МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ

УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ З КУРСУ ФІЗИКИ

ЧАСТИНА 2

Харків 2011

Методичні вказівки до практичних занять з фізики (частина 2) для студентів усіх спеціальностей і форм навчання/ Упоряд.: Стороженко В.О., Коваленко О.М., Марченко С.Ф., Кібець І.М., Орел Р.П., Малик С.Б. – Харків: ХНУРЕ, 2011. – 134 с.

Упорядники: В.О. Стороженко,

О.М. Коваленко,

С.Ф. Марченко,

І.М. Кібець,

Р.П. Орел,

С.Б. Малик

ЗМІСТ

Загальні положення 4

1 Магнітне поле постійного струму 4

2 Електромагнітна індукція. Система рівнянь Максвелла 19

3 Електромагнітні коливання і хвилі 31

4 Хвильова оптика 44

5 Рівноважне теплове випромінювання 61

6 Квантові властивості випромінювання 69

7 Теорія Бора атома водню. Постулати Бора 78

8 Хвилі де Бройля. Співвідношення невизначеностей Гейзенберга 84

9 Хвильова функція. Рівняння Шредінгера 93

10 Атом водню з точки зору квантової механіки. Принцип Паулі. електронні шари складних атомів 105

11 Рентгенівське випромінювання. Магнітні властивості атомів 113

12 Будова атомних ядер. Ядерні реакції. Радіоактивність 124

Рекомендована література 136

Загальні положення

Вміння розв’язувати задачі – один з основних критеріїв засвоєння курсу фізики. Вміння розв’язувати задачі свідчить про здібність студента аналізувати фізичні процеси та явища, про розуміння основних фізичних ідей, вміння знаходити зв’язок між окремими явищами.

Мета запропонованих методичних вказівок – допомогти студентам при підготовці до практичних занять з фізики.

Дані методичні вказівки є заключною другою частиною методичних вказівок до практичних занять з курсу загальної фізики і включає 12 тем, що відповідають робочій програмі курсу фізики.

Методичний матеріал до кожного практичного заняття включає стислі теоретичні відомості з теми заняття (основні закони та формули). Для кожної теми наведені контрольні запитання та завдання, які можна використовувати для самоперевірки та експрес-контрольних на заняттях.

Методичні вказівки містять типові задачі з кожної теми та приклади їх розв’язування, а також задачі, які рекомендовані для самостійної роботи студентів.

1 Магнітне поле постійного струму

1. Мета заняття

Користуючись основними законами магнетизму, навчитися розв’язувати задачі з розрахунку кількісних характеристик магнітного поля, дії магнітного поля на струми та заряджені частинки.

1.2 Методичні вказівки з організації самостійної роботи студентів

При підготовці до заняття необхідно вивчити теоретичний матеріал, що наведений у конспекті лекцій та підручнику [1, розд.5; 3, §39 – 50, 72-76; 5, розд. 5.1]. Звернути увагу на смисл та межі застосування основних законів і формул цього розділу.

1.3 Основні закони і формули

1. Закон Біо-Савара-Лапласа

,

де – магнітна індукція поля, яке створюється елементом провідника довжиноюзі струмом;– магнітна стала;– магнітна проникність (у вакуумі=1);– вектор, який дорівнює по модулюпровідника і який збігається за напрямком зі струмом;– радіус-вектор, який проведений від середини елемента провідника до точки, у якій визначається магнітна індукція;– сила струму.

Модуль вектора

,

де – кут між векторамиі.

2. Зв’язок магнітної індукції з напруженістюмагнітного поля

.

У вакуумі (=1)

.

3. Магнітна індукція в центрі колового провідника зі струмом

,

де – радіус колового витка.

4. Магнітна індукція в будь-якій точці на осі колового струму

,

де – відстань від центра витка до точки, в якій визначається магнітна індукція.

5. Магнітна індукція поля, що створюється нескінченно довгим прямим провідником зі струмом

,

де – відстань від осі провідника.

6. Магнітна індукція поля, що створюється відрізком провідника

,

де позначення ,,,зрозумілі з рис. 1.1 (векторнапрямлений перпендикулярно площині рисунку).

Рисунок 1.1

При симетричному розташуванні кінців провідника відносно точки, у якій визначається магнітна індукція (рис. 1.1, б)

.

Отже,

,

7. Магнітна індукція поля всередині соленоїда

,

де – кількість витків соленоїда;– довжина соленоїда;– сила струму в одному витку,– щільність намотки, тобто кількість витків, що приходяться на одиницю довжини соленоїда.

8. Принцип суперпозиції магнітних полів

,

де – вектор магнітної індукції поля, яке породжується декількома рухомими зарядами (струмами);– вектор магнітної індукції поля, яке породжується окремим рухомим зарядом (струмом).

У випадку накладання двох полів

,

а модуль вектора магнітної індукції

,

де – кут між векторами.

9. Закон Ампера. Сила, що діє на провідник зі струмом у магнітному полі

,

де – сила струму,– вектор, який за модулем дорівнює довжиніпровідника і за напрямком збігається з напрямком струму;– магнітна індукція поля.

Модуль вектора сили

,

де – кут між векторамиі.

Сила, що діє на елемент провідника зі струмомв магнітному полі

,

або за модулем

,

де – кут міжі.

10. Сила взаємодії двох прямих паралельних провідників зі стумами та:

,

де – довжина провідників,– відстань між ними.

11. Магнітний момент плоского контуру зі струмом

,

де – сила струму в плоскому контурі,– площа контуру,– одиничний вектор позитивної нормалі до контуру.

12. Механічний момент, який діє на рамку зі струмом з боку магнітного поля:

,

,

де – кут між векторамиі.

13. Сила Лоренца

,

або за модулем

,

де – швидкість зарядженої частинки,– заряд частинки,– кут між векторамиі.

Якщо частинка знаходиться одночасно в електричному і магнітному полях, то сила, що діє на частинку, має вигляд

,

де – напруженість електричного поля.

14. Теорема про циркуляцію вектора (закон повного струму для магнітного поля у вакуумі)

,

де – число провідників зі струмом, які охоплені контуромдовільної форми.

15. Потік вектора магнітної індукції (магнітний потік) крізь площину

,

де – проекція векторана напрямок нормалі до площини(– кут між векторамиі),– вектор, модуль якого дорівнює, а напрямок збігається з напрямком нормалідо площини.

Магнітний потік крізь довільну поверхню

.

16. Повний потік (потокозчеплення)

,

де – кількість витків соленоїда або тороїда з рівномірним намотуванням, які щільно прилягають один до одного.

17. Робота з переміщення провідника зі струмом у магнітному полі

.

18. Робота з переміщення контуру зі струмом

,

де – потік, який пронизує контур у початковому положенні,– у кінцевому.