• Ешқандай Нәтиже Табылған Жоқ

Некоммерческое

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2024

Share "Некоммерческое"

Copied!
38
0
0

Толық мәтін

(1)

Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ ИМЕНИ ГУМАРБЕКА ДАУКЕЕВА

УГЛУБЛЕННАЯ ФИЗИКА

Методические указания к выполнению расчетно-графических работ для студентов образовательной программы

6В07103 – Автоматизация и информатизация в системах управления

Алматы 2022

Кафедра космической инженерии

(2)

2

СОСТАВИТЕЛИ Р.Б. Ахметкалиев, С.Н. Сарсенбаева. Углубленная Физика. Методические указания к выполнению расчетно-графических работ для студентов образовательной программы 6В07103 – Автоматизация и информатизация в системах управления. – Алматы: АУЭС, 2022. – 37 с.

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

Ил. 50, табл. 2, библиограф. – 7 назв.

Рецензент: магистр, ст. преподаватель каф. «АУ» Л.Н. Рудакова

Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества

«Алматинский университет энергетики и связи имени Гумарбека Даукеева» на 2022 г.

© НАО «Алматинский университет энергетики и связи имени Гумарбека Даукеева», 2022 г.

(3)

3

ВВЕДЕНИЕ

Изучение профессионально направленного курса «Углубленная физика»

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 электродинамики, колебаний и волн, квантовой физики, 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 «Углубленная физика» изучаются физические явления, понятия, законы, модели и теории в их внутренней взаимосвязи, изучаются разделы классической физики «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 «Углубленная физика» состоит из трех кредитов (модулей), по каждому из которых студенты очной формы обучения выполняют расчетно- графическую работу (РГР) по трем уровням сложности (А, В и С).

В зависимости от уровня школьной подготовки и целей, которые 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.

(4)

4

1.1 Рекомендации к освоению дисциплин «Углубленная 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 «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,

(5)

5

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 очной формы обучения) по дисциплине «Физика»

студента группы АУ – 22 –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 дистанционной формы обучения 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.

(6)

6

1.2.2 Пример решения и оформления задачи

Пример 1.1. Между полюсами магнита на двух тонких вертикальных пpоволочках подвешен горизонтальный линейный проводник массой m=10 г и длиной 𝑙 = 20 см. Индукция однородного магнитного поля направлена перпендикулярно плоскости проводников и равна В⃗⃗ = 0,25Тл. Весь проводник находится в магнитном поле. На какой угол от вертикали отклоняются проволочки, поддерживающие проводник, если по нему пропустить ток силой I=2 A ? Массами проволочек пренебречь.

Дано:

𝑚 = 0,01кг

Решение. На проводник с током в магнитном поле действует сила Ампера, которая отклонит проволочки, поддерживающие проводник, от вертикали. Для наглядности решения задачи изобразим проводник в таком положении, что ток в нем уходит за плоскость листа, при этом линии магнитной индукции направим вертикально вверх (AC – одна из проволок, поддерживающих проводник). (рис. 1) 𝑙 = 0,2 м

В = 0б25 Тл 𝐼 = 2 𝐴

𝛼 =?

Рисунок 1.

Будем считать, что все силы, действующие на проводник, приложены в центре тяжести проводника.

Напишем условие равновесия линейного проводника, подвешенного на вертикальных проволоках AC, в магнитном поле после пропускания тока:

𝑚𝑔 + 𝐹𝐴+ 𝑇 = 0,⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ (1)

Спроектируем уравнение (1) на оси ОХ и ОY:

𝐹𝐴 = 𝑇𝑠𝑖𝑛𝛼 = 0, (2)

−𝑚𝑔 + 𝑇𝑐𝑜𝑠 ∝= 0

здесь Т⃗⃗ ̇ – суммарная сила натяжения поддерживающих проволочек;

𝐹𝐴 – сила Ампера, направление которой определяется по правилу левой руки.

(7)

7

Перепишем систему уравнений (2) в виде уравнений (3 и 4 ):

После деления выражения (3) на (4) получим:

𝐹𝐴

𝑚𝑔 = 𝑡𝑔𝛼 (5) Учтем, что сила Ампера 𝐹𝐴 = 𝐼𝐵𝑙𝑠𝑖𝑛𝛽. По условию задачи 𝛽 = 90°,

𝑠𝑖𝑛𝛽 = 1. Подставив данные в уравнение (5), рассчитаем угол, на который отклоняются проволочки, поддерживающие проводник с током в магнитном поле:

𝑡𝑔𝛼 = 𝐼𝐵𝑙

𝑚𝑔: 𝑡𝑔𝛼 = 2∗0.25∗0.2

0.01∗9.8 = 1, 𝛼 = 45° Проверим единицы измерения:

𝑡𝑔𝛼 = 𝐴∗Тл∗м

кг∗Н\кг=𝐴∗Н∗м

А∗м∗Н− величина безразмерная.

Ответ: 𝛼 = 45°.

Пример 1.2. В однородном магнитном поле с индукцией B=0.4 Тл в

плоскости, перпендикулярной линиям индукции поля, вращается проводящий стержень длиной 𝑙 = 10см. Ось вращения проходит через один из концов стержня. Определить разность потенциалов на концах стержня при частоте вращения .𝑛 = 16𝑐−1

Дано: Решение. Предположим, что магнитное поле направлено за плоскость листа, а стержень вращается вокруг

оси O против часовой стрелки. Рассмотрим частицу внутри проводника, которая может перемещаться вдоль проводника.

Пусть частица имеет положительный заряд. На эту частицу, движущуюся вместе с проводником со скоростью 𝜗𝑖 , действует сила Лоренца, которая будет смещать положительные частицы к оси, а на конце A окажется избыток электронов. (рис. 2):

Сила Лоренца: . F= 𝑞𝜗𝑖𝐵𝑠𝑖𝑛𝛼.

𝐵 = 0,4 Тл 𝑙 = 10 см

= 0,1 м 𝑛 = 16𝑐−1 ∆𝜑 =?

𝐹𝐴 = 𝑇𝑠𝑖𝑛𝛼, (3)

𝑚𝑔 = 𝑇𝑐𝑜𝑠 ∝. (4)

(8)

8

Рисунок 2.

Эта сила совершает работу A= 𝑞𝜗𝑖𝑙𝑠𝑖𝑛𝛼 по перемещению зарядов вдоль проводящего стержня. Отношение этой работы к величине заряда есть

элекродвижущая сила:

𝜀 = 𝐵𝜗𝑖𝑙𝑠𝑖𝑛𝛼. (1)

Роль сторонних сил, вызывающих ЭДС индукции, в этом случае играет сила Лоренца, по условию задачи 𝛼 = 90°, 𝑠𝑖𝑛𝛼 = 1.

Выражение (1) было бы справедливо для ЭДС индукции в проводящем стержне, движущемся в магнитном поле поступательно с постоянной

скоростью.

В случае данной задачи каждая частица в стержне, вращающемся с угловой скоростью𝜔 = 2𝜋𝑛 , будет иметь разную линейную скорость, которая изменяется от 0 (в точке О) до 𝜗 = 𝜔 ∗ 𝑙 (в точке А).

Искомая разность потенциалов будет равна по модулю ЭДС индукции.

Представим выражение (1) с учетом условия и данных задачи:

∆𝜑 = ∫ 𝐵𝜗𝑑𝑙 = ∫ 𝐵𝜔𝑙𝑑𝑙 = ∫ 𝐵2𝜋𝑛𝑙𝑑𝑙 = 2𝜋𝑛𝐵𝑙2

2 = 𝜋𝑛𝐵𝑙2

𝑙 0 𝑙

0 𝑙

0

Рассчитаем: ∆𝜑 = 3.14 ∗ 16 ∗ 0.4 ∗ 0.01 = 0.201𝐵 = 201мВ.

Ответ: ∆𝝋 = 𝟐𝟎𝟏мВ.

(9)

9

Таблица 1. РГР № 1. «Основы электродинамики, электромагнитная индукция»

Цель расчетно-графической работы № 1: изучить явления электромагнитной индукции, его роль в развитии теории электромагнитного поля.

Т а б л и ц а 1 – Варианты заданий для студентов очной формы обучения.

Уро вен ь

Вар иан т

А.Г. Чертов, А.А.

Воробьёв. «Задачник по физике». – М., 1981

Физика.

Задания к практическим занятиям / Под ред. Лагутиной, 1989

И.Е. Иродов.

«Задачник по общей

физике», 1981

Прило

жение B

А 1 15-15,18-2,19-14,23-14 17.48 1,36

2 14-3,17-4,19-29, 22-25 17.35 2,37

3 14-4,15-14,18-4, 22-25 17.45 3,38

4 14-5,15-23,19-26, 23-23 17.47 4,39

5 15-44,18-14,19-29,23-24 17.39 5,40

6 15-62,19-18,28,22-17 17.40 6,41

7 14-3,15-48,19-27,22-17 16.43 7,42

8 15-16,18-2,23-19 15-12,16.23 8,43

9 15-26,19-16,23-18 11-25,16.26 9,44

10 15-63,17-10,23-8 15-34,16-50 10,45

11 15-19(б),19-26,24-15 15-23,16.27 11,46

В 12 14-6,15-65,23-35 15-35,16-28 12,47

13 14-12,15-17,24-9 15-14,16.29 13,48

14 15-67,19-16,24-21 14-28,16.30 14,49

15 15-22(1),15-50,24-24 15-35,16.44 15,50

16 15-59,19-28,22-4 14-12 3.261 16,51

17 15-14,19-28, 22-20 15-14 3.262 17,52

18 15-30,18-7,24-18 15-23 3.271 18,53

19 15-39,19-24,22-22 15-22 3.269 19,54

20 15-49,19-17(б),22-19 15-23 3.290 20,55 21 15-22(1),18-10,22-21 14-3 3.270 21,56

22 15-50,20-6,23-40 13-35 3.264 22,57

23 14-23, 19-18,22-19 13-29 3.294 23,58

24 15-50,18-14,23-39 15-17 3.292 24,59

С 25 14-23,17-10,24-12 14-26 3.259(а) 25,60 26 13-16,17-23,22-29 15-34 2.231(а) 26,61 27 15-19(2),17-18,22-41 15-9 3.259(б) 27,62 28 14-29,15-18,22-18 14-3 3.231(б) 28,63

29 14-27,15-21,24-10 15-38 3.244 29,64

30 23-33 14-29,13-38 3.32,3.250 30,65

(10)

10

Приложение А

А1. Почему нить электролампы сильно нагревается, а подводящие провода остаются холодными?

А2. Может ли электрический заряд, помещенный в электростатическое поле, находиться в состоянии устойчивого равновесия?

А3. Радиусы внутренней и внешней обкладок цилиндрического конденсатора увеличили вдвое, сахранив заряды на обкладках. Изменилась ли напряженность электрического поля вблизи внутренней обкладки конденсатора?

А4. Имеется ли вблизи поверхности проводника, по которому течет постоянный ток, электрическое поле?

А5. Совпадает ли траектория движения заряженной частицы в электростатическом поле с силовой линией этого поля?

А6. Превышает ли полезная мощность, расходуемая при зарядке аккумулятора, мощность, затрачиваемую на тепловыделение?

А7. Дан равномерно заряженный диск. Определить: а) является ли плоскость диска эквипотенциальный; б) ортоганален ли градиент потенциала во всех точках плоскости диска?

А8. 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.?

А9. Металлический шар радиуса R помещен в однородное электрическое поле. Изобразить качественную картину эквипотенциальных поверхностей и линий поля Е.

А10. Раздувается мыльный заряженный пузырь. Как изменяется: а) электроемкость пузыря; б) электрическая энергия?

А11. Начертить схему силовых линий и эквипотенциальных поверхностей для системы двух точечных зарядов: а) +q и +4q; б) +q и 4q, 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 также точку на прямой, соединяющей заряды, в которой потенциал тот же, что и в точке, где напряженность поля равна нулю.

А12. Радиусы внутренней и внешней обкладок цилиндрического конденсатора увеличили вдвое, сохранив заряды на обкладках. Изменилось ли напряжение на конденсаторе?

