Экзаменационная программа по физике

1. Электрический заряд и его свойства, закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона для точечных зарядов. Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля. Принцип суперпозиции полей.

Электрический заряд – физическая величина, определяющая интенсивность электрических взаимодействий; фундаментальное свойство материи.

Свойства электрического заряда:

1. существует два типа зарядов – положительный и отрицательный заряды;

2. тела, обладающие зарядами одного типа, отталкиваются друг от друга, а тела, обладающие зарядами разных типов, притягиваются друг к другу;

3. заряд всегда связан с материальным телом или частицей;

4. электрический заряд дискретен, то есть существует минимальная величина электрического заряда (элементарный заряд);

5. электрический заряд – аддитивная величина, то есть электрический заряд любого тела может быть представлен как алгебраическая сумма целого числа элементарных зарядов;

6. элементарный положительный заряд – заряд протона , элементарный отрицательный заряд – заряд электрона .

Закон сохранения электрического заряда

Алгебраическая сумма электрических зарядов тел или частиц, образующих электрически изолированную систему, не изменяется при любых процессах, происходящих в этой системе.

Закон Кулона для точечных зарядов

Сила электростатического взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов, находящихся в вакууме, прямо пропорциональна произведению этих зарядов, обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами и направлена вдоль прямой, их соединяющей так, что одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются:

,

,

,

– электрическая постоянная.

Электростатическое поле – электрическое поле, создаваемое неподвижными заряженными телами при отсутствии в них электрических токов.

Напряженность электростатического поля – векторная величина, равная отношению силы, действующей со стороны поля на неподвижный пробный электрический заряд, помещенный в рассматриваемую точку поля, к этому заряду:

.

Принцип суперпозиции электрических полей

Напряженность электрического поля, созданного системой зарядов в любой точке пространства, равна векторной сумме напряженности полей, созданных в этой точке каждым зарядом в отдельности:

,

.

2. Электрический диполь. Расчет напряженности электрического поля, созданного диполем. Силы, действующие на диполь в электрическом поле.

Электрический диполь – система двух разноименных одинаковых по модулю электрических зарядов.

Расчет напряженности электрического поля, созданного диполем

, – электрический дипольный момент,

точка на оси диполя,

,

,

,

,

,

,

,

точка на срединном перпендикуляре к оси,

,

,

.

Силы, действующие на диполь в электрическом поле

Однородное поле:

,

,

,

,

,

устойчивое равновесие – минимум потенциальной энергии (параллельно полю):

.

Неоднородное поле:

,

диполь втягивается в область более сильного поля,

.

3. Работа сил электростатического поля по переносу пробного заряда. Критерий потенциальности поля. Потенциальная энергия. Потенциал. Физической смысл разности потенциалов между двумя точками поля. Интегральная и дифференциальная связь между напряженностью и потенциалом электростатического поля.

Работа сил электростатического поля по переносу пробного заряда

,

.

Критерий потенциальности поля

Силы электрического взаимодействия – консервативны (центральны). Работа сил электростатического поля по перемещению заряда не зависит от формы траектории движения заряда, а определяется только положением начальной и конечной точек траектории. Циркуляция напряженности электростатического поля по произвольному замкнутому контуру равна нулю:

, – необходимое и достаточное условие для потенциальности электростатического поля.

Потенциальная энергия

Связь работы консервативной силы и изменения потенциальной энергии:

.

.

Потенциал – отношение потенциальной энергии пробного электрического заряда, помещенного в данную точку поля, к величине заряда:

.

Физической смысл разности потенциалов между двумя точками поля

Разность потенциалов между двумя любыми точками 1 и 2 электростатического поля численно равна удельной работе, совершаемой силами поля при перемещении пробного заряда из точки 1 в точку 2.

Интегральная связь напряженности и потенциала электростатического поля

,

.

Дифференциальная связь напряженности и потенциала электростатического поля

,

,

,

,

,

,

,

.

4. Поток вектора напряженности электростатического поля. Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме. Пример применения теоремы Гаусса к расчету напряженности электростатического поля в вакууме.

Элементарный поток:

,

,

.

Поток вектора напряженности электростатического поля через поверхность – алгебраическая сумма элементарных потоков:

,

поток вектора напряженности через поверхность пропорционален числу силовых линий, пересекающих эту поверхность.

Телесный угол:

,

телесный угол, опирающийся на сферу равен .

Заряд охвачен произвольной замкнутой поверхностью,

,

,

поверхность охватывает заряды ,

.

Заряд вне произвольной замкнутой поверхности,

.

,

,

,

.

Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме

Поток вектора напряженности электростатического поля через произвольную замкнутую поверхность пропорционален алгебраической сумме зарядов, охваченных этой поверхностью:

.

Пример применения теоремы Гаусса к расчету напряженности электростатического поля в вакууме

Шар, радиус , заряд .

,

,

,

,

,

,

,

,