МЭИ(ТУ) Физика

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 17

ИЗМЕРЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ МЕТОДОМ СТОЛЕТОВА

1.Что такое индукция магнитного поля? В каких единицах она измеряется и от чего зависит? Что такое J и H?

2.Нарисуйте графики J(H) и B(H) для ферромагнетиков и объясните ход кривых.

3.Каков метод измерения индукции магнитного поля B в данной работе?

4.Выведите расчетную формулу для нахождения H.

5.Нарисуйте схему установки. Почему образец выполнен в виде тора? Что является источником тока во вторичной катушке?

6.Что характеризует относительная магнитная проницаемость μ? От чего она зави- сит? Нарисуйте график μ(H) и объясните его.

7.К чему стремится μ при H → ∞? Какова зависимость μ(H) для парамагнетиков?

8.Как связаны между собой векторы B, J, H? Дайте определение каждого из них.

9.Запишите закон полного тока для B и H в магнитном поле.

10.Нарисуйте график B(H) и объясните ход кривой. Как изменится график, если же- лезный сердечник заменить медным? Объяснить различие в графиках.

11.Какое явление используется в работе № 17 для нахождения B? Запишите закон Фа- радея. Сформулируйте закон Ленца.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 18

ОЗНАКОМЛЕНИЕ С ОСЦИЛЛОГРАФОМ И ИЗУЧЕНИЕ ПЕТЛИ ГИСТЕРЕЗИСА

1.Какие материалы относятся к ферромагнетикам? Основные свойства ферромагне- тиков.

2.Нарисуете кривую намагничивания B(H) и кривую зависимости намагниченности от напряженности магнитного поля J(H) для ферромагнетиков и объясните их ход.

3.В чем заключается явление гистерезиса? Нарисуйте кривую гистерезиса и объясни- те ее.

4.Как по графику B(H) найти остаточную индукцию? Что называется коэрцитивной силой и как её найти по тому же графику?

5.Почему для одной и той же напряженности магнитного поля величина индукции B имеет разные значения?

6.От чего зависит площадь петли гистерезиса? Почему она разная у разных ферро- магнетиков?

7.Нарисуйте схему установки и объясните принцип ее работы.

8.Выведите формулу для расчета B и H.

9.Какой сигнал подается на горