Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физика магнитных явлений в вакууме и конденсированных средах. Тестирование базовых знаний в курсе общей физики. Учебное пособие
.pdf
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
__________________________________________________________________________
ФИЗИКА МАГНИТНЫХ ЯВЛЕНИЙ
В ВАКУУМЕ
И КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕДАХ
ТЕСТИРОВАНИЕ БАЗОВЫХ ЗНАНИЙ
В КУРСЕ ОБЩЕЙ ФИЗИКИ
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
НОВОСИБИРСК
2019
УДК 537.6:538.9(075.8)
Ф 503
Авторский коллектив:
д-р физ.-мат. наук, профессор В.Г. Дубровский,
канд. физ.-мат. наук, доцент А.В. Топовский,
канд. физ.-мат. наук, доцент Н.Б. Орлова,
д-р физ.-мат. наук, доцент В.М. Ковалёв
Рецензенты:
канд. физ.-мат. наук, доцент В.Ф. Ким,
канд. физ.-мат. наук, доцент А.В. Баранов
Работа подготовлена на кафедре прикладной
и теоретической физики
Ф 503 Физика магнитных явлений в вакууме и конденсирован-
ных средах. Тестирование базовых знаний в курсе общей
физики: учебное пособие / В.Г. Дубровский, А.В. Топовский
Н.Б. Орлова, В.М. Ковалёв. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2019. –
87 с.
ISBN 978-5-7782-3877-0
В учебном пособии приводятся необходимые фундаментальные
константы и рабочие формулы, даются определения различных типов тестовых заданий. Имеется раздел с детально разобранными тестовыми заданиями одного варианта теста и раздел с двумя вариантами – для самостоятельного выполнения и контроля усвоения соответствующих разделов дисциплины. Пособие предназначено для
студентов, изучающих курс общей
ных явлений в вакууме и конденсированных средах», и нацелено на
подготовку к прохождению тестовых заданий при проведении коллоквиумов, экзаменов в конце семестров, при аккредитации и аттестации университета. Может быть также использовано разработчиками тестовых заданий.
физики, раздел «Физика магнит-
УДК 537.6:538.9(075.8)
ISBN 978-5-7782-3877-0 © Дубровский В.Г., Топовский А.В.,
Орлова Н.Б., Ковалёв В.М., 2019
© Новосибирский государственный
технический университет, 2019
,
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение .................................................................................................................. 4
1. Тематическая структура аттестационных педагогических
измерительных материалов (АПИМ) ................................................................ 4
2. Справочные данные: фундаментальные константы ........................................ 5
3. Справочные данные: рабочие формулы ........................................................... 6
4. Типы тестовых заданий .................................................................................... 20
5. Рекомендации разработчикам тестовых заданий ........................................... 30
6. Примеры тестовых заданий с анализом ответов ............................................ 31
7. Примеры тестов для самоподготовки ............................................................. 62
8. Таблица ответов к тестам для самоподготовки .............................................. 85
Библиографический список ................................................................................. 86
ВВЕДЕНИЕ
С помощью этого учебного пособия студенты, изучающие курс общей физики, могут проконтролировать усвоение изучаемого материала
по физике магнитных явлений в вакууме и конденсированных средах,
изучив разобранные в пособии примеры типовых тестовых заданий и
потренировавшись затем на тестах для самостоятельного контроля.
Пособие может оказаться весьма полезным при подготовке студентов
к прохождению контрольных тестов в конце семестров, а также
при аттестации и аккредитации университета.
Пособие могут использовать преподаватели – разработчики тестов.
1. ТЕМАТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА
АТТЕСТАЦИОННЫХ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ (АПИМ)
Наименование
дидактической
единицы
Магнетизм
Магнитные взаимодействия: силы Лоренца и Ампера. Магнитные поля систем токов. Законы Био–Савара–Лапласа
и полного тока для магнитных полей стационарных токов.
Индукция и напряженность магнитного поля. Принцип суперпозиции для магнитных полей
Закон Гаусса для магнитных полей в веществе. Индукция,
намагниченность и напряженность магнитного поля в магнитных средах. Типы магнитных сред. Восприимчивость
и магнитная проницаемость
Закон электромагнитной индукции. Энергия и давление
электромагнитного поля. Уравнения Максвелла в вакууме
и конденсированных средах в интегральной и дифференциальной формах
Тема
4
Величина
2. СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ:
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ КОНСТАНТЫ
Символ,
уравнение
точное1 приближенное
Значение
Скорость света
в вакууме
Элементарный
заряд
Постоянная
Планка
Электрическая
постоянная
Магнитная
постоянная
Магнетон Бора
Масса электрона
Масса протона
с 299 792 458 м/с
е
h
2
0
k
4
0
Б
2
m
e
m
p
1, 602 176 6208 10 Кл
6,626 070 040 10 Дж с
h
1, 054 571800 10 Дж с
1
8,854 187 817 10 Ф/м
2
c
0
1
8,987 551 787 10 м/Ф
0
410 Гн/м
e
927,400 9994 10 Дж/Тл
m
e
9,109 383 56 10 кг
1, 672 621898 10 кг
7
19
34
34
12
9
26
31
27
310 м/с
1, 6 1 0 Кл
6,6 10 Дж с
1, 05 10 Дж с
8,85 10 Ф/м
910 м/Ф
1, 257 10 Гн/м
0,927 10 Дж/Тл
9,1 10 кг
1, 67 10 кг
8
19
34
34
12
9
6
23
31
27
Удельный заряд
электрона
e
m
e
1, 758 820 024 10 Кл кг
11
1, 76 10 Кл кг
11
1
Точные значения фундаментальных физических констант взяты с сайта:
https://physics.nist.gov/cuu/index.html.
5
3. СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ:
F
F
E
q
F
F
B
F
РАБОЧИЕ ФОРМУЛЫ
В этом разделе представлены необходимые уравнения и формулы
по физике магнитных явлений.
СИЛА ЛОРЕНЦА
Здесь
нитного поля с индукцией
напряженностью
− сила, действующая на заряженную частицу со стороны маг-
(В/м), q − заряд и
qE q V B
(Тл)B
и со стороны электрического поля с
. (1)
V
− скорость частицы.
B
F
магн
q <0
B
F
магн
>0
.
B
I
dl
V
СИЛА АМПЕРА
Idl B j BdV
LV
Здесь
током в магнитном поле с индукцией
элемент длины проводника;
проводнике;
объема проводника;
– сила, действующая на проводник с
j
– плотность тока; dV – элемент
Idl jdV
V
(2)
; dl
–
I – сила тока в
− элемент тока.
6
СИЛА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ДВУХ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ
F
F
B
B
B
БЕСКОНЕЧНО ДЛИННЫХ ПРЯМОЛИНЕЙНЫХ
ПРОВОДНИКОВ С ТОКОМ
II
F
ед
012
. (3)
2
d
Здесь
ед
– сила, действующая на единицу длины проводника
ед
Fl ;
,II
− силы токов в проводниках; d − расстояние меж-
12
ду проводниками.
ПРИНЦИП СУПЕРПОЗИЦИИ
.
B
(4)
i
i
Магнитное поле
, порождаемое несколькими движущимися заря-
дами или токами, равно векторной сумме полей, порождаемых каждым
зарядом или током в отдельности.
ЗАКОН БИО–САВАРА–ЛАПЛАСА
Idl r j r
00
44
33
rr
LV
7
dV
(5)
.
Здесь
B
B
(направлен вдоль тока); I − сила тока; j− плотность тока; dV − эле-
− индукция магнитного поля; dl
мент объема проводника; Idl jdV
− элемент длины проводника
− элемент тока; r
− вектор, прове-
денный от элемента тока к точке, в которой определяется магнитная
индукция.
rr
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ПРЯМОЛИНЕЙНОГО ОТРЕЗКА
ПРОВОДНИКА С ТОКОМ
I
0
B
(cos cos )
4
. (6)
d
12
Здесь
α
1
I
d
нейного отрезка проводника с током в точке
наблюдения; d − расстояние от точки наблюдения
B
до проводника;
усами-векторами, проведенными в точку наблюде-
ния из начала и конца проводника, и вектором эле-
α
2
мента тока Idl
− индукция магнитного поля прямоли-
,
– углы, образованные ради-
12
.
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ БЕСКОНЕЧНОГО ПРЯМОЛИНЕЙНОГО
ПРОВОДНИКА С ТОКОМ
I
I
0
B
r
B
. (7)
2
r
8
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ НА ОСИ КРУГОВОГО ПРОВОДНИКА
R
B
R
B
N
I
(ВИТКА) С ТОКОМ
2
IR
0
2232
2( )
zR
B
.
I
0
. (8)
2
В центре контура
(0):z
B
Здесь
емого круговым витком радиуса
точке наблюдения на оси витка на расстоянии z
от центра витка.
Здесь
наблюдения, лежащей на оси соленоида;
единицу длины соленоида;
наблюдения видны концы соленоида. Эти углы отсчитываются от од-
ного и того же направления, например оси х.
− индукция магнитного поля, создава с током I в
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ СОЛЕНОИДА
1
. (9)
BnI
− индукция магнитного поля соленоида в произвольной точке
α
B
1
(cos cos )
021
2
n
,
− углы, под которыми из точки
12
α
2
− число витков на
L
I
z
x
B
R
9
α
I
I
B
I
I
N
N
1
α
2
B
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ БЕСКОНЕЧНО ДЛИННОГО СОЛЕНОИДА
,
nI
внутри 0
B
снаружи
(10)
0.
B
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ТОРОИДА
I
B
внутри
B
снаружи
0
,
r
2
(11)
0.
Здесь
на расстоянии r от центра тороида;
()Br − индукция магнитного поля внутри тороида в точках
внутри
− число витков тороида.
I
r
R
1
R
2
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]