1589806164-1a1a56808b8ec06d2ecaff7ccac4c5cb (Практический курс физики ЭЛЕКТРИЧЕСТВО Под редакцией проф. Г.Г. Спирина)

Федеральное агентство по образованиюАССОЦИАЦИЯ КАФЕДР ФИЗИКИ ТЕХНИЧЕСКИХ ВУЗовРОССИИГ.М. Хохлачева, Л.А. Лаушкина, Г.Э. СолохинаПрактический курс физикиЭЛЕКТРИЧЕСТВОПод редакцией проф. Г.Г. СпиринаДопущено Министерством образованияРоссийской Федерации в качестве учебногопособия для студентов высших учебныхзаведений, обучающихся по направлениям подготовкии специальностям в области техники и технологииМосква2ББК 16.4.5Б43Рецензенты:Кафедра физики МГТУ ГА, зав. кафедрой: доктор техническихнаук, профессор Камзолов С.К.Доктор ф.-м. наук, профессор МГУ Знаменская И.А.Б43Хохлачева Г.М., Лаушкина Л.А., Солохина Г.Э.Практический курс физики. Электричество/ Под редпроф.

Г.Г.Спирина. - М.: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского,2008. - 182 с.ISBN 5-903111-01-7Данное пособие разработано в соответствии с программой курсафизики для ВТУЗов по разделу “Электричество” и состоит из восьми глав.Каждая глава включает в себя краткое теоретическое введение, разбортиповых задач по рассматриваемому вопросу и подборку задач длясамостоятельного решения.Задачи могут быть использованы для проведения практическихзанятий со студентами, при составлении контрольных работ и домашнихзаданий. В конце пособия приводятся ответы к задачам длясамостоятельного решения.Предназначено для студентов дневного и вечернего отделений.ББК 16.4.5ISBN 5-903111-01-7@ Г.М.Хохлачева, Л.А.Лаушкина,Г.Э.Солохина 2008 г.3СОДЕРЖАНИЕСОДЕРЖАНИЕ ----------------------------------------------------------------------- 3ПРЕДИСЛОВИЕ ---------------------------------------------------------------------- 51.

ЗАКОН КУЛОНА. НАПРЯЖЕННОСТЬЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ -------------------------------------------------- 6Основные понятия и законы -------------------------------------------------- 6Примеры решения задач ---------------------------------------------------- 10Задачи для самостоятельного решения -------------------------------- 202. ПОТЕНЦИАЛ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ.

РАБОТА ПОПЕРЕМЕЩЕНИЮ ЗАРЯДА. ДВИЖЕНИЕ ЗАРЯДОВ ВЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ ------------------------------------------------- 30Основные понятия и законы ------------------------------------------------ 30Примеры решения задач ---------------------------------------------------- 32Задачи для самостоятельного решения -------------------------------- 403. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДИПОЛЬ. ДИЭЛЕКТРИКИ. ПРОВОДНИКИ.КОНДЕНСАТОРЫ.

ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ ----- 49Основные понятия и законы ------------------------------------------------ 49Примеры решения задач ---------------------------------------------------- 53Задачи для самостоятельного решения -------------------------------- 634. ЗАКОН БИО – САВАРА – ЛАПЛАСА. ТЕОРЕМА ОЦИРКУЛЯЦИИ ВЕКТОРА МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ ----------------------- 72Основные понятия и законы ------------------------------------------------ 72Примеры решения задач ---------------------------------------------------- 74Задачи для самостоятельного решения -------------------------------- 825.

СИЛЫ ЛОРЕНЦА И АМПЕРА. КОНТУР С ТОКОМ ВМАГНИТНОМ ПОЛЕ ------------------------------------------------------------------- 89Основные понятия и законы ------------------------------------------------ 89Примеры решения задач ---------------------------------------------------- 92Задачи для самостоятельного решения -------------------------------- 996.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ. ЭНЕРГИЯМАГНИТНОГО ПОЛЯ -------------------------------------------------------------- 105Основные понятия и законы ---------------------------------------------- 105Примеры решения задач -------------------------------------------------- 107Задачи для самостоятельного решения ------------------------------ 1137. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ --------------------------------- 119Основные понятия и законы ---------------------------------------------- 119Примеры решения задач -------------------------------------------------- 124Задачи для самостоятельного решения ------------------------------ 1318. УРАВНЕНИЯ МАКСВЕЛЛА. ТОК СМЕЩЕНИЯ.ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ ------------------------------------------------ 136Основные понятия и законы ---------------------------------------------- 136Примеры решения задач -------------------------------------------------- 140Задачи для самостоятельного решения ------------------------------ 1474ОТВЕТЫ К ЗАДАЧАМ ---------------------------------------------------------- 1531.

Закон Кулона. Напряженность электростатического поля -- 1532. Потенциал электростатического поля. Работа поперемещению заряда. Движение зарядов в электростатическомполе------------------------------------------------------------------------------------ 1573. Электрический диполь. Диэлектрики. Проводники.Конденсаторы. Энергия электростатического поля ------------------- 1614.

Закон Био – Савара - Лапласа. Теорема оциркуляции вектора магнитной индукции --------------------------------- 1655. Силы Лоренца и Ампера. ----------------------------------------------- 168Контур с током в магнитном поле --------------------------------------- 1686. Электромагнитная индукция. Энергия магнитного поля ----- 1707. Электромагнитные колебания ---------------------------------------- 1728.

Уравнения Максвелла. Ток смещения.Электромагнитные волны ------------------------------------------------------ 175ПРИЛОЖЕНИЕ ------------------------------------------------------------------- 178Некоторые фундаментальные физические постоянные -------- 178ВАРИАНТЫ РАСЧЕТНОЙ РАБОТЫ № 1 (1 часть) ------------------- 179ВАРИАНТЫ РАСЧЕТНОЙ РАБОТЫ № 2 (1 часть) ------------------- 181ЛИТЕРАТУРА --------------------------------------------------------------------- 1825ПРЕДИСЛОВИЕНастоящее учебное пособие посвящено разделу “Электричество”по программе курса общей физики для ВТУЗов. Целью пособияслужит приобретение студентами практического навыка в решениифизических задач по данному разделу.Пособие состоит из восьми глав.

Каждая глава начинается скраткого теоретического введения, в котором приведены основныефизические понятия и законы. Далее излагается подробное решениетиповых задач с соответствующими методическими указаниями.В конце каждой главы подобраны задачи для самостоятельногорешения, ответы к которым приводятся в заключительной частипособия.

По этим задачам составлены варианты индивидуальныхдомашних заданий для студентов всех факультетов.Авторы выражают благодарность преподавателям кафедрыфизики МАИ, участвовавшим в более ранних изданиях пособия«Практический курс физики. Электричество», а также отмечаютогромный вклад Юркевич К.Б. в подготовку к изданию предыдущейредакции этого пособия. Ценный опыт и методические наработкибыли учтены при подготовке данного издания.Авторы будут признательны за критические замечания ирекомендации, которые послужат улучшению качества этой работы.Пожелания направлять по адресу: 125871, Москва, Волоколамскоешоссе, д.4, МАИ, кафедра физики, по электронному адресу:Spirinas@mail.ru, или по телефонам: (095) 158-42-71, 158-46-43.61.

ЗАКОН КУЛОНА. НАПРЯЖЕННОСТЬЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯОсновные понятия и законыОпыт показывает, что два точечных электрических заряда,расположенных в вакууме, взаимодействуют друг с другом с силой,определяемой законом Кулонаq1q2(1.1)Fr,4 0r 31мФ9 10 9 .,Фм 4 0Конец радиуса-вектора r расположеннаq2заряде, на который действует сила F (рис.1.1.), а q1величины зарядов q 1 и q 2 входят в формулу (1.1)r q2Fсо своими знаками.ВскалярнойформезаконКулонаРис.1.1записывается в видеq1q2.(1.2)F4 0r 2где электрическая постоянная08,85 1012Закон Кулона в виде (1.1) или (1.2) справедлив только дляточечных электрических зарядов.Электрическоевзаимодействиезарядовосуществляетсяпосредством электрического поля.

Электрическим полем называетсяматериальная среда, в которой осуществляется действиеэлектрических сил (1.1), (1.2) на электрические заряды, помещенныев эту среду. Таким образом, источником электрического поля можетявляться любой электрический заряд.Важнейшими характеристиками электрического поля являютсянапряженность E и потенциал.Напряженность E - это силовая характеристика электрическогополя.EF.q0(1.3)Напряженность электростатического поля, созданного точечнымэлектрическим зарядом q, в векторной формеq (1.4)Er,4 0r 3или скалярной формеq.(1.5)E4 0r 27Принцип суперпозиции: напряженность поля системы точечныхзарядов,равнавекторнойсумменапряженностейполей,создаваемых каждым зарядом в отдельностиn (1.6)EEi ,i 1где n – число зарядов в системе. В случае n = 2 модуль векторанапряженности находится по теореме косинусов22(1.7)E1 E2 2E1E2 cos ,где - угол между векторами E1 и E2 .Используя формулы (1.5) и (1.6) можно найти напряженность поляот заряженного тела произвольной формы.

Для этого необходиморазбить тело на точечные заряды, напряженность которых находитсяпо формуле (1.5). Далее по принципусуперпозиции (1.6) определить результирующуюEнапряженность от всех точечных зарядов, накоторые разбито тело.Силовой линией электростатического поля(или линией вектора напряженности E )называется линия, касательная в каждой точке кРис.1.2которой, совпадает по направлению с векторомнапряженности E в этой точке (рис.1.2).Силовая линия электрического поля начинается на положительномзаряде и заканчивается на отрицательном заряде. Силовые линии“уходят”набесконечностьотположительного заряда, или “приходят” избесконечности к отрицательному зарядуE(рис.1.3).Вблизи зарядов, где напряженностьEEэлектростатическогополябольше,силовые линии расположены гуще,поэтому число силовых линий, пересекающихРис 1.3единичную площадку,перпендикулярнуюнаправлениюдолжнобытьE,пропорционально величине напряженности поля в данном месте.Электростатическое поле называется однородным,если во всехего точках значения вектора напряженности E одинаковы, т.е.совпадают по модулю и направлению.

Электростатическое поленеоднородно, если в каждой точке значение напряженности поляимеет разное значение.Вычисление величины напряженности электростатического полядля тел правильной геометрической формы сильно упрощается, еслипользоваться теоремой Остроградского - Гаусса.E8Введемпонятиепотокавекторанапряженностиэлектростатического поля ФE сквозь какую-либо поверхность S.Поток численно равен количеству силовых линий, пронизывающихэту поверхность.Если поверхность S плоская и расположена вSоднородном электростатическом поле так, чтоEвектор нормали n к поверхностиS составляетуголс вектором E , то потоком вектораnнапряженности электростатического полячерез поверхность S называется величина,равнаяФEРис.