А13. Правильно ли утверждение, что вольтметр, подключенный к клеммам разомкнутого источника, показывает э. д. с.?

А14. Какой физический смысл имеют выражения:

а)

=

N

k i

k

i i k

k i k iq q

1 ,

3 0

) (

4 1

r r

r r

 ; б)

=

N

i

i i k

i

qk

q

3 1

3 3 3 0

) (

4 1

r r

r r

 ;

в)

=

N

k i

k

i i k

k iq q

1 0 ,

4 1

r

 r ; г)

=

N

i

i i

qk

q

2

1 2

2

4 0

1

r

 r ,

(11)

11

где qi – заряд, находящийся в точке с радиус-вектором ri?

А15. Вблизи металического шара поместили точечный заряд. При этом оказалось, что электрическая сила, действующая на заряд, равна нулю. Найти знак заряда шара.

А16. Является ли эквипотенциальной плоскость симметрии S в поле точечных зарядов +q и +q?

Рисунок 1

А17. Как изменится ток короткого замыкания, если два одинаковых источника тока пересоединить из паралельного соединения в последовательное?

А18. Пластины плоского воздушного заряженного конденсатора притягиваются с силой F. Изменится ли эта сила, если ввести в воздушный зазор между пластинами конденсатора пластинку из диэлектрика?

А19. Показать, что в однородном проводнике при протекании постоянного тока объемная плотность зарядов равна нулю. Какие заряды создают поле Е внутри проводника?

А20. 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?

А21. Пространство между обкладками плоского конденсатора заполнено диэлектриком с диэлектрической проницаемостью , изменяющейся в направлении, перпендикулярном пластинам. Однородны ли векторные поля

Е

и D

внутри конденсатора?

А22. Сферический слой, ограниченный двумя концентрическими сферами, заряжен электричеством с постоянной объемной плотностью.

Пользуясь законам Кулона, показать, что электрическое поле в полости, ограниченной таким слоем, равно нулю.

А23. Какому условию, следующему из потенциальности электростатического поля, должна удовлетворять плотность постоянного тока

j в однородном изотропном проводнике при отсутствии сторонних сил?

А24. Можно ли, имея два одинаковых конденсатора, получить емкость вдвое меньшую и вдвое большую, чем у одного из них? Если можно, то как это сделать?

А25. Две лампы, рассчитанные на одинаковое напряжение, но потребляющие различные мощности, включены в сеть последовательно.

Почему одна из них будет гореть ярче?

•+q •+q S

(12)

12

А26. 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?

А27. Диэлектрическая пластина шириной 2а с проницаемостью 2 помещена в однородное электрическое поле напряженности Е, линии которого перпендикулярны пластине. Изобразить на рисунке линии полей Еи D.

А28. Растояние между обкладками плоского конденсатора, присоединенного к источнику постоянной э.д.с.., удвоили. Как изменилась сила взаймодействя между обкладками? Краевыми эффектами пренебречь.

А29. 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, (рис. 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 2 Рисунок 3

А30. Точечный заряд q находится в центре диэлектрического шара (рис.

3). Отличны ли от нуля интегралы: а) Е dS

S

n ; б) D dS

S

n по замкнутой поверхности S, частично захватывающей диэлектрик?

А31. На рисунке а, б, и в показаны картины трех электрических полей.

Как будет вести себя незаряженный металлический шарик, помещенный в каждое из полей (рис. 4).

Рисунок 4 Рисунок 5

А32. 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?

(13)

13

А33. В центре куба находится точечный заряд q. Чему равен поток Е

через: а) полную поверхность куба; б) одно из граней куба? Изменятся ли ответы, если заряд находится не в центре куба, но внутри него?

А34. Заряженный конденсатор разряжается через сопротивление R.

Зависимость логарифма тока разряда от времени имеет вид для двух разрядов (рис. 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.

А35. Бесконечная плоскость заряжена с постоянной поверхностной плотностью σ =0. Найти напряженность Е

и потенциал φ по обе стороны от плоскости, считая потенциал плоскости равным нулю. Построить графики зависимостей Ех и φ от х, ось х перпендикулярна плоскости, точка х=0 лежит на плоскости ( рис. 6).

А36. Имеются два очень больших плоских проводящих листа, по которым текут одинаковые по величине и направлению поверхностные токи.

Направление токов перпендикулярно 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 6

А37. 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 (рис. 7).

• •

• •

• •

• •

• •

• •

• •

(14)

14 Рисунок. 7

А38. 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. (рис. 8).

Рисунок 8

А39. 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.

А40. 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.

А41. 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

B

Рисунок. 7

B

(15)

15

разные стороны от проводящего листа равны B1= 0,2 Тл и B2=0,6 Тл, а их направления совпадают.

А42. На рисунке 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? (рис. 9).

Рисунок 9

А43. 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.

А44. 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.

А45. 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.

А46. 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.

А47. 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?

А48. Заряженная частица влетает в область однородного магнитного поля перпендикулярно линиям поля. По какой траектории будет двигаться эта

H

0 R1 r

(16)

16

частица, если магнитная индукция в данной области пространства станет медленно возрастать?

А49. 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? (рис. 10).

Рисунок 10

А50. 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? (рис. 11).

Рисунок 11

А51. Пространство разделено на две области плоскостью. В одной области создано магнитное поле индукции В1 , 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 В2 . Опишите дальнейшее движение электрона. Определите среднюю (дрейфовую) скорость перемещения электрона вдоль границы раздела магнитных полей, проницаемой для него (рис. 12).

Рисунок 12

А52. 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 от границы помещается частица

v

B q

v

B q

         v В1         

                    В2

(17)

17

массы m с зарядом q>0. Нарисуйте траекторию этой частицы. Найдите скорость дрейфа частицы вдоль проницаемой для нее границы раздела полей (рис. 13).

Рисунок. 13

А53. 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? (Рис. 14).

Рисунок. 14

А54. 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. (рис. 15).

Рисунок 15

А55. 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?

• • • • • • • • • В • • • • • • • • •

q ˚

Е

B d

Анод

× × × × × d В

× × × × × Катод

(18)

18

А56. 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? (рис. 16)

Рисунок 16

А57. 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 (рис. 17).

Рисунок 17

А58. 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?

А59. Ускоритель плазмы (рельсотрон) состоит из двух параллельных массивных проводников (рельсов), лежащих в плоскости, перпендикулярной магнитному полю индукции B. Между точками A и C 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

А × × × ×

v h h/2 × × × ×

b

a БП

В

А

(19)

19

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 (рис. 18).

Рисунок 18

А60. 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? (рис.

19).

Рисунок 19

А61. Плоскости, пересекающиеся под углом , 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 (рис. 20).

Рисунок 20 А

::::

× B ::::

::::

А ::::

¨¨¨

С

В1

α β

2 1 3

А А В1 В3 4

(20)

20

А62. Проводник с током находится в безграничной однородной и изотропной парамагнитной среде. Как изменятся величины индукции и напряженности магнитного поля, если температура среды увеличится?

А63. Прямой длинный тонкий проводник с током лежит в плоскости, отделяющей пространство, которое заполнено непроводящим магнетиком с проницаемостью μ>1, от вакуума. На рисунке приведена картина линий вектора магнитной индукции, которая соответствует данным условиям. Нарисуйте соответствующую картину линий напряженности магнитного поля. Ответ обоснуйте, опираясь на законы магнитостатики (рис. 21).

Рисунок 21

А64. 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?

Раскройте механизм взаимодействия рамки с током и магнитного поля соленоида (рис. 22).

Рисунок 22

А65. 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.

А67. 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.

А68. 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.

А69. Палочка из неизвестного вещества, помещенная между полюсами магнита в вакууме, расположилась вдоль линий магнитного поля. После

вакуум I

В

поля соленоида.

65. Опишите поведение небольшого, подвешенного на

(21)

21

заполнения пространства между полюсами магнита некоторой жидкостью ориентация палочки не изменилась. Каковы магнитные свойства вещества палочки и жидкости

А70. 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?

(22)

22

Таблица 2. РГР № 2. «Физика колебаний и волн».

Цель расчетно-графической работы № 2: изучать параллельно механические и электрические колебания и волны, обращая внимание на их сходство и различия, характеристики и уравнения.

Т а б л и ц а 2 – Варианты заданий для студентов очной формы обучения Уров

ень

Вари ант

А.Г. Чертов, А.А.

Воробьёв. «Задачник по физике». – М., 1981

И.Е. Иродов.

«Задачник по общей физике», 1981

Приложение B

А 1 6-16; 6.66; 7.7; 4.96; 1, 69

2 6-17; 6.67; 7.5; 4.97; 2, 68

3 6-3; 6.68; 7.3; 4.99; 3, 67

4 6.19; 6.69; 7.2; 4.101; 4, 66

5 6-20(1); 6.70; 7.1; 4.402; 5, 65

6 6-22; 6.71; 7.8; 4.100; 6, 64

7 6-56; 6.72; 7.9; 4.103; 7, 69

8 6-57; 6.73; 7.11; 4.105; 8, 63

9 6-58; 6.74; 7.12; 4.106; 9, 62

10 6-59; 6.75; 7.10; 4.108; 10, 61

11 6-5; 6.77; 7.6; 4.107; 11, 60

В 12 6-7; 6.78; 7.5; 4.109; 12, 59

13 6-18; 6.79; 7.13; 4.111; 13, 58

14 6-27; 6.76; 7.14; 4.112; 14, 57 15 6-30; 7.15; 7.33 4.113; 4.191 15, 56 16 6-29; 7.17; 7.34 4.115; 4.196 16, 55 17 6.61; 7.18; 7.35 4.117; 4.195 17, 54 18 6-14; 7.20; 7.36 4.119; 4.194 18, 53 19 6-65; 7.21; 7.37 4.130; 4.192 19, 52 20 6-69; 7.19; 7.38 4.121; 4.193 20, 51 21 6.62; 7.23; 7.39 4.126; 4.191 21, 50 22 6-63; 7.25; 7.41 4.128; 4.189 22, 49 23 6-28; 7.22; 7.40 4.138; 4.190 23, 48 24 6-55; 7.24; 7.42 4.131; 4.206 24, 47 С 25 6-72; 7.27; 7.43 4.132; 4.114 25, 46 26 6-60; 7.28; 7.45 4.135; 4.189 26 ,45 27 6-74; 7.26; 7.50 4.137; 4.200 27, 44 28 6-75; 7.30; 7.56 4.140; 4.201 28, 43 29 6-66; 7.31; 7.58 4.145; 4.205 29, 42; 60 30 6-64; 7.32; 7.59 4.147; 4.215 30, 41; 65

(23)

23

Приложение В

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?

В.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

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

В.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

В.5 На тороидальный железный сердечник надеты катушка и проводящее кольцо. Индуцируется ли ток в кольце, если: а) по обмотке

Ақпарат көздері

СӘЙКЕС КЕЛЕТІН ҚҰЖАТТАР

Чтобы выразить собственные мысли, учащийся переводит высказывания, которые актуализируются в его сознании на родном языке, то есть

На рисунке 5 приведены зависимости скорости напыления меди от ионного тока (рис. 5а) для трёх значений рабочего напряжения.. мишень-анод, а так же

странного языка и иностранного языка через изучаемый предмет. Методика CLIL возникла в Европе в начале девяностых годов прошлого века в ответ на изменения

Определить распределение мощностей и уровни напряжения в узловых точках сети, изображенной на рисунке

3.2.3 Программу реализации таймерных функций необходимо выполнить в программном блоке ОВ1, отдельно для каждого типа таймера, как показано на

(напряжения, деформации, проскальзывание, температуру). В свою очередь через физико- механические процессы в очаге деформации окончательно

Данные по оценке качества приведены на рисунке 1: Рисунок 11 – Ответ на вопрос «Имеется ли Вашем учреждении система оценки гражданами качества оказанной Вами государственной услуги?»

Найти вероятность того, что в течение этого времени: а все три элемента будут безотказно работать событие А; б безотказно работать будет только один элемент событие В; в безотказно