- •Н.И.Ильиных, г.И.Пилипенко, и.В.Вандышева физика
- •210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» по профилям:
- •210400 «Радиотехника» по профилю «Аудиовизуальная техника»
- •230100 «Информатика и вычислительная техника» по профилям:
- •Содержание
- •Пояснительная записка
- •Самостоятельная работа студентов
- •Рекомендации по оформлению самостоятельной работы
- •Содержание программного матерИала
- •Самостоятельная работа № 1 «Механика и основы специальной теории относительности»
- •Вопросы к коллоквиуму:
- •Варианты заданий
- •Самостоятельная работа № 2 «Молекулярная физика и термодинамика»
- •Вопросы для подготовки:
- •Варианты заданий Вариант 1.
- •Вариант 2.
- •Вариант 3.
- •Вариант 4.
- •Вариант 5.
- •Вариант 6.
- •Вариант 7.
- •Вариант 8.
- •1) Увеличится 2) уменьшится 3) не изменится 4) станет равным 0
- •Вариант 9.
- •Вариант 10.
- •Самостоятельная работа № 3 «Электричество и магнетизм»
- •Вопросы для подготовки:
- •Варианты заданий
- •Самостоятельная работа № 4 «Колебания и волны»
- •Вопросы для подготовки:
- •Варианты заданий
- •Самостоятельная работа № 5 «Волновая и квантовая оптика»
- •Вопросы для подготовки:
- •Варианты заданий.
- •Самостоятельная работа № 6 «Квантовая физика, физика атома»
- •Форма контроля: контрольная работа. Вопросы для подготовки
- •Варианты заданий
- •1) Протоны 2) нейтроны 3) α-частицы 4) электроны
- •Список литературы
- •Приложение 2
- •Приложение 5
- •Приложение 6
Самостоятельная работа № 3 «Электричество и магнетизм»
Цель самостоятельной работы: закрепление теоретических знаний по теме.
Вид самостоятельной работы: работа с конспектом лекций и учебной литературой.
Формы контроля: контрольная работа.
Вопросы для подготовки:
Электростатика.
Электрические заряды и их свойства.
Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона.
Электрическое поле и его характеристики: напряженность электрического поля, силовые линии, потенциал. Связь напряженности с потенциалом.
Принцип суперпозиции электрических полей.
Работа перемещения заряда в электрическом поле.
Циркуляция и поток вектора напряженности электрического поля.
Теорема Гаусса.
Проводники и диэлектрики. Диэлектрическая проницаемость вещества.
Поляризация диэлектриков.
Электроемкость проводника
Конденсаторы. Емкость конденсатора. Соединение конденсаторов.
Энергия электростатического поля.
Законы постоянного электрического тока.
Электрический ток. Сила и плотность тока.
Сопротивление проводников и его температурная зависимость.
Закон Ома для однородного и неоднородного участка цепи.
Э.д.с. Закон Ома для замкнутой цепи.
Законы Кирхгофа.
Работа и мощность тока. Закон Джоуля - Ленца.
Электромагнетизм.
Магнитное поле. Индукция МП. Напряженность МП. Силовые линии МП.
Закон Био - Савара - Лапласа.
Принцип суперпозиции/
Магнитный поток. Теорема Гаусса для магнитных полей.
Теорема о циркуляции вектора магнитной индукции.
Действие магнитного поля на проводник с током. Сила Ампера.
Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца.
Магнитный момент контура с током.
Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле.
Классификация магнетиков и их основные характеристики (парамагнетики, диамагнетики, ферромагнетики).
Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея. Правило Ленца.
Явление самоиндукции. Индуктивность. Взаимная индукция.
Энергия магнитного поля.
Основы теории Максвелла.
Уравнения Максвелла в интегральной форме, их физический смысл.
Варианты заданий
Вариант 1.
-
а) Какая сила называется силой Лоренца? Запишите формулу для модуля силы Лоренца. Как определяется направление силы Лоренца?
б) Выведите формулу для радиуса R окружности, по которой движется заряженная частица в однородном магнитном поле.
в) Рассчитайте, как и во сколько раз изменится радиус R окружности, по которой движется заряженная частица в однородном магнитном поле, если при неизменной кинетической энергии частицы модуль силы Лоренца, действующей на нее, увеличится в два раза.
2. Ток в катушке индуктивностью L = 10 мГн равномерно увеличивают на I = 0.1 A за время t = 1 с. Определить среднее значение э.д.с. самоиндукции, возникающей в катушке.
3. Двум одинаковым шарикам, подвешенным на нитях равной длины так, что они соприкасаются друг с другом, сообщили (обоим вместе) заряд q = 200 нКл. После этого шарики разошлись настолько, что угол между ними стал равен α = 60. Определить массу каждого из шариков, если длина нити равна l = 0.2 м. Радиусы шариков считать очень малыми по сравнению с расстояниями между ними.
Вариант 2.
1. а) Что называется напряженностью электрического поля? Какова единица напряженности электрического поля в СИ? Напишите формулы для напряженности электростатического поля точечного заряда, шара, плоскости.
б) Что такое линии напряженности электростатического поля? Перечислите их свойства.
в) Рассмотрите утверждение, что линии напряженности электростатического поля – это траектории, по которым будет двигаться положительный электрический заряд, помещенный в это поле. В каких случаях это верно, а в каких – нет?
2. Протон, ускоренный из состояния покоя разностью потенциалов U = 600 В, влетает в электрическое и магнитное поля, линии которых перпендикулярны друг другу. Направление движения протона перпендикулярно линиям обоих полей. Индукция магнитного поля В = 5 мТл. Определите напряженность электрического поля, если протон движется прямолинейно.
3. Общее сопротивление двух последовательно соединенных проводников 50 Ом, а при их параллельном соединении – 12 Ом. Определите сопротивление каждого проводника.
Вариант3.
-
а) Сформулируйте определение потока вектора магнитной индукции, запишите формулу. В каких единицах измеряется поток вектора магнитной индукции?
б) Когда Ф>0, Ф<0? В каких единицах измеряется магнитный поток?
в) Виток, помещенный в однородное магнитное поле, поворачивается вокруг одного из его диаметров на угол = 360. Найдите приращение Ф магнитного потока через поверхность, ограниченную витком.
-
Найти величину индукции магнитного поля в т.О, если бесконечно длинный проводник с током I = 50 A изогнут так, как показано на рисунке 2. Радиус изгиба закругленной части R = 50 см.
3. Вольтметр, включенный в сеть последовательно с сопротивлением R1, показал напряжение U1 = 198 В, а при включении последовательно с сопротивлением R2 = 2R1 показал U2 = 180 В. Определить сопротивление R1 и напряжение в сети, если сопротивление вольтметра r = 900 Ом
Вариант 4.
1. а) Что такое электрический конденсатор и для чего он предназначен?
б) Что такое электроемкость конденсатора и от чего она зависит? Единицы измерения электроемкости.
в) Запишите формулу для электроемкости плоского конденсатора. Как изменится емкость конденсатора, если все его размеры увеличит в 2 раза?
2. Найти величину индукции магнитного поля в т.О, если бесконечно длинный проводник с током изогнут так, как показано на рисунке. Сила тока в проводнике I = 20 А, радиус изгиба закругленной части R = 20 см.
3. Два заряда в вакууме взаимодействуют с такой же силой, на расстоянии r1 = 27 см, как в воде на расстоянии r2 = 3.0 см. Определите диэлектрическую проницаемость воды .
Вариант 5.
-
а) Что называется силой Ампера? Сформулируйте закон Ампера и запишите его математическое выражение, поясните в нем все обозначения.
б) Сформулируйте правило, по которому определяется направление силы Ампера. Проиллюстрируйте его применение рисунком.
в) В однородном магнитном поле в плоскости, перпендикулярной его линиям, расположен прямолинейны проводник с током. Проводник сгибают посередине до угла в 60 в плоскости, перпендикулярной линиям индукции.
Найдите отношение FA1/FA2, где FA1 - модуль силы Ампера, действующей на прямой проводник, FA2 - то же на согнутый проводник.
-
Определите индукцию магнитного поля в центре квадратной проволочной рамки со стороной a = 15 см, если по рамке течет ток I = 5 А.
3. После включения внешней цепи разность потенциалов на зажимах батареи оказалась равной 12 В. Чему равно внутреннее сопротивление батареи, если ЭДС батареи равна 24 В, а сопротивление внешней цепи 6 Ом?
Вариант 6.
-
а) Дайте определение электрического заряда. Перечислите его фундаментальные свойства.
б) Если потереть бумагой баллон неоновой лампочки, то в темноте можно заметить, что она короткое время светится. Как объяснить это явление?
в) Два одинаковых металлических шарика зарядили так, что заряд одного из них в n = 3 раза больше другого. Шарики привели в соприкосновение и раздвинули на прежнее расстояние. Во сколько раз (по модулю) изменится сила их взаимодействия, если заряды одноименны?
2. Электрон движется в вакууме в однородном магнитном поле с индукцией, равной 5 мТл; его скорость равна 1.0104 км/с и направлена перпендикулярно к линиям магнитной индукции. Определите силу, действующую на электрон, и радиус окружности, по которой он движется.
3. Вольтметр, соединенный последовательно с сопротивлением R1 = 10 кОм, при включении в сеть с напряжением U0 = 220 В, показывает напряжение U1 = 70 В, а соединенный последовательно с сопротивлением R2, показывает напряжение U2 = 20 В. Найдите сопротивление R2. Внутренним сопротивлением источника пренебречь.
Вариант 7.
1. а) В чем состоит явление электромагнитной индукции? Запишите основной закон электромагнитной индукции.
б) Как определяется направление индукционного тока и э.д.с. индукции? Возникает ли индукционный ток в проводящей рамке, поступательно движущейся в однородном магнитном поле?
в) В контуре проводника магнитный поток изменился за 0.3 с на 0.06 Вб. Какова скорость изменения магнитного потока? Чему равна э.д.с. индукции в контуре? При каком условии эд.с. индукции будет постоянной?
2. Электрон движется в вакууме в однородном магнитном поле с индукцией, равной 5 мТл; его скорость равна 1.0104 км/с и направлена перпендикулярно к линиям магнитной индукции. Определите силу, действующую на электрон, и радиус окружности, по которой он движется.
3. С какой силой взаимодействуют пластины плоского конденсатора площадью S = 200 см2, если разность потенциалов между ними U = 400 В, а расстояние d = 0.4 см?
Вариант 8.
-
а) Запишите закон Био-Савара-Лапласа, поясните все обозначения.
б) В чем заключается принцип суперпозиции магнитных полей?
в) По контуру в форме кольца радиусом 10 см течет ток силой 5А. Определите индукцию и напряженность магнитного поля в центре кольца.
2. Заряженная частица прошла ускоряющую разность потенциалов U = 104 В и влетела в скрещенные под прямым углом электрическое и магнитное поля. Напряженность электрического поля равна Е = 100 В/см, а магнитная индукция В = 0.1 Тл. Найти удельный заряд q/m частицы, если, двигаясь перпендикулярно обоим полям, она не испытывает отклонений от прямолинейной траектории.
3. Два маленьких металлических шарика массой по 10 мг каждый, имеющие заряды, подвешены в одной точке на нитях длиной 20см. Каждая нить образует угол 15 с вертикалью. Каково значение заряда каждого из шариков?
Вариант 9.
-
а) Что такое поток вектора напряженности электростатического поля?
б) Сформулируйте теорему Гаусса для электростатического поля. Запишите теорему Гаусса в интегральной форме и поясните физический смысл.
в) Внутри сферической поверхности находится положительный точечный заряд q. Как изменится поток вектора напряженности электростатического поля через эту поверхность, если: а) изменить радиус сферы; б) изменить величину заряда; в) снаружи поместить еще один заряд?
2. Вокруг точечного заряда 5 нКл под действием электрической силы равномерно движется по окружности маленький отрицательно заряженный шарик. Определите, чему равно по модулю отношение заряда шарика к его массе, если радиус окружности 30 см, а угловая скорость вращения 5 рад/с? Считать, что другие силы на шарик не действуют.
3. При изменении магнитного потока через поверхность, охватываемую контуром с сопротивлением 6 Ом, через поперечное сечение контура прошел заряд 2 мКл. Определите модуль изменения магнитного потока.
Вариант 10.
1. а) что называется электрическим током? Какие условия необходимы для существования электрического тока?
б) Что такое сила тока и плотность тока? Какова связь между силой тока и плотностью тока?
в) Известно, что при протекании тока скорость направленного движения электронов в металле имеет порядок 10-4 м/с или менее. Почему же время, проходящее от момента замыкания цепи до вспыхивания лампы, очень мало и практически не зависит от длины проводов, подводящих ток к лампе?
2. Плоский воздушный конденсатор зарядили до некоторой разности потенциалов. Затем конденсатор, не отключая его от источника напряжения, заполнили диэлектриком. Определите диэлектрическую проницаемость диэлектрика, если отношение заряда воздушного конденсатора к заряду конденсатора с диэлектриком равно 0.25.
3. Заряженная частица влетела в однородное магнитное поле с индукцией 0.1 Тл перпендикулярно линиям индукции и стала двигаться по дуге окружности, совершив половину оборота за 30 нс. Какова масса частицы, если ее заряд равен 3е (е – элементарный заряд)?