЭ-113 (3-й семестр)
Преподаватель Дмитриева Елена Валерьевна
1) Продолжить выполнение конспекта (в рукописной форме в тетради) ответов
на экзаменационные вопросы:
III. Электричество и магнетизм
1. Закон Кулона. Напряженность электростатического поля. Понятие электростатического поля. Принцип
суперпозиции электрических полей.
2. Поток напряженности. Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме.
3. Работа сил электростатического поля. Циркуляция напряженности электростатического поля.
4. Потенциал. Разность потенциалов. Связь между потенциалом и напряженностью электростатического
поля.
5. Электрическое поле в диэлектриках. Свободные и связанные заряды в веществе. Типы диэлектриков.
Поляризованность. Теорема Гаусса для электрического поля в диэлектрике. Электрическое смещение в
диэлектрике.
6. Электрическое поле проводников. Распределение зарядов в проводнике. Электростатическое поле внутри
и снаружи проводника. Электростатическая защита.
7. Электроемкость уединенного проводника, конденсатора. Энергия заряженного уединенного проводника,
конденсатора. Энергия электростатического поля.
8. Характеристики постоянного электрического тока: плотность тока, сила тока. Условие существования
электрического тока. Сторонние силы. Разность потенциалов, напряжение, электродвижущая сила (ЭДС).
Законы Ома и Джоуля-Ленца. Правила Кирхгофа.
9. Понятие о плазме. Способы создания плазмы. Низкотемпературная плазма и ее применение.
Высокотемпературная плазма. Проблема осуществления управляемого термоядерного синтеза.
10. Понятие магнитного поля. Магнитная индукция. Закон Био-Савара-Лапласа. Принцип суперпозиции
магнитных полей. Магнитный момент.
11. Циркуляция вектора магнитной индукции. Закон полного тока (теорема о циркуляции индукции
магнитного поля) в вакууме. Применение закона полного тока для расчета магнитных полей.
12. Эффект Холла. Принцип действия ускорителей заряженных частиц.
13. Понятие магнитного момента атома. Микро- и макротоки. Закон полного тока для магнитного поля в
веществе. Напряженность магнитного поля.
14. Типы магнетиков. Кривая намагничивания. Точка Кюри. Домены.
15. Опыт Фарадея. Магнитный поток. ЭДС индукции. Основной закон электромагнитной индукции.
Правило Ленца.
16. Самоиндукция и взаимоиндукция. Индуктивность и взаимная индуктивность. Токи размыкания и
замыкания.
17. Энергия магнитного поля. Объемная плотность энергии магнитного поля.
IV. Колебания и волны
1. Свободные и вынужденные колебания. Гармонические механические колебания и их характеристики.
Энергия гармонических механических колебаний.
2. Сложение одинаково направленных гармонических колебаний. Биения.
3. Сложение взаимно перпендикулярных гармонических колебаний. Фигуры Лиссажу.
4. Затухающие механические колебания. Частота, коэффициент затухания, логарифмический декремент
затухания механических колебаний.
5. Вынужденные механические колебания. Механический резонанс. Резонансные кривые.
6. Механизм образования механических волн в упругой среде. Продольные и поперечные волны. Волновое
уравнение и его решение. Гармонические волны и их характеристики. Фазовая скорость и групповая скорость.
7. Колебательный контур. Гармонические электромагнитные колебания и их характеристики.
8. Затухающие электромагнитные колебания. Вынужденные электромагнитные колебания.
1
9. Система уравнений Максвелла. Электромагнитное поле.
10. Электромагнитные волны. Основные свойства электромагнитных волн. Вектор Пойнтинга. Эффект
Доплера для электромагнитных волн.
V. Оптика
1. Электромагнитная природа света. Принцип Гюйгенса. Закон отражения и преломления. Абсолютный и
относительный показатели преломления. Полное внутреннее отражение. Световоды.
2. Интерференция света. Когерентность и монохроматичность световых волн. Оптическая длина пути.
Оптическая разность хода. Способы получения когерентных лучей. Интерферометры.
3. Дифракция света. Принцип Гюйгенса – Френеля. Метод зон Френеля. Дифракционная решетка.
4. Голография.
5. Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Поляризация при отражении и преломлении.
Закон Брюстера.
6. Поляризация при двойном лучепреломлении. Обыкновенный и необыкновенный лучи. Оптическая ось
кристалла. Поляризаторы и анализаторы. Закон Малюса.
7. Дисперсия света. Нормальная и аномальная дисперсии. Методы наблюдения дисперсии.
Ответы на экзаменационные вопросы можно найти в «Лекциях по физике» в 4-ч частях, автор
А.Ф. Галкин
В электронной форме лекции выложены на странице кафедры в разделе СТУДЕНТУ:
http://www.vlsu.ru Институты и факультеты
Институт прикладной математики и
информатики, био- и нанотехнологий
Факультет Прикладной математики и
физики
Кафедры
Общая и прикладная физика (ОиПФ)
Студенту
http://fpmf.vlsu.ru/index.php?id=953
2) Выполнить контрольную работу, решив задачи своего варианта
Контрольная работа выполняется в рукописной форме в отдельной тетради.
ТРЕБОВАНИЯ К РЕШЕНИЮ И ОФОРМЛЕНИЮ ЗАДАЧ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
Номер варианта определяется порядковым номером студента в списке группы.
1. На обложке тетради должна быть следующая информация:
Контрольная работа по физике
Выполнил студент гр.
(ФИО)
Вариант N_
Номера задач: (указать из таблицы в порядке
возрастания номера)
Решения задач вносятся в тетрадь в порядке возрастания их номера по порядку.
2. Условие каждой задачи переписывается полностью без сокращений. Обязательно проставляется номер
задачи перед условием.
3. Условие задачи или его решение сопровождается рисунком (графиком, схемой, чертежом и т.д.).
4. Решение задачи сопровождается краткими, но исчерпывающими пояснениями (названия каждого закона,
названия физических величин, входящих в закон (в формулу).
5. Решать задачу надо в общем виде, т.е. выразить искомую величину в буквенных обозначениях величин,
заданных в условии задачи. После этого осуществляются вычисления.
6. Числовые значения физических величин следует выражать только в единицах системы СИ.
7. В конце решения записывается ответ отдельной строкой.
8. Последовательность записи решений задач в тетрадь должна соответствовать указанному ряду номеров на
обложке тетради.
Таблица вариантов задач
Номера задач
Вариант
1
9
19
35
55
2
2
3
4
5
19
14
2
6
43
40
39
36
17
5
28
22
34
45
54
48
6
7
8
9
4
31
38
58
25
23
4
18
47
49
53
56
24
3
6
1
15
26
13
30
11
7
41
47
33
40
36
57
51
53
56
58
30
29
2
18
34
35
55
51
27
20
43
57
10
11
12
13
14
15
16
Текст задач контрольной работы.
1. Электростатическое поле создается двумя бесконечными параллельными равномерно одноименными
зарядами с поверхностной плотностью соответственно σ1=2 нКл/м2 и σ2=4 нКл/м2. Определите напряженность
электростатического поля: 1) между плоскостями; 2) за пределами плоскостей. Постройте график изменения
напряженности вдоль линии, перпендикулярной плоскостям.
2. Металлический шар радиусом 5 см несет заряд Q=10 нКл. Определить потенциал φ электрического поля: 1)
на поверхности шара; 2) на расстоянии а= 2 см от его поверхности. Построить график зависимости φ(r).
3. Пространство между пластинами плоского конденсатора заполнено парафином (ε=2). Расстояние между
пластинами d=8,85 мм. Какую разность потенциалов необходимо подать на пластины, чтобы поверхностная
плотность связанных зарядов на парафине составляла 0,1 нКл/см2.
4. Определить поверхностную плотность связанных зарядов на слюдяной пластинке (ε=7) толщиной d=1 мм,
служащей изолятором плоского конденсатора, разность потенциалов между пластинами конденсатора U=300
В.
5. Два плоских воздушных конденсатора одинаковой емкости соединены параллельно и заряжены до разности
потенциалов U=300 В. Определить разность потенциалов этой системы, если пространство между пластинами
одного из конденсаторов заполнено слюдой (ε=7).
6. Плоский воздушный конденсатор емкостью С=10пФ заряжен до разности потенциалов U1=500 В. После
отключения конденсатора от источника напряжения расстояние между пластинами конденсатора было
увеличено в 3 раза. Определить: 1) разность потенциалов на обкладках конденсатора после их раздвижения; 2)
работу внешних сил по раздвижению пластин.
7. Сила тока в проводнике сопротивлением R=100 Ом равномерно убывает от I0=10 A до I=0 за время τ=30 с.
Определить выделившееся за это время в проводнике количество теплоты.
8. В цепь, состоящую из батареи и резистора сопротивлением R= 8 Ом, включает вольтметр, сопротивление
которого Rv=800 Ом, один раз последовательно резистору, другой раз – параллельно. Определите внутреннее
сопротивление батареи, если показания вольтметра в обоих случаях одинаковы.
9. В однородном магнитном поле с индукцией В=0,5 Тл находится прямоугольная рамка длиной а= 8 см и
шириной b= 5 см, содержащая N=100 витков тонкой проволоки. Ток в рамке I= 1A, а плоскость рамки
параллельна линиям магнитной индукции. Определите: 1) магнитный момент рамки; 2) вращающий момент,
действующий на рамку.
10. Принимая, что электрон в атоме водорода движется по круговой орбите, определить отношение
магнитного момента pm эквивалентного кругового тока к моменту импульса L орбитального движения
электрона.
11. По двум бесконечно длинным прямым параллельным проводникам, расстояние между которыми d=20 см,
текут токи I1=40 A и I2=80 А в одном направлении. Определить магнитную индукцию В в точке А, удаленной
от первого проводника на r1=12 см и от второго r2=16 см.
12. Определить магнитную индукцию в центре кругового проволочного витка радиусом R=10 см, по которому
течет ток I= 1A.
3
13. Прямой провод длиной l=20 см с током I=5 А. Находящийся в однородном магнитном поле с индукцией
В=0,1 Тл, расположен перпендикулярно линиям магнитной индукции. Определить работу сил поля, под
действием которых проводник переместился на расстояние 2 см.
14. Круглая рамка с током (s=15 cм2) закреплена параллельно магнитному полю (В=0,1 Тл), и на неё действует
вращающий момент М=0,45 мНм. Рамку освободили, после поворота на 90º её угловая скорость стала ω=30 с -1
. Определить силу тока, текущего по рамке.
15. В однородном магнитном поле (В=0,1 Тл) вращается с постоянной угловой скоростью ω=50 с -1 вокруг
вертикальной оси стержень длиной l=0,4 м. Определить Э.Д.С. индукции, возникающей в стержне, если ось
вращения проходит через конец стержня параллельно линиям магнитной индукции.
16. Две катушки намотаны на один сердечник. Индуктивность первой катушки L1=0,12 Гн, второй –– L2= 3 Гн.
Сопротивление второй катушки R2= 300 Ом. Определить силу тока I2 во второй катушке, если за время
Δt=0,01 с силу тока в первой катушке уменьшить от I1=0,5 A до нуля.
17. Электрон движется вдоль силовой линии однородного электрического поля. В некоторой точке поля с
потенциалом φ1=100 В электрон имел скорость v1= 6 Мм/с. Определить потенциал φ2 точки поля, дойдя до
которой электрон потерял половину своей скорости.
18. Плоский конденсатор с площадью пластин S= 200 см2 каждая заряжен до разности потенциалов U= 2 кВ.
Расстояние между пластинами d= 2 см. Диэлектрик – стекло. Определить энергию W поля конденсатора и
плотность энергии w поля.
19. ЭДС батареи Е=12 В. При силе тока I= 4 A КПД батареи η=0,6. Определить внутреннее сопротивление Ri
батареи.
20. Ион, попав в магнитное поле (В= 0,01 Тл), стал двигаться по окружности. Определить кинетическую
энергию иона, если магнитный момент pm эквивалентного кругового тока равен 1,6·10-14 А·м2.
21. В скрещенных под углом однородные магнитное Н=1МА/м и электрическое Е= 50кВ/м поля влетел ион.
При какой скорости v иона (по модулю и направлению) он будет двигаться в скрещенных полях
прямолинейно?
22. Определить магнитный поток Ф, пронизывающий соленоид, если его длина l=50 см и магнитный момент
pm=0,4 Вб.
23. Кольцо из медного провода массой m=10 г помещено в однородное магнитное поле (В=0,5 Тл) так, что
плоскость кольца составляет угол β= 60˚ с линиями магнитной индукции. Определить заряд Q, который
пройдет по кольцу, если снять магнитное поле.
24. Источник тока замкнули на катушку сопротивлением R= 20 Ом. Через время t= 0,1 с сила тока достигла
0,95 предельного значения. Определить индуктивность L катушки.
25. Два прямолинейных длинных проводника расположены параллельно на расстоянии 10 см друг от друга.
По проводникам текут токи I1=I2=5 A в противоположных направлениях. Найти величину и направление
напряженности магнитного поля в точке, находящейся на расстоянии 10 см от каждого проводника.
26. Ток в 20 А идет по длинному проводнику, согнутому под прямым углом. Найти напряженность магнитного
поля в точке, лежащей на биссектрисе этого угла и отстоящей от вершины угла на расстоянии 10 см.
27. Найти напряженность магнитного поля на оси кругового контура на расстоянии 3 см от его плоскости.
Радиус контура 4 см, сила тока в контуре 2 А.
28. Два круговых витка радиусом 4 см каждый расположены в параллельных плоскостях на расстоянии 0,1 м
друг от друга. По виткам текут токи I1=I2=2 А. Найти напряженность магнитного поля на оси витков в точке,
находящейся на равном расстоянии от них. Задачу решить для случая: токи в витках текут в одном
направлении,
29. Два круговых витка расположены в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях так, что центры этих
витков совпадают. Радиус каждого витка 2 см и токи, текущие по виткам, I1=I2=5 А. Найти напряженность
магнитного поля в центре этих витков.'
30. Из проволоки длиною 1 м сделана квадратная рамка. По этой рамке течет ток силой 10 А. Найти
напряженность магнитного поля в центре рамки.
31. В однородном магнитном поле, напряженность которого H=79,6 кA/м, помещена квадратная рамка. Ее
плоскость составляет с направлением магнитного поля угол 45°. Сторона рамки 4 см. Определить магнитный
поток, пронизывающий рамку.
32. Определите добротность Q колебательного контура, состоящего из катушки индуктивностью L=2 мГн,
конденсатора емкостью С=0,2 мкФ и резистора сопротивлением R= 1 Ом.
33. Последовательно соединенные резистор с сопротивлением R=110 Ом и конденсатор подключены к
внешнему переменному напряжению с амплитудным значением Um=110 В. Оказалось, что амплитудное
значение установившегося тока в цепи Im=0,5 A. Определить разность фаз между током и внешним
напряжением.
34. К зажимам генератора присоединен конденсатор емкостью С=0,15 мкФ. Определить амплитудное
значение напряжения на зажимах, если амплитудное значение силы тока равно 3,3 А, а частота тока
составляет 5 кГц.
4
35. В цепи переменного тока с частотой v= 50 Гц вольтметр показывает нуль при значении С= 20 мкФ.
Определите индуктивность катушки.
36. Колебательный контур содержит конденсатор емкостью С=0,5 нФ и катушку индуктивностью L=0,4 мГн.
Определить длину волны излучения, генерируемого контуром.
37. Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью С=888 пФ и катушки с индуктивностью L=2
мГн. На какую длину волны настроен контур?
38. На какой диапазон длин волн можно настроить колебательный контур, если индуктивность L=2 мГн, а
емкость может меняться от С1==69 пФ до С2=533 пФ?
39. Какую индуктивность L надо включить в колебательный контур, чтобы при емкости С=2 мкФ получить
частоту =1000 Гц?
40. Катушка с индуктивностью L=30 мкГн присоединена к плоскому конденсатору с площадью пластин
S=0,01 м2 и расстоянием между ними d=0,1 мм. Найти диэлектрическую проницаемость в среды, заполняющей
пространство между пластинами, если контур настроен на длину волны =750м.
41. Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью С=25 нФ и катушки с индуктивностью L=1,015
Гн. Обкладки конденсатора имеют заряд q=2,5 мкКл. Найти разность потенциалов на обкладках и ток в цепи в
моменты времени T/4;T/2.
42. Уравнение изменения со временем разности потенциалов на обкладках конденсатора в колебательном
контуре дано в виде U=50 cos 104 πt B. Емкость конденсатора 0,1 мкФ. Найти: 1) период колебаний, 2)
индуктивность контура, 3) закон изменения со временем силы тока в цепи, 4) длину волны, соответствующую
этому контуру.
43. Конденсатор емкостью 20 мкФ и реостат, активное сопротивление которого 150 Ом, включены
последовательно в цепь переменного тока частотой 50 Гц. Какую часть напряжения, приложенного к этой
цепи, составляет падение напряжения на конденсаторе.
44. Активное сопротивление R и индуктивность L соединены параллельно и включены в цепь переменного
тока напряжением 127 В и частотой 50 Гц. Найти активное сопротивление R и индуктивность L, если
известно, что мощность, поглощаемая в этой цепи, равна 404 Вт и сдвиг фаз между напряжением и током
равен 60˚.
45. В цепь переменного тока напряжением 220 В включены последовательно емкость С, активное
сопротивление R и индуктивность L. Найти падение напряжения UR на омическом сопротивлении, если
известно, что падение напряжения на конденсаторе UC=2UR и падение напряжения на индуктивности UL=3UR.
46. Установка для наблюдения колец Ньютона освещается монохроматическим светом с длиной волны λ=0,6
мкм, падающим нормально. Пространство между линзой и стеклянной пластинкой заполнено жидкостью,
наблюдение ведётся в проходящем свете. Радиус кривизны линзы R=4м. Определить показатель преломления
жидкости, если радиус второго светлого кольца r=1,8 мм.
47 Плосковыпуклая линза с показателем преломления n=1,6 выпуклой стороной лежит на стеклянной
пластинке. Радиус третьего светлого кольца в отраженном свете (λ=0,6 мкм) равен 0,9 мм. Определите
фокусное расстояние линзы.
48. Определить радиус первой зоны Френеля, если расстояние от точечного источника света (λ=0,5 мкм) до
зонной пластинки и от пластинки до места наблюдения a=b=1 м.
49. На дифракционную решетку нормально падает монохроматический свет. Определить угол дифракции для
линии 0,55 мкм в четвертом порядке, если угол для линии 0,6 мкм в третьем порядке составляет 30˚.
50. Какое наименьшее число Nmin штрихов должна содержать дифракционная решетка, чтобы в спектре
второго порядка можно было видеть раздельно две желтые линии натрия с длинами волн λ1=589,0 нм и
λ2=589,6 нм? Какова длина l такой решетки, если постоянная решетки d=5мкм?
51. На поверхность дифракционной решетки нормально падает монохроматический свет. Постоянная
дифракционной решетки в n =4,6 раз больше длины световой волны. Найти общее число М дифракционных
максимумов, которые теоретически можно наблюдать в данном случае.
52. На дифракционную решетку падает нормально параллельный пучок белого света. Спектры третьего и
четверного порядка частично накладываются друг на друга. На какую длину волны в спектре четвертого
порядка накладывается граница (λ=780 нм) спектра третьего порядка?
53. На непрозрачную пластину с узкой щелью падает нормально плоская монохроматическая световая волна
(λ=600 нм). Угол отклонения лучей, соответствующих второму дифракционному максимуму, φ=20˚.
Определить ширину а щели.
54. На дифракционную решетку падает нормально монохроматический свет (λ=410 нм). Угол Δφ между
направлениями на максимумы первого и второго порядков равен 2˚21'. Определить число n штрихов на 1 мм
дифракционной решетки.
55. Расстояние между штрихами дифракционной решетки d=4 мкм. На решетку падает нормально свет с
длиной волны λ=0,58 мкм. Максимум какого наибольшего порядка дает эта решетка?
56. Сколько штрихов на 1 мм длины имеет дифракционная решетка, если зеленая линия ртути (λ=546,1 нм) в
спектре первого порядка наблюдается под углом 19˚8΄?
5
57. На дифракционную решетку нормально падает пучок света от разрядной трубки, наполненной гелием. На
какую линию в спектре третьего порядка накладывается красная линия гелия (λ=670 нм) спектра второго
порядка?
58. На дифракционную решетку нормально падает пучок монохроматического света. Максимум третьего
порядка наблюдается под углом 36˚48' к нормали. Найти постоянную решетки, выраженную в длинах волн
падающего света.
3) Зайти на сайт http://www.vlsu.ru
Институты и факультеты
Институт
прикладной математики и информатики, био- и нанотехнологий
Факультет
Прикладной математики и физики
Кафедры
Общая и прикладная физика
(ОиПФ)
Студенту
Методические указания по выполнению лабораторных работ (под
редакцией А.А.Кулиша)
Выполнить подготовку следующих лабораторных работ 3-1,3-3,3-8,4-4,5-5. Отчет
студента по лабораторной работе составляется в печатной форме по следующей схеме:
1. Титульный лист.
2. Цель работы.
3. Оборудование.
4. Теоретическое введение.
5. Методика проведения эксперимента.
6. Экспериментальная часть.
7. Обработка результатов измерения.
8. Выводы.
Титульный лист оформляется на первой странице отчета. В центральной части этой страницы
указываются номер лабораторной работы и ее название. Ниже (справа) фамилия исполнителя, номер
группы и дата проведения измерений. В правом нижнем углу – две короткие строчки для подписи
преподавателя: “к работе допущен”, “работа выполнена”. Со второй страницы следует описание
остальных разделов отчета. Пункты 1 – 5 выполняются до начала выполнения лабораторной работы,
пункт 6 – в лаборатории, пункты 7 – 8 после получения экспериментальных данных.
6