Добавил:

kot3 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Уральский государственный горный университет

Предмет:

Физика

Файл:

Тесты_ч_2

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

11.07.2021

Размер:

2.59 Mб

Скачать

☆

1 / 91 2 3 4 5 6 7 8 9 > Следующая >>>

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный

университет»

ФИЗИКА

Часть 2 Электричество, магнетизм, колебания и волны

Сборник тестов

для подготовки к интернет-тестированию студентов всех направлений специалитета и бакалавриата

Екатеринбург

2013

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

ОДОБРЕНО

Методической комиссией ФГиГ

«____» ________________2013 г.

Председатель комиссии

__________проф. В. И. Бондарев

ФИЗИКА

Часть 2 Электричество, магнетизм, колебания и волны

Сборник тестов

для подготовки к интернет-тестированию студентов всех направлений специалитета и бакалавриата

Издание УГГУ

Екатеринбург, 2013

Ф 48

Рецензент: Виноградов В. Б., доц. каф. геофизики УГГУ, канд. геол. - минерал. наук.

Сборник тестов рассмотрен на заседании кафедры физики 23 апреля 2013 г. (протокол № 65) и рекомендован для издания в УГГУ.

ФИЗИКА. Часть 2. Электричество, магнетизм, колебания и

Ф 48 волны: сборник тестов для подготовки к интернеттестированию студентов всех направлений специалитета и бакалавриата / Л. П. Житова, С. А. Смольников, С. Н. Шитова, М. В. Калачева; Урал. гос. горный ун-т. – Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2013. –– 83 с.

Сборник тестов содержит краткие теоретические сведения по разделам физики: «Электростатика», «Постоянный ток», «Магнетизм», «Электромагнитные и механические колебания и волны». Тематическая структура определяется дидактическими единицами государственных образовательных стандартов.

Сборник тестов предназначен для студентов всех специальностей УГГУ для самостоятельной работы при подготовке к экзаменам по физике и интернет-тестированию. Рекомендуется для проверки знаний студентов на зачетах и экзаменах по физике в УГГУ.

©Житова Л. П., Смольников С. А., Шитова С. Н., Калачева М. В., 2013

©Уральский государственный горный университет, 2013

III. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ

11. Электростатическое поле в вакууме

Закон Кулона (определяет силу взаимо-

действия точечных зарядов в вакууме);

а) в векторном виде:

F12

k q1q2 r21

r 2

где F

– сила, действующая на заряд q2 со стороны заряда q1;

r21 – радиус-вектор, проведѐнный от первого заряда ко второ-

му;

r – расстояние между зарядами; r

;

r21

109 м/Ф

–

коэффициент

пропорциональности в

4 0

системе СИ; ε0 = 8,85∙10-12 Ф/м – электрическая постоянная;

б) в скалярном виде:

F k q1q2 ; r 2

в) в непроводящей среде:

F k q1q2 ,

r 2

где ε – диэлектрическая проницаемость среды (для воздуха ε = 1). Сила Кулона является центральной, т. е. направлена вдоль ли-

нии, соединяющей заряды.

Одноименные заряды отталкиваются, а разноименные – притягиваются.

Взаимодействие точечных зарядов удовлетворяет III закону

Ньютона:

F21	F12 .

Напряжѐнность электростатического поля – векторная вели-

чина, являющаяся силовой характеристикой поля, численно равная силе, действующей на единичный положительный точечный

заряд, помещенный в данную точку поля:

F E q .

Сила, действующая на заряд в электростатическом поле:

				E	F	Eq .
	– q	+ q		E	Знак «–» заряда меняет направление силы на
F	– q	+ q	F		Знак «–» заряда меняет направление силы на

противоположное.

Принцип суперпозиции для напряжѐнности электростатического поля:

E Ei .

i 1

Пример: рассчитаем напряженность в различных точках электростатического поля, созданного точечными зарядами q1 и q2.

а) Направление результирующего вектора в любой точке определя-

ем по принципу суперпозиции:


E E1		E2	;


		E2
		α	D

E

		E1
	E
q1	E	E2 E1 А		q2 E1	E
					С
			E1

E В

б) Модуль результирующего поля зависит от направления векторов, создающих поле. Возможны четыре варианта:


1) векторы E1	и	E2	направлены
в одну сторону:
EA E1 E2 ;

2) векторы E1	и	E2	направлены

вразные стороны:

E1;

3)векторы E1 и E2 направлены под углом α относительно друг друга:

ED E12 E22 2E1E2 cos ;

4)векторы E1 и E2 перпендикулярны друг другу:

EB E12 E22 .

Поток вектора напряжѐнности электростатического поля че-

рез произвольную площадку dФЕ:

dФE (E dS ) E dS cos ,					dS	E

где α – угол между	вектором	напряженности E и			n

нормалью n к площадке.
Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме:
			1	n
	ФЕ (E dS )		1	qi .
	ФЕ (E dS )			qi .
	S		0 i 1

Потенциал электростатического поля φ – скалярная величина,

являющаяся энергетической характеристикой поля и определяемая потенциальной энергией единичного положительного точечного заряда, помещенного в данную точку поля:

WqП .

Принцип суперпозиции для потенциала:

i .

i 1

Фундаментальная связь между напряженностью и потенциа-

лом: напряжѐнность поля равна градиенту потенциала, взятому со знаком минус:


E grad ,

где – («набла») оператор Гамильтона	x i		y	j	z k	.



Знак «минус» показывает, что вектор	E	направлен в сторону

убывания потенциала (градиент потенциала и напряженность равны по модулю и противоположны по направлению).

Связь между напряженностью и разностью потенциалов

а) для одного направления: E x ,

где х – расстояние между точками поля;

б) для поля конденсатора: E		,
			E
	d

где d – расстояние между пластинами.

υ1 > υ2 > υ3

Эквипотенциальные поверхности – по- 12 3

верхности, во всех точках которых потенциал υ имеет одно и то же значение.

Напряженность и потенциал некоторых заряженных тел

в вакууме

Силовые

Напряженность

Потенциал (раз-

линии

ность потенциалов)

+ q

E k r 2

k r

Точечный

заряд

– q

~ r 2

а) если r ≥ R (на поверх-

а) если r > R, то

ности и снаружи), то

;

Сфера

;

(поверх-

E k r 2

0r 2

ностное

б) если r < R (внутри), то

б) если r ≤ R, то

k Q R .

+ Q

распре-

Е = 0,

деление

где

r – расстояние

от

заряда)

центра сферы до задан-

ной точки.

~ r1

~ 12

а) если r ≥ R, то

а) если r > R, то

E k Q2 R

2 ;

r ;

3 0r

Шар

б) если r ≤ R, то

б) если r < R, то

(объем-

– Q

r .

k Qr

r .

ное

рас-

E k

3 r

3 0

2R3

пределе-

ние заря-

да)

~ 1

+ τ

а) если r ≥ R; то

ln r

Беско-

2 0

;

нечная

2 0r

нить

(ци-

б) если r < R; то Е = 0.

линдр)

– τ

~ ln r

+σ

Беско-

2 0

нечная

плоскость

–σ

+ σ

– σ

Две

па-

раллель-

ные

бес-

конечные

υ1

+ σ

плоско-

сти

υ2

На перпендикуляре, вос-

становленном к оси ди-

поля из его середины:

E k

Диполь

(r )

На продолжении оси ди-

поля:

E k

2 p

Линейная плотность заряда τ –заряд, приходящийся на единицу длины:

dQ . d

Поверхностная плотность заряда σ - заряд, приходящийся на единицу площади:

dQdS .

Объѐмная плотность заряда ρ – заряд, приходящийся на единицу объѐма:

dVdQ .

Работа по перемещению заряда:

A W q m2 ( 2 02 ) ,

где Δυ - разность потенциалов между точками поля.

Если положительно заряженная частица движется по на-

правлению поля, то ее скорость увеличивается, а если против поля, то скорость уменьшается. Отрицательная частица, движущаяся по полю, замедляется, а движущаяся против поля – ускоряется. Это объясняется направлением действия силы на разноименные заряды.

Ёмкость конденсатора (по определению):

C Q ,

где Q – заряд; Δυ – разность потенциалов между обкладками.

Ёмкость плоского конденсатора:

C 0 S , d

где ε – диэлектрическая проницаемость материала диэлектрика; S – площадь пластин; d – расстояние между пластинами.

Ёмкость шара (сферы):

C 4 0 R ,

где R – радиус шара (сферы); ε – диэлектрическая проницаемость окружающей среды.

Соединения конденсаторов:

Q 1

С1

Q 2

С2

а) параллельное:

Δυ = const;

Q = Q1 + Q2 +…+ Qn;

Сn

Cпар = C1+ C2+…+ Cn;

б) последовательное:

С1

С2

Сn

Q const; 1 2 ... n ;

...

Cпосл

С1

С2

Сn

Энергия заряженного конденса-

тора:

C 2

Энергия электростатического поля:

V ,

2 0

где Е – напряжѐнность электростатического поля; V – объѐм;

D= ε0ε Е – индукция электростатического поля (смещение).

Объѐмная плотность энергии – энергия, заключѐнная в единице объѐма:

	W		E 2	D2	ED
w		0				.
w		0		2 0		.
	V		2	2 0	2

Потенциальная энергия взаимодействия точечных зарядов:

Wп k Qqr .

1 / 91 2 3 4 5 6 7 8 9 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете Физика

#
11.07.20212.41 Mб77Тесты_ч_1.pdf
#
11.07.20212.59 Mб56Тесты_ч_2.pdf