Некоммерческое акционерное общество
АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра физики

ФИЗИКА
Методические указания к расчетно-графическим работам
для специальности 5В071900-Радиотехника,электроника и телекоммуникации

Алматы, 2014

СОСТАВИТЕЛИ: М.Ш. Карсыбаев, Т.Д. Дауменов, Т.С Байпакбаев. Физика. Методические указания к расчетно-графическим работам для специальности 5В071900-Радиотехника,электроника и     телекоммуникации– Алматы: АУЭС, 2013. – 51 с.

Методические указания включают расчетно-графические задания (РГР), методические рекомендации и требования к оформлению и содержанию РГР, список необходимой литературы.

Ил.73 , табл.16 , библиограф. – 11 назв.

Рецензент: доцент Куликов А.А.

Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет энергетики и связи» на 2013 год.

Ó НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2014 г.

Введение

Изучение профессионально направленного курса физики во втузе создаёт фундаментальную базу инженерных знаний и умений, практических навыков, формирует основу инженерно – технического мышления, другие профессионально значимые качества будущих инженеров.

Основными целями курса согласно Государственному стандарту образования являются:

1 Формирование  представления о современной физической картине мира.

2 Формирование знаний и умений использовать:

-основные понятия, законы и модели механики, электродинамики, колебаний и волн, квантовой физики, статистической физики и термодинамики, зонной теории твёрдого тела;

-методы теоретического и экспериментального исследования физики;

-численные оценки порядков величин, характерных для различных разделов физики.

3 Формирование опыта:

- постановки и решения задач анализа и расчёта характеристик колебаний механических, электромагнитных и комбинированных систем;

- постановки и решения основных задач расчёта электрических и магнитных полей;

- экспериментальной проверки результатов решения указанных задач.

В курсе физики изучаются физические явления, понятия, законы, модели и теории в их внутренней взаимосвязи. В курсе Физика  изучаются разделы классической физики «Механика», «Статистическая физика и термодинамика», «Электродинамика», «Физика колебаний и волн. Волновая оптика», «Квантовая оптика. Квантовая физика», «Основы физики твердого тела», «Физика атома, ядра и элементарных частиц».

Приобретённые знания и умения составляют ту основу, которая необходима при изучении дисциплин «Теория электрических цепей», «Теория электрической связи», «Теория передачи электромагнитных волн»,«Антенно – фидерные устройства и распространение радиоволн», «Электронные приборы СВЧ и квантовые приборы», «Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств» и др.      

Весь курс «Физика»  состоит из четырех кредитов (модулей), по каждому из которых студенты очной формы обучения выполняют расчетно – графическую работу (РГР) по трем уровням сложности (А, В и С), заочной – контрольные работы - по двум уровням (А, В).

В зависимости от уровня школьной подготовки и целей, которые он ставит перед собой в процессе учения, каждый студент выбирает уровень А, В или С и получает при распределении в группе номер варианта. Это распределение должно быть утверждено преподавателем, ведущим практическое занятие. Для студентов-заочников правила выбора варианта контрольных работ приведено ниже.

1.1 Рекомендации к освоению дисциплины «Физика»

При изучении данной дисциплины необходимо, прежде всего, усвоить основные понятия, законы и принципы классической и современной физики, а затем их важнейшие следствия.

В разделе «Механика» следует обратить особое внимание на:

- кинематические и динамические характеристики поступательного и вращательного движения, связь между ними. При этом необходимо использовать математический аппарат векторной алгебры и дифференциального и  интегрального исчислений;

- понятия энергии и работы с учетом особенностей консервативных и неконсервативных сил;

- законы сохранения импульса, момента импульса и механической энергии, их универсальность, отражающую фундаментальные свойства симметрии пространства и времени;

- эффективность использования законов сохранения при решении реальных физических задач;

- границы применимости классической физики.

В разделе «Статистическая физика и термодинамика» необходимо усвоить два качественно различных и взаимно дополняющих друг друга метода исследования физических свойств макроскопических систем, а именно статистический и термодинамический. Особое внимание следует обратить на статистические распределения (Максвелла, Больцмана), законы термодинамики, понятие энтропии и связанное с ней статистическое толкование второго начала термодинамики.

В разделе «Электродинамика» прежде всего, следует акцентировать внимание на роль электрического поля во взаимодействии заряженных тел, его характеристики (напряженность, потенциал) и свойства, выражаемые основными теоремами: 1) о циркуляции электростатического поля; 2) Гаусса.

При решении задач необходимо уметь пользоваться принципом суперпозиции и теоремой Гаусса.

Особого внимания заслуживают вопросы, связанные с распределением зарядов в проводниках и поведением диэлектриков в электрическом поле.

При изучении обобщенного закона Ома необходимо знать четкое разграничение понятий: разность потенциалов, электродвижущая сила и напряжение.

При изучении  свойств и характеристик магнитного поля важно уяснить сходство и отличие  этого поля от электростатического (потенциальный и вихревой характер, наличие или отсутствие источников поля, действие поля на электрические заряды).

Далее рассматривается последний раздел классической физики «Уравнения Максвелла», который включает явление и закон электромагнитной индукции, роль этого явления в развитии теории электромагнитного поля Максвелла, его чрезвычайно широкое практическое применение в технике и быту,  особое внимание необходимо обратить при этом на физический смысл уравнений Максвелла.

В следующем разделе «Физика колебаний и волн» следует учесть, что колебания различной физической природы описываются одинаковыми дифференциальными уравнениями, необходимо знать решения этих уравнений, характеристики и основные свойства незатухающих, затухающих и вынужденных гармонических колебаний, усвоить метод векторных диаграмм для решения задач.

Далее в разделе « Квантовая физика и физика атома» следует понять роль теплового излучения в развитии квантовых представлений о природе излучения (гипотеза Планка), основные  закономерности теплового излучения, эффекта Комптона,  внешнего фотоэффекта, корпускулярно-волновой дуализм электромагнитного излучения и вещества как универсального закона природы.

Необходимо обратить внимание на роль уравнения Шредингера в нерелятивистской квантовой механике, на задание состояния микрочастицы с помощью волновой функции, физический смысл соотношений неопределенностей, ограничивающих применение понятий классической механики в квантовой теории.

В разделе «Физика твердого тела, атомного ядра и элементарных частиц» следует понять на основе зонной теории деление твердых тел на металлы, диэлектрики и полупроводники; изучить собственную, примесную и смешанную проводимости полупроводников, явления фотопроводимости (внутренний фотоэффект в полупроводниках), свойства р-n-перехода и явление вентильного фотоэффекта в нем. Необходимо представлять себе строение и характеристики атомного ядра, свойства ядерных сил и модели атомного ядра, физическую сущность реакции деления тяжелых ядер и термоядерной реакции, уяснить возможность практического использования ядерной энергии.

1.2 Требования к оформлению и содержанию расчетно-графических (контрольных) работ

Каждую расчетно-графическую (контрольную) работу выполняют в отдельной (школьной) тетради или набирают на компьютере. На обложке или титульном листе  указывают дисциплину и номер работы, вариант, кем работа выполнена, кто её проверил, дату сдачи на проверку. Работу выполняют аккуратно, рисунки – делают карандашом при помощи линейки.

Пример – образец титульного листа.

РГР №1, М 1 (Контрольная работа №1 – для студентов заочной формы обучения) по дисциплине «Физика» студента  группы  БРЭ -10-5

Ахметова К.М.

 (Шифр 255330).  Выбираем вариант 10

Условие задачи переписывают полностью, без сокращений. Затем его записывают с помощью общепринятых символических обозначений в краткой форме под заглавием «Дано». Заданные числовые значения переводят в единицы СИ. Решение каждой задачи необходимо сопроводить пояснениями, раскрывающими смысл и значение используемых обозначений, указывающими физические законы и принципы, положенные в основу решения. После того, как задача решена в общем виде, т.к. получен ответ в виде расчётной формулы, производят вычисления, руководствуясь при этом правилами приближённых вычислений. Получив численный ответ, следует оценить его правдоподобность; такая оценка позволит в ряде случаев обнаружить ошибочность полученного результата. Для замечаний преподавателя на странице оставляются поля.

В конце работы необходимо указать, каким учебником или учебным пособием студент пользовался при изучении физики.

Если контрольная работа студентами-заочниками пересылается по электронной почте, все требования, касающиеся её оформления, пояснения решений, также должны быть выполнены. В случае, если контрольная работа при рецензировании не была зачтена, студент обязан исправить ошибки и представить работу на повторную рецен­зию. Повторная контрольная работа представляется вместе с незачтенной. Рецензент может пригласить студента для беседы по существу решения задач.

Сроки сдачи РГР указаны в графике учебного процесса.

          1.2.1 Правила выбора варианта контрольной работы для студентов- заочников.

 Номер варианта выбирается по двум последним цифрам шифра (номера  зачетной книжки) студента следующим образом:

- если предпоследняя цифра шифра нечетная,  номера задач бе­рутся из соответствующей таблицы с 1 по 10 варианты, если четная  – с 11 по 20 варианты;

      - последняя цифра шифра определяет номер варианта.

         1.2.2  Пример решения  и оформления задачи.

Задача. Какая часть от общего числа молекул азота, находящегося при температуре Т = 300 К и атмосферном давлении обладает скоростями, отличающимися от наиболее вероятной не более, чем на 2,0 м/с?

Дано:

Т=300 К

Решение. При атмосферном давлении и температуре 300 К азот можно считать идеальным газом. В отсутствие внешних сил молекулы идеального газа подчиняются закону распределения Максвелла. Согласно закону Мак­свелла число молекул , относительные скорости которых лежат в интервале от и до и + ∆и при условии, что ∆и « и, равно:

Относительная скорость   в нашем случае равна и=1, поэтому

.                                                                               

Вычислим наиболее вероятную скорость v_в

v_{в = ≈} 422 (м/с);

∆и=.

Таким образом, условие <<u выполняется. Следовательно:

Итак, молекулы азота, обладающие при Т=300 К скоростями, которые лежат в интервале от (v_в – 2,0) м/с  до  (v_в + 2,0) м/с, составляют от общего числа долю, равную

∆N/N =0,84%.

Таблица 1- РГР № 1,  М 1

Вариант	А.Г. Чертов, А.А. Воробьев. Задачник по физике, 1981	Физика. Задания к практическим занятиям/Под ред.Ж.П.Лагутиной	Приложение  А
А.1	1-34;2-57; 11-25	8.29	1;36
А.2	1-33;2-75; 11-29	9.31	2;37
А.3	1-35;2-77; 11-27	8.32	3;38
А.4	1-55;2-59; 11-28	9.35	4;39
А.5	1-36;2-35; 11-56	8.33	5;40
А.6	1-29;2-61; 10-33	8.34	6;41
А.7	2-41;3-29(2); 10-37	8.35	7;42
А.8	2-79(1);3-25; 11-61	8.36	8;43
А.9	3-22;5-4; 10-17	8.37	9;44
А.10	3-8;4-54; 11-63	8.38	10;45
А.11	1-54;3-46;11-64	8.40	11;46
В.12	3-54(1); 11-65	4.48;9.1	12;47
В.13	3-54(2); 11-3	8.19; 9.2	13;48
В.14	3-51; 11-8	4.27;9.3	14;49
В.15	2-92; 11-9	5.35; 9.4	15;50
В.16	5-41; 11-5	9.11;9.43	16;51
В.17	5-42; 11-63	4-30;9.45	17;52
В.18	5-40; 11-10	4.24;9.40	18;53
В.19	3-53;11-11	6.12;9.21	19;54
В.20	3-32;10-34	4.50;9.23	20;55
В.21	3-54(3);10-36	4.28;9.47	21;56
В.22	2-87;10-42	4.48;9.44	22;57
В.23	3-30(2);10-45	6.33;9.50	23;58
В.24	3-37;10-43	4.34;6.41;9.49	24;59
В.25	3-30(3);10-62	4.46;9.30	25;60
В.26	3-30(4);10-63	4.29;9.33	26;61
В.27	3-43;10-64	4.50;9.37	27;62
В.28	3-55;10-65	4.30;9.38	28;63
В.29	3-25;10-67	6.27;9.24	29;64
	И.В. Иродов. Задачник по общей физике, 1988
С.30	1.81;2.21	6.44;8.13	30;65
С.31	1.121;2.122	2.49;9.16	31;66
С.32	1.128;2.123	6.45;8.9	32;67
С.33	1.84;2.125	4.38;8.10	33;68
С.34	1.123;1.295	8.11;9.27	34;69
С.35	1.176;1.288	8.14;9.23	35;70

Контрольная работа №1 (заочное обучение)

Т а б л и ц а 1 – Варианты контрольных заданий (нечетные)

Вариант	Номера задач (Чертов А.Г., Воробьёв А.А.  «Задачник по физике».-М., 1981)					Приложение А
0	1-13	2-15	3-46	8-4	10-62	1; 35
1	1-22	2-3	3-48	8-8	10-49	3; 37
2	1-32	2-6	3-55	8-10	11-12	5; 39
3	1-26	2-11	3-56(1)	8-29	11-16	7; 41
4	1-29	2-18	3-45	8-21	11-20	9; 43
5	1-17	2-34	3-53	10-15	11-64	11; 45
6	1-18	2-35	3-47	10-5	11-66	13; 47
7	1-19	2-7	3-29	9-32	11-60	15; 49
8	1-20	2-9	3-30	9-33	11-71	17; 51
9	1-30	2-8	3-36	9-25	11-72	19; 53

Т а б л и ц а 2 – Варианты контрольных заданий (четные)

Вариант	Номера задач (Чертов А.Г., Воробьёв А.А.  «Задачник по физике».-М., 1981)					Приложение А
0	1-23	2-36	3-23	9-28	10-34	2; 36
1	1-24	2-39	3-25	9-29	10-28	4; 38
2	1-25	2-43	3-26	9-26	10-58	6; 40
3	1-40	2-45	3-13	9-21	10-56	8; 42
4	1-31	2-46	3-22	9-22	10-52	10; 44
5	1-41	2-50	3-20(1)	8-29	11-53	12; 46
6	1-42	2-57	3-20(3)	8-27	11-63	14; 48
7	1-46	2-67	3-19(1)	8-20	11-65	16; 50
8	1-55	2-68	3-27	8-23	11-70	18; 52
9	1-56	2-76	3-28	8-24	11-54	20; 54

Приложение  А

1. Как выражается кинетическая энергия в релятивистской механике? При каком условии релятивистская формула для кинетической энергии переходит в классическую? Докажите это.

2. Может ли нормальное ускорение частицы при движении по криволинейной траектории: а) равняться нулю; б) равняться постоянному вектору?

3. В северном полушарии производится выстрел вдоль меридиана на север. Как скажется на движении снаряда суточное вращение Земли?

4. Сформулировать уравнения движения частицы массы m в проекциях на направления касательной и нормали к траектории.

5. Как определяется интервал между событиями? Доказать, что он является инвариантом при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой.

6. Зависит ли путь, проходимый автомобилем с выключенным двигателем при движении «юзом» (колеса не прокручиваются), от массы автомобиля? Докажите ваше утверждение.

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

8. Сила F=4 mg прижимает брусок массой m к вертикальной стенке. Коэффициент трения между бруском и стенкой к=0,5. Что происходит с бруском?

9. Найдите кинетическую энергию катящегося без проскальзывания однородного шара массы m, если скорость его центра масс равна .

10. Пусть  - радиус-вектор частицы, движущейся в плоскости ху. Что можно сказать о ее траектории, если: а) меняется только по модулю; б)  меняется только по направлению; в) меняется только проекция  на ось х?

11. Докажите, что относительная скорость двух частиц с ненулевыми массами покоя всегда меньше скорости света в вакууме.

12. Что можно сказать об ускорении частицы , если при ее движении имеет место условие: а) скорость частицы =const; б) модуль скорости =const?

13. Что такое силы инерции? Чем они отличаются от сил, действующих в инерциальных системах отсчета?

14. Тело брошено под углом к горизонту. Сохраняется ли: а) импульс тела; б) проекция импульса на какое-либо направление? Сопротивлением воздуха пренебречь.

15. Сопоставьте основные уравнения динамики поступательного и вращательного движения, прокомментировав их аналогию.

16. Найдите кинетическую энергию катящегося без проскальзывания однородного цилиндра массы m, если скорость его центра масс равна .

17. В чем различие между понятиями энергии и работы?

18. На дне лифта лежит тело массы m. Чему равна сила реакции, приложенная к телу со стороны лифта: а) при его равномерном движении вниз со скоростью ; б) при свободном падении лифта; в) при его подъеме вверх с ускорением ?

19. Удобный метод измерения коэффициента трения покоя состоит в следующем. Тело кладется на наклонную плоскость. Измеряется минимальный угол наклона плоскости a, при котором начинается скольжение. Найдите связь между углом a и коэффициентом трения.

20. Шар катится по горизонтальной плоскости. Какую часть составляет энергия поступательного движения шара от его общей кинетической энергии?

21. Почему в общем случае нельзя написать:  или ? Для какого движения эта запись справедлива?

22. Гладкий шар ударяется под некоторым углом о гладкую стенку. Доказать, что угол отражения равен углу падения.

23. Спроектировав уравнение динамики на оси х, у, z декартовой системы координат, получить три эквивалентных ему дифференциальных уравнения.

24. Шар массы m₁ совершает центральный абсолютно упругий удар о покоящийся шар массы m₂. При каком соотношении масс m₁ и m₂ первый шар после удара полетит в обратном направлении?

25. Каково содержание закона независимости действия сил? Сформулируйте принцип суперпозиции сил. Объясните задачу о лебеде, раке и щуке.

26. При какой скорости масса движущейся частицы вдвое больше ее массы покоя?

27. Введите понятие импульса силы. Объясните, почему пуля, вылетев из ружья, пробивает отверстие в стекле, не разбивая его, а надавливанием стержнем на стекло этого сделать нельзя.

28. Найдите относительную скорость двух частиц, движущихся навстречу друг другу со скоростью .

29. Частица равномерно движется по окружности. Чему равна работа результирующей всех сил, действующих на частицу: а) за один оборот; б) за пол-оборота; в) за четверть оборота?

30. Какую продольную скорость  нужно сообщить стержню для того, чтобы его длина стала равной половине длины, которую он имеет в состоянии покоя?

31. Объясните связь между законами сохранения импульса, момента импульса, механической энергии и свойствами симметрии пространства и времени.

32. Лошадь равномерно тянет сани. Рассмотреть взаимодействие трех тел: лошади, саней и поверхности земли. Начертить векторы сил, действующих на каждое из этих тел в отдельности, и установить соотношение между ними.

33. Что можно сказать о скорости и ускорении точки, если ее траектория – винтовая линия.

34. Камень брошен вертикально вверх. В каких точках траектории камень будет иметь максимальное ускорение. Рассмотреть два случая: 1) сопротивление воздуха отсутствует; 2) сопротивление воздуха растет с увеличением скорости.

35. В каких случаях модуль перемещения точки равен длине пути, пройденного точкой за тот же промежуток времени?

36. Газ сначала расширился изотермически, затем был сжат адиабатно. Работы расширения и сжатия равны по модулю. Сравнить объём газа в начале и в конце процесса.

37. 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. Сравнить конечные температуры.

38. Сравнить работы, производимые газом в циклах I и I на рисунке.А.1.              

Рисунок А.1

 

39. Известна зависимость n(r) концентрации молекул газа от координат. Найти распределение вероятностей dω(r) координат молекул. Объём газа V.

40. Газ из состояния 1 переходит в состояние 2 в одном случае непосредственно по изобаре, а в другом - сначала по изохоре 1-3, затем по изобаре 3-4 и, наконец, по изохоре 4-2. Доказать прямым расчетом, что приращение энтропии в обоих случаях одинаково (см.рисунок А.2).

Рисунок А.2

41. Как зависит от давления средняя скорость молекул идеального одноатомного газа при адиабатическом сжатии или расширении?

42. Тепловая машина работает по циклу, состоящему из двух изохор и двух изобар. Доказать, что при работе машины энтропия системы нагреватель - газ - холодильник увеличивается. Как при этом изменяется энтропия газа? Теплоёмкости нагревателя и холодильника считать безграничными.

43. Равновесный идеальный газ находится во внешнем поле, в котором потенциальная энергия его молекулы равна u(r), температура газа Т. Концентрация молекул газа в точке с радиус-вектором r₀ равна n₀. Определить концентрацию молекул в точке с радиус-вектором r.

44. Энтропия процесса линейно растет с температурой. Как должна зависеть от температуры теплоемкость этого процесса (см.рисунок А.3)?

 Рисунок А.3

45. Получить дифференциальное уравнение для зависимости давления р идеального газа с температурой Т, находящегося в однородном поле тяжести, от высоты h для чего рассмотреть цилиндр бесконечно малой высоты dh. Решить это уравнение в предположении, что температура газа не зависит от h и р(h=0)=p₀. В тех же предположениях найти зависимость от высоты концентрации молекул n.

46. Два тела с начальными температурами Т₁ и  Т₂ (причем Т₁>Т₂) приведены в соприкосновение. От окружающей среды тела изолированы, массы и теплоёмкости тел одинаковы. Как изменяется суммарная энтропия этих тел в процессе выравнивания температуры?

47. При каком значении температуры число молекул, скорости которых лежат в фиксированном интервале (u, u+du), максимально?

48. Определить наименьшее возможное давление  идеального газа в  процессе, происходящем по  закону  T=T₀+αV²,  где T₀  и  α -  положительные постоянные, V – объем моля  газа. Изобразить примерный  график  этого процесса в  параметрах  р , V.

49. На функции распределения молекул по скоростям выделен участок, ограниченный скоростями v₂ и v₃ (см.рисунок задачи 59). Как на основании этого  графика определить энергию всех молекул, скорости которых заключены в данном интервале скоростей, и среднюю энергию этих молекул?

50. В цилиндре, закрытом поршнем, находится газ. Сверху поршень прижат пружиной, упругие свойства которой подчиняются закону Гука. Нарисовать в координатах рV изменение состояния газа при нагревании и определить совершаемую при этом работу, если объём газа изменяется от V₁ до V₂ и давление - от р₁ до р₂ (см.рисунок А.4).

Рисунок А.4

51. Максвелловское распределение может быть представлено не только как функция скоростей, но и как функция энергий молекул. Эта функция определяет число молекул, энергия которых лежит в интервале от w до w+dw: dN=N₀f(w)dw. Требуется найти выражение этой функции и определить, относится ли она только к определённому газу или пригодна для любого газа.

52. По оси абсцисс на рисунке отложено количество теплоты, подведенное к идеальному газу, а по оси ординат - совершенная газом работа. Одна из прямых на рисунке А.5 - изотерма, две другие - изобары для двух газов. Начальные состояния (давление, температура, объём) обоих газов одинаковы. Масштабы по обеим осям одинаковы. Какая прямая какому процессу соответствуют? Сколько степеней свободы у каждого газа? (Колебательные степени свободы не учитывать). Графики каких процессов совпадают с координатными осями?

Рисунок А.5

53. Вследствие хаотичности движения молекул длины свободного пробега молекул имеют разнообразное значение. Если по оси ординат откладывать логарифмы числа молекул, длина свободного пробега которых больше некоторого расстояния х, а по оси абсцисс - расстояние х, то соответствующая зависимость изображается прямой линией с отрицательным наклоном согласно уравнению  lg N=lgN₀-ax. Как на основании этого графика определить длину свободного пробега молекул?

Рисунок А.6

54. Прямые на рисунке изображают зависимость изменения температуры от количества подведенной теплоты для различных процессов изменения состояния одноатомного и двухатомного газов. Каким процессам соответствуют эти прямые? Графики каких процессов совпадают с координатными осями? Начальные состояния (температура, объём, давление) обоих газов одинаковы (см.рисунок А.7).

Рисунок А.7

55. Газ из молекул массы массы m находится в равновесном состоянии с температурой Т. Написать выражение для распределения вероятностей dw(v_x)=φ(v_x)dv_x для компоненты vx скорости молекул газа. Нарисовать на одном чертеже графики зависимости φ(v_x) для: а) v=v₁, T=T₁; б) m=4m₁, T=T₁; в) m=m₁, T=4T₁; г) m=αm₁, T=αT₁, где α - некоторое число. Чему равны площади под кривыми?

56. В тонкостенном сосуде объема V, стенки которого поддерживаются при постоянной температуре, находится идеальный газ. Сосуд помещен в вакуум. Как будет меняться с течением времени концентрация n молекул газа внутри сосуда, если в его стенке сделать очень малое отверстие площади S? Определить время t_1/2, по истечении которого давление газа внутри сосуда уменьшится в 2 раза. Считать, что истечение газа происходит настолько медленно, что оно  практически не нарушает равновесность состояния во всем сосуде, за исключением малой области вблизи отверстия. Температуру газа в сосуде считать постоянной и равной внешней температуре.

57. Распределение Максвелла для компоненты скорости (например v_x) имеет вид dw (v_x)=φ(v_x)dv_x=A exp[-mv²_x /(2kT)]dv_x. Воспользовавшись значением интеграла Пуассона ∫ ехр(-αξ²)dξ=π/α отнормировать распределение Максвелла. Что происходит с максимальным значением φ при: а) увеличении температуры Т; б) увеличении массы m? Вычислить <V²_x>. Известно отношение γ=С_р/С_v для некоторого идеального газа. Получить уравнение адиабаты (d'Q=0) этого газа в переменных V,T; p,V; p,T. Почему отношение γ называют показателем адиабаты идеального газа?

58. На рисунке А.8 показана зависимость φ(v_x). Какой физический смысл имеют заштрихованные площади?

Рисунок А.8

59. Откачанный тонкостенный сосуд, стенки которого поддерживаются при постоянной температуре, погружен в атмосферу идеального газа с постоянной концентрацией n₀, поддерживаемого при той же температуре. Как будет меняться с течением времени концентрация  молекул газа внутри сосуда, если в его стенке сделать очень малое отверстие?

60. Все ординаты кривой 2 в два раза больше, чем соответствующие координаты кривой 1. Чем отличаются функции распределения молекул по скоростям, изображаемые этими кривыми (см.рисунок А.9)?

Рисунок А.9

61. На рисунке представлены адиабаты двух газов - гелия и углекислого газа. Какая кривая какому газу принадлежит (см.рисунок А.10)? 

Рисунок А.10

62. Какая из прямых на рисунке правильно изображает в логарифмическом масштабе зависимость средней квадратичной скорости молекул от температуры (см.рисунок А.10)?

Рисунок А.11

63. Зависит ли давление идеального газа: а) от концентрации молекул; б) от температуры; в) от массы молекулы?

64. В сосуде постоянного объема производится  нагревание  один раз m  граммов некоторого газа,  другой раз 2m  граммов этого же газа. Вычертить  кривые зависимости давления от температуры для  этих двух  случаев. Указать различие в расположении  кривых.

65.Газ находится в тепловом равновесии. Отличны ли от нуля: а) <v _x>; б) <v>;    в) <v>?

66. В теплоизолированном сосуде, разделённом на две секции подвижным и теплопроницаемым поршнем, содержатся два разных газа. Одинаковы ли в обеих секциях в состоянии равновесия: а) средние энергии молекул; б) плотности молекул; в) средние квадратические скорости молекул? Трением при перемещении поршня пренебречь. 

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

Рисунок А.12

68. Какое повышение температуры идеального газа: а) изобарическое; б) изохорическое, требует большего количества теплоты?

69. Средняя скорость молекул равновесного газа в системе отсчета, где газ как целое покоится, равна <v>. Определите среднюю скорость <v_отн> движения молекул газа относительно друг друга.

Таблица 2 - РГР  №2, М 2

Вари-ант	А.Г. Чертов, А.А. Воробьёв «Задачник по физике»1981	Физика. Задания к практическим занятиям/Под ред. Лагутиной-1989	И.Е.Иродов «Задачник по общей физике»1981	Приложение  Б
А.1	15-15,18-2,19-14,23-14	17.48		1,36
А.2	14-3,17-4,19-29, 22-25	17.35		2,37
А.3	14-4,15-14,18-4, 22-25	17.45		3,38
А.4	14-5,15-23,19-26, 23-23	17.47		4,39
А.5	15-44,18-14,19-29,23-24	17.39		5,40
А.6	15-62,19-18,28,22-17	17.40		6,41
А.7	14-3,15-48,19-27,22-17	16.43		7,42
А.8	15-16,18-2,23-19	15-12,16.23		8,43
А.9	15-26,19-16,23-18	11-25,16.26		9,44
А.10	15-63,17-10,23-8	15-34,16-50		10,45
А.11	15-19(б),19-26,24-15	15-23,16.27		11,46
А.12	14-6,15-65,23-35	15-35,16-28		12,47
А.13	14-12,15-17,24-9	15-14,16.29		13,48
А.14	15-67,19-16,24-21	14-28,16.30		14,49
А.15	15-22(1),15-50,24-24	15-35,16.44		15,50
В.16	15-59,19-28,22-4	14-12	3.261	16,51
В.17	15-14,19-28, 22-20	15-14	3.262	17,52
В.18	15-30,18-7,24-18	15-23	3.271	18,53
В.19	15-39,19-24,22-22	15-22	3.269	19,54
В.20	15-49,19-17(б),22-19	15-23	3.290	20,55
В.21	15-22(1),18-10,22-21	14-3	3.270	21,56
В.22	15-50,20-6,23-40	13-35	3.264	22,57
В.23	14-23, 19-18,22-19	13-29	3.294	23,58
В.24	15-50,18-14,23-39	15-17	3.292	24,59
В.25	14-23,17-10,24-12	14-26	3.259(а)	25,60
В.26	13-16,17-23,22-29	15-34	2.231(а)	26,61
В.27	15-19(2),17-18,22-41	15-9	3.259(б)	27,62
В.28	14-29,15-18,22-18	14-3	3.231(б)	28,63
В.29	14-27,15-21,24-10	15-38	3.244	29,64
С.30	23-33	14-29,13-38	3.32,3.250	30,65
С.31		11-46,14-28,17.20	3.30,3.291	31,66
С.32		15-40,13-47,17.50	3.32,3.248	32,67
С.33		12-40,13-42	3.250,3.264, 3.289	33,68
С.34		12-45,13-41	3.31,3.227,3.394	34,69
С.35		12-31,13-31	3.30,3.228,3.272	35,70

Контрольная работа №3 (заочное обучение)

Т а б л и ц а 1 – Варианты контрольных заданий (нечетные)

Вариант	Номера задач (Чертов А.Г., Воробьёв А.А.  «Задачник по физике».-М., 1981)					Приложение Б
0	13-2	14-22	15-30	23-2	24-23	1; 36
1	13-4	14-24	15-27	23-6	24-21	2; 37
2	13-6	14-26	15-38	23-10	24-19	3; 38
3	13-8	14-28	15-40	23-16	24-17	4; 39
4	13-20	14-30	15-20	23-20	24-15	5; 40
5	13-22	14-50	15-12	23-28	24-13	6; 41
6	13-14	14-52	15-8	23-30	24-22	7; 42
7	14-10	14-54	15-6	23-22	24-20	8; 43
8	14-4	14-56	15-4	23-34	24-18	9; 44
9	14-17	14-47	15-2	23-14	25-4	10; 45

 

Т а б л и ц а 2 – Варианты контрольных заданий (четные)

Вариант	Номера задач (Чертов А.Г., Воробьёв А.А.  «Задачник по физике».-М., 1981)					Приложение  Б
0	13-5	14-21	15-18	23-4	24-1	11; 63
1	13-9	14-23	15-28	23-8	24-3	18; 61
2	13-10	14-25	15-32	23-9	24-5	16; 62
3	13-13	14-27	15-36	23-13	24-7	17; 60
4	13-16	14-29	15-30	23-15	24-12	22; 59
5	13-18	14-51	15-22	23-17	24-14	21; 58
6	13-21	14-49	15-10	23-21	24-18	23; 57
7	14-6	14-53	15-7	23-27	25-5	25; 55
8	14-8	14-55	15-5	23-29	25-3	27; 47
9	14-18	14-46	15-3	23-33	25-1	29; 49

Приложение  Б

         1. Почему нить электролампы сильно нагревается, а подводящие провода остаются холодными?

         2. Может ли электрический заряд, помещенный в электростатическое поле, находиться в состоянии устойчивого равновесия?

         3. Радиусы  внутренней и внешней обкладок  цилиндрического конденсатора увеличили вдвое, сахранив заряды на обкладках. Изменились ли напряженность электрического поля вблизи внутренней обкладки конденсатора?

         4. Имеется ли вблизи поверхности проводника, по которому течет постоянный ток, электрическое поле?

         5. Совпадает ли траектория движения заряженной частицы в электростатическом поле с силовой линией этого поля?

         6. Превышает ли полезная мощность расходуемая при зарядке аккумулятора, мощность, затрачиваемую на тепловыделение?

         7. Дан равномерно заряженный диск. Определить: а) является ли плоскость диска эквипотенциальный; б) ортогонален ли градиент потенциала во всех точках плоскости диска?

         8. Конденсатор заполняют маслом. Как изменяется его электрическая энергия, если: а) конденсатор присоединен к источнику  постоянной э.д.с.; б) конденсатор заряжен и отключен от источника постоянной э.д.с.?

         9. Металлический шар радиуса R помещен в однородное электрическое поле. Изобразить качественную картину эквипотенциальных поверхностей и линий поля Е.

         10. Раздувается мыльный заряженный пузырь. Как изменяется а) электроемкость пузыря;  б) электрическая энергия?

         11. Начертить схему силовых линий и эквипотенциальных поверхностей для системы двух точечных зарядов  а)  и ; б)   и находящихся на растоянии d друг от друга. У к а з а н и е. Найти точку, в которой напряженность поля равна нулю. Найти сферу нулевого потенциала, а так же точку на прямой, соединяющей заряды, в которой потенциал тот же, что и в точке, где напряженность поля равна нулю.

         12. Радиусы  внутренней и внешней обкладок  цилиндрического конденсатора увеличили вдвое, сохранив заряды на обкладках. Изменилось ли напряжение на конденсаторе ?

         13. Правильно ли утверждение, что  вольтметр, подключенный к клеммам разомкнутого источника, показывает э. д. с.?

         14. Какой физический смысл имеют выражения:

а) ;       б);

в)   ;         г),

где - заряд, находящийся в точке с радиус-вектором ?

         15. Вблизи металлического шара  поместили точечный заряд. При этом оказалось, что электрическая сила , действующая на заряд, равна нулю. Найти знак заряда шара.

         16. Является ли эквипотенциальной плоскость симметрии S в поле точечных зарядов +q и +q (см.рисунок Б.1)?

Рисунок Б.1

         17. Как изменится  ток  короткого замыкания, если два одинаковых источника тока пересоединить из паралельного соединения в последовательное?

         18. Пластины плоского воздушного заряженного конденсатора притягиваются с силой F. Изменится ли эта сила, если  ввести в воздушный зазор между пластинами конденсатора пластинку из диэлектрика?

         19. Показать, что в однородном проводнике при протекании постоянного тока объемная плотность  зарядов равна нулю. Какие заряды создают поле Е внутри проводника?

         20. В каком случае два последовательно соединенных гальванических элемента, замкнутых на внешнее сопротивление, дадут меньший ток, чем один из этих элементов, включенный на то же сопротивление ?

         21. Пространство  между обкладками плоского конденсатора  заполнено диэлектриком с диэлектрической проницаемостью e, изменяющейся в направлении, перпендикулярном пластинам. Однородны ли  векторные поля и  внутри конденсатора?

         22. Сферический слой, ограниченный двумя  концентрическими сферами, заряжен  электричеством с постоянной объемной плотностью. Пользуясь законом Кулона, показать что электрическое поле в полости, ограниченной таким слоем, равно нулю.

         23. Какому условию, следующему из потенциальности электростатического поля, должна удовлетворять плотность постоянного тока  в однородном изотропном проводнике  при отсутствии сторонних сил?

         24. Можно ли, имея два одинаковых конденсатора, получить емкость вдвое меньшую и вдвое большую, чем у одного из них? Если можно, то как это сделать?

         25. Две лампы, рассчитанные на одинаковое напряжение, но потребляющие различные мощности, включены в сеть последовательно. Почему одна из них будет гореть ярче?

         26. Вокруг точечного заряда в однородном изотропном полярном диэлектрике мысленно проведена сфера. Как изменится абсолютное значение связанного заряда, охватываемого сферой, если: а) диэлектрик нагреть; б) увеличить радиус сферы?

         27. Диэлектрическая пластина ширины  2а с проницаемостью 2 помещена в однородное электрическое поле напряженности , линии которого перпендикулярны пластине. Изобразить на рисунке линии полей и D.

         28. Расcтояние между обкладками плоского  конденсатора, присоединенного к источнику постоянной э.д.с., удвоили. Как изменилась сила взаимодействия между обкладками? Краевыми эффектами пренебречь.

         29. Конденсатор емкостью С заряженный до разности потенциалов U₀, разряжается через сопротивление R. Ток разряда  постепенно спадает согласно графику зависимости I(t), причем по оси абсцисс отложено время, а по оси ординат  -lnI. Этому процессу соответствует прямая 1 (см.рисунок Б.2),затем один из параметров (U₀, R, C) изменяют так,  что новая зависимость имеет вид 2. Какой из параметров и в какую сторону изменен?

                         Рисунок  Б.2                                               Рисунок Б. 3

         30. Точечный заряд q находится в центре диэлектрического шара (см.рисунок Б.3) .Отличны ли от  нуля интегралы  а) ;  б)    по замкнутой поверхности S , частично захватывающей диэлектрик ?

         31. На рисунке Б.4 а, б, и в  показаны картины  трех  электрических полей. Как будет вести незаряженный  металлический шарик, помещенный  в каждое из полей (см.рисунок Б.4).

         Рисунок  Б.4                                                      Рисунок  Б.5

         32. Электромотор постоянного тока подключили  к напряжению U. Сопротивление  обмотки якоря R. При каком значении тока через обмотку полезная мощность будет максимальной? Чему она равна? Каков при этом К.П.Д. мотора?

         33. В центре куба находится точечный заряд q. Чему равен поток  через: а) полную  поверхность куба; б) одно из граней куба? Изменятся  ответы, если заряд находится    не в центре куба, но внутри него?

         34. Заряженный конденсатор  разряжается  через сопротивление R. Зависимость  логарифма тока разряда от времени имеет вид для двух разрядов (см.рисунок Б. 5 ).Условия опыта отличаются лишь одним из параметров: U₀, С и  R. Определить каким параметром отличаются друг от друга оба разряда и в каком случае  этот параметр больше. Здесь U₀- начальное напряжение  на конденсаторе.

         35. Бесконечная плоскость заряжена с постоянной поверхностной плотностью σ =0. Найти напряженность   и потенциал φ по обе стороны от плоскости, считая потенциал плоскости  равным нулю. Построить графики зависимостей Е_х и φ от х, ось х  перпендикулярна плоскости, точка х=0 лежит на плоскости (см.рисунок Б.6).

36.  Имеются два очень больших плоских проводящих листа, по которым текут одинаковые по величине и направлению поверхностные токи. Направление токов перпендикулярно к плоскости рисунка и направлено «на нас». Определить, опираясь на теорему о циркуляции вектора магнитной индукции и принцип суперпозиции, конфигурацию линий  магнитного поля в области между листами и по обе стороны от них.

Рисунок Б.6

37. Большой плоский проводящий лист расположен в однородном магнитном поле так, что линии магнитного поля параллельны его плоскости. Как изменится конфигурация магнитных линий, если по листу пустить ток в направлении: а) «на нас» перпендикулярно плоскости рисунка; б) «от нас» перпендикулярно плоскости рисунка? Для решения задачи применить теорему о циркуляции вектора магнитной индукции и принцип суперпозиции (см.рисунок Б.7).

Рисунок Б.7

38. Большой плоский проводящий лист расположен в однородном магнитном поле так, что линии магнитного поля перпендикулярны его плоскости. Как изменится конфигурация магнитных линий, если по листу пустить ток в направлении: а) «на нас» перпендикулярно плоскости рисунка;

б) «от нас» перпендикулярно плоскости рисунка? Для решения задачи применить теорему о циркуляции вектора магнитной индукции и принцип суперпозиции (см.рисунок Б.8).

Рисунок Б.8

39. Вдоль плоской длинной металлической ленты течет постоянный ток. Плотность тока везде одинакова. Опираясь на закон Био-Савара-Лапласа и принцип суперпозиции, опишите магнитное поле  a) вблизи поверхности ленты на расстояниях r, много меньших по сравнению с шириной ленты b; б) на больших расстояниях r>>b. Нарисуйте примерную картину линий магнитной индукции в данных условиях.

40. Плоская горизонтальная граница делит пространство на две части. В нижней части индукция магнитного поля равна нулю. Докажите, что однородное поле вблизи поверхности в верхней части направлено параллельно ей.

41. По обе стороны большого проводящего листа создано однородное магнитное поле, направленное параллельно его плоскости. Определите силу, действующую на единицу площади этого листа, если значения индукции по разные стороны от проводящего листа равны B1= 0,2 Тл  и B2=0,6 Тл, а их направления совпадают.

42. На рисунке Б.9 представлен график зависимости напряженности H(r) от расстояния для поля бесконечно длинного прямолинейного провода с током при равномерном распределении плотности тока по сечению провода. Каким будет график H(r), если радиус провода увеличить от R1 до R2, оставив прежней силу тока в проводе и сохранив распределение плотности тока равномерным?

Рисунок Б.9

43. По бесконечно длинному цилиндрическому прямолинейному проводу течет ток с плотностью, равномерно распределенной по сечению. Как изменяется модуль циркуляции вектора напряженности магнитного поля по  круговому контуру с центром на оси провода при увеличении радиуса контура, если он располагается а) внутри контура; б) снаружи? Плоскость контура перпендикулярна оси провода.

44. По бесконечно длинному цилиндрическому прямолинейному проводу течет ток с плотностью, равномерно распределенной по сечению. Как изменится модуль циркуляции вектора напряженности магнитного поля по контуру, если круговой контур заменить квадратным той же длины и также с центром на оси провода? Плоскость контура перпендикулярна оси провода.

         45. Во сколько раз уменьшится индукция магнитного поля в центре кольца с токов, если его согнуть по диаметру под углом α? Ток в кольце не меняется.

46. Через какое время после первой встречи произойдет встреча двух заряженных частиц, движущихся перпендикулярно магнитному полю индукции B? При первой встрече частицы двигались взаимно перпендикулярно. Заряд частиц q, масса m . Взаимодействием пренебречь.

47. Заряженная частица влетает в область однородного магнитного поля перпендикулярно линиям поля. По какой траектории будет двигаться эта частица, если магнитная индукция  в данной области пространства станет медленно уменьшаться?

48. Заряженная частица влетает в область однородного магнитного поля перпендикулярно линиям поля. По какой траектории будет двигаться эта частица, если магнитная индукция  в данной области пространства станет медленно возрастать?

49. Заряженная частица влетает в область магнитного поля под углом α<π/2 к линиям поля. По какой траектории будет  двигаться эта частица, если линии поля в направлении ее движения постепенно расходятся (см.рисунок Б.10)?

Рисунок Б.10

50. Заряженная частица влетает в область магнитного поля под углом α<π/2 к линиям поля. По какой траектории будет  двигаться эта частица, если линии поля в направлении ее движения постепенно сходятся (см.рисунок Б.11)?

Рисунок Б.11

         51. Пространство разделено на две области плоскостью. В одной области создано магнитное поле индукции В, в другой – индукции В2, причем оба поля однородны и параллельны друг другу. С плоскости раздела перпендикулярно ей стартует электрон со скоростью υ в сторону области с индукцией В. Опишите дальнейшее движение электрона. Определите среднюю (дрейфовую) скорость перемещения электрона вдоль границы раздела магнитных полей, проницаемой для него.

Рисунок Б.12

52. Области однородных магнитного и электрического полей разделены границей – плоскостью. Магнитное поле индукции В параллельно плоскости раздела. Электрическое поле напряженности Е перпендикулярно плоскости раздела. В электрическое поле на расстоянии ℓ от границы помещается частица массы m с зарядом q>0. Нарисуйте траекторию этой частицы. Найдите скорость дрейфа частицы вдоль проницаемой для нее границы раздела полей (см.рисунок Б.13).

Рисунок Б.13

53. Пластины плоского конденсатора с шириной зазора d между ними расположены перпендикулярно магнитному полю индукции В. Около катода расположен источник медленных электронов, вылетающих в разных направлениях к пластинам. При каком напряжении на конденсаторе электроны будут фокусироваться на аноде? Чем определяется размер пятна?

Рисунок Б.14

54. На плоские анод и катод, расстояние между которыми d, подается высокое напряжение. Система находится в магнитном поле индукции B, параллельном плоскости электродов. Определите, при каком напряжении электроны, вылетевшие под действием света из катода, достигнут анода. Найдите это напряжение, если B═0,1 Тл, d═2 см.

Рисунок Б.15

55.    Электрон влетает в область магнитного поля ширины ℓ. Скорость электрона v перпендикулярна как индукции поля B, так и границам области. Под каким углом к границе области электрон вылетит из магнитного поля?

56.    Плоский конденсатор помещен в однородное магнитное поле индукции B, параллельное пластинам. Из точки A вылетают электроны в направлении, перпендикулярном магнитному полю. Напряжение, приложенное к пластинам, равно U. При каком условии электроны будут проходить через конденсатор?

Рисунок Б.16

57.    В трубе прямоугольного сечения a´b находится газ плотности ρ. В одном из концов трубы зажигают разряд, после чего ток I поддерживается постоянным. Возникшая область горения разряда магнитными силами вталкивается внутрь трубы, «сгребая» перед собой газ. Определите установившуюся скорость плазменной «пробки», считая, что она все время больше скорости звука в  газе. Магнитное поле индукции B перпендикулярно вертикальным стенкам трубы.

Рисунок Б.17

58.    Металлическое кольцо разорвалось, когда ток в кольце был I0 . Сделали точно такое же кольцо, но из материала, предел прочности которого в десять раз больше. Какой ток разорвет новое кольцо?

59.    Ускоритель плазмы (рельсотрон) состоит из двух параллельных массивных проводников (рельсов), лежащих в плоскости, перпендикулярной магнитному полю индукции B. Между точками A и C (см.рисунок Б.18) в водороде поджигают электрический разряд. Ток I в разряде поддерживается постоянным. Под действием магнитного поля область разряда (плазменный сгусток) перемещается, разгоняясь к концам рельсов и срываясь с них. Чему равна скорость плазменного сгустка, если его масса m? Расстояние между рельсами  ℓ. Длина участка, на котором происходит ускорение плазмы, равна L. Вычислите скорость плазменного сгустка для случая B=1 Тл,   ℓ=0,1 м, L=1 м, I=10 А; В плазменном сгустке содержится 10¹³ ионов водорода.

                

                  Рисунок Б.18                                   Рисунок Б.19

60.    Индукция магнитного поля В, переходя через плоскую поверхность, меняет угол наклона к ней с  α  на β. Во сколько раз изменится индукция поля? Чему равна линейная плотность тока на поверхности (см.рисунок Б.19)?

61.    Плоскости, пересекающиеся под углом a, делят пространство на четыре области. Магнитное поле в каждой области однородно. В областях 1 и 3 индукция поля параллельна плоскости симметрии АА, направлена в одну сторону и равна соответственно B1 и  B3. Определите индукцию поля в областях 2  и 4 (см.рисунок Б.20).

Рисунок Б.20

62.    Проводник с током находится в безграничной однородной и изотропной парамагнитной среде. Как изменятся величины индукции и напряженности магнитного поля, если температура среды увеличится?

63.    Прямой длинный тонкий проводник с током лежит в плоскости, отделяющей пространство, которое заполнено непроводящим магнетиком с проницаемостью μ>1, от вакуума. На рисунке Б.21 приведена картина линий вектора магнитной индукции, которая соответствует данным условиям. Нарисуйте соответствующую картину линий напряженности магнитного поля. Ответ обоснуйте, опираясь на законы магнитостатики.

          

Рисунок  Б.21                                                    Рисунок  Б.22

64.    Опишите, что произойдет с легкой рамкой, подвешенной на длинной нити и расположенной вблизи конца соленоида, по которому течет постоянный ток, после того, как по рамке станут пропускать постоянный ток (см.рисунок Б.22)? Раскройте механизм взаимодействия рамки с током  и магнитного поля соленоида.

65.    Опишите поведение небольшого, подвешенного на нити стального стерженька после внесения его в неоднородное магнитное поле. Раскройте механизм взаимодействия этого стерженька с магнитным полем, опираясь на закон Ампера и понятие магнитного момента.

67.    Легкий алюминиевый стержень, подвешенный на нити, внесли в неоднородное магнитное поле. Раскройте механизм взаимодействия этого стержня с магнитным полем, опираясь на закон Ампера и понятие магнитного момента. Опишите поведение указанного стержня в данных условиях.

68.    Очень легкий стержень из висмута, подвешенный на нити, внесли в неоднородное магнитное поле. Опишите его поведение, раскройте механизм взаимодействия указанного стержня с магнитным полем в данных условиях.

69.    Палочка из неизвестного вещества, помещенная между полюсами магнита в вакууме, расположилась вдоль линий магнитного поля. После заполнения пространства между полюсами магнита некоторой жидкостью ориентация палочки не изменилась. Каковы магнитные свойства вещества палочки и жидкости?

70.    Палочка из неизвестного вещества, помещенная между полюсами магнита в вакууме, расположилась вдоль линий магнитного поля. Когда пространство между полюсами магнита заполнили некоторой жидкостью, палочка расположилась поперек поля. Каковы магнитные свойства вещества палочки и жидкости?

Таблица 3 - РГР  №3, М 3

Вариант	А.Г. Чертов, А.А. Воробьёв «Задачник по физике», -М., 1981	Физика. Задания к практическим занятиям. /Под ред. Ж.П. Лагутиной./-М.,1989	И.Е. Иродов «Задачи по общей физике», -М., 1988	Приложение B
А.1	25-8, 6-16	18-27,18-14,19.22		1,69
А.2	25-30, 6-17	18-23,18-33, 19.24		2,68
А.3	25-5, 6-3	18-24,18-34, 19.10		3,67
А.4	25-3,  26-3, 6.19	18-22, 19.35		4,66
А.5	25-7, 6-20(1)	18-23,18-33, 19.13		5,65
А.6	25-8, 6-22	18-26,18-35, 19.25		6,64
А.7	25-7,6-56	18-28,18-32, 19.40		7,69
А.8	25-13,26-14, 6-57	18-30,19.28		8,63
А.9	25-12,26-13,6-58	18-31, 19.26		9,62
А.10	25-37, 26-2,6-59	18-9,19.31		10,61
А.11	26-13, 25-47, 31-20	18-14,19.29		11,60
В.12	25-14,26-10, 30-17	18-37, 19.15		12,59
В.13	25-37, 26-12,30-27	18-4,19-16		13,58
В.14	25-10, 6-27	18-40,19.12, 21.22		14,57
В.15	25-16,6-30	18-33,19.20, 21.10		15,56
В.16	25-20,6-29	18-39,19.21, 21.13		16,55
В.17	25-22,6.61	18-34,20.42, 21.15		17,54
В.18	25-23,26-14	18-24,7.13, 21.26		18,53
В.19	25-33,6-63, 30-28	18-28,19.34		19,52
В.20	24-2, 25-15, 30-29	18-27,7.14		20,51
В.21	25-41,26-13, 6.62	18-6, 19.42		21,50
В.22	25-18, 6-63	18-8,7.15, 19.14		22,49
В.23	25-20,6-28	18-35,21.28		23,48
В.24	25-11,  26-3	18-30,7.17,21.30		24,47
В.25	25-46, 26-9	18-22,7.18, 21.29		25,46
В.26	25-48, 6-60	18-39,19.9, 21.26		26,45
В.27	25-9,27-4	18-19,7.13,21.7		27,44
В.28	25-43,6-12	18-20,7.19, 20.8		28,43
В.29	25-45,6-27	18-39, 20.34,21.10		29,42
В.30	25-44,26-14,6-64	21.30	3.322	30,41
С.31	25-40	18-28,7.20	3.325,4.109	31,40
С.32	25-41	18-29,7.17	3.318,4.107	32,39
С.33	25-38	18-18,20.8	3.326,4,126	33,38
С.34	6-62	18-30,18.45	3.308,4.230	34,37
С.35		18-44,21.29	3.300,4.3,5.80	35,36

Т а б л и ц а  1 – Варианты заданий (нечетные) для студентов заочной формы обучения

Вариант	Номера задач (Чертов А.Г., Воробьёв А.А.  «Задачник по физике».-М., 1981)				Приложение В
0	25.2	6.23	7.3	26.5	30.26	1,36
1	25.15	6.18	7.4	26.6	31.18	3,38
2	25.9	6.22	7.6	26.7	30.16	5,40
3	25.3	6.29(1)	7.37	26.2	31.8	7,42
4	25.4	6.24(1)	7.31	26.1	30.29	9,44
5	25.11	6.26	7.5	26.8	31.14	11,46
6	25.16	6.14	7.10	26.10	30.30	13,48
7	25.8	6.24(2)	7.38	26.14	31.10	15,50
8	25.1	6.29(2)	7.40	26.4	30.17	17,52
9	25.12	6.15	7.8	26.3	31.21	19,54

Т а б л и ц а  2– Варианты заданий (четные) для студентов заочной формы обучения

Вариант	Номера задач (Чертов А.Г., Воробьёв А.А.  «Задачник по физике».-М., 1981)				Приложение  В
0	25.1	6.24	7.1	26.1	30.26	21,53
1	25.2	6.16	7.5	26.12	31.16	23,51
2	25.9	6.19	7.7	26.2	30.17	25,49
3	25.7	6.29(3)	7.38	26.5	31.14	27,47
4	25.8	6.24(3)	7.11	26.3	30.28	29,45
5	25.6	6.24(4)	7.9	26.10	31.12	31,43
6	25.11	6.27	7.39	26.5	30.16	33,41
7	25.12	6.24(5)	7.10	26.8	31.21	35,39
8	25.13	6.27	7.40	26.9	30.30	14,37
9	25.5	6.9	7.37	26.4	31.11	16,55

Приложение В

1. Можно ли  утверждать, что в проводящем замкнутом контуре всегда  возникает индукционный ток, если: а) контур  перемещается в  магнитном поле, пересекая линии  индукции;  б) изменяется поток  магнитной индукции, сцепленный с контуром?

2. Вблизи  полюса  электромагнита висит проводящее кольцо (см.рисунок В.1). Магнитный  поток, пронизывающий кольцо, изменяется согласно графику на рисунке В.2.  В  какие  интервалы времени кольцо  притягивается к электромагниту?

         Рисунок В.1                                                        Рисунок В. 2

3. Плоская  проводящая рамка вращается в  однородном магнитном поле. Индуцируется ли  в  рамке ЭДС, если  ось вращения: а) параллельна;  б) перпендикулярна  линиям индукции ?

4. В  однородном  равномерно  возрастающем магнитном поле находится проволочный каркас (см.рисунок А.3). Как  изменится  тепловая  мощность, выделяющаяся в каркасе,  если замкнуть ключ К ?

                  Рисунок В.3                                                             Рисунок В.4

5. На  тороидальный  железный  сердечник  надеты катушка и  проводящее кольцо. Индуцируется ли  ток в  кольце, если: а)  по  обмотке  катушки течет постоянный ток, кольцо перемещается вдоль сердечника;  б) по  обмотке  катушки течет переменный ток, кольцо  неподвижно. Магнитное  поле  катушки  считать    сосредоточенным  в  сердечнике.

6. Проводящий контур вынимают из  межполюсного пространства электромагнита. Зависит ли от времени  перемещения  контура:  а) количество  выделившейся в контуре теплоты;  б) заряд, протекший  по  контуру?

7.  Проводящая рамка  (см.рисунок В.4) перемещается  в поле бесконечного прямолинейного проводника с  током: а) параллельна проводнику; б) вращаясь вокруг проводника таким  образом, что проводник  все время остается в плоскости  рамки на  неизменном расстоянии от нее. Индуцируется ли ток в  рамке  в обоих случаях?

8. Две  одинаковые проводящие  квадратные рамки расположены паралельно. Как  изменится  их  взаимная  индуктивность, если : а)  одну из рамок деформировать в прямоугольник того  же  периметра; б) повернуть  на  угол  60° ? Положение  центра и направление одной из средних линий контура, подвергающегося  изменениям, сохраняются.

9. В плоскости прямолинейного проводника с током расположена проводящая рамка  (см.рисунок В.4).Ток в прводнике  изменяется  по закону I~t², при этом сила, действующая на рамку, Ғ  ~ t^k .Найти значение k. Полем тока  самоиндукции пренебречь.

10. Как  изменится сила, действующая на  рамку, в задаче 9, если учесть поле тока  самоиндукции  в  рамке?

11.  Определить направление силы, действующей  на проводящую рамку (см.рисунок  В.4), если  ток в проводе: а)  возрастает;  б)  убывает.

12.  Проводящее  кольцо (см.рисунок В.5,а)  пронизывает  магнитный поток, изменяющийся согласно  графику (см.рисунок В.5,б). Указать  направление индукционного  тока в кольце и  определить, как  изменяется ток.

           Рисунок В.5,а                                              Рисунок  В.5,б

13. Как изменится взаимная  индуктивность двух контуров, находящихся в парамагнитной  среде, если  среду  охладить?

14. Магнитный  поток, пронизывающий проводящее кольцо (см.рисунок В.5,а), изменяется согласно графику на рисунке В.6.  Обращается ли ЭДС  индукции в  кольце в  нуль в интервалах времени   а  и  б?

15. Замкнутый проводящий  контур имеет форму восьмерки (см.рисунок В.7).  Как  изменится индуктивность контура, если один  из витков повернуть вокруг оси ОО₁ на  180° ?

Рисунок В.6                                                            Рисунок В.7

                 

16. Поток  магнитной индукции через проводящее кольцо (см.рисунок В.5,а) изменяется по гармоническому закону (см.рисунок В.2). Среди моментов времени 1,2,3,4  указать момент, соответствующий отрицательной и  максимальной по  модулю ЭДС, индуцированной  в  кольце.

17. Наматывают соленоид в один слой, укладывая витки вплотную друг к другу. Как изменяется отношение  индуктивности соленоида к  сопротивлению  обмотки L/R  с увеличением  числа  витков? Соленоид  считать длинным.

18. В задаче  2  определить, в каких интервалах  времени ток, индуцированный в кольце,  возрастает и  составляет с направлением линий индукции, пронизывающих  кольцо,  правовинтовую систему?

19. В контуре, расположенном в неферромагнитной  среде, течет переменный ток I. Верно ли  записаны  выражения элементарной работы вихревого электрического  поля в контуре : а) δΑ=−IdФ_м ;  б) δΑ= − Ф_м dI.  Здесь Ф_м – магнитный  поток, сцепленный с контуром.

20. В задаче В.2  определить , в какие моменты  времени в интервале [1, 4]  сила взаимодействия  между  электромагнитом и кольцом  обращается  в  нуль?

21. Две  одинаковые  обмотки соленоида намотаны в одном  направлении и соединены параллельно. Как изменится индуктивность соленоида, если: а) обмотки соединить последовательно;  б)  отключить одну из  обмоток?

22.  Пусть  ток в  обмотке  электромагнита (см.рисунок В.1)  изменяется   согласно графику на рисунке В.8.  Какова  средняя  ЭДС,  индуцированная  в  кольце ?

23. Поток  магнитной индукции через проводящее кольцо (см.рисунок 5,а) изменяется по гармоническому закону (см.рисунок В.2). Среди моментов времени 1,2,3,4  указать момент, соответствующий отрицательной и  максимальной по  модулю ЭДС, индуцированной в  кольце.

24.  Прямоугольная рамка с  подвижной  перемычкой  MN находится в постоянном однородном  магнитном поле (см.рисунок В.9). Перемычка  равномерно  перемещается. Какое поле  существует в  системе отсчета, связанной с перемычкой ?

         Рисунок В.8                                                         Рисунок В.9

25.  Зависит ли  индуктивность  тороида с  железным  сердечником: а)  от тока в  обмотке;  б) от температуры  сердечника?

26. Пусть электрическое сопротивление рамки в ситуации, описанной в задаче В.24, пренебрежимо мало по сравнению с сопротивлением перемычки, и поле индукционного тока можно не учитывать. Сила Ампера, действующая на  перемычку   Ғ ~  В^k . Найти  значение   k.

27. На некотором расстоянии друг от  друга  расположены два  контура, плоскости  которых параллельны друг  другу и по  которым текут токи в одинаковом  направлении. Оставляя один контур неподвижным,  меняют  различным  образом положение  второго. В одном случае его  плоскость  поворачивают на 90° , в  другом  -  на 180° и в  третьем -  удаляют параллельно  самому  себе на некоторое расстояние. В каком из  этих  случаев придется  совершить наибольшую, а в каком - наименьшую  работу?

28. По  вертикальной  П - образной проводящей раме из состояния покоя соскальзывает  стержень MN  (см.рисунок В.10). Устройство находится в горизонтально направленном  однородном  магнитном  поле. Как  изменяются скорость и ускорение стержня  на  начальной  стадии  движения? Электрическим  сопротивлением  рамы и полем индукционного тока пренебречь.

29. Два  контура расположены так, что  их плоскости параллельны друг другу. По контуру  1  течет ток, направление которого  показано  стрелкой. Контуры, сохраняя параллельность своих плоскостей, движутся  друг относительно друга. Как  направлен  индукционный ток в  контуре 2,  когда  контуры  сближаются и когда  удаляются?

30.  Пятак  падает  ребром, проходя  межполюсное пространство электромагнита. Будет ли  ускорение пятака  меньше  ускорения свободного падения: а) при  входе;  б) при выходе из  магнитного поля?

31. Через  две  одинаковые катушки индуктивности  текут токи, спадающие со  временем по линейному  закону. В какой из катушек  возникающая  ЭДС самоиндукции больше ? Изменятся ли значение или знаки ЭДС самоиндукции, когда токи, пройдя через  нуль,  начнут  возрастать в противоположном направлении, сохраняя тот же линейный закон?

      

Рисунок В.10                                                                   Рисунок В.11

32. В  однородном  магнитном поле  вращается с  постоянной  угловой скоростью w  проводящее  колесо с  четырьмя радиальными спицами. Ось колеса  параллельна линиям  индукции. Определить индуцированную  разность потенциалов  между осью  колеса и  его ободом.

33. Проводящий контур, содержащий конденсатор и подвижную перемычку MN, находится в однородном магнитном  поле (см. рисунок В.11). Есть ли ток в контуре, если перемычка  движется: а)  равномерно;  б)  ускоренно? Активное  сопротивление цепи   пренебрежимо мало.

34. Пусть перемычка MN в ситуации, описанной в задаче В.33,  перемещается согласно  закону х~t⁴.  При  этом  зависимость  индукционного  тока от  времени  выражается степенной  функцией І ~ tⁿ . Найти  значение n.

35. Проводящая рамка, имеющая  ось  вращения, находится в однородном  магнитном поле (см.рисунок В.12). Является ли положение рамки, показанное на рисунке, положением  устойчивого равновесия, если: а) индукция  магнитного поля  увеличивается; б) уменьшается?

Рисунок В.12                                                          Рисунок В.13

36. Зависимость от времени t координаты q некоторой системы с одной степенью свободы имеет вид q = q *+ а sin(ω₀t+α), где q *, а, ω₀ и α – константы. Какое движение совершает эта система? Перечислить его основные параметры.

37. Зависимость от времени координаты q одномерного гармонического осциллятора имеет вид q = q * + а sin(ω₀t+α). Найти зависимости от времени t скорости  и ускорения .

38. Зависимость от времени координаты q одномерного гармонического осциллятора имеет вид q = q* + а sin(ω₀t+α). Найти амплитуды скорости _m и ускорения _m.

39. Изобразить на векторной диаграмме колебания а) х=аcos(ωt+π/4), б)=-2а cos(ωt - π/6) в моменты времени t₁=0 и t₂ = π/(2ω). Константа а>O.

40. Изобразить на векторной диаграмме в момент времени t=0 смещение х=аcos(ωt+π/3), скорость , ускорение . 

41. Частица массы m может двигаться вдоль оси х. На частицу действует сила F_x=-k(x-x*), где k и x* – константы, причем k>O . Написать уравнение движения частицы.

42. В молекуле азота N₂  частота колебаний атомов ω₀, масса одного атома m. Найти коэффициент k квазиупругой силы, действующей между атомами.

43. Зависимость от времени t координаты q гармонического осциллятора имеет вид q=Аsin(ω₀t+α). Выразить через А и α начальные (в момент времени t=0) значения координаты q_0.

44. Зависимость от времени t координаты q гармонического осциллятора имеет вид q=Аsin(ω₀t+α). Выразить через А и α начальные (в момент времени t=0) значения скорости _{0 .}

45. Чему равна сила, действующая на частицу, совершающую гармоническое колебание, при прохождении ею положения равновесия?

46. Чему равна скорость частицы, совершающей гармоническое колебание, в тот момент, когда она находится «в крайнем» положении?

47. Энергия одномерного гармонического осциллятора имеет вид , m - масса, k - коэффициент квазиупругой силы. Найти амплитуду колебаний х_м.

48. Энергия одномерного гармонического осциллятора имеет вид , m - масса, k - коэффициент квазиупругой силы. Найти амплитуду скорости _m^.

49. Груз массы m подвешен к двум пружинам, соединенным «последовательно». Определить частоты колебаний груза, если коэффициенты жесткости пружин равны k₁ и  k₂   (см.рисунок В.14).

Рисунок В.14                                  Рисунок     В.15

50. Груз массы m подвешен к двум пружинам, соединенным «параллельно». Определить частоты колебаний груза, если коэффициенты жесткости пружин равны k₁ и  k₂.

51. Определить частоту колебаний системы, показанной на рисунке В.16. Блок считать однородным диском массой m, масса груза М, жесткость пружины k. Нить по блоку не проскальзывает.

Рисунок В.16                         Рисунок В.17

52. Зависимость координаты q от времени t некоторой системы с одной степенью свободы имеет вид q = a₀ exp(-βt) cos(ω^/t+α), где a_0, β, ω^/, α – константы. Какое движение совершает эта система? Перечислить его основные параметры.

53. Амплитуда затухающих колебаний уменьшилась в е² раз за 50 колебаний. Чему равны логарифмический декремент затухания λ и добротность Q системы?

54. Кусок сыра бросили на весы. Три последовательных крайних положений стрелки весов были такие: а₁ = 560г, а₂ = 440г, а₃ = 520г. Какова действительная масса куска сыра?

55. Система совершает затухающее колебание. Зависимость её координаты q от времени t имеет вид q = a₀ exp(-βt) cos(ω^/t+α). Выразить через a₀ и α смещение q₀  и скорость₀ в начальный момент времени t=0.

56.  Для схемы, изображенной на рисунке В.17, найти амплитуду тока I₀ и разность фаз  α между напряжением и током. Частота тока равна ω.

57.  Для схемы, изображенной на рисунке В.18, найти амплитуду тока I₀ и разность фаз  α между напряжением и током. Частота тока равна ω.

58.  Для схемы, изображенной на рисунке В.19, найти амплитуду тока I₀ и разность фаз  α между напряжением и током. Частота тока равна ω.

Рисунок В.18                         Рисунок В.19

         59. Для схемы, изображенной на рисунке В.20, найти среднюю мощность Р, выделяющуюся в сопротивлении R. Ответ выразить через амплитуды тока I₀, напряжения U₀ и сдвиг фаз α между напряжением и током.

Рисунок  В.20                                 Рисунок  В.21

60. Для схемы, изображенной на рисунке В.18, найти среднюю мощность Р, выделяющуюся в сопротивлении R. Ответ выразить через амплитуды тока I₀, напряженияU₀ и сдвиг фаз α между напряжением и током.

61. Для схемы, изображенной на рисунке В.19, найти среднюю мощность Р, выделяющуюся в сопротивлении R. Ответ выразить через амплитуды тока I₀, напряжения U₀ и сдвиг фаз α между напряжением и током.

62. Для схемы, изображенной на рисунке В.20, найти среднюю мощность Р, выделяющуюся в сопротивлении R. Ответ выразить через амплитуду тока I₀ и R.

63. Для схемы, изображенной на рисунке В.18, найти среднюю мощность Р, выделяющуюся в сопротивлении R. Ответ выразить через амплитуду тока I₀ и R.

64. Для схемы, изображенной на рисунке В.19, найти среднюю мощность Р, выделяющуюся в сопротивлении R. Ответ выразить через амплитуду тока I₀ и R.

65. Для схемы, изображенной на рисунке В.19, найти среднюю мощность Р, выделяющуюся в сопротивлении R. Ответ выразить через амплитуду U₀ и параметры R, L, C, ω.            

66. Для схемы, изображенной на рисунке В.18, найти среднюю мощность Р, выделяющуюся в сопротивлении R. Ответ выразить через амплитуду U₀ и параметры R, L, C, ω.

67. Для схемы, изображенной на рисунке В.19, найти среднюю мощность Р, выделяющуюся в сопротивлении R. Ответ выразить через амплитуду U₀ и параметры R, L, C, ω.

68. В схеме на рисунке В.19 вольтметры V₂,V₃,V₄ показывают модули амплитуды напряжения соответственно U₂,  U₃,  U₄. Какое напряжение U₁ показывает вольтметр V₁ ?

69. В схеме на рисунке В.19 вольтметры V₂,V₃,V₄ показывают модули амплитуды напряжения соответственно U₂, U₃, U₄. Определить среднюю тепловую мощность Р, выделяющуюся в цепи, если величина сопротивления R.

Таблица 4 - РГР  №4, М 4

Вариант	Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике, 1981	Физика. Задания к практическим занятиям/ под ред. Лагутиной Ж.П., 1989	Иродов И.Е. Задачи по общей физике, 1988	Приложение Г
А.1	34-2;  38-1; 41-16	24.14		30,65
А.2	34-3; 35-8; 43-5	24.11		31,32
А.3	34-4;  40-1;44-1	24.12		28,33
А.4	35-3; 40-2;43.7	24.15		27,34
А.5	34-9;  40-3;44-1	24.19а		26,35
А.6	34-10; 35-7; 43.8	24.19б		25,36
А.7	34-12; 35-9; 43.9	24.19в		24,37
А.8	35-10; 41.22	23.17в; 24.13		23,38
А.9	34-15; 37-1;41-24	24.2		22,39
А.10	34-16; 45-10;42-26	26.4		21,40
А.11	34-17; 38-2;41-9	26.1(a)		20,41
А.12	34-11;41-10	24.16; 26.1(b)		19,42
В.13	40-6;43-10	24.20;26.2		18,43
В.14	40-7;43-15	24.22;26.3		17,44
В.15	40-10;43-16;50-21	26.6		16,45
В.16	40-12;46-19;50-24	26.9		15,46
В.17	46-20;44-16	24.4;26.42		14,47
В.18	46-21(1);50-25	24.7;26.17		13,48
В.19	46-21(2);41-23	24.8;25.46		12,49
В.20	45-11;41-27	24.3;26.28		11,50
В.21	45-13;41-28(1)	24.5;26.36		10,51
В.22	45-17;41-28(2);50-23	26.19		9,52
В.23	45-15;41-29;50-25	26.34		8,53
В.24	36-5; 45-14;50-26	26.32		7,54
В.25	36-10;45-9;41-31	25.47		6,55
В.26	36-11;46-22;41-32	25.24		5,56
В.27	36-12; 46-23;41-12	26.18		4,57
В.28	46-27(2);44-16	23.44;26.23		3,58
В.29	46-24;44-2	23.42;25.27		2,59
В.30	36-11;  46-29;50-22	23.49		1,60
С.31		24.39	5.267;5.292;  6.221	30,61
С.32		24.40а	5.276а;5.293;6.220	29,62
С.33		24.40б	5.276б;5.296; 6.253	28,63
С.34	38-14	24.38	5.276в; 6.223	27,64
С.35		24.39	5.309; 6.43;6.294	26,65

Т а б л и ц а  1 – Варианты заданий (нечетные) для студентов заочной формы обучения

Вариант	Номера задач (Чертов А.Г., Воробьёв А.А. «Задачник по физике». - М., 1981. – 496 с.)					Приложение Г
0	34.2	35.5	41.6	45.1	44.3(1)	1,46
1	34.3	35.6	41.11	45.2	44.5	3,48
2	34.11	35.8	41.13	45.9	44.18	5,50
3	34.13	35.4	41.15	46.14	43.4	7,52
4	34.16	35.9	41.9	45.5	44.11	9,54
5	34.17	35.10	41.17	46.15	44.29	11,56
6	34.19	35.3	41.19	45.10	43.13	13,58
7	34.10	35.1	41.8	45.1	43.6	15,60
8	34.15	35.7	41.16	45.11	43.8	17,62
9	34.1	35.2	41.7	46.5	43.15	19,64

Т а б л и ц а  2 – Варианты заданий (четные) для студентов заочной формы обучения

Вариант	Номера задач (Чертов А.Г., Воробьёв А.А. «Задачник по физике». - М., 1981. – 496 с.)					Приложение Г
0	34.4	35.7	41.5	45.5	43.7	2,47
1	34.9	35.1	41.10	46.16	43.5	4,49
2	34.18	35.9	41.14	46.15	43.12	6,51
3	34.12	35.4	41.12	45.10	43.10	8,53
4	34.2	35.5	41.21	45.11	43.16	10,55
5	34.14	35.8	41.6	46.14	43.9	12,57
6	34.20	35.3	41.4	45.1	44.6	14,59
7	34.19	35.10	41.7	45.2	44.12	16,61
8	34.22	35.6	41.18	45.9	44.30	18,63
9	34.9	35.2	41.1	45.3	44.7	20,65

Приложение Г

1. Два тела одинаковой формы и размеров, но обладающие разной поглощательной способностью, нагреты до одной и той же температуры, а затем помещены в вакуум. В результате, эти тела остывают. На рисунке Г.1 представлены графики изменения температуры этих тел с течением времени в процессе остывания. Какая из кривых характеризует остывание тела с большей поглощательной способностью, а какая – с меньшей? 

          Рисунок Г.1                                    Рисунок Г. 2

2. В энергетическом распределении излучения абсолютно черного тела (см.рисунок Г.2) выделены два участка, площади которых S1  и S2  одинаковы. Одинаковы ли мощности излучения, приходящиеся на соответствующие интервалы длин волн, и одинаково ли число излучаемых квантов?

3. Студент нарисовал кривые распределения энергии в спектре излучения абсолютно черного тела для двух температур (см.рисунок Г.3). В чем заключается ошибка?

Рисунок Г.3                                                            Рисунок Г.4

4. На рисунке Г.4 изображены теоретическая кривая распределения энергии излучения абсолютно черного тела при некоторой температуре (кривая 1) и полученная экспериментально кривая для излучения некоторого тела, нагретого до той же температуры (кривая 2). Почему можно утверждать, что экспериментальная кривая ошибочна?

5. На рисунке Г.5 кривая 1 изображает распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела. Кривая 2 представляет в схематизированном виде распределение энергии в спектре излучения некоторого условного тела, полученное при той же температуре, что и спектр абсолютно черного тела. Кривая 2 состоит из трех участков: на участках от λ=0 до λ1 и от λ2 до λ= ¥ все ординаты кривой 2 вдвое ниже ординат кривой 1. На участке от λ1 до λ2  значение Eλ остается постоянным. Нарисовать распределение по длинам волн поглощательной способности условного тела.

Рисунок Г.5                                                       Рисунок Г.6

6. В замкнутом изолированном сосуде находится идеальный газ. Концентрация молекул газа равна n. При какой температуре T объемная плотность кинетической энергии поступательного движения молекул газа равна объемной плотности энергии u электромагнитного излучения абсолютно черного тела? Проиллюстрировать полученный результат числовыми примерами:  а) при n =2,7·10²⅝ м‾³; б) n =7,4·10¹³ м‾³.

7. Как с помощью вольт-амперной характеристики фотоэлемента определить число N электронов, выбиваемых светом с поверхности катода в единицу времени?

         8. Функция распределения фотоэлектронов по энергиям имеет вид, представленный на рисунке В.6. Чем определяется максимальная энергия фотоэлектронов?

9. В опыте Лукирского и Прилежаева зависимость разности потенциалов Uз, необходимой для прекращения фототока, от частоты падающего света изображается  наклонными прямыми (см.рисунок Г.7). Как по наклону этих прямых определить постоянную Планка h? Чем отличаются друг от друга условия, при которых получены разные прямые?

Рисунок Г.7                                                  Рисунок Г.8

10. Фотокатод  может освещаться одним из двух различных источников, дающих каждый монохроматическое излучение. Источники располагают на одинаковом расстоянии от катода. Зависимость фототока от напряжения между катодом и анодом при одном источнике света изображается кривая 1, а при другом – кривая 2 на рисунке Г.8. Чем отличаются эти источники друг от друга?

11. Два фотокатода освещаются одним и тем же источником света. При этом зависимость фототока от напряжения между катодом и анодом для одного катода изображается на рисунке Г.9 кривая 1, а для другого – кривая 2. У какого фотокатода больше работа выхода?

12. Как изменится вид вольт-амперной характеристики фотоэлемента, если: а) при неизменном спектральном составе волны увеличится в 2 раза ее полный световой поток; б) при неизменном потоке фотонов увеличится в 2 раза частота используемого монохроматического света; в) при неизменном потоке фотонов увеличится в 2 раза длина волны монохроматического света; г) при неизменном световом потоке увеличится в 2 раза частота монохроматического света? Считать, что квантовый выход фотоэффекта остается во всех случаях неизменным.

13. Два электрода, находящиеся в вакууме на некотором расстоянии друг от друга, соединены между собой через активное сопротивление (см.рисунок В.10). Один из электродов освещается источником света, в спектре которого имеется излучение с длиной волны λ, удовлетворяющее условию hc/λ > Aвых, где Aвых – работа выхода электронов из металла освещаемого электрода. Пойдет ли при этом в цепи ток?

Рисунок Г.9                              Рисунок  Г.10

14. Изобразить зависимость максимальной кинетической энергии фотоэлектронов от частоты света n. Работа выхода электронов из металла равна Aвых.

15. Изобразить зависимость фототока насыщения в вакуумном фотоэлементе от напряженности E электрического поля в падающей световой волне.

16. Возможен ли процесс, при котором  кинетическая энергия электрона отдачи равнялась бы энергии налетающего фотона?

17. В результате комптоновского рассеяния (см.рисунок Г.11) в одном случае фотон полетел под углом θ₁ к первоначальному направлению, а в другом случае – под углом θ₂ . В каком случае длина волны излучения после рассеяния больше и в каком случае электрон, участвующий во взаимодействии, получил бóльшую энергию?

Рисунок Г. 11                                          Рисунок Г.12

        

18. На графике потенциальной энергии U(r) электрона в атоме водорода (см.рисунок Г.12) изобразить примерную схему уровней энергии атома. Для произвольной координаты электрона r показать его кинетическую T, потенциальную  U  и полную E энергии в состоянии с квантовым числом  n=2.

19. На рисунке  Г.13 изображена схема квантовых уровней атома. Как изменяется каждая из составляющих энергии электрона (кинетическая и потенциальная) при переходе от нижних уровней к верхним?

Рисунок Г.13                                                 Рисунок Г.14

20. Момент импульса электронов в атоме и его пространственные ориентации могут быть условно изображены векторной схемой, на которой длина вектора пропорциональна модулю орбитального момента импульса электрона (см.рисунок Г.14). Какому минимальному значению главного квантового числа n соответствуют векторы схемы и чему равны значения квантовых чисел l и m?

Рисунок Г.15

21. Электрон, движущийся слева направо, встречает на пути в одном случае порог (см.рисунок Г.15 а), а в другом случае – барьер (см.рисунок Г.15 б). Каковы вероятности преодоления порога и барьера по классической и по квантовой теории в двух случаях: 1) кинетическая энергия Wk  электрона меньше высоты порога (барьера) Π; 2) кинетическая энергия Wk  больше Π?

22. Замкнутая полость объема V заполнена равновесным тепловым излучением при температуре T. Найти зависимость теплоемкости C_V излучения от температуры.

23. Шар радиуса ρ, поверхность которого можно принять за абсолютно черную, поддерживается при температуре  T. Определить: а) энергетическую светимость R* шара; б) излучаемый им полный поток Ф; в) среднюю объемную плотность энергии u электромагнитного излучения на расстоянии  r>>ρ.

24. Оцените необходимую кинетическую энергию, которой должны обладать на выходе из ускорителя электроны, чтобы они могли в экспериментах по рассеянию эффективно использоваться в исследовании внутренней структуры объекта с линейными размерами порядка: а) r₀ ~ 10ˉ¹º м (атом);  б) r₀ ~ 10ˉ¹³ см (атомное ядро).

25. Используя соотношение неопределенностей Гейзенберга, оцените минимальную кинетическую энергию Emin электрона, локализованного в области пространства с линейными размерами порядка: а) r0 ~ 10ˉ¹º м (атом);  б) r0 ~ 10ˉ¹³ см (атомное ядро).

26. Частица массы m находится в состоянии с минимальной энергией в прямоугольной,  бесконечно глубокой потенциальной яме ширины l. Оцените: а) энергию частицы  Emin; б) силу давления F частицы на стенки ямы.

27. Внутри сферической полости радиуса R находится частица массы m в состоянии с минимальной энергией. Используя соотношение неопределенностей, определите давление P, оказываемое частицей на стенки полости.

28. Частица массы m находится в одномерном потенциальном поле  U(x)=kx²/2  (гармонический осциллятор). Установите с помощью соотношения неопределенностей зависимость минимальной возможной энергии Emin частицы от размера x области ее локализации вблизи нуля.

29. Выразите дебройлевскую длину волны релятивистской частицы массы  m  через ее:  а) скорость v; б) кинетическую энергию T. При какой скорости v частицы  ее комптоновская длина волны λ_c  равна длине волны де Бройля λ?

30. Найти зависимость дебройлевской длины волны λ от кинетической энергии T: а) ультрарелятивистской частицы (T>>mc²); б) нерелятивистской частицы (T<<mc²). Ответы выразить через комптоновскую длину волны λc частицы и отношение mc²/T.

31. – 39. Каков физический смысл температуры Дебая? Пользуясь теорией Дебая, вычислить максимальную частоту ω_max собственных колебаний и молярную нулевую энергию U_μ0 кристалла, для которого характеристическая температура Дебая равна θ_D= (см.таблицу 1).

Таблица Г.1

№ задачи	31	32	33	34	35	36	37	38	39
Кристалл	Al	Ar	Be	Ag	Au	Ge	Cu	Si	Kr
θD ,К	410	92	1420	210	180	370	320	645	70

40.  Зависимость  логарифма  проводимости  от 1/Τ  (где Т – температура) для двух полупроводников представлена на рисунке Г.16. У какого из этих полупроводников запрещенная зона между валентной зоной и зоной проводимости шире?

Рисунок Г.16                                                   Рисунок Г.17

41. Зависимость электрической проводимости двух полупроводников от 1/Т имеет вид, схематически  представленный на рисунке Г.17. Чем отличаются друг от друга эти полупроводники?    

42. Распределение потенциала вблизи границы двух полупроводников с разным характером проводимости зависит от направления приложенного внешнего напряжения. Какое распределение потенциала: 1 или 2  на рисунке Г.18, соответствует запирающему направлению, какое – проводящему? К каким полупроводникам относятся левая и правая ветви кривых?

Рисунок Г.18

43. Что такое фотопроводимость? Как зависит фотопроводимость от времени после включения и выключения света? Объясните.

44. Что собой представляют светодиоды? Чем определяется цвет излучения светодиода? Какова эффективность преобразования в них электрической энергии в видимый свет?

45. – 52. Какие физические объекты описываются статистикой Ферми-Дирака? Что такое энергия Ферми? Какова вероятность того, что при комнатной температуре  (kT=0,025 эВ) электрон в металле займет состояние, энергия которого на величину ΔE= (см.таблицу Г.2): а) больше уровня Ферми; б) меньше уровня Ферми? Каковы эти вероятности при Т=0 ? Нарисуйте графики функции распределения Ферми-Дирака для указанных температур и отметьте на них соответствующие условию задачи точки.

Т а б л и ц а  Г.2

№ задачи	45	46	47	48	49	50	51	52
ΔE, эВ	0,015	0,020	0,025	0,030	0,035	0,040	0,045	0,050

53. – 60. Какие физические объекты описываются статистикой Ферми-Дирака? Что такое энергия Ферми? Какова вероятность того, что при температуре T, вдвое превышающей комнатную температуру (kT=0,050 эВ) электрон в металле займет состояние, энергия которого на величину ΔE= (см.таблицу Г.3): а) больше уровня Ферми; б) меньше уровня Ферми? Каковы эти вероятности при Т=0 ? Нарисуйте графики функции распределения Ферми-Дирака для указанных температур и отметьте на них соответствующие условию задачи точки.

Т а б л и ц а  Г.3

№ задачи	53	54	55	56	57	58	59	60
ΔE, эВ	0,010	0,015	0,020	0,025	0,030	0,035	0,040	0,045

61. – 65. Вычислить (в эВ) максимальную εm и среднюю <ε> кинетическую энергию свободных электронов при абсолютном нуле температуры в металле (см.таблицу Г.4), плотность которого равна ρ= (см.таблицу Г.4).

        Т а б л и ц а Г.4

№ задачи	61	62	63	64	65
Металл	Литий	Натрий	Калий	Рубидий	Цезий
Плотность	534 кг/м³	971 кг/м³	860 кг/м³	1530 кг/м³	1870 кг/м³

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. – СП-б: 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. Чертов А.Г., Воробьёв А.А.«Задачник по физике». -М.: Изд-во Физико-математич.лит-ры,  2006.

Содержание

Введение

1.1 Рекомендации к освоению дисциплин «Физика»

1.2 Требования к оформлению и содержанию   расчетно-графических (контрольных) работ

РГР №1 

Приложение А   

РГР № 2  

Приложение Б

РГР № 3  

Приложение В  

 РГР № 4

Приложение Г

Список литературы

Св. план 2013 г., поз.85    

Марат Шакирович Карсыбаев,
Тлеухан Дауменович Дауменов,
Туркестан Сейдахметович Байпакбаев

ФИЗИКА
Методические указания к расчетно-графическим работам
для специальности 5В071900-Радиотехника, электроника и телекоммуникации

Редактор  Н.М. Голева
Специалист по стандартизации  Н.К. Молдабекова

Подписано в печать
Формат 60´84 1/16
Тираж 200 экз.
Бумага типографская  № 1
Объем 3.3 уч. – изд.л.
Заказ ___. Цена 1650  тг.

Копировально-множительное бюро
некоммерческого акционерного общества
«Алматинский университет энергетики и связи»050013,
Алматы, ул. Байтурсынова, 126