Методические рекомендации и задания по физике для самостоятельной работы студентов (С.П. Степина, Н.Б. Бутко - Методические рекомендации и задания по физике для самостоятельной работы студентов)

ей йъ ) С.П. Степина, Н.Б. Бутко МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ И ЗАДАНИЯ ПО ФИЗИКЕ для самостоятельной работы студентов специальности «Химия» РАЗДЕЛЫ: <<ЭЛЕКТРИЧЕСТВО», «МАГНЕТИЗМ» ХХздаоие второе Москва Российский университет, дружбы народов 2013 Ф Р 1е «" б ~р '"'1~ ""~ф.~ высшего ирофессиоиальиого образовании РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ М .7~, Утверждено РИС Ученого совета Росси ского университета дружбы народов УДК 537(07) ББК 22 3 3я73 С79 Степина, С. П. Методические рекомендации и задания по физике для са- мостоятельной работы студентов специальности «Химия». Разделы: «Электричество», «Магнетизм». — 2-е изд.

С, П. Степина, Н. Б. Бутко. — Москва: РУДН, 2013. — 52 с. С79 УДК 537(07) ББК 22.33я73 1БВ1ч 973-5-209-04910-4 О Степина С.П., Бутко Н.Б., 2013 Ю Российский университет дружбы народов, Издательство, 2013 Настоящие рекомендации предназначены для самостоятельного целенаправленного н планомерного изучения курса физики согласно единой комплексной системе обучения, включающей в себя лекции, практические и лабораторные занятия. Могут быть использованы также для проведения индивидуально- групповых коллоквиумов и других видов контроля.

Подготовлено на кафедре экспериментальной физики. Предлагаемое методическое пособие является продолжением аналогичного пособия, которое студенты использовали во втором семестре. В течение третьего семестра студенты изучают разделы "Электричество" и "Магнетизм". Проводятся семинарские и лабораторные занятия по системе, принятой в предыдущих семестрах. Студенты должны выполнить и сдать 10 — 12 лабораторных работ, б теоретических коллоквиумов . и 6 домашних заданий. Настоящее методическое пособие содержит вопросы к коллоквиумам, типовые задачи и вопросы к лабораторным работам.

Некоторая часть вопросов программы предназначена для самостоятельной проработки. Результаты работы студента в течение семестра оцениваются зачетом. Итоговый контроль осуществляется на экзамене. Для 1подготовки к экзамену предлагается программа (см. стр. 4). ПРОГРАММА ПО КУРСУ ФИЗИКИ Электрические заряды и их свойства. Закон Кулона. Характеристики - кулоновскнх сил. Принцип суперпозиции. Системы единиц: абсолютная электростатическая, СИ.

Электростатическое поле, его материальность. Напряженность поля. Силовые линии. Принцип супер позиции электрических полей. Электрический диполь. Теорема Остроградского-Гаусса и ее применения.. Работа в электростатическом поле. Разность потенциалов.

Потенциал. Эквипотенциальные поверхности. Проводники в электростатическом поле. Электрическая емкость. Конденсаторы, нх соединение. Энергия электрического поля. Диэлектрики в электростатическом поле. Поляризация полярных и неполя рных диэлектриков. Вектор поляризации. Вектор электрического смещения. Теорема Гаусса-Остроградского для вектора электрического смещения.

2. 3. 6. 7. 8. Я 10. Граничные условия в электростатике. обратный 11. Сегнетоэлектрики. Прямой и пьезоэлектрические эффекты. 13. Закон Джоуля-Ленца. Мощность постоянного тока. 14. Электрический ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия. Электронные лампы. 16. Электрический ток в газах /газовый разряд/. Ионизация газа. Несамостоятельный и самостоятельный газовые разряды. Тлеющий разряд.

Коронный, искровой н дуговой разряды. 16. Электрический ток в жидкостях. Электролиз. Законы Фарадея. Теория электропроводности электролитов. 17. Электрический ток в металлах. Классическая 12. Постоянный электрический ток. Источники Э.Д.С. Закон Ома . Правила Кирхгофа.

электронная теория проводимости металлов. Закон Видемана-Франца. 16. Контактные и термоэлектрические явления. Термопары. 19. Понятие о квантовой теории твердых тел. Электроны в металле -по классической и квантовой теории. Зонная теория твердых тел.

Полупроводники. Полупроводниковые приборы. 20. Магнитное поле. Вектор магнитной . индукции Напряженность магнитного поля. Закон Ампера. Закон Био-Савара- Лапласа. Суперпозиция магнитных полей. 21. Вихревой характер магнитного поля. Теорема о циркуляции вектора напряженности магнитного поля. 22. Взаимодействие параллельных токов. Абсолютная электромагнитная система единиц. Система СИ, система 'Гаусса. 23. Магнитное поле движущегося заряда. 24. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Ускорители заряженных частиц. Масс- спектрография.

25. Механическая работа в магнитном поле. Магнитный поток. 26. Электромагнитная индукция. Закон Фарадея. Правило Ленца. Вихревое электрическое поле. 27. Явление самоиндукции и взаимной индукции 28. Генератор переменного тока. Трансформатор. Токи Фуко. 29. Энергия магнитного поля. 30. Собственные (свободные) электромагнитные колебания 31, Вынужденные электромагнитные колебания. Переменный ток. Резонанс.

32. Энергия и мощность переменного тока. 33. Понятие о диамагнетиках, парамагнетиках и ферромагнетиках 34, Теория Максвелла. ' Ток смещения. Взаимное превращение электрических н магнитных полей. 35. Система уравнений Максвелла в интегральной форме. ЭЛЕКТР ОСТА ТИКА ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЗАРЯДОВ. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ. Вопросы к коллоквиуму Электрические заряды и их свойства. Закон сохранения электрического заряда.

Закон взаимодействия электрических зарядов — закон Кулона (в векторной форме). 3. Дискретное и непрерывное распределение электрических зарядов. Плотность электрических зарядов (линейная, поверхностная, объемная). Системы единиц в электростатике: абсолютная электростатическая система СГСЭ и международная система СИ. Электростатическое поле. Напряженность — силов аи характеристика электростатического поля. Единицы измерения.

Напряженность поля точечного заряда (в векторной форме). Принцип суперпознции полей. Силовые линии. Применение принципа суперпозиции для вычисления: а) поля диполя; б) поли кольца; в) поля бесконечной прямой нити. Диполь в однородном и неоднородном электрических полях (момент сил, действующих на диполь; энергии диполя; результирующая сил). Теорема Гаусса-Остроградского для вектора напряженности электростатического поля (формулировка и вывод).

Теорема Гаусса-Остроградского для вычисления напряженности электростатических полеи: а) бесконечной равномерно заряженной плоскости; б) бесконечно прямой нити и бесконечно прямого цилиндра, равномерно заряженного по поверхности и по объему (внутри и вне его); в) шара, равномерно заряженного по поверхности и по объему (внутри и вне его). Построение графиков для этих случаев.

10. Работа сил электростатического поля. Потенциальность электростатического поля. 11. Разность потенциалов между двумя точками поля. Потенциал электростатического поля в данной точке энергетическая характеристика поля. Единицы измерения. 12. Потенциал поля точечного заряда. Принцип суперпозиций. Эквипотенциальные поверхности. 13.

Применение принципа суперпозиции ' для вычисления потенциалов полей: а) диполя; б) кольца на его оси: в) шара, заряженного по поверхности и по объему (внутри и вне его) 14. Связь потенциала'с напряженностью электростатического поля.'Понятие градиента функции. Задачи к коллоквиуму 1. Найти силу притяжения между ядром атома водорода и электрона. Радиус атома водорода г = 0,5 10 '~ м; заряд ядра равен по модулю и противоположен по знаку заряду электрона. (Ответ: 92,3 нН) 2. В центр квадрата, в каждой вершине которого находится заряд 11=2,33 нКи, помещен отрицательный заряд дс, Найти этот заряд, если на каждый заряд д действует результирующая сила г =О.

(Ответ: -2,23 нКл) 3. Два точечных заряда 7,5 нКл и -14,7 нКл расположены на расстоянии 5 см. Найти напряженность электрического поля в точке, находящейся на расстоянии 3 см от положительного заряда и 4 см от отрицательного заряда. (Ответ:-110 кВ/м) 4. Шарик массой 150 мг„'подвешенный на непроводящей нити, имеет заряд 10 нКл. На расстоянии 32 см от него снизу помещается второй маленький шарик. Каким должен быть по величине и знаку его заряд, чтобы натяжение нити увеличилось в 2 раза? (Ответ: 1,7 10 'Кл) 5. Найти силу, действующую на заряд 9 = 2СГС, если заряд помещен: а) на расстоянии 2 см.от заряженной нити с линейной плотностью заряда 0,2 мкКл/и; б) в поле заряженной, плоскости с поверхностной плотностью заряда 20 мкКл/м; в) на расстояние 2 см от поверхности заряженного шара с радиусом 2 см и поверхностной плотностью заряда 20 мкКл/м'.

Диэлектрическая проницаемость среды л = б. 6.Шарик с массой 1г и зарядом 10нКл перемещается из точки1, потенциал которой 600В, в точку 2, потенциап которой равен О. Найти его скорость в точке 1, если в точке 2 она стала равной 20 см/с. (Ответ: 16,7, см/с) 7. Электрон, обладающий скоростью 1,8.10'м/с, влетает в однородное электрическое поле в вакууме с напряженностью 0,003 Н/Кл и движется против силовых линий.

С каким ускорением будет двигаться электрон и какова будет его скорость, когда он пройдет расстояние 7,1 см? Сколько времени потребуется для достижения этой скорости? Р . 5З 103 / 2 2 104 / 04 10-5 8. Протон и и -частица, двигаясь с одинаковой скоростью влетают в плоский конденсатор параллельно пластинам. Во сколько раз отклонение протона полем конденсатора будет больше отклонения ст -частицы? (Ответ: 2) 9. Электрон влетает в плоский горизонтально расположенный конденсатор параллельно пластинам со скоростью 9.10г и/с.

Разность потенциалов между пластинамн 100 В, расстояние между пластинами 1 см. Найти полное, нормальное и тангенциальное ускорения электрона через время 10 нс после начала движения в конденсаторе. Вопросы к лабораторным работам 1. к Изучение электростатического поля с иомои1ью модели» 1. Что называется напряженностью электростатического поля в данной точке? 2. Что называется силовой линией? 3. Что называется потенциалом поля в данной точке?.

4. Что называется эквипотенциальной поверхностью? 5. Два способа графического изображения электростатического поля. 6. Вычислить среднее значение напряженности в различных областях поля по полученным в эксперименте данным. 7. Как пер ераспределя ются электрические заряды внутри проводника при внесении его в электростатические поля? 8, Доказать,'что внешнее электростатическое поле не проникает внутрь проводящей оболочки (электростатическая защита). 9.