Тема 3.5. Магнітне поле в речовині

Лекція

Магнітний потік.

Робота по переміщенню провідника в магнітному полі.

Контур зі струмом у магнітному полі.

Магнітне поле в речовині. Типи магнетиків.

Практичне заняття

Завдання

Завдання для самостійної роботи

Запитання для самоперевірки

МОДУЛЬНА КОНТРОЛЬНА РОБОТА № 3

Тема 4.1. Електромагнітні явища

Лекція

Ефект Холла. Явище електромагнітної індукції. Правило Ленца. Явище самоіндукції. Індуктивність. Взаємна індукція. Основи теорії Максвелла для електромагнітного поля.

Практичне заняття

Розв’язування задач з використанням теоретичних знань з тем 18, 19, 20 (закон Ампера, закон Біо-Савара-Лапласа, сила Лоренца, ефект Холла, закони Фарадея, явища електромагнітної індукції) №2.94; 2.97; 2.149; 2.156 [15].

Мета: навчити студентів уміння застосовувати набуті теоретичні знання до розв’язування задач.

Завдання

1. Розв′язати задачі № 2.100; 2.144; 2.149 [15].

2. Що таке ефект Холла, коефіцієнт Холла?

3. В чому полягає явище електромагнітної індукції?

4. Як формулюється закон Фарадея з електромагнітної індукції?

5. Що називається самоіндукцією?

6. Як формулюється правило Ленца з електромагнітної індукції?

7. Де застосовується явище електромагнітної індукції?

8. Які основні рівняння Максвелла для електромагнітного поля?

Завдання для самостійної роботи Запитання для самоперевірки

Література: 2, 9, 13, 14.

Тема 4.2. Коливання та хвилі Лекція

План

1. Вільні гармонійні коливання. Диференціальне рівняння вільних гармонійних коливань.

2. Згасаючі та вимушені коливання, їх диференціальні рівняння. Явище резонансу.

3. Складання гармонійних коливань.

4. Хвилі. Поздовжні та поперечні хвилі.

5. Рівняння біжучої хвилі. Довжина хвилі та хвильове число. Хвильове рівняння.

6. Фазова швидкість та дисперсія хвиль, групова швидкість. Енергія та інтенсивність хвиль.

7. Електромагнітні хвилі, їх властивості.

Практичне заняття

Розв’язування задач за темою 3.5. ) №3.15; 3.7; 3.26; 3.27; 3.35. [15].

Мета: набути уміння застосовувати теоретичні знання до розв’язування задач.

Завдання

1. Розв′язати задачі № 3.5; 3.12; 3.39 [15].

2. Дати визначення гармонічних коливань.

3. Які коливання називаються згасаючими та вимушеними?

4. Сформулювати означення резонансу.

5. Чому дорівнює енергія гармонічних коливань?

6. Дати визначення повздовжньої та поперечної хвилі.

7. Що називається довжиною хвилі?

8. Записати хвильове рівняння, рівняння біжучої хвилі.

9. Що таке фазова та групова швидкість хвилі?

10. Опрацювати теоретичний матеріал «Електричний коливальний контур. Збудження електромагнітних хвиль».

Завдання для самостійної роботи

Запитання для самоперевірки

Література: 2, 9, 13.

РОЗДІЛИТИ НА ДВА МОДУЛІ (3,4)

МОДУЛЬНА КОНТРОЛЬНА РОБОТА № 3

Дати письмові відповіді на питання

1. Електричний заряд. Закон збереження електричного заряду.

2. Взаємодія електричних зарядів. Закон Кулона.

3. Напруженість електричного кола.

4. Робота сил електричного поля над зарядом.

5. Потенціал електричного поля.

6. Теорема Гауса та її використання для розрахунків поля.

7. Електричне поле в діелектриках.

8. Провідники в електричному полі.

9. Електроємність зарядженого провідника.

10. Конденсатори та їх з’єднання.

11. Електричний струм.

12. Електрорушійна сила.

13. Закон Ома для однорідної та неоднорідної ділянки кола в інтегральній формі.

14. Закон Ома в диференціальній формі.

15. Резистори та їх з’єднання.

16. Потужність електричного струму.

17. Теплова дія струму. Закон Джоуля–Ленца.

18. Правила Кирхгофа.

19. Магнітне поле і величини, що його характеризують.

20. Магнітне поле заряду, що рухається.

21. Закон Біо – Савара – Лапласа.

22. Сила Лоренца.

23. Закон Ампера.

24. Магнітний потік.

25. Електромагнітна індукція. Явища самоіндукції та взаємної індукції.

26. Енергія магнітного поля.

27. Магнітне поле у речовині. Типи магнетиків.

28. Основи теорії Максвела для електромагнітного поля.

29. Електричний струм в електролітах.

30. Кількісні закони електролізу ( закони М.Фарадея ).

31. Практичне застосування електролізу.

32. Провідність газів.

33. Типи газових розрядів і їх характеристики.

Розв’язати задачі

1. Знайти площу поперечного перерізу прямолінійного алюмінієвого провідника, що рухається з прискоренням в однорідному магнітному полі з індукцією . Провідником тече струм , напрямок руху якого перпендикулярний до вектора індукції.

2. Діелектричний стержень обертається в сталому магнітному полі зі сталою швидкістю так, що площина обертання перпендикулярна до , а вісь обертання проходить через кінець стержня. Різниця потенціалів, що індукується на кінцях стержня дорівнює . Знайти довжину стержня.

3. Коливальний контур, що складається з котушки індуктивності та конденсатора електроємністю 1 нФ, має частоту коливань 5 мГц. Знайти максимальну силу струму, що протікає по котушці, якщо енергія контуру 0,5 мкДж

4. Джерело струму замкнули на котушку з індуктивністю Гн та опором Ом. Через який час сила струму в контурі досягне 50% від максимального значення?

5. Знайти індуктивність одиниці довжини коаксіального кабелю. Радіуси зовнішнього та внутрішнього провідника та ( ).

6. З дроту радіуса зроблено прямокутну рамку, довжина якої набагато більша за ширину ( ). Знайти індуктивність рамки.

7. Частка, що має енергію 16 МеВ, рухається в однорідному магнітному полі з індукцією по колу радіусом 24,5 см. Знайти заряд частки, якщо її швидкість .

8. Змінну напругу, діюче значення якої , а частота Гц, подано на котушку без осердя з індуктивністю мГн та активним опором Ом. Знайти кількість тепла, що виділяється на котушці за 1 с.

9. Сила струму в соленоїді рівномірно зростає від 0 до 10 А за 1 хвилину. При цьому соленоїд накопичує енергію 20 Дж. Яка ЕРС індукується в соленоїді?

10. Знайти опір кільця , яке зроблене з матеріалу з питомим опором . Радіуси кільця і ( ), товщина . Напруга прикладається між зовнішньою та внутрішньою циліндричними поверхнями кільця.

11. Звукова хвиля описується рівнянням , усі множники в якому мають відповідну розмірність СІ. Знайти: амплітуду швидкості часток речовини, довжину та швидкість розповсюдження хвилі.

12. Електрон влітає в однорідне електричне поле під кутом до вектора напруженості поля з початковою швидкістю . Знайти траєкторію руху електрона та радіус кривизни траєкторії в точці, де його швидкість є мінімальною.

13. Гвинтова лінія, по якій рухається електрон в однорідному магнітному полі має діаметр і крок . Індукція поля . Знайти швидкість електрона.

14. Котушка з індуктивністю та опором підключається до джерела сталого струму з напругою . Знайти .

15. В однорідному ізотропному середовищі з , та розповсюджується електромагнітна хвиля з . Знайти: а) амплітуду напруженості магнітного поля; б) фазову швидкість хвилі.

16. Обкладинкам конденсатора ємності надано різні за знаком заряди . Потім обкладинки замикаються на опір . Знайти закон зміни струму , що протікає через опір.

17. За 1 с амплітуда вільних коливань зменшилась вдвічі. За який проміжок часу амплітуда зменшиться в 10 разів?

18. Нескінченна пластинка з діелектрика, що має проникність , заряджена однорідно з об'ємною густиною . Товщина пластини . За межами пластини =1. Знайти та всередині та за межами пластини ( ). Побудувати графіки.

19. Визначити швидкість розповсюдження хвилі в пружному середовищі, якщо різниця фаз коливань двох точок середовища на відстані одна від одної дорівнює . Частота коливань .

20. Зазор між обкладинками плоского конденсатора заповнюють діелектриком з проникністю . Що відбувається з густиною енергії, якщо конденсатор: з'єднаний з джерелом напруги; б) відключений від нього.

21. На стержні довжиною см укріплені два однакових вантажі: один – в середині стержня, другий – на одному з його кінців. Стержень з вантажами коливається навколо горизонтальної осі, що проходить через вільний кінець стержня. Визначити період гармонічних коливань даного фізичного маятника

22. Одержати вираз для ємності циліндричного конденсатора. Радіуси обкладинок та ( ), їх довжина . Зазор заповнений діелектриком з проникністю .

23. Коливальний контур, що складається з котушки індуктивністю , та конденсатора електроємністю , має частоту власних коливань 5 мГц. Знайти максимальну силу струму в котушці, якщо енергія контуру 0,5 мкДж.

24. Отримати вираз для ємності сферичного конденсатора. Радіуси обкладинок та ( ).

25. Обмотка електричного кип'ятильника має дві секції. Якщо включено лише першу секцію вода закипає за , якщо тільки другу, то за . Через скільки хвилин закипить вода, якщо включити обидві секції а) паралельно; б) послідовно?

26. Знайти напруженість електричного поля в центрі кільця радіусом , яке заряджене однорідно з лінійною густиною .

27. Дуже довгий циліндр, радіусом , містить рівномірно розподілений по об'єму заряд з об'ємною густиною . Знайти залежність напруженості електричного поля від відстані до осі циліндра.

28. В коло змінного струму (частота 50 Гц, напруга 220 В) ввімкнено послідовно ємність С = 35,4 мкФ , опір R = 100 Oм і індуктивність L = 0,7 Гн. Визначити струм у колі I і напруги U_С, U_R, U_L.

29. Дві паралельно розташовані площини заряджені з поверхневими густинами заряду Кл/м та Кл/м . Визначити напруженість поля між площинами та за їх межами. Рішення пояснити малюнком.

30. Визначити енергію, що переносить за 0,5 хвилини плоска електромагнітна хвиля, яка розповсюджується в повітрі, крізь площадку 10 , що розташована перпендикулярно до напрямку розповсюдження хвилі. Амплітуда індукції магнітного поля 3,33 Тл, .

31. Джерело сталого струму з'єднують з резистором , а потім з . В обох випадках кількість тепла, що виділилася на опорах однакова. Визначити внутрішній опір джерела струму.

32. По соленоїду тече струм силою 1 А. Довжина соленоїда 0,5 м, кількість витків 250, поперечний переріз 25 см², всередині - залізне осердя. Знайти енергію магнітного поля.

33. Коло змінного струму утворене послідовно включеними активним опором , індуктивністю та ємністю . До кола підключено змінну діючу напругу з та . Знайти: а) діюче значення сили струму; б) зсув за фазою між струмом та напругою.

34. В однорідному магнітному полі з індукцією паралельно полю розташована квадратна мідна рамка зі стороною . Рамку повернули перпендикулярно до поля. Яка кількість електрики індукується при цьому в рамці?

35. Магнітна стрілка здійснює в магнітному полі землі малі коливання з періодом . При розташуванні її всередині соленоїда, по обмотці якого тече струм, стрілка коливається з періодом . Знайти індукцію магнітного поля всередині соленоїда. Горизонтальна складова індукції магнітного поля Землі .

36. Яку роботу треба виконати, щоб зблизити дві заряджені нитки ( ) з відстані до .

37. В однорідному магнітному полі з індукцією 125,5 мТл рухається прямолінійний провідник довжиною 10 см зі швидкістю 10 м/с. та провіднику. Кінці провідника з'єднані дротом. Загальний опір 10 Ом. Визначити потужність, необхідну для руху провідника.

38. Кулі радіусом надали заряду , кулі радіусом - заряду , після чого їх з'єднали металевим дротом. Знайти відношення поверхневих густин зарядів на кулях після цього.

39. Визначити кількість теплоти, що виділиться на резисторі з опором 10 Ом за перші дві секунди, якщо сила струму в ньому зростає рівномірно від 0 до 4 А.

40. Електрон рухається навколо протона по орбіті, що являє собою коло. Знайти відношення кінетичної енергії електрона до його потенціальної енергії.