Учебное пособие включает программу по второй части курса физики «Электричество и магнетизм. Колебания и волны», перечень теоретических вопросов и типовых задач по каждой теме для подготовки к семинарским занятиям, собеседованиям, экзаменам и контрольным работам по данной части курса и рекомендуется для инженерно-технических специальностей.

Учебное пособие рассмотрено и рекомендовано к изданию на заседании кафедры физики, протокол №5 от 10 декабря 2008 г.

Введение

Данное пособие содержит все разделы курса физики данной части в соответствии с ГОС и программой курса физики для инженерно-технических специальностей. Каждый раздел разбит на темы. По каждой теме сформулированы вопросы, требующие от студента знания и умения.

В конце перечня теоретических вопросов подобраны типовые задачи по каждой теме, которые входят банк данных, для контрольных работ, для практических занятий и для экзаменов.

Данное пособие рекомендуется использовать студентами для подготовки к собеседованиям, к контрольным работам, экзаменам и семинарским занятиям по курсу физики.

Экзаменационные билеты составляются на основе вопросов по темам и задачам и содержат два или три теоретических вопроса и две задачи.

При решении задач во время семестра по теме студент должен предварительно изучить теоретический материал по данной теме по лекции, одному из учебников или учебному пособию, приведенному в списке литературы. Рассмотреть примеры решения задач по данной теме [4], а затем приступать к решению задач, по данной теме. При решении задач должны быть указаны законы или теоремы, используемые при решении.

ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ И ВОЛНЫ

Электростатика в вакууме

Тема 1 Закон Кулона. Электростатическое поле

1.Электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Дискретность электрического заряда. Закон Кулона в векторном и скалярном виде.

2.Напряженность электростатического поля. Используя закон Кулона, получите выражение для напряженности поля точечного заряда.

3.Работа по переносу заряда в электростатическом поле. Покажите, что работа зависит только от начального и конечного положений заряда. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля. Потенциальный характер электростатического поля.

4.Потенциал, разность потенциалов: напишите выражения, определите физический смысл. Получите связь напряженности с разностью потенциалов для одномерного случая. Градиент потенциала.

5.Графическое изображение электростатического поля с помощью силовых линий и эквипотенциальных поверхностей. Нарисуйте эти линии для полей двух точечных одноименных и разноименных зарядов. Покажите, что вектор напряженности всегда перпендикулярен эквипотенциальной поверхности.

6.Принцип суперпозиции (наложения) как фундаментальное свойство полей. Дайте формулировку, напишите общие выражения для напряженности и потенциала электрических полей, создаваемых системой точечных зарядов и заряженными телами.

Тема 2 Теорема Гаусса. Напряженность полей заряженных тел

1.Поток вектора напряженности. Теорема Гаусса, напишите выражение и дайте формулировку.

2. Примените теорему Гаусса для нахождения напряженности поля металлической сферы, равномерно заряженной с поверхностной плотностью заряда σ.

3. Найдите напряженность поля равномерно заряженного проводящего шара с поверхностной плотностью σ в зависимости от расстояния от центра шара.

4.Теорема Гаусса, напишите выражение и дайте формулировку. Примените теорему Гаусса для нахождения напряженности поля длинной прямой нити, равномерно заряженной с линейной плотностью заряда τ.

5.Теорема Гаусса, напишите выражение и дайте формулировку. Примените теорему Гаусса для нахождения напряженности поля бесконечно длинного прямого полого цилиндра, равномерно заряженного с линейной плотность τ.

6. С помощью теоремы Гаусса найдите напряженность поля, создаваемого равномерно заряженным проводящим бесконечным длинным цилиндром с поверхностной плотностью σ.

7.Теорема Гаусса, напишите выражение и дайте формулировку. Примените теорему Гаусса для нахождения напряженности поля бесконечной плоскости, равномерно заряженной с поверхностной плотностью заряда σ. Найдите напряженность поля двух параллельных заряженных плоскостей с σ1 и σ2, считая σ1 = 2∙σ2

8. Сформулируйте теорему Гаусса. Найдите c помощью теоремы Гаусса напряженность поля внутри равномерно заряженного по объему бесконечного кругового цилиндра радиусом R с объемной плотностью ρ.

9. Сформулируйте теорему Гаусса в дифференциальной форме. Найдите закон изменения напряженности поля от координаты х, если объемная плотность заряда задана следующей зависимостью ρ = 2·10-6 ∙exp(-2∙x), Кл/м3

Тема 3 Потенциалы полей различных заряженных тел

1.Получите выражение для потенциала φ поля точечного заряда, считая известным выражение для напряженности поля. Укажите положение, где выбрано φ=0. Нарисуйте графики φ(r) для положительного и отрицательного зарядов.

2.Получите выражение для потенциала поля равномерно заряженной по поверхности сферы, считая известным выражение для напряженности поля. Укажите положение, где принято φ=0. Нарисуйте график φ(r).

3.Получите выражение для потенциала φ поля равномерно заряженной длинной нити, считая известным выражение для напряженности поля и приняв потенциал φ= 0 на расстоянии от нити r= r0. Нарисуйте график φ(r)

4.Получите выражение для потенциала φ поля равномерно заряженной бесконечно протяженной плоскости в зависимости от расстояния х от плоскости. Нарисуйте график φ (х).