Алматинский институт энергетики и связи

 

 

 

Кафедра физики

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ФИЗИКА 1

Методическое руководство по освоению курса

 

(для студентов очной формы обучения теплоэнергетических специальностей )

 

 

 

 

 

 

Алматы 2006

 

 

 

СОСТАВИТЕЛИ: Л.Х. Мажитова, Л.В. Завадская, А.И. Кенжебекова.  Физика 1. Методическое руководство по освоению курса (для студентов очной формы обучения теплоэнергетических специальностей). – Алматы: АИЭС, 2006. –  42 с.

 

 

 

          Методическое руководство включает содержание лекций, практических   занятий, самостоятельной работы студентов, РГР, график текущего и рубежного контроля, вопросы для подготовки к экзаменам.

 

          Ил.33, табл.6, библиограф. – 14 назв.

 

 

 

 

 

 

         

 

 

 

Рецензент: канд.физ.-мат.наук, доцент Т.Д. Дауменов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          Печатается по плану издания Алматинского института энергетики и связи на 2006 год

 

 

 

 

 

Ó Алматинский институт энергетики и связи, 2006 г.

 

 

Введение

 

        Изучение курса физики создаёт фундаментальную базу инженерно – технических знаний, умений и навыков выпускников высшей технической школы, формирует их научное мировоззрение.

          Основными целями курса являются:

а) формирование у студентов умений и навыков использования фундаментальных законов, теорий классической физики, а также методов физического исследования как основы системы профессиональной деятельности;

б) формирование у студентов творческого мышления и научного мировоззрения, навыков самостоятельной познавательной деятельности, умения моделировать физические ситуации.

        В курсе «Физика 1» изучаются разделы классической физики: «Механика», «Статистическая физика и термодинамика», «Электродинамика».

        Приобретённые при изучении физики знания и умения составляют ту основу, которая необходима при изучении технических дисциплин: «Теоретическая механика», «Прикладная механика», «Техническая гидродинамика», «Гидравлика», «Теплотехнические измерения», «Теоретические основы электротехники» и другие.

        Весь курс «Физика 1» состоит из четырех модулей, по каждому из которых студенты выполняют расчетно – графическое задание (РГР) по трем уровням сложности (А, В и С – по выбору). Номер варианта выбирается студентом и утверждается преподавателем, ведущим практическое занятие.

В данном руководстве представлены темы лекций, самостоятельных работ студентов (СРС), планы практических занятий, в которые включены темы занятий, вопросы для подготовки к ним и номера типовых задач по теме, варианты РГР, график учебного процесса и вопросы для подготовки к экзамену.

        Сроки сдачи и защиты РГР, коллоквиумов, выполнения контрольных работ приведены в графике учебного процесса.

 

Требования к оформлению и содержанию самостоятельных работ

 

        Каждая РГР выполняется в отдельной тетради, на обложке которой должны быть указаны: дисциплина, номер работы, вариант, кем выполнена, кто её проверил, дата сдачи на проверку. Работа должна быть выполнена аккуратно, рисунки – карандашом при помощи линейки.

        Условие задачи переписывается полностью, затем оно должно быть записано с помощью общепринятых символических обозначений в краткой форме под заглавием «Дано». Числовые значения должны быть переведены в единицы СИ. Решение каждой задачи необходимо сопровождать краткими пояснениями, раскрывающими смысл используемых обозначений, где это возможно, дать схематически чертеж, поясняющий решение задачи. Необходимо указать, какие физические законы лежат в основе данной задачи, решить ее в общем виде (в буквенных обозначениях), после чего подставить числовые данные и произвести вычисления, указать единицу искомой физической величины. При вычислениях рекомендуется пользоваться правилами приближенных вычислений и грамотно записывать ответ.

         

 

 


Таблица 1

Модуль 1

Физические основы механики

УЭ

 № и содержание лекции

Содержание СРС

Планы практических занятий

1

2

3

4

УЭ-1 Кинематика и динамика

материальной точки и твердого тела

 

1 Введение. Кинематика и динамика материальной точки и твердого тела. Механическое движение как простейшая форма движения материи. Пространство и время. Система отсчета. Понятия материальной точки и абсолютно твердого тела. Момент импульса. Момент силы и момент инерции твердого тела. Уравнение динамики вращательного движения твердого тела относительно неподвижной оси. Аналогия между описанием вращательного и поступательного движений. Описание движения в неинерциальных системах отсчета.

 

 

 

1 Кинематическое описание движения материальной точки и твердого тела. Законы движения. Основная задача кинематики и методы ее решения.

2 Инерциальные системы отсчета. Законы Ньютона. Масса, импульс, сила. Силы в механике. Система материальных точек. Внешние и внутренние силы. Центр масс механической системы и закон его движения.

 

Занятие № 1. Кинематическое описание движения.

1 Кинематические характеристики движения материальной точки.

2 Основная задача кинематики.

3 Поступательное и вращательное движения твердого тела.

//10 1-10,1-28,1-53,1-55 //

Занятие № 2. Основная задача динамики.

1 Законы динамики поступательного и вращательного движения.

2 Момент силы.

3 Момент инерции. Вычисление моментов инерции. Теорема Штейнера.

//10 2-5,3-6,3-22,3-26 //

 

 

 

 

 

 

 

Продолжение таблицы 1

1

2

3

4

УЭ-2 Энергия и работа

 

2 Энергия как универсальная мера различных форм движения и взаимодействия. Работа силы и ее выражение через криволинейный интеграл. Мощность. Кинетическая энергия механической системы и ее связь с работой  внешних и внутренних сил, приложенных к системе. Потенциальная энергия материальной точки во внешнем силовом поле и ее связь с силой, действующей на материальную точку. Консервативные и неконсервативные силы. Движение в центральном поле сил.

3 Законы сохранения. Законы сохранения как следствие симметрии пространства и времени. Закон сохранения импульса. Закон сохранения момента импульса. Закон сохранения энергии в механике.

3 Соударение двух тел. Упругий и неупругий удары.

 

Занятие № 3. Импульс, момент импульса. Механическая энергия и работа.

1 Импульс. Момент импульса.

2 Работа силы. Мощность.

3 Кинетическая энергия поступательного и вращательного движения.

4 Потенциальная энергия и ее связь с силой.

// 10,2-12,2-61,3-50,4-57 //

Занятие № 4. Законы сохранения в механике.

1 Закон сохранения импульса и его применение к решению задач о столкновении тел.

2 Закон сохранения момента импульса.

3 Полная механическая энергия. Закон сохранения энергии в механике.

4 Границы применимости законов сохранения.

5 Абсолютно упругий и неупругий удары.

// 10, 2-40,2-77,3-31,3-56 //

УЭ-3 Элементы СТО

 

4 Принцип относительности в механике. Механический принцип относительности. Преобразования Галилея. Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца. Инварианты преобразований. Элементы релятивистской динамики. Релятивистское преобразование импульса и энергии. Описание движения в неинерциальных системах отсчета.

 

 

 

Продолжение таблицы 1

Модуль 2

Статистическая физика и термодинамика

1

2

3

4

УЭ-1 Статистические

распределения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Статистические распределения. Статистический и термодинамический методы исследования. Вероятность и флуктуации. Распределение Максвелла. Скорости теплового движения частиц. Распределение Больцмана для частиц во внешнем потенциальном поле. Число степеней свободы. Распределение энергии по степеням свободы. Внутренняя энергия идеального газа. Молекулярно-кинетическая теория теплоемкости идеальных газов и ее ограниченность.

4 Основы молекулярно-кинетической теории. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории. Средняя кинетическая энергия молекул идеального газа. Термодинамические параметры. Равновесные состояния и процессы, их изображения на термодинамических диаграммах. Уравнение состояния идеального газа. Изопроцессы.

Занятие № 5. Статистические распределения.

1 Физический смысл функции распределения для системы частиц.

2 Распределения Максвелла и Больцмана.

3 Средняя кинетическая энергия частиц.

4 Распределение энергии по степеням свободы  молекул. Внутренняя энергия идеального газа с точки зрения МКТ.

// 10, 9-21,9-29,10-10,10-17,10-43 //

УЭ-2 Основы термодинамики

6 Основы термодинамики. Теплота и работа как изменение энергии. Обратимые и необратимые тепловые процессы. Цикл Карно и его КПД. Теорема Карно. Приведенная теплота. Энтропия. Термодинамические потенциалы.

7 Второе начало термодинамики и его физический смысл. Статистическое толкование второго начала термодинамики. Связь энтропии с вероятностью состояния. Теорема Клаузиуса. Энтропия открытой нелинейной системы. Самоорганизующиеся системы.

5 Первое начало термодинамики и его применение к изопроцессам идеального газа. Теплоёмкости идеального газа. Вычисление работы, совершаемой идеальным газом в различных термодинамических процессах.

Занятие № 6. Первое и второе начала термодинамики.

1 Теплота и работа как мера изменения энергии. Теплоемкость.

2 Применение первого начала термодинамики к изопроцессам идеального газа.

3 Второе начало термодинамики.

// 10, 11-17,11-22,11-43 //

Продолжение таблицы 1


1

2

3

4

УЭ-3 Явления переноса

УЭ-1 Статистические

распределения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8 Явления переноса. Общая характеристика явлений переноса. Среднее число столкновений и средняя длина свободного пробега. Время релаксации. Явления переноса в неравновесных термодинамических системах. Молекулярно-кинетическая теория явлений переноса: теплопроводности, вязкого трения, диффузии. Коэффициенты переноса.

 

Занятие № 7. Энтропия. Цикл Карно. КПД теплового двигателя.

1 Понятие энтропии. Вычисление энтропии.

2 КПД теплового двигателя.

3 Цикл Карно. T-S – диаграмма.

4 Термодинамические потенциалы.

Занятие № 8. Контрольная работа № 1.

 

Модуль 3

Электростатика. Постоянный ток

1

2

3

4

УЭ-1 Электростатическое

поле в вакууме

 

9 Электростатика. Электрический заряд. Электрическое поле, его характеристики и связь между ними. Основная задача электростатики. Поток вектора. Теорема Гаусса. Применение теоремы Гаусса к расчету напряженностей электрических полей. Работа по перемещению заряда в электрическом поле. Циркуляция электрического поля. Потенциал, связь потенциала с напряженностью электростатического поля.

 

6 Взаимодействие электрических зарядов. Закон сохранения электрического заряда. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции. Электрический диполь, поле диполя.

Занятие № 9.  Электростатическое поле.

1 Принцип суперпозиции.

2 Напряженность и потенциал электростатического поля.

3 Работа перемещения электрического заряда в поле.

// 10,13-21,14-7,14-40,15-14,15-45 //

 

 

 

Продолжение таблицы 1

1

2

3

4

УЭ-2 Электростатическое поле в веществе

10 Диэлектрики в электростатическом поле. Поляризационные заряды. Поляризованность. Типы диэлектриков. Диэлектрическая восприимчивость вещества и ее зависимость от температуры. Электрическое смещение. Основные теоремы электростатики как отражение свойств электростатического поля.

7 Диполь в электрическом поле.

8 Проводники в электростатическом поле. Электрическое поле в проводнике и вблизи его поверхности. Граничные условия на границе проводник – вакуум.

9 Электроемкость. Конденсаторы. Емкость конденсаторов различной геометрической формы.

Занятие № 10. Теорема Гаусса и её применение для расчета электростатических полей в вакууме и диэлектриках.

1 Диэлектрики. Поляризация диэлектриков.

2 Теорема Гаусса и ее применение для расчета электрических полей. Электрическое смещение.

3 Условия на границе двух диэлектрических сред.

// 10, 14-28,14-50,15-34 //

УЭ-3 Энергия электрического поля. Постоянный ток

 

11 Энергия взаимодействия электрических зарядов. Энергия заряженного конденсатора и системы проводников. Энергия электростатического поля. Объемная плотность энергии электростатического поля.

    Постоянный электрический ток. Общие характеристики и условия существования электрического тока. Стационарное электрическое поле. Уравнение непрерывности, стационарности электрического поля. Классическая электронная теория электропроводности металлов. Законы Ома и Джоуля - Ленца в дифференциальной форме.

10 Сторонние силы. ЭДС гальванического элемента. Обобщенный закон Ома для неоднородного участка цепи. Электрические токи в газе и в плазме.

Занятие № 11. Энергия электростатического поля. Электрический ток. Законы постоянного тока.

1 Энергия и плотность энергии электрического поля.

2 Характеристики и условия существования постоянного электрического тока.

3 Обобщенный закон Ома. Понятия ЭДС, разности потенциалов, напряжения.

4 Законы Ома и Джоуля-Ленца в дифференциальной форме.

// 10, 18-11,18-18,19-17,20-3,20-5 //

 

Окончание таблицы 1

Модуль 4

Магнетизм

1

2

3

4

УЭ-1 Магнитное поле в вакууме

 

12 Магнитное поле. Вектор магнитной индукции. Принцип суперпозиции. Закон Био-Савара-Лапласа. Расчеты магнитных полей простейших систем. Эффект Холла. Магнитный поток. Теорема Гаусса  для магнитного поля. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле.

 

11 Магнитный момент контура с током. Действие магнитного поля на токи и заряженные частицы. Сила Ампера. Сила Лоренца. Вращающий момент. Движение заряженной частицы в магнитном и электрическом полях.

Занятие № 12. Магнитное поле в вакууме.

1 Магнитная индукция. Принцип суперпозиции.

2 Закон Био-Савара-Лапласа и его применение к расчету магнитных полей токов.

3  Действие магнитного поля на токи и заряженные частицы.

4 Магнитный поток.

5 Теорема Гаусса и теорема циркуляции (закон полного тока) для магнитного поля в вакууме и веществе.

// 10, 21-30,21-34,22-9,23-10, 24-4,24-9,51-68 //

УЭ-2 Магнитное поле в веществе

 

 

13 Магнитное поле в веществе. Магнетики. Виды магнетиков. Диамагнетики. Парамагнетики. Ферромагнетики. Магнитный гистерезис. Закон полного тока для магнитного поля в веществе. Основные теоремы магнитостатики как отражение свойств магнитного поля.

 

Занятие № 13. Контрольная работа № 2.

 

 

 

 

 

Таблица 2 -   График текущего и рубежного контроля

 

«ФИЗИКА 1» для теплоэнергетического направления – бакалавриат

 

Недели

 

 

31.01-13.02

 

14.02-27.02

 

28.02-12.03

 

14.03-26.03

 

28.03-02.04

 

11.04-23.04

 

25.04-07.05

 

09.05-21.05

 

23.05-28.05

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

РГР

Выдача заданий №1-№4

 

 

 

Прием РГР

№1

Защита РГР

№1

 

 

Прием РГР

№2

Защита РГР

№2

 

Прием РГР

№3

Защита РГР№3

 

 

Прием РГР

№4

Защита РГР№4

СРС, УЭ:

 

1.1

1.2

1.3

 

 

2.1

2.2

 

3.1

3.3,3.4

 

4.1

4.2

 

 

 

Коллоквиум

 

 

 

 

 

 

 

М 1

 

 

М 2

 

 

М 3

 

 

М 4

К.Р.

 

 

 

 

 

 

№ 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№ 2

 

 


Таблица 3 - РГР № 1, М 1

 

Уровень

Вариант

Волькенштейн В.С. «Сборник задач по общему курсу физики».-М., 1990

Чертов А.Г., Воробьёв А.А.  «Задачник по физике».-М., 1981

Задания к практическим занятиям. Физика./Под ред. Ж.П. Лагутиной./.-М., 1989

Приложение А

А

1

1.51,2.30,3.7, 3.20, 2.58(б)

 

 

А.14,А.30

 

2

1.45,2.8,3.12, 2.124,2.58(а)

 

 

А.22,А.32

 

3

3.11,3.22,2.57

 

3.36,6.1

А.23,А.35

 

4

1.46,2.31

3-25,3-49, 2-38

 

А.3,А.13

 

5

 

3-19(2),3-47,2-35(1)

4.45, 6.9

А.1,А.11

 

6

 

1-33,3-26,3-50, 2-35(2)

4.47

А.2,А.12

 

7

 

3-26,3-48,2-39,5-13

5.20

А.4,А.20

 

8

 

3-28,3-4, 2-36,5-12

4.49

А.5, А.15

 

9

 

1-29,2-7,3-9,3-27,4-65

 

А.7,А.31

 

10

1.48,2.33

 

4.22,5.24,6.34

А.6,А.16

 

11

3.6, 2.70

1-27,2-6,3-8

 

А.8,А.38

 

12

3.1,3.4,2.67

1-26,4-64

 

А.9,А.28

 

13

3.42,3.3,2.65

2-4,3-48

 

А.10,А.17

 

14

 

1-15,2-3,3-25,4-10,5-14

 

А.21,А.37

 

15

 

1-10,2-2,2-13,3-19(3),5-11

 

А.18,А.39

 

16

 

1-8,2-1,2-10,3-20(2),2-61

 

А.19,А.29

 

17

1.41,2.60,2.16, 3.21

3-20(1)

 

А.24,А.34

 

18

1.22,2.37,2.125

3-9(1),2-34

 

А.27,А.40

 

19

1.24,2.3,2.38,

3-21,2-35(1)

 

А.26,А.36

 

20

1.25,3.16,2.140, 2.56(в)

3-20(3)

 

А.25,А.33

В

21

 

2-60, 3-33,2-41,5-5

4.21

А.43,А.54

 

22

1.44,17.5

3-34, 2-59,2-75

 

А.45,А.55

 

23

 

3-30(1),2-70,2-74

4.25,6.12

А.41,А.44

 

24

17.7

3-30(2),3-23, 4-9,2-77

 

А.42,А.52

 

25

1.57,2.94, 17.8

3-22,2-76

 

А.46,А.56

 

26

 

3-24,2-78

3.7,4.46,6.15

А.47,А.57

 

27

1.61,3.13

2-80,4-24,5-36

 

А.49,А.59

 

28

 

1-25,2-84,3-30(3),4-26,5-32

 

А.48,А.53

 

29

 

1-24,3-30(1),3-45,2-84,

4-28

 

А.51,А.58

 

30

 

2-18,2-83,3-46,4-34,5-27

 

А.50,А.61

С

31

 

3-11(1)

1.28,4.30,3.9,

5.22,6.33

А.60,А.69

 

32

 

3-11(2),2-69

1.29,4.28, 6.30

А.62,А.64

 

33

 

3-16

1.48,4.29,5.9, 6.46

А.65,А.68

 

34

 

2-90,3-37

1.30,4.26,5.6

А.63,А.67

 

35

 

3-32

3.4,3.37,4.24, 5.7

А.66,А.70

 

 

 

Приложение А

 

А.1 Почему для описания механического движения необходимо прежде всего выбрать систему отсчета. (С.О.). Что представляет собой «система отсчета»? Какие системы отсчета различают в механике?

А.2 Что понимают под кинематическим законом движения материальной точки? Если этот закон задан в явном виде, что мы сможем определить и как?

А.3 Постройте график скорости u(t), соответствующий графику пути s(t):

Можно ли из имеющихся данных определить ускорение тела в разные моменты времени?


А.4 Спутник движется вокруг Земли по эллиптической орбите, направление движения показано стрелкой на рисунке. Указать для точек 1,2,3 направление , действующей на спутник, направление его полного ускорения . Что можно сказать о знаке величины  в этих точках?

А.5 Частица движется по криволинейной траектории. Определить физический смысл следующих выражений:

а) ; б) ; в) ; г) ; д) ; е) ; ж) ; к) , где - скорость частицы; -ускорение частицы.

А.6 Тело брошено с начальной скоростью  под углом a к горизонту. Сопротивление воздуха пренебрежимо мало. а) Нарисовать траекторию тела. Изобразить на рисунке векторы нормального  и тангенциального  ускорений в точках траектории, соответствующих началу движения (сразу после броска), наивысшей точке подъема, концу движения (непосредственно перед падением). Чему равны ,  для этих точек?

А.7 Частица движется равномерно по окружности радиуса R. Пусть - радиус-вектор, определяющий положение частицы относительно центра окружности. Сравните: а) , ,  при t < Т и t = Т; б) какое из выражений  или  отлично от нуля?


А.8 Постройте графики пути S(t) и ускорения a(t), соответствующие графику скорости u(t) на рисунке. Тело движется прямолинейно.

А.9 Как изменяется модуль ускорения точки, если точка М движется равномерно по свертывающейся плоской спирали? Раскручивающейся плоской спирали?

А.10 Точка движется по расширяющейся спирали так, что ее нормальное ускорение остается постоянным. Как изменится при этом линейная и угловая скорости?

А.11 Третий закон Ньютона. Действие и противодействие. В чем состоит субъективный характер их отличия? Какова роль поля во взаимодействии?

А.12 Тело покоится на вершине наклонной плоскости высоты h и длины l. Какой энергией она обладает? На что будет расходоваться эта энергия, если тело станет: а) соскальзывать по плоскости вниз? б) скатываться с плоскости? Ответ обоснуйте.

А.13 Почему работа, совершаемая силами динамического трения, всегда отрицательна? Какие виды сил трения различают в механике?

А.14 Сформулируйте понятие консервативной силы и приведите примеры.

А.15 Сформулируйте понятие неконсервативной силы и приведите примеры.

А.16 Как описывается движение твердого тела в общем виде? Запишите уравнения движения твердого тела.

А.17 Какова логическая связь между тремя законами Ньютона? Нельзя ли рассматривать первый закон как следствие второго?

А.18 Если вы тянете ящик с силой 100 Н, то со стороны деформированного материала ящика на Вас в противоположном направлении будет действовать сила 100 Н. Эти силы компенсируют друг друга? Как здесь что-либо может двигаться?

А.19 Как определяется работа переменной силы на малом и конечном перемещениях? Можно ли на графике F(S) определить работу? Ответ поясните. Покажите, что при движении твердого тела работа внутренних сил равна нулю.

А.20 Может ли абсолютно твердое тело характеризоваться одним постоянным значением момента инерции? Почему? Каков физический смысл момента инерции?

А.21 Водитель нажал тормозную педаль, и автомобиль начал двигаться замедленно. Можно ли сказать, что силами, уменьшающими его скорость, являются силы трения колес о тормозные колодки?

А.22 Как в динамике определяются сила  и масса m? Каковы характерные свойства этих физических величин?

А.23 Каково содержание закона независимости действия сил? Сформулируйте принцип суперпозиции сил.

А.24 Сформулируйте законы Ньютона. Какие утверждения содержат эти законы? Какова их взаимосвязь? Дайте определения понятий «инерция» и «инертность».

А.25 Человек, плывущий против течения реки с сильным течением, не перемещается относительно берега. Совершает ли он какую-либо работу? Если человек перестанет плыть и, удерживаясь на поверхности воды, будет перемещаться только из-за течения реки, будет ли совершаться работа над ним?

А.26 Центростремительная сила. Чем она отличается от других известных Вам сил?                                                                                                                                             Совершает ли центростремительная сила работу? Ответ обоснуйте.

А.27 Когда и почему возникает необходимость рассматривать силы инерции? Приведите примеры.

А.28 Перечислите основные свойства потенциальной и кинетической энергий. В чем различие потенциальной и кинетической энергии?

А.29 Предположим вы сидите на вращающемся табурете, не касаясь пола. Сможете ли вы привести себя и сиденье во вращение, отталкиваясь от обода сиденья? Ответ обоснуйте.

А.30 Теряется ли импульс во время отскока мяча, когда его скорость изменяется 4,4 до 3,5 м/с? Ответ подтвердите расчетами.


А.31 Шар массы m2, имеющий скорость , налетает на покоящийся шар массы m1. Могут ли после соударения скорости шаров  и  иметь направления, показанные на рисунке. В случае положительного ответа, определите условия для угла a.

А.32 Известно, что в некоторой точке траектории потенциальная энергия частицы U=5 Дж. Можно ли этим данным найти силу, действующую на частицу в этой точке?

А.33 Какие поля являются: а) потенциальными? б) непотенциальными? Приведите примеры.

А.34 Отличаются ли определения длины движущихся тел в классической механике и теории относительности?

А.35 В чем состоит парадокс близнецов и каково разрешение этого парадокса?

А.36 Сформулируйте принцип относительности Эйнштейна и сравните его с принципом относительности Галилея.

А.37 Когда говорят о лоренцевом сокращении геометрических размеров тел, что имеют в виду, сокращение длины или сокращение поперечных размеров тел? Ответ обоснуйте.

А.38 Запишите релятивистский закон сложения скоростей и получите из него классический закон сложения скоростей. Приведите примеры.

А.39 В чем заключается физический смысл связи между массой и энергией? Что определяет масса в этом случае?

А.40 Что можно сказать о скорости и ускорении точки, если ее траектория – винтовая линия? Ответ поясните рисунком.

А.41 По желобам АВ и АС, установленным вдоль диаметра и хорды вертикально расположенной окружности, начинают одновременно соскальзывать без начальной скорости грузы массой m. Сравните: а) время движения грузов по желобам АВ и АС; б) скорости тел в конечных точках. Трением пренебречь.

 

А.42 Нормальное ускорение частицы постоянно по модулю. Что можно сказать о форме траектории частицы в случаях, когда проекция тангенциального ускорения на направление движения: а) равна нулю? б) положительная? в) отрицательная?

А.43 Покажите отличия и схожесть гравитационных сил и сил инерции. Приведите примеры проявления сил инерции.

А.44 Зачем в неинерциальных системах отсчета нужно вводить силы инерции и чем они отличаются от обычных сил взаимодействия между телами?

А.45 Сравните модуль силы натяжения нити математического маятника в крайнем положении с модулем силы натяжения нити конического маятника. Длины нитей, массы грузов и углы отклонения маятников одинаковы.

А.46 Движение материальной точки задано уравнениями x=at3, y=bt, где a, b-const. Изменяется ли сила, действующая на точку: а) по модулю; б) по направлению.

А.47 Цилиндр с намотанной на него нитью лежит на двух горизонтальных параллельных брусках. Конец нити пропущен между брусками, и к нему приложена постоянная сила F. Коэффициент трения между цилиндром и брусками k. Будет ли цилиндр перемещаться? В какую сторону? Ответ обоснуйте, записав уравнения динамики.


 


А.48 Волчок вращается вокруг собственной оси в направлении, указанном на рисунке стрелкой. Почему ось волчка прецессирует, если его поставить на острие? В каком направлении происходит прецессия волчка?


А.49 Зависит ли работа, совершаемая над телом, от выбора системы отсчета? Влияет ли это на теорему о связи работы и кинетической энергии?

А.50 Изобразите на рисунке поверхности постоянной потенциальной энергии U, а также силу  и градиент ÑU в некоторой произвольно взятой точке для: а) однородного поля тяжести; б) гравитационного поля точечной массы.

А.51 Определите положения равновесия частицы в потенциальных полях вида: а) ; б) , где а – положительная постоянная. Проиллюстрируйте ответы графиками  функций U(r), Fr(r). Устойчивы ли эти положения равновесия?

А.52 Известно, что в «близких» точках 1 и 2 потенциальная энергия частицы равна соответственно U1=5 Дж, U2=5,1 Дж. Расстояние между точками r=1 см. Можно ли по этим данным найти: а) проекцию силы на направление прямой, соединяющей точки 1 и 2; б) силу , действующую на частицу в окрестности этих точек?

А.53 Консервативна ли сила: а) ? б) ? В случае положительного ответа найти потенциальную энергию U(x,y,z).

А.54 Докажите, что в случае центрального упругого удара два тела обмениваются скоростями, если m1= m2.

А.55 Выведите формулы для скоростей тел после абсолютно упругого удара для случая, когда тело массы m1 налетает со скоростью  на покоящееся тело массы m2. В каком случае налетающее тело: а) продолжит движение в прежнем направлении? б) отскочит обратно? Приведите примеры.

А.56 Выведите формулы для скоростей тел после абсолютно неупругого удара для случая, когда тело массы m1 налетает со скоростью  на покоящееся тело массы m2. Проанализируйте полученные результаты для случаев: а) m1>> m2; б) m1<< m2.

А.57 Каким молотком – легким или тяжелым – легче забивать гвозди? Тяжелее или легче сваи должен быть копёр для забивания свай? Ответы подтвердите расчетами.

А.58 Человеку, стоящему на неподвижной скамье Жуковского, дали в руки вращающееся колесо с вертикально ориентированной осью. Сначала человек держал вращающееся колесо над головой, затем повернул ось колеса на 180°. В каком направлении будет вращаться скамья?

А.59 Какими факторами обуславливается несовпадение направления силы и вызываемого ею ускорения в релятивистской динамике?

А.60 Прыгун отталкиваясь от трамплина, выполняет в воздухе несколько полных оборотов, при этом свертывается клубком, а затем при входе в воду снова выпрямляет тело: а) какую траекторию описывает при этом его центр масс? б) какие законы сохранения выполняются при этом? в) опишите кинематику движения (характер изменения линейной и угловой скорости).

А.61 Почему у рек Северного полушария правый берег подвергается большей эрозии, чем левый?

А.62 Предположим, что спутник на границе атмосферы постепенно теряет энергию из-за сопротивления воздуха. Что происходит со скоростью спутника по мере уменьшения его полной энергии?

А.63 Какие физические величины являются инвариантными? Приведите примеры в классической и релятивистской механиках.

А.64 По кольцу растекается капля жидкости. Как при этом изменяется момент инерции  жидкости относительно оси, перпендикулярной плоскости кольца и проходящей через его центр? Учесть, что r<<R, где r – радиус капли жидкости, R – радиус кольца.

А.65 На горизонтальной плоскости лежит катушка ниток массы m. Ее момент инерции относительно собственной оси I. Радиус намотанного слоя ниток равен r, внешний радиус катушки R. Катушку без скольжения начали тянуть за нить с постоянной силой . Напишите уравнения движения катушки.

А.66 Что представляет собой маятник Максвелла? Как он движется и под действием каких сил? Изобразите маятник на рисунке, запишите уравнения движения.

А.67 На ступенчатый цилиндрический блок с радиусами r и R намотаны в противоположных направлениях две легкие нити, нагруженные массами m1 и m2. Момент инерции блока I. Выведите условие равновесия грузов и блока. Трением в оси пренебречь.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А.68 Шарик катается по круговому вертикальному желобу. Сравните работы при одном обороте шарика по круговой  траектории: а) силы нормальной реакции; б) силы тяжести; в) силы трения.

А.69 Предположим, что вниз по наклонной плоскости скатываются три тела одинаковой массы, имеющие одинаковые радиусы: полый цилиндр, шар и сплошной цилиндр. Какое тело скатится быстрее? Какие из параметров и как следует изменить, чтобы время скатывания всех тел было одинаковым? Ответы обоснуйте.

А.70  Ни одно тело с массой покоя m0, отличной от нуля (m0¹0), не может достигнуть скорости света. Обоснуйте это утверждение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 4 - РГР № 2, М2

Уровень

Вариант

Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике М, 1981 г

Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики  М,1990 г

Физика. Задания к практическим занятиям/ Под редакцией Ж.П. Лагутиной /М, 1989

Приложение Б

А

1

10-1; 11-53

5.33;  5.137;  5.184

9.42

Б.1,  Б.39

2

11-17; 11-54

5.21; 5.93; 5.153

9.43

Б.5,   Б.46

3

10-5; 10-50; 11-18;11-60;

5.53; 5.87

 

Б.4,   Б.43

4

11-19;11-61

5.4; 5.51

8.41; 9.45

Б.6,   Б.54

5

10-4; 11-71

5.5; 5.71; 5.184

9.46

Б.3,   Б.53

6

10-63; 11-62

5.6; 5.81; 5.106

9.45

Б.2,   Б.37

7

10-8;11-23; 11-64

5.84;  5.139

8.2

Б.11, Б.44

8

11-2; 11-24; 11-64

5.8

8.38; 8.48

Б.8,   Б.51

9

9-25; 11-4;11-29

5.9; 5.153

9.33

Б.7,   Б.52

10

10-5; 11-5;11-30

5.196

8.11; 8.41

Б.10, Б.40

11

11-4

 

8.13; 8.36; 8.42; 9.1; 9.42

Б.9,   Б.38

12

 

5.41; 5.152; 5.216

8.37; 9.2; 9.31

Б.14, Б.48

13

8-6; 9-27; 10-63; 11-63

5.163; 5.196

 

Б.12, Б.49

14

8-7;

5.110; 5.165; 5.216; 5.223; 5.203;

 

Б.15, Б.36

15

9-33; 10-51

5.173; 5.224; 5.60

9.33

Б.17, Б.55

16

 

5.65; 5.111; 5.143; 5.225; 5.174

9.34

Б.16, Б.41

17

10-52; 11-34

 

8.21; 9.35; 9.44; 8.36

Б.18, Б.42

18

10-3; 11-39

5.141; 5.227

8.11; 9.36

Б.19, Б.47

19

9-16; 10-66;11-69

5.94; 5.198

9.7

Б.20, Б.45

20

10-67

5.95; 5.165; 5.196; 5.226

8.5

Б.13, Б.50

В

21

11-55; 10-10

5.62; 5.76; 5.147; 5.219

 

Б.21, Б.56

22

11-27; 11-56

5.77; 5.94; 5.155; 5.220

 

Б.22, Б.57

23

10-12; 11-57

5.22; 5.80; 5.127; 5.221

 

Б.23, Б.58

24

10-54; 11-40; 11-58

5.29

8.32; 8.46

Б.24, Б.60

25

8-24; 11-42; 11-59; 10-11;

5.145; 5.228

 

Б.25, Б.59

26

 

5.16; 5.148; 5.166; 5.229

8.28; 9.34

Б.26, Б.61

27

11-67

 

8.11; 8.29; 8.47; 9.16; 9.47

Б.27, Б.63

28

9-19; 10-26; 11-47

5.146; 5.168; 5.230

 

Б.28, Б.62

29

10-36; 11-74

5.62; 5.129; 5.180; 5.203

 

Б.29, Б.64

30

8-18; 1018; 11-73

5.183

9.16; 8.45

Б.30, Б.65

С

31

11-75

5.169

8.9; 8.28; 8.49; 9.48

Б.31, Б.66

32

9-23

5.199

8.39; 8.47; 8.39; 9.49

Б.32, Б.68

33

 

5.204

8.13; 8.40; 8.49; 9.24; 9.50

Б.33, Б.69

34

10-14

5.207; 5.219

8.14; 8.50; 9.26

Б.34, Б.67

35

10-30; 10-75

5.168; 5.214; 5.231

8.10

Б.35, Б.70

Приложение Б

 

Б.1   Зная число Авогадро NА, плотность вещества r и молярную массу М, получите формулы, определяющие массу одной молекулы и число молекул в единице объема.

Б.2    Зная число Авогадро NА, плотность вещества r и молярную массу М, получите формулы, определяющие число молей в единице объема и число молекул в произвольной массе вещества.

Б.3   Какие из величин: а) <uх>; б) <>; в) <u> в газе, находящемся в тепловом равновесии, отличны от нуля? Ответы обоснуйте.

Б.4   Как изменяется средняя арифметическая скорость теплового движения молекул идеального газа при увеличении давления в процессе, для которого р~r?

Б.5   Изменяется ли давление газа, если: а) молекулы газа диссоциируют при постоянной температуре? б) изменяется температура при постоянной концентрации молекул? Ответы обоснуйте.

Б.6   Давление газа р~n<Wпост>. В каком изопроцессе одновременно с возрастанием n увеличивается и <Wпост>? Объясните ответ.

Б.7   Давление газа р~n<Wпост>. В каком изопроцессе одновременно с возрастанием n уменьшается <Wпост>? Объясните ответ.

Б.8   Некоторый газ с неизменной массой переводится из одного равновесного состояния в другое. Изменяется ли в распределении молекул по скоростям: а) положение максимума кривой Максвелла? б) площадь под этой кривой? Если изменяется, то почему?

Б.9   Известны градиент  и теплопроводность l. Напишите выражение для плотности потока теплоты . Объясните его и укажите единицы  и l в СИ.

Б.10        Можно ли вычислить: а) массу молекулы газа по данному значению М? б) концентрацию молекул по данным значениям r и М? в) среднее расстояние между молекулами по данным значениям М, V, m? Ответы обоснуйте.

Б.11        Сосуд, содержащий некоторое количество одноатомного газа движется со скоростью u, затем внезапно останавливается. На сколько увеличится при этом квадрат средней квадратичной скорости молекул? Что такое средняя квадратичная скорость?

Б.12        Принимая молекулу за шарик диаметром 3 × 10-10 м, определите, какая часть объема, занимаемая газом при нормальных условиях, приходится на его молекулы.

Б.13        Объясните, почему порой снять плотно закрытую крышку сосуда бывает проще после прогрева ее под струей горячей воды.

Б.14        Имеется смесь различных идеальных газов с массами m1, m2, m3, … и молярными массами М1, М2, М3, …соответственно. Покажите, что уравнение состояния такой  смеси можно записать в виде , где m – масса смеси. Найдите М и объясните, что определяет М.

Б.15        Докажите, что при нормальных условиях в единице объема содержится одинаковое количество молекул кислорода и водорода, приняв во внимание, что плотности этих газов при этих условиях соответственно равны: r1 = 1,44 кг/м3 и r2 = 0,09 кг/м3. Справедливо ли это утверждение для других газов?

Б.16        При подъеме в атмосфере Земли отношение числа молекул N2 к числу молекул О2 увеличивается. Почему?

Б.17        Микро – и макроскопические параметры. Является ли температура макроскопической или микроскопической переменной?

Б.18        Объясните на качественном уровне, каким образом закон Шарля следует из молекулярно-кинетической теории и соотношения между средней кинетической энергией и абсолютной температурой.

Б.19        Объясните на качественном уровне, каким образом закон Гей-Люссака следует из молекулярно-кинетической теории и соотношения между средней кинетической энергией и абсолютной температурой.

Б.20        Внутренняя энергия. Почему в термодинамике и молекулярной физике при вычислении внутренней энергии можно не учитывать энергию электронных слоев атомов  и ионов, а также энергию взаимодействия нуклонов в ядрах атомов?

Б.21        Начертите и объясните  графики зависимости плотности идеального газа в зависимости от температуры при изотермическом, изобарном и изохорном процессах.

Б.22        Если газ быстро сжать (например, переместив поршень), то его температура повысится. Когда газ под поршнем расширяется, происходит его охлаждение. Объясните эти изменения температуры с точки зрения молекулярно-кинетической теории, обратив внимание на то, что происходит в тот момент, когда молекулы сталкиваются с движущимся поршнем.

Б.23        Не должны ли все предметы, находящиеся при одинаковой температуре, создавать у нас одинаковые ощущение тепла или холода? Вы без малейшего колебания надеваете на себя одежду, имеющую комнатную температуру, примерно 20 °С, но попробуйте сесть раздетым в сухую ванну, которая, казалось бы, должна иметь ту же температуру, и вы почувствуете, как велика тут разница. Почему?

Б.24        Преобразуйте функцию распределения Максвелла, перейдя от переменной u к переменной U=u/uвер, где uвер – наиболее вероятная скорость молекул.

Б.25        Как изменяется динамическая вязкость газа h при увеличении объема в процессах: а) изобарном? б) изотермическом?

Б.26        Как и почему изменяются при изотермическом расширении газа: а) средняя кинетическая энергия молекул? б) средняя длина свободного пробега молекул?

Б.27        Газ находится в закрытом сосуде. Зависят ли и почему от средней скорости теплового движения молекул газа: а) среднее число столкновений молекулы в 1 с с другими молекулами? б) средняя длина свободного пробега молекул?

Б.28        Какая из прямых на рисунке правильно изображает в логарифмическом масштабе зависимость средней квадратичной скорости молекул от температуры? Ответ обоснуйте.

 

 

Б.29            Объясните, как изменяется средняя длина свободного пробега молекул газа: а) при изобарном нагревании; б) при изотермическом увеличении давления. Изменением эффективного сечения молекул пренебречь. Постройте графики зависимости средней длины свободного пробега молекул от температуры <>=<>(Т).

Б.30             Объясните, как изменяются при изохорном нагревании газа: а) среднее время между соударениями молекул; б) средняя длина свободного пробега молекул. Изменением эффективного сечения молекул пренебречь. Постройте графики зависимости средней длины свободного пробега молекул <> и среднего времени между соударениями от температуры.

Б.31             Исходя из распределений Максвелла и Больцмана, объясните, почему на Луне нет атмосферы, а скорость рассеяния атмосферы Земли ничтожно мала.

Б.32             Сосуд разделен пористой перегородкой на две равные части. После того как из обеих частей выкачали воздух, одну из них заполнили водородом (1), а другую – азотом (2). Начальные давления р0 обоих газов одинаковы. Нарисуйте схематически график изменения давления в каждой части сосуда с течением времени.

Б.33             Известно, что установление равновесия происходит в разные сроки. Определите зависимость времени выравнивания плотности при диффузии, используя уравнение Фика и размерности физических величин.

Б.34             Закон Максвелла о распределении молекул идеального газа по скоростям. Кривая распределения скоростей молекул Максвелла асимметрична. Что это означает?

Б.35             Явления переноса, их иногда называют «тройной аналогией»? Запишите уравнение переноса, объединяющее законы Фика, Фурье, Ньютона, и объясните его.

Б.36             Объясните, почему для идеальных газов Срv=R. Каков физический смысл R?

Б.37             Верны ли и почему приведенные соотношения для смеси двух химически нереагирующих идеальных газов: а) р12=р; б) U1+U2=U; в) Cv1+Cv2=Cv.

Б.38             Верна ли и почему формула приращения внутренней энергии идеального газа DU=Cvn(T2-T1) для процессов: а) изохорного; б) изобарного.

Б.39             Для газа дано: р, V, i=5. Что можно вычислить по этим данным: а) полную внутреннюю энергию газа? б) энергию поступательного движения молекул? в) Cv; г) Сp? Ответы поясните.

Б.40             Газ сначала расширился изотермически, затем был сжат адиабатно. Работы расширения и сжатия равны по модулю. Сравните объем газа в начале и конце процесса. Изобразите графики процессов на р-V-диаграмме.

Б.41             Дан неизвестный газ. Можно ли узнать и как, какой это газ, если даны: а) р,V,T,m? б) p,T,r? в) g, Cv? К газу применима классическая теория теплоемкостей.

Б.42             Можно ли вычислить массу молекулы некоторого двухатомного газа, если заданы: а) Cv; б) М; в) Т, uкв. Как это сделать? Молекулы газа считать жесткими.

Б.43             Каков физический смысл газовой постоянной R? Докажите.

Б.44             Почему показатель адиабаты g всегда больше единицы? Докажите.

Б.45             Теплоизолированная система переходит из одного состояния термодинамического равновесия в другое с первоначальным объемом. Возможно ли, чтобы при этом: а) энтропия системы уменьшилась; б) внутренняя энергия уменьшилась; в) система совершила положительную работу. Объясните.

Б.46             Газ расширяется изотермически от объема V1 до объема V2 при: а) Т=Т1; б) Т=Т21>Т2). Сравнить приращения энтропии.

Б.47             Газ расширяется изотермически, затем сжимается адиабатно до начального объема. Как изменилась энтропия газа? Объясните.

Б.48             Цикл Карно. Зависит ли к.п.д. цикла Карно: а) от положения изотерм? б) от положения адиабат? в) от вида рабочего вещества?

Б.49             Раскройте физический смысл понятий работы термодинамической системы и работы над такой системой. Приведите примеры.

Б.50             Первое начало термодинамики иногда несколько вольно формулируют следующим образом: “Невозможно получить что-либо из ничего”, а второе начало-”Невозможно точно восстановить разрушенное”. Объясните, согласуются ли эти вольные формулировки со строгими формулировками первого и второго начал термодинамики?

Б.51             Обсудите и перечислите факторы, которые не позволяют реальным двигателям достигать предельного КПД двигателя Карно.

Б.52             Второй закон термодинамики. Если вы собрали много листов бумаги, разбросанных по всему полу, и сложили их в аккуратную стопку, то нарушили ли вы тем самым второе начало термодинамики? Объясните.

Б.53             Как связаны между собой вероятность состояния системы и необратимость? Приведите примеры.

Б.54             На основе анализа цикла тепловой машины покажите, какую роль играет холодильник и почему без него невозможен отличный от нуля КПД?

Б.55             Один моль газа нагревают в закрытом сосуде. Сравните приращения энтропии, если газ: а) одноатомный; б) двухатомный. Начальные и конечные температуры газа в обоих случаях одинаковы.

Б.56             Второе начало термодинамики. В реальных условиях невозможно избежать ни самопроизвольных расширений, ни трения, ни теплового рассеяния. Каков же общий признак у этих односторонних процессов? Объясните.

Б.57             Приведите примеры естественных (происходящих самопроизвольно) процессов, в которых порядок сменяется беспорядком. Обсудите возможности наблюдения обратных процессов.

Б.58             Имеются два разных газа в цилиндрах, находящихся при одинаковых параметрах состояния. Один газ одноатомный, другой – двухатомный. Сначала они в одинаковой степени расширяются изотермически, а затем адиабатически. Какой из них совершил большую работу при изотермическом расширении? Почему? Какой – при адиабатическом расширении? Почему? Покажите процессы на р, V – диаграмме.

Б.59             Термодинамика учит нас, что энтропия – мера беспорядка в системе – при необратимых процессах всегда увеличивается. А как же рождение и жизнь? Не служит ли появление на Земле человека и его развитие нарушением этого закона, поскольку в ходе этого процесса упорядоченность системы увеличивается? Не опровергается ли второе начало термодинамики всей эволюцией жизни на Земле?

Б.60             Газ переходит из одного и того же начального состояния 1 в одно и то же конечное состояние 2 в результате следующих процессов: а) изотермического; б) изобарного; в) изохорного. Рассмотрев эти процессы графически, покажите: 1) в каком процессе работа расширения максимальна; 2) когда газу сообщается максимальное количество теплоты.

Б.61             В термодинамике утверждают, что энтропия – это мера беспорядка. Почему? Приведите примеры.

Б.62             В газе происходят процессы: а) изохорное нагревание; б) адиабатное сжатие. Начальные температуры равны. Количество теплоты, поглощаемое в случае а, равняется работе над газом в случае б. Сравните конечные температуры.

Б.63             Используя Т-S-диаграмму, докажите, что термический КПД необратимого цикла всегда меньше коэффициента полезного действия цикла Карно.

Б.64             В равновесном процессе в газе, представленном графиком АВС на рисунке, точки А и С лежат на адиабате. Отличны ли от нуля в этом процессе: а) количество поглощенной газом теплоты? б) изменение энтропии?

Б.65           

Газ расширяется обратимо: а) изотермически; б) изобарно; в) адиабатно. Начальные и конечные объемы во всех процессах совпадают. В каких случаях прирост энтропии газа минимален и максимален?

Б.66             Энтропия процесса линейно растет с температурой. Как должна зависеть от температуры теплоемкость этого процесса? Ответ подтвердите как прямым расчетом, так и используя анализ размерностей.

Б.67             Объясните явления переноса, исходя из второго начала термодинамики.

Б.68             Что такое вечный двигатель второго рода? Может ли вечный двигатель второго рода в качестве нагревателя использовать воду океанов и морей, забирая из нее внутреннюю энергию в форме теплоты и непрерывно преобразовывая ее в работу?

Б.69             Что такое вечный двигатель второго рода? Почему невозможно осуществить периодически действующий вечный двигатель, комбинируя изотермическое расширение с адиабатическим процессом сжатия?

Б.70             Газ переходит из состояния 1 в состояние 2 в одном случае изобарно, во втором – через состояние 3. Что можно сказать о приращении энтропии в этих случаях? Ответ докажите прямым расчетом.

 

 

Таблица 5  -  РГР №3, М3

 

Уровень

Вариант

Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике М, 1981 г

Волькенштейн В.С.

Сборник задач по общему курсу физики 

М,1990 г

Физика. Задания к практическим занятиям   / Под редакцией            Ж.П. Лагутиной /М, 1989

Приложение В

А

1

14-8; 15-35; 17-10; 18-3; 19-20

 

 

В.8,   В.23

2

14-10; 15-36; 17-15; 15-55; 19-4

 

 

В.10, В.33

3

14-9; 14-50; 17-16; 15-50; 19-12

 

 

В.16, В.37

4

14-11; 14-51; 17-19; 15-41; 19-13

 

 

В.1,   В.21

5

14-3; 15-37; 17-21; 15-43; 19-19

 

 

В.7,   В.26

6

14-12; 15-38; 18-8; 15-42; 19-25

 

 

В.5,   В.29

7

14-38; 14-30; 17-11; 15-54; 19-31

 

 

В.13, В.36

8

18-8

9.13; 9.96

13.25; 15.1

В.15, В.38

9

 

9.81; 9.96

12.44; 14.11; 15.11

В.14, В.39

10

 

9.25; 9.102

12.38; 14.12; 15.15

В.20, В.34

11

 

9.9; 9.128

12.46; 14.15; 15.12

В.17, В.28

12

 

9.20; 9.123; 9.50

12.1; 15.13

В.18, В.32

13

14-49

9.78; 9.51

13.4; 15.14

В.19, В.27

14

15-39

9.76

13.5; 14.27; 15.35

В.11, В.35

15

17-20

 

12.11; 12.21; 14.28; 15.36

В.12, В.22

16

14-11; 17-22

 

12.12; 12.37; 15.33

В.2, В.30

17

17-23

9.116

13.1; 12.13; 15.6

В.3, В.31

18

15-27; 14-21; 17-8;

9.119

15.9

В.9, В.24

19

13-14; 14-36; 17-9;

9.52; 10.82

 

В.4, В.25

20

13-15; 14-40; 18-8

9.47; 10.85

 

В.6, В.40

В

21

14-7; 14-52; 17-17; 15-61; 19-15

 

 

В.45, В.51

22

14-17; 14-53; 17-18; 15-48; 19-16

 

 

В.42, В.54

23

14-13; 15-40; 17-24; 15-44; 19-17

 

 

В.46, В.52

24

14-118; 15-18; 17-12; 15-45; 19-24

 

 

В.44, В.55

25

25-20; 18-10; 15-47; 19-32

9.19

 

В.50, В.57

26

14-16; 18-7; 13-33

9.32

13.31

В.49, В.53

27

14-46; 15-57; 19-34

9.34

13.32

В.41, В.56

28

14-54

9.29

12.40; 14.20; 15.9

В.47, В.58

29

 

9.90

11.32; 12.23; 14.22; 15.17

В.48, В.60

30

 

 

11.45; 12.9; 13.31; 14.25; 15.18;

В.43, В.59

С

31

14-8; 14-56; 17-25; 18-18

 

15.29;

В.63, В.69

32

14-47; 14-55; 18-19

 

13.29; 15.19

В.61, В.66

33

16-7; 18-12

 

12.49; 13.44; 15.46

В.65, В.67

34

16-19; 18-16;

 

12.50; 13.38; 15.38

В.64, В.68

35

15-28; 15-18

9.36

13.43; 15.39

В.62, В.70

 


Приложение В

 

В.1      Измерения показали, что сила взаимодействия между двумя металлическими шарами, один из которых заряжен положительно, равна нулю. Заряжен ли другой шар?

В.2       Фундаментальным свойством заряда является его инвариантность – заряд не изменяется при движении носителя заряда. Обладает ли свойством инвариантности плотность заряда (объемная, поверхностная, линейная)?

В.3       Между пластинами вертикально расположенного конденсатора висит на нити шарик. Когда на конденсатор подали напряжение, шарик отклонился к одной из пластин, затем стал совершать колебания между пластинами. Как это объяснить?

В.4       Известно, что поле плоского конденсатора однородно. Пусть напряженность его Е, а заряд на обкладках конденсатора q. Сила, действующая на каждую пластину конденсатора, равна ли qЕ? Дайте ответ и докажите справедливость своего утверждения.

В.5       Может ли измениться заряд системы взаимодействующих и взаимопревращающихся частиц, если через границы системы не течет ток? Дайте полное объяснение и приведите  примеры.

В.6       В однородное электрическое поле напряженности  влетает протон, имеющий скорость . Опишите характер движения протона и траекторию в случаях, когда скорость : 1) параллельна силовым линиям; 2) направлена против силовых линий.

В.7     

 Пластины заряженного конденсатора притягиваются с силой F. Изменится ли эта сила, если ввести в конденсатор пластинку из                                диэлектрика, как показано на рисунке?Если «да», то как изменится сила и почему; если «нет» - то значит ли это, что диэлектрик не оказывает никакого влияния на электрическое поле?

В.8      В каком случае незаряженный проводник имеет положительный потенциал? Приведите примеры из опыта выполнения лабораторных работ или решения задач из РГР.

В.9       В однородное электрическое поле напряженности  влетает электрон, имеющий скорость . Опишите характер движения электрона и нарисуйте траекторию в случаях, когда скорость электрона: 1) параллельна силовым линиям поля; 2) перпендикулярна им.

В.10   На расстоянии r друг от друга находятся два точечных заряда q1 и q2. S – плоскость симметрии. Изучите характер поля этих зарядов в случае, когда оба заряда положительны и равны друг другу q1 = q2 = q. Является ли плоскость S эквипотенциальной? Равна ли нулю напряженность поля во всех точках этой плоскости? Начертите примерный вид силовых линий и эквипотенциальных поверхно

стей поля.

В.11           На расстоянии r друг от друга находятся два точечных заряда q1 и q2. S – плоскость симметрии. Изучите характер поля этих зарядов в случае, когда заряды равны по модулю, но противоположны по знаку. Является ли плоскость S эквипотенциальной? Равна ли нулю напряженность поля во всех точках этой плоскости? Начертите примерный вид силовых линий и эквипотенциальных поверхностей поля. (рисунок к  № В.10).

В.12      В каких случаях для расчета напряженности электрического поля следует применять теорему Гаусса? Составьте полный алгоритм применения этой теоремы.

В.13            Алгебраическая сумма зарядов внутри замкнутой поверхности равна нулю. Будет ли равна нулю напряженность поля во всех точках внутри этой поверхности? Дайте обоснованный ответ и приведите конкретный пример.

В.14           Поток напряженности электрического поля, созданного зарядами q1, q2 и q3, через некоторую поверхность, содержащую точку А, равен нулю. Можно ли утверждать, что на заряд, помещенный в точку А, электрические силы не действуют? Поясните ответ примерами.

В.15            Поток вектора напряженности электрического поля через замкнутую поверхность в некоторой области пространства оказался равным нулю. Значит ли это, что в данной области пространства отсутствует электрическое поле? (Поясните физический смысл понятия потока вектора , ответ проиллюстрируйте примерами).

В.16            Электрическое поле создано точечным зарядом q. Определите, как будет меняться поток вектора  через сферическую поверхность, охватывающую заряд q, с увеличением радиуса поверхности? Повлияет ли на результат изменение положения заряда внутри поверхности?

В.17            Дайте определение понятию «поток вектора». Может ли поток вектора напряженности электрического поля быть: а) отрицательным? б) равным нулю при условии, что  всюду отлична от нуля? Ответ поясните примерами.

В.18            Чем отличается друг от друга явления электризации проводника (электростатической индукции) и поляризации диэлектрика? Что между ними общего? Систематизируйте информацию об этих явлениях.

В.19            В электрическом поле потенциал точки А выше потенциала точки В. Однако если поместить в это поле проводник АВ, то ток по нему идти не будет. Почему?

В.20            Может ли заряд с металлического шарика, заряженного до потенциала 1 В, полностью перейти на металлический шар, заряженный до потенциала 1000 В?

В.21            Какие эксперименты убеждают в том, что в металлах свободными носителями зарядов являются электроны, а в электролитах – ионы? (Назовите и кратко изложите суть).

В.22            В тонком проводящем слое (фольга, слой электролита) течет ток. Как, имея гальванометр, выяснить форму эквипотенциальной поверхности, проходящей через заданную точку этого слоя? Как определить направление вектора напряженности электрического поля в этой точке?

В.23            Сравните свойства электростатического поля и стационарного электрического в проводнике при наличии  тока  в нем.

В.24            В чем основное различие между вольтметром и амперметром? Нарисуйте схемы подключения  амперметра и вольтметра к нагрузке.

В.25            Сравните и обсудите формулы для последовательного и параллельного соединений резисторов и конденсаторов. Обратите внимание на физический смысл формул.

В.26           Ток идет по однородному проводнику переменного сечения. Сравните силу и плотность тока в сечениях S1 и S2. Какой физический закон позволит обоснованно сделать заключение о величинах I и j?

В.27            Согласно формуле Р=U2/R, мощность, рассеиваемая резистором, должна уменьшаться с ростом R , а формула P=I2R подразумевает обратное. Действительно ли существует противоречие в толковании этих формул. Объясните, объяснение подтвердите примерами.

В.28            Что подразумевают под шунтированием прибора? В каких случаях используют шунтирование и каков бывает результат? Приведите схему включения шунта.

В.29            Коэффициент полезного действия источника тока . Из формулы следует, что чем больше R (сопротивление нагрузки), тем больше h. Почему же на практике подбирают источник и потребитель так, чтобы их сопротивления были примерно одинаковы?

В.30            Всегда ли напряжение на клеммах батареи меньше ее ЭДС? Возможно ли обратное? Объясните и приведите примеры.

В.31          

 Два провода, имеющие одинаковые площади сечения S, но различные удельные сопротивления r1 и r2, соединены «встык». По проводникам течет ток I. Постройте качественные графики зависимостей плотности тока и напряженности поля внутри проводника от х, если r1 > r2.

В.32           Катод электронной лампы представляет собой цилиндр радиуса r0 и длины l, а анод – коаксиальный с ним цилиндр радиуса R, причем l>>R>r0. Найдите зависимость плотности тока j от расстояния r до оси катода, если ток I в анодной цепи известен. Постройте качественно график j(r).

В.33            Скорость электронов на выходе из электронного ускорителя u, концентрация электронов спадает  по мере удаления от оси пучка по закону , где n0 – концентрация на оси пучка, r0 – эффективный радиус сечения электронного пучка. Как изменяется плотность тока j по сечению пучка? Запишите формулу и постройте качественно график.

В.34            Оцените среднюю скорость упорядоченного движения электронов <u> в проводнике с концентрацией электронов n=1029 м-3 при плотности тока j=100 А/см2. Сравните эту скорость со средней скоростью теплового движения <u> при комнатной температуре.

В.35            Участок электрической цепи представляет собой два последовательно соединенных резистора так, что :=3:2. Известно, что потенциал точки 1 больше потенциала точки 2. Укажите направление тока и постройте качественный график зависимости потенциала j(х) на участке 1-2. Сопротивление соединительных проводов принять равным нулю.


 


В.36     

Как будут изменяться показания вольтметра при перемещении движка реостата? Начертите график зависимости напряжения во внешней цепи от силы тока в ней.

В.37      При прохождении тока по проводнику в нем выделяется джоулево тепло. За счет какой энергии это происходит?

В.38       Полная работа сторонних сил в электрической цепи при протекании тока в ней равна . На что расходуется эта работа в самом общем случае? Запишите закон сохранения энергии и поясните его содержание.

В.39     

 Аккумулятор с ЭДС Е и сопротивлением R  поставлен на подзарядку. Чему равна и на что расходуется энергия, отбираемая от внешней цепи (сети) в этом случае? Запишите закон сохранения энергии для данного случая.

В.40      Как в классической электронной теории металлов объясняется наличие сопротивления? Какую зависимость сопротивления от температуры предсказывает теория?

В.41       Пространство между двумя электродами, представляющими собой концентрические сферы радиусов R1 и R2, заполнено однородной проводящей средой с удельным сопротивлением r. На электроды подана разность  потенциалов. Полный ток в данном участке цепи равен I. Начертите линии тока в среде между электродами. Получите выражение для плотности тока в среде как функции расстояния от центра сфер.

В.42     

 Используя теоремы электростатики, докажите, что электростатическое поле, силовые линии которого показаны на рисунке, существовать  не может. Здесь Ex=const, Еу и Ez изменяются, например, по линейному закону.

В.43     

Заряженная металлическая пластинка находится в электрическом поле, показанном на рисунке. Заряд пластинки q, слева от пластинки напряженность поля равна Е1, справа – Е2. Пренебрегая кривыми эффектами, правильно ли будет предположить, что сила, действующая на пластинку, равна q(E2-E1)?

В.44       Бесконечная плоскость S равномерно заряжена положительным зарядом. Поверхностная плотность заряда на плоскости s. Начертите силовые линии поля плоскости и эквипотенциальные поверхности (Dj = const). Как изменится электрическое поле, если в плоскости сделать круглое отверстие радиуса R?

В.45       В электрическое поле поместили незаряженный шарик. Объясните, что произойдет с шариком. Покажите, в каком случае на шарик будет действовать сила, куда она направлена. Начертите силовые линии поля и вектор силы.

В.46     

 Между двумя неподвижными точечными зарядами +q и –q по диэлектрическому желобу прокатывается шарик с зарядом –q. Опишите характер движения шарика на участке АВ. Определите изменение кинетической энергии шарика при переходе из точки А в точку В. Вся система лежит в горизонтальной плоскости.Трением пренебречь. Точки А и В лежат в плоскости симметрии точечных зарядов.

В.47      Для заряженного проводника характерно: а) потенциал проводника одинаков во всех его точках; б) электрическое поле вблизи его внешней поверхности направлено по нормам к поверхности. На основании этих свойств докажите, что поверхностная плотность зарядов возрастает на выступах и уменьшается во впадинах поверхности проводника.

В.48       По оси металлической трубы, сужающейся на участке АВ, движется со скоростью  

заряженная частица. Изменится ли скорость частицы при прохождении сужения?

 

В.49     

В однородное электрическое поле  помещена пластина из диэлектрика, в результате чего поле изменилось, как показано на рисунке. Исходя из свойств векторов  и , определите: а) силовые линии какого из векторов  показаны на рисунке? б) какая из диэлектрических проницаемостей больше – вещества пластины e2 или окружающей среды e1?

В.50      Какое физическое явление наблюдается, если внутрь незаряженной замкнутой металлической оболочки поместить заряд q? Экранирует ли эта оболочка внешнее пространство от зарядов, находящихся в полости? Для объяснения

используйте основные теоремы электростатики.

В.51      Два точечных заряда сближаются, скользя по дуге окружности из диаметрально противоположных точек. Определите характер изменения напряженности  и потенциала j в центре полуокружности. Постройте графики зависимости модуля напряженности и потенциала поля от положения зарядов. При каком положении зарядов малое их смещение сильнее влияет на изменение поля?

В.52       Объясните: а) как возникают носители тока в газе, назовите их; б) от чего зависит концентрация носителей тока в газе? в) объясните, почему средняя подвижность отрицательных носителей заряда больше подвижности положительных.

В.53       Рассмотрим два правильных утверждения: а) для того, чтобы в проводнике шел ток, в нем (проводнике) нужно создать электрическое поле; б) заряд на проводнике всегда располагается так, что поле внутри проводника равно нулю. Как совместить эти утверждения? Чем же создается поле внутри проводника при наличии тока?

В.54      Может ли резистор обладать ЭДС? Приведите примеры и объясните механизм возникновения ЭДС, если ответ утвердительный.

В.55       Вы находитесь в ракете, которая движется с ускорением. Покажите, что ускорение ракеты можно определить чисто электрическим методом, имея лишь длинный проводник и электроизмерительные приборы.

В.56      Назовите достоинства и недостатки последовательного и параллельного соединений лампочек в елочной гирлянде.

В.57       Ток идет по проводнику формы, показанной на рисунке. Используя законы постоянного тока, определите, одинакова ли напряженность поля в узком и широком сечениях? На основании полученного результата определите соотношение между скоростями дрейфа электронов в этих сечениях.

В.58      Однородное проволочное кольцо может быть включено в цепь через неподвижный контакт А и подвижный В. Определите характер изменения сопротивления между контактами А и В при изменении положения контакта В; постройте график зависимости R(l), где l – участок дуги между точками А и В. При каком значении дуги l малые смещения контакта В менее всего сказываются на сопротивлении данного соединения?

В.59      Когда конденсатор присоединили к батарее аккумуляторов, он зарядился и его энергия стала равна 1 Дж. Равна ли этой энергии работа, совершенная батареей? Докажите правильность своего ответа вычислением.

В.60       Сравните работу электрических сил и количество теплоты, выделяемое в течение 1 секунды, в следующих случаях: а) в резисторе, по которому течет ток I при разности потенциалов на концах проводника U; б) в аккумуляторе, который заряжается током I, при разности потенциалов на его зажимах U; 3) в батарее аккумуляторов, дающей ток I на внешнее сопротивление при той же разности потенциалов U на зажимах батареи.

В.61       Какой смысл имеют в классической теории электропроводности металлов: а) длина свободного пробега; б) время свободного пробега электронов? Дайте толкование этих понятий и объясните к каким затруднениям теории это приводит.

В.62     

 Проанализируйте, как будут меняться показания вольтметра в схеме, приведенной на рисунке, при перемещении движка реостата. Считать сопротивление вольтметра очень большим, а сопротивление амперметра – пренебрежимо малым. Постройте качественный график зависимости U(R). При каком соотношении R/r показания вольтметра будут отличаться от ЭДС Е на 0,1%?

В.63       Рассмотрим следующую задачу. Два одинаковых  металлических шарика с зарядами q1=3×10-5 Кл и q2=15×10-5 Кл находятся на расстоянии r=1 м друг от друга. Энергия их взаимодействия   .

Шарики соединили проводником, обладающим весьма малой электроемкостью, заряды на них уравнялись, и проводник убрали. Теперь энергия их взаимодействия стала . Откуда взялась «лишняя» энергия? Нарушен закон сохранения энергии, или допущена ошибка в рассуждениях? Приведите убедительное доказательство своего предположения.

В.64      Два концентрических полых шара заряжены: наружный до потенциала 5В, а внутренний до потенциала 10В. Когда шары соединили проволокой, оказалось, что потенциал внутреннего шара уменьшился, а потенциал наружного – не изменился. Докажите это и поясните, в каком случае уменьшение потенциала внутреннего шара будет более существенным.

В.65       Плоский воздушный конденсатор подсоединили к полюсам батареи аккумуляторов. При этом энергия поля конденсатора . Если пластины медленно раздвинуть, то энергия конденсатора уменьшится. В то же время, раздвигая пластины, мы совершаем положительную работу. Как все это увязать с законом сохранения энергии? Проанализируйте все аспекты происходящего.

В.66       На рисунке даны графики Ех(х) полей, параллельных оси х. При х=0 j1(0)=j2(0). Постройте графики потенциалов этих полей с учетом приведенных данных. Определите значения потенциалов в точке х=а, считая заданными величины Е1, а.

В.67      Объясните физическую основу заземления линий электропередач. Докажите, что сопротивление среды между погруженными в нее электродами не зависит от расстояния между ними. Воспользуйтесь методом электростатической аналогии и теоремой Гаусса. Расчет можно осуществить для электродов сферической формы.

В.68       На концах проводника длиной l и радиусом R поддерживается постоянная разность потенциалов U. Исследуйте, исходя из микроскопической картины проводимости, как будет изменяться скорость дрейфа электронов, если удвоить: а) длину l; б) радиус R; в) напряжение U.

В.69       Сравните скорость дрейфа электронов и силу тока в двух проводниках одинаковой формы и размера с одинаковой концентрацией атомов при условии, что на каждый атом в одном проводнике приходится вдвое больше свободных электронов, чем в другом. Воспользуйтесь результатами элементарной классической теории металлов.

В.70       Пусть в проводящую однородную среду помещены два электрода произвольной формы, электропроводность которых велика по сравнению с электропроводностью среды. Докажите, что сопротивление однородной среды электрическому току можно вычислить по формуле , где s - удельная проводимость среды, а С – емкость конденсатора, обкладками которого являются электроды, а проводящая среда удалена. Воспользуйтесь методом электростатической аналогии и теоремой Гаусса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 6 - РГР № 4, М4

 

Уровень

Вариант

Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике М, 1981 г

Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики  М,1990 г

Физика. Задания к практическим занятиям/ Под редакцией Ж.П. Лагутиной /М, 1989

Приложение Г

А

1

21-4; 22-2; 23-8

11.41; 11.64

 

Г.20

2

21-15; 22-13; 23-9

11.44;11.65

 

Г.15

3

21-16; 22-25; 23-10; 25-1

11.47

17.22

Г.19

4

21-17; 22-15; 23-11; 25-2

 

17.23

Г.16

5

21-18; 22-3; 23-12; 25-3

 

17.24

Г.18

6

21-19; 22-8; 23-13; 25-4

 

17.25

Г.17

7

21-5; 22-14; 23-14

11.65

17.26

Г.5

8

21-8; 22-28; 23-16

11.56

17.27

Г.6

9

22-26; 23-17;

11.3; 11.37

16.42; 17.28

Г.13

10

23-18

11.4; 11.70

16.43; 17.29

Г.14

11

23-19

11.5; 11.71

16.45; 17.30

Г.7

12

23-20

11.10; 11.73

17.36

Г.12

13

22-34; 23-21

11.9; 11.75

17.37

Г.8

14

22-27; 23-23

11.22; 11.76

17.38

Г.9

15

22-16; 23-6

11.16; 11.77

17.39; 16.11

Г.11

16

22-1; 23-5

11.78

16.12; 17.40

Г.10

17

22-12; 23-4

11.87

16.13; 17.41

Г.1

18

22-8; 23-3

11.86

16.29; 17.42

Г.3

19

22-6; 23-2

11.85

16.16; 16.4; 17.43

Г.2

20

23-1; 22-1

 

 

Г.4

В

21

21-16; 22-5; 23-7;  25-5

11.42;

 

Г.30

22

21-7; 22-4; 23-15

11.43; 11.38

 

Г.29

23

21-20; 22-18; 23-25

11.45; 11.61

 

Г.28

24

21-27; 22-26; 23-27

11.64; 11.49

 

Г.27

25

21-30; 22-41; 23-36

11.52; 11.57

 

Г.26

26

21-31; 22-37; 23-37

11.51

16.50

Г.25

27

21-9; 22-20; 23-38

11.79

17.47

Г.24

28

21-21; 22-17

11.78; 11.36

 

Г.23

29

21-29; 16-44

11.53; 11.88

17.33

Г.22

30

21-19

11.21; 11.58; 11.84

17.46

Г.21

С

31

21-13; 22-24; 23-26

11.54; 11.66

 

Г.31

32

22-23; 23-34

11.31; 11.67

 

Г.33

33

22-40; 23-40

11.68

16.39; 17.49

Г.35

34

22-41

11.49; 11.83

16.48; 17.50

Г.32

35

 

11.50; 11.34; 11.90

16.47; 17.33

Г.34

 

 

 

 

Приложение  Г

 

Г.1           Можно ли все вещества считать: а) диамагнетиками? б) парамагнетиками? в) ферромагнетиками? Дайте конкретный аргументированный ответ.

Г.2            Опишите силы, действующие на контур с током (обладающий магнитным моментом ), в произвольном магнитном поле с помощью конкретных примеров.

Г.3            Каждый элемент объема намагниченного вещества обладает магнитным моментом . Исходя их общего выражения для силы, действующей на магнитный момент в неоднородном магнитном поле, получите качественный результат действия такого поля на шарик небольших размеров из пара- и диамагнетика.

Г.4            Изложите кратко механизм намагничивания парамагнетика. От чего зависит его магнитная проницаемость? Существует ли в электростатике аналогия рассматриваемому явлению, какая?

Г.5            Угол между какими векторами в формуле закона Ампера  всегда равен 90°? Угол между какими векторами может быть другим? Ответ поясните рисунками.

Г.6            Заряженная частица движется в однородном магнитном поле по окружности. Определите траекторию частицы после того, как в дополнение к магнитному полю включается электрическое, направленное в ту же сторону.

Г.7            Заряженная частица движется в некоторой части пространства по прямой, не отклоняясь. Может ли в этой области существовать отличное от нуля магнитное поле? Объясните и приведите примеры указанного движения частицы.

Г.8            Сформулируйте и запишите теорему Гаусса для стационарного магнитного поля  в вакууме. Сравните с аналогичной теоремой для электростатического поля. В чем состоит физическая причина асимметрии данных уравнений электро- и магнитостатики?

Г.9            Сформулируйте и запишите теорему о циркуляции вектора  в интегральной и дифференциальной формах. Какие физические свойства стационарного магнитного поля она выражает? В чем заключается практический аспект этой теоремы? Проведите аналогию с электростатикой.

Г.10        Определите, как направлена сила, с которой магнитное поле Земли действует в северном полушарии на горизонтальный проводник с током. Рассмотрите случаи: а) проводник расположен в плоскости магнитного меридиана, ток идет с севера на юг; б) проводник перпендикулярен плоскости магнитного меридиана, ток идет с запада на восток.

Г.11        В горизонтальной плоскости расположен виток неопределенной формы из гибкой проволоки. Виток пронизывается однородным магнитным полем, направленным вертикально вниз. Какую форму примет виток, если по нему пропустить ток? Дайте полное объяснение своему ответу.

Г.12        Жесткий контур с током находится во внешнем магнитном поле. Можно ли повернуть его на 180 градусов, не совершив при этом работы? Дайте убедительное обоснование своему ответу.

Г.13        Объясните, в чем состоит и как достигается эффект экранировки некоторого объема от статистического магнитного поля; покажите на конкретном примере.

Г.14        Дайте определение понятию «магнитный момент» контура с током. Поясните, как определяется величина и направление . Опишите поведение контура с током в однородном магнитном поле (каков результат действия поля на контур?).

Г.15        Намагниченность  вещества связана с напряженностью  поля, соотношением . Изобразите эту зависимость графически для  трех типов магнетиков: диа-, пара- и ферро-, дайте пояснения. Сравните  численные значения их магнитных восприимчивостей c.

Г.16        Дайте определение намагниченности  (физический смысл). Объясните механизм намагничивания диамагнетиков (одним, двумя предложениями). Укажите основные особенности диамагнетиков.

Г.17        Объясните, почему магнитная восприимчивость диамагнетиков не зависит от температуры, а парамагнетиков – зависит.

Г.18        Можно ли среди магнитных явлений найти явление, аналогичное электризации проводника? Дайте убедительное обоснование своему ответу.

Г.19        Считая известным выражение  для силы Лоренца, получите закон Ампера для силы, действующей на элемент тока  со стороны магнитного поля.

Г.20        Запишите выражения для напряженности электрического поля точечного заряда и закона Био-Савара-Лапласа. Укажите, в чем наблюдается сходство этих выражений, а в чем – различие. Постройте силовые линии каждого поля.

Г.21        Установите аналогию между поляризацией диэлектриков и намагничиванием магнетиков. Результаты представьте в виде таблицы. (Обратите внимание на  механизмы процессов, электрические  и магнитные характеристики вещества, характер изменения поля в веществе).

Г.22        Согласно модели атома Резерфорда, электроны в атоме движутся по замкнутым орбитам вокруг ядра. Выразите орбитальный магнитный момент электрона через характеристики его движения. Что такое гиромагнитное отношение, чему оно равно для орбитального момента электрона?

Г.23        Проведите сравнительный анализ явлений поляризации полярных диэлектриков и намагничивания  парамагнетиков (обратите внимание на механизмы явлений, физические величины и их зависимость от внешних условий).

Г.24        Проведите сравнительный анализ явлений поляризации неполярных диэлектриков и намагничивания диамагнетиков (обратите внимание на механизмы явлений, физические величины и их зависимость от внешних условий).

Г.25        Рассмотрите сходство и различие в характере полей: а) магнитного, созданного длинным прямолинейным током; б) электрического, созданного неподвижным зарядом, равномерно распределенным вдоль нити. Начертите силовые линии этих полей, выпишите основные формулы, их характеризующие.

Г.26        Докажите, пользуясь законом полного тока, что неоднородное магнитное поле не может иметь  одно и то же направление во всем пространстве, как изображено на рисунке.

Г.27       Высокотемпературную плазму можно удерживать в замкнутом пространстве с помощью «магнитной ловушки». Объясните, что это значит. Какие физические законы или явления лежат в основе устройства «магнитной ловушки»? Поясните ответ рисунком, приведите примеры.

Г.28        Магнитное поле Земли в окружающем ее пространстве подобно полю постоянного магнита. Начертите силовые линии магнитного поля Земли. Как в этом поле будет двигаться высокоэнергичная заряженная частица, попавшая из космоса в поле Земли в области экватора и имеющая скорость, направленную к центру Земли. Объясните, нарисуйте примерную траекторию частицы, если: а) q>0, q<0.

Г.29        Два длинных прямых провода расположены в горизонтальной плоскости перпендикулярно друг другу. Один проводник жестко закреплен, другой подвешен свободно. Опишите, как будут взаимодействовать эти проводники, если по ним пропустить одинаковые токи I. Укажите направление сил. Каков будет результат такого взаимодействия?

Г.30        По очень большой пластине течет однородный ток с постоянной  плотностью* («на нас»). Докажите, что силовые линии магнитного поля, создаваемого этим током, параллельны пластине. Укажите направление  над и под пластиной.

Г.31       В магнитное поле, представленное суперпозицией полей  и  () влетает электрон со скоростью . Запишите выражение для вектора и модуля силы, действующей на электрон. Определите форму траектории электрона, изобразите ее на рисунке с указанием направления всех векторов.

Г.32        Магнитный поток, пронизывающий контур с током I, можно представить так: F=LI, где L-индуктивность контура, зависящая  от его геометрии и магнитной проницаемости среды. Докажите правильность этих утверждений, опираясь на понятие магнитного потока и закон Био-Савара-Лапласа. Найдите аналогию в электростатике.

Г.33        Пользуясь законом полного тока, докажите, что неоднородное  поле рисунка (а) может существовать в некоторой области пространства, а рисунка  (б) – не может.

Г.34       Допустим, что слой толщины d из магнетика с магнитной проницаемостью m1 помещен в бесконечную однородную среду с магнитной проницаемостью m2, в которой создано однородное магнитное поле , направленное под углом a к поверхности слоя. Постройте (используя граничные условия) примерную картину силовых линий поля внутри и вне слоя. Поле внутри слоя больше или меньше В0? Возможна ли магнитная экранировка, если m1>m2.

Г.35        Допустим, что слой толщины d из магнетика с магнитной проницаемостью m1 помещен в бесконечную однородную среду с магнитной проницаемостью m2, в которой создано однородное магнитное поле, направленное под углом a к поверхности слоя. Постройте (используя граничные условия) примерную картинку силовых линий поля внутри и вне слоя. Поле внутри слоя больше или меньше В0? Возможна ли магнитная экранировка, если m1<m2. (рисунок к № Г.34).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. Савельев И.В. Курс физики. - М.: Наука, 1989. – т.1,2.

2. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. – М.: Высшая школа, 2002.

3. Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высшая школа, 2004.

4. Курс физики. Под ред. В.Н. Лозовского. – СПб: Издательство «Лань».- 2001.- т.1,2.

5. Савельев И.В. Курс общей физики: Кн.1: Механика. М.-: «Издательство АСТ», 2004.

6. Савельев И.В. Курс общей физики: Кн.2: Электричество и магнетизм.- М.: «Издательство АСТ», 2004.

7. Савельев И.В. Курс общей физики: Кн.3: Молекулярная физика и термодинамика.-М.: «Издательство АСТ», 2004.

8. Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики. -М.: Наука, 1981.

9. Физика. Задания к практическим занятиям. Под ред. Ж.П. Лагутиной. – Мн.: Высшая школа, 1989.

10. Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике. – М.: Высшая школа, 1981.

11. Физика. Тестовые вопросы. Часть 1. Механика. – Алматы: АИЭС, 2002.

12. Физика. Тестовые вопросы. Часть 1. Статистическая физика и термодинамика.

13. Физика. Тестовые вопросы. Часть 1. Электростатика. Постоянный ток.