ФИЗИКА Вопросы и задачи к билетам по материалу II

Вопросы к билетам по материалу II-го семестра для студентов ФИБС

1. Электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда.

2. Закон Кулона.

3. Электрическое поле. Напряженность электрического поля.

4. Поток напряженности и электрического смещения.

5. Теорема Остроградского-Гаусса.

6. Работа при перемещении заряда в электрическом поле.

7. Потенциал электростатического поля.

8. Потенциал в простейших электрических полях.

9. Связь между напряженностью и потенциалом.

10. Принцип суперпозиции электрических полей.

11. Диполь. Электрическое поле диполя.

12. Вычисление напряженности и потенциала некоторых электрических полей с помощью теоремы Гаусса.

13. Заряды и поле на поверхности проводников.

14. Электроемкость проводников и конденсаторов.

15. Электростатическое поле в диэлектрической среде.

16. Дипольные моменты атомов и молекул диэлектрика.

17. Поляризация диэлектриков.

18. Напряженность поля в диэлектрике.

19. Условия на границе двух диэлектриков. Преломление линий смещения и напряженности поля.

20. Постоянный электрический ток. Характеристики электрического тока.

21. Уравнение непрерывности.

22. Действие электрического тока.

23. Баллистический гальванометр.

24. Закон Ома для однородного и неоднородного участков цепи.

25. Закон Ома в дифференциальной форме.

26. Закон Джоуля-Ленца.

27. Модель Друде-Лоренца электронного газа в металлах.

28. Закон Ома и Джоуля-Ленца в классической электронной теории.

29. Недостатки классической электронной теории.

30. Измерение сопротивлений.

31. Напряжение на зажимах источника.

32. Закон сохранения энергии для электрического тока.

33. Вычисление силы притяжения пластин плоского конденсатора.

34. Разветвленные цепи. Правила Кирхгоффа.

35. Параллельное соединение сопротивлений. Шунт. Добавочное сопротивление.

36. Соединение источников тока.

37. Компенсационный метод измерения э.д.с.

38. Мощность во внешней цепи и коэффициент полезного действия.

39. Сегнетоэлектрики.

40. Электрострикция и пьезоэлектрический эффект.

41. Энергия и плотность электрического поля.

42. Сила и плотность электрического поля.

43. Магнитное поле. Закон Ампера.

44. Сила Лоренца.

45. Плоский замкнутый контур с током в магнитном поле.

46. Закон Био-Савара-Лапласа.

47. Магнитное поле прямолинейного проводника с током.

48. Магнитное поле кругового тока.

49. Магнитное поле соленоида.

50. Магнитное поле движущегося электрического заряда.

51. Взаимодействие токов.

52. Закон полного тока.

53. Вычисление магнитного поля тороида с помощью закона полного тока.

54. Магнитный поток.

55. Работа, совершаемая при перемещении проводника с током в магнитном поле.

56. Закон индукции Фарадея.

57. Электродвижущая сила. Вихревое электрическое поле.

58. Самоиндукция и взаимоиндукция.

59. Электрический ток в цепи, содержащей индуктивность.

60. Энергия магнитного поля электрического тока.

61. Магнитное поле в веществе. Вектор намагниченности.

62. Граничные условия для векторов индукции и напряженности магнитного поля.

63. Магнитные моменты электронов и атомов.

64. Атом в магнитном поле.

65. Природа диа- и парамагнетизма.

66. Ферромагнетизм.

67. Основы теории Максвелла.

68. Первое уравнение Максвелла.

69. Ток смещения. Второе уравнение Максвелла.

70. Полная система уравнений Максвелла для электромагнитного поля.

71. Электромагнитная волна. Её свойства.

72. Энергия электромагнитной волны. Вектор Умова-Пойнтинга.

73. Давление света.

Задачи

1. На некотором расстоянии от бесконечной равномерно заряженной плоскости с поверхностной плотность заряд а  = 0,1 нКл/см² расположена круглая пластинка. Плоскость пластинки составляет угол 30 . Определить поток вектора напряженности через пластинку, если её радиус равен 15 см.

2. Поле создано двумя равномерно заряженными концентрическими сферами радиусами R₁ = 5 см и R₂ = 9 см. Заряды сфер соответственно равны Q₁ = 2 нКл, Q₂ = -1 нКл. Определить напряженность электрического поля в точках, лежащих от центров сфер на расстояниях: 3 см, 6 см, 10см. Построить график зависимости E(r).

3. Кольцо радиусом r = 5 см из тонкой проволоки несет равномерно распределенный заряд Q = 10 нКл. Определить потенциал электростатического поля: на оси кольца, в точке, удаленной на расстояние a = 10 см от центра кольца.

4. Четыре лампы, рассчитанные на напряжение 3 В и силу тока 0,3 А каждая, надо включить параллельно и питать от источника напряжением 5,4 В. Какое сопротивление для этого необходимо включить последовательно с лампами? Ответ: 2 Ом.

5. Шар радиусом R  40 мм равномерно заряжен по объёму. Напряжённость электрического поля на расстоянии r₁  20 мм от центра шара равна Е₁  100 В/м. Найти напряжённость поля Е₂ на расстоянии r₂  50 мм от центра шара, если диэлектрическая проницаемость материала шара , и он находится в вакууме.

   1. Ответ: В/м.

6. Требуется вскипятить 2 л воды за t=10 минут. Определить силу тока через нагревательный элемент и сопротивление последнего, если напряжение сети U=220 В., КПД нагревателя =0,9 , начальная температура Т₁=12 С, удельная теплоемкость воды С=4,2 кДж/кгК.

7. Для определения ЭДС и внутреннего сопротивления источника к его зажимам подключают соединенные последовательно амперметр и вольтметр, которые показывают 12.5 мА и 12.5 В соответственно. Когда те же приборы, соединенные параллельно, подключили к тому же источнику, они показали 1.25 А и 12.5 В. Каковы ЭДС и внутреннее сопротивление источника?

8. В электрическую сеть из медного провода сечением S₁=5 мм² надо включить свинцовый предохранитель. Какое сечение должен иметь предохранитель, чтобы при нагревании сети более, чем на Т₁=10 К он расплавился? Начальная температура свинца Т₂=300 К, удельное сопротивление меди ₁=1,710^-8 Омм, свинца –– ₂=2,210^-7 Омм, плотность меди d₁=8,6 г/см³, свинца - d₂=11,3 г/см³, температура плавления свинца Т_ПЛАВЛ=600 К, удельная теплоемкость меди С₁=0,39 кДж/(кгК), свинца - С₂=0,13 кДж/(кгК).

9. При зарядке аккумулятора током 2 А напряжение на его зажимах 14 В. При разрядке этого аккумулятора током 1 А напряжение на его зажимах 11 В. Найти ЭДС и внутреннее сопротивление аккумулятора.

10. К аккумулятору с ЭДС 3 В подключено нагрузочное сопротивление в виде квадратной рамки вначале так, что с аккумулятором соединены расположенные рядом вершины квадрата, а затем диаметрально противоположные вершины. Сопротивление одной стороны квадратной рамки равно удвоенному внутреннему сопротивлению аккумулятора. Во сколько раз отличаются мощности, выделяемые в рамке, при первом и втором соединениях?

11. К проводнику площадью поперечного сечения S=2 мм² с сопротивлением R=250 Ом приложено напряжение U=50 В. Полагая, что в 1 см³ проводника содержится n=10²³ электронов проводимости, определить среднюю скорость направленного движения электронов в проводнике. Ответ: V = = 6,25 мкм / с.

12. Батарея состоит из N=20 аккумуляторов с ЭДС Е=2,2 В и внутренним сопротивлением r=0,2 Ом каждый. Аккумуляторы соединены в m=4 параллельные группы. Определить ток в цепи, если батарея замкнута на внешнее сопротивление R=30 Ом. Ответ: I = 1,07 А.

13. Шар радиусом R равномерно заряжен по объёму с объёмной плотностью . Найти и построить графически зависимость E электрического поля и потенциала от расстояния от центра шара.

14. Цилиндр радиусом R равномерно заряжен по объёму с объёмной плотностью . Найти и построить графически зависимость E электрического поля и потенциала от расстояния от оси симметрии цилиндра.

15. Сфера радиусом R равномерно заряжена по поверхности с поверхностной плотностью . Найти и построить графически зависимость E электрического поля и потенциала от расстояния от центра сферы.

16. Цилиндр радиусом R равномерно заряжен по поверхности с поверхностной плотностью . Найти и построить графически зависимость E электрического поля и потенциала от расстояния от оси симметрии цилиндра.

17. Электроемкость плоского воздушного конденсатора 5 пФ. Разность потенциалов между его обкладками равна 1000 В. Площадь каждой обкладки конденсатора равна 100 см². Чему равна напряженность поля в конденсаторе? Ответ: 5.65 кВ/м.

18. Бесконечно длинный тонкий провод равномерно заряжен с линейной плотностью  10^9 Кл/см. Найти напряжённость Е электрического поля на расстоянии r  10 cм от провода. Ответ: В/м.

19. Бесконечный равномерно заряженный по объёму слой толщиной d  2 cм, изготовленный из диэлектрика с проницаемостью , создаёт электрическое поле, напряжённость которого на расстоянии r  0.2 см от поверхности (вне слоя) равна Е₁ ^ В/м. Найти напряжённость Е₂ поля на таком же расстоянии от поверхности, но внутри слоя. Ответ: В/м.

20. Какую работу A надо совершить, чтобы перенести точечный заряд q = 0.1 нКл из бесконечности в центр шара радиусом R = 8 см, изготовленного из диэлектрика с проницаемостью  =2 и заряженного с постоянной объёмной плотностью  = 89 мкКл/м³? Ответ:

21. Два длинных цилиндрических проводника расположены в воздухе параллельно друг другу на расстоянии а = 15 см. Радиусы сечения проводников R₁ = 2 мм и R₂ = 3 мм. Найти электроёмкость C/L единицы длины такой системы проводников.

    1. Ответ:

22. Определить электроёмкость системы из двух шариков радиусом R = 1.5 см каждый, если расстояние между их центрами равно а = 30 см. Ответ:

23. Найти электроёмкость металлического шара радиусом R = 10 см, если он покрыт слоем диэлектрика с проницаемостью  = 4 толщиной d = 5 см.

Ответ: