Вопросы и ответы к экзамену по Физике
3 семестр
МГТУ им. Н. Э. Баумана.

Оглавление

1. Закон сохранения электрического заряда. Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля. Силовые линии. 1

2. Принцип суперпозиции полей. Поток вектора напряженности электрического поля. 1

3. Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме в дифференциальной и интегральной формах и её применение для расчета электрических полей. 2

4. Работа электростатического поля при перемещении зарядов. Циркуляция вектора напряженности. 4

5. Связь напряженности и потенциала. Уравнение Пуассона. 5

6. Электрический диполь в электрическом поле. Поляризация диэлектриков. Электростатическое поле в диэлектрике. 6

7. Поляризованность. Свободные и связанные заряды. Связь поляризованности с плотностью связанных зарядов. Вектор электрического смещения. 9

8. Обобщение теоремы Гаусса для диэлектриков. Поле на границе раздела диэлектриков. 11

9. Энергия системы неподвижных зарядов. Поле вблизи поверхности проводника. Электроёмкость. 14

10. Ёмкости плоского, цилиндрического и сферического конденсаторов. 15

11. Энергия заряженного проводника и конденсатора. Плотность энергии электростатического поля. 16

12. Носители тока в средах. Сила и плотность тока. Уравнение непрерывности. Электрическое поле в проводнике с током. Силовые линии электрического поля и линии тока. 17

13. Сторонние силы. Законы Ома и Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной формах. 19

14. Вектор индукции магнитного поля. Закон Био-Савара-Лапласа. Принцип суперпозиции магнитных полей. 22

15. Теорема о циркуляции вектора индукции магнитного поля в интегральной и дифференциальной формах. 23

16. Расчет магнитного поля тороида и соленоида. Намагниченность вещества. 24

17. Вектор напряженности магнитного поля и его связь с векторами индукции и намагниченности. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость вещества. 26

18. Диамагнетики,парамагнетики,ферромагнетики. 28

19. Поле на границе раздела магнетиков. 30

20. Сила Лоренца. Движение заряженной частицы в магнитных полях. Ускорение заряженных частиц электромагнитными полями. Эффект Холла. 30

21. Закон Ампера. Магнитный момент контура с током. Контур с током в магнитном поле. Поток вектора магнитной индукции. 33

22. Теорема Гаусса для магнитного поля в интегральной и дифференциальной формах. 36

23. Работа при перемещении проводника с током и контура с током в магнитном поле. 37

24. Закон Фарадея. Правило Ленца. Самоиндукция. Взаимная индукция. Вихревые токи. 39

25. Плотность энергии магнитного поля. 41

26. Уравнения Максвелла для электромагнитного поля. Основные положения теории Максвелла. Вихревое электрическое поле. 42

Ток смещения. Закон полного тока. Уравнения Максвелла в интегральной и дифференциальной формах 43

28. Волновое уравнение для электромагнитного поля, его общее решение. Скорость распространения электромагнитных волн 46

29. Энергия и импульс электромагнитного поля. Вектор Умова- Пойнтинга. Теорема Пойнтинга 49

30. Уравнение электромагнитной волны в веществе. Оптические константы среды 53

31. Излучение электромагнитных волн колеблющимся диполем 55

32. Излучение электромагнитных волн ускоренно движущимся зарядом 56

33. Электронная теория дисперсии. Закон Бугера. Нормальное падение электромагнитной волны на поверхность раздела двух диэлектриков и поверхность металла 57

34. Шкала электромагнитных излучений. Электромагнитная природа света 62

36. Интерференция света. Расчет интерференционной картины с двумя когерентными источниками. Пространственно-временная когерентность 68

37. Интерференция в тонких плёнках. Интерференционные полосы равной толщины и равного наклона 74

38. Применение интерференции 80

39. Голография. Запись и воспроизведение голограмм. Применение голографии 86

40. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. 89

41. Дифракция от круглого отверстия, от круглого диска 93

42. Дифракция Фраунгофера от щели 96

43. Предельный переход от волновой оптики к геометрической 100

44. Спектральные характеристики дифракционных решёток 103

45. Дифракция рентгеновских лучей. Формула Вульфа-Бреггов 107

46. Понятие о рентгеноструктурном анализе 111

47. Поляризация света. Естественный и поляризованный свет 113

48. Двойное лучепреломление. Поляризация света при двойном лучепреломлении 114

49. Поляризационные призмы и поляроиды. Закон Малюса. Закон Брюстера 116

1. Закон сохранения электрического заряда. Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля. Силовые линии.
   Закон сохранения электрического заряда.
   
   Напряженность электростатического поля.
   
   Силовые линии.
   
   
   
   

2. Принцип суперпозиции полей. Поток вектора напряженности электрического поля.
   
   Принцип суперпозиции полей.
   
   Поток вектора напряженности электрического поля.

3. Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме в дифференциальной и интегральной формах и её применение для расчета электрических полей.
   
   
   Применение.
   
   
   
   
   
   
   

4. Работа электростатического поля при перемещении зарядов. Циркуляция вектора напряженности.
   Работа электростатического поля при перемещении зарядов.
   
   
   
   Циркуляция вектора напряженности.
   
   
   
   
   
   

5. Связь напряженности и потенциала. Уравнение Пуассона.
   
   Связь напряженности и потенциала.
   
   
   Уравнение Пуассона.
   
   
   

6. Электрический диполь в электрическом поле. Поляризация диэлектриков. Электростатическое поле в диэлектрике.
   Электрический диполь в электрическом поле.
   
   
   
   
   
   
   Поляризация диэлектрика.
   
   
   
   
   Электростатическое поле в диэлектрике.
   
   
   

7. Поляризованность. Свободные и связанные заряды. Связь поляризованности с плотностью связанных зарядов. Вектор электрического смещения.
   Связь поляризованности с плотностью связанных зарядов.
   
   
   
   
   Вектор электрического смещения.
   
   
   

8. Обобщение теоремы Гаусса для диэлектриков. Поле на границе раздела диэлектриков.
   Обобщенная теорема Гаусса.
   
   Условия на границе диэлектриков.
   
   
   
   
   
   
   

9. Энергия системы неподвижных зарядов. Поле вблизи поверхности проводника. Электроёмкость.
   Энергия системы неподвижных зарядов.
   
   
   Поле вблизи поверхности диэлектриков.
   
   
   
   Электроемкость.
   
   
   
   

10. Ёмкости плоского, цилиндрического и сферического конденсаторов.
    
    
    

11. Энергия заряженного проводника и конденсатора. Плотность энергии электростатического поля.
    
    
    
    
    
    
    

12. Носители тока в средах. Сила и плотность тока. Уравнение непрерывности. Электрическое поле в проводнике с током. Силовые линии электрического поля и линии тока.
    Носители тока.
    
    Сила тока и плотность тока.
    
    
    
    
    
    Силовой линией электрического поля называется линия, в каждой точке которой касательная совпадает с вектором напряженности поля.
    Линии электрического тока должны быть замкнутыми. Линией электрического тока, как и в случае течения жидкости, называют кривую, по касательной к которой направлена скорость заряда. Область, ограниченная линиями тока, называется трубкой тока.  Таким образом, линии электрического тока не имеют монополярных источников: они образуют замкнутые траектории, если только не являются эргодическими или не уходят в бесконечность.

13. Сторонние силы. Законы Ома и Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной формах.
    
    Сторонние силы.
    
    
    
    Закон Ома.
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    Закон Джоуля-Ленца.
    

14. Вектор индукции магнитного поля. Закон Био-Савара-Лапласа. Принцип суперпозиции магнитных полей.
    Вектор индукции магнитного поля.
    
    Принцип суперпозиции магнитных полей.
    Закон Био-Савара.
    
    
    
    
    
    

15. Теорема о циркуляции вектора индукции магнитного поля в интегральной и дифференциальной формах.
    
    
    
    
    
    

16. Расчет магнитного поля тороида и соленоида. Намагниченность вещества.
    Соленоид.
    
    
    
    
    
    
    Тороид.
    
    
    Намагниченность вещества.
    
    
    
    
    

17. Вектор напряженности магнитного поля и его связь с векторами индукции и намагниченности. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость вещества.
    
    Напряженность магнитного поля.
    
    
    
    
    
    
    
    
    Магнитная восприимчивость.
    
    Магнитная проницаемость.
    
    

18. Диамагнетики,парамагнетики,ферромагнетики.
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    

19. Поле на границе раздела магнетиков.
    
    
    
    
    

20. Сила Лоренца. Движение заряженной частицы в магнитных полях. Ускорение заряженных частиц электромагнитными полями. Эффект Холла.
    
    Сила Лоренца.
    
    
    Движение заряженной частицы в магнитном поле.
    
    Ускорители заряженных частиц.
    Ускорители заряженных частиц — установки для получения пучков электронов, протонов и ионов высоких энергий. Ускорение частиц происходит за счет их взаимодействия с электростатическими или электромагнитными полями. В медицине ускорители заряженных частиц используют для лучевой терапии и в радиобиологических исследованиях. В зависимости от способа ускорения ускорители заряженных частиц делят на электростатические (например, генератор Ван-де-Граафа), линейные резонансные, индукционные (см. Бетатрон) и циклические (циклотрон).
    В электростатическом генераторе Ван-де-Граафа высокое напряжение создается  за  счет  накопления   на поверхности полой проводящей сферы электрического заряда, который подается на нее от электрического генератора с помощью движущейся бесконечной ленты. Ускорение заряженных частиц происходит в вакуумной трубе.

Электростатический генератор (Ван-де-Граафа) — ускоритель заряженных частиц. Состоит из источника высокого напряжения (собственно электростатический генератор) и ускорительной трубки. Первая удачная конструкция подобной установки была предложена в 1929 г. Ван-де-Граафом (R. J. Van de Graaff). Принцип действия электростатического генератора  заключается в следующем.
Электрические заряды от генератора наносятся на диэлектрическую движущуюся ленту.
С этой ленты заряды переносятся системой щеток на внутреннюю поверхность полой металлической изолированной сферы — кондуктора (рис.). Таким образом, на сферу может быть перенесен достаточно большой заряд, максимальная величина которого определяется возникновением разряда с нее во внешнее пространство. С увеличением размеров сферы напряжение повышается. В настоящее время для увеличения напряжения при минимальных размерах установки электростатический генератор помещают в бак с газом, имеющим высокую электрическую прочность (азот, фреон, углекислый газ), под давлением до 20 атм.
Электростатический генератор может быть использован для ускорения как электронов (см.), так и тяжелых частиц — протонов (см.). Предельная энергия ускоренных частиц достигает 10 Мэв. Электростатические генераторы нашли широкое применение в физике, технике и медицине. В медицине используются электростатические генераторы с электронным пучком (см. Электронное излучение) как источник жесткого тормозного излучения (см.), возникающего при попадании электронов высокой энергии на мишень из тяжелого элемента. См. также Ускорители заряженных частиц.

Эффект Холла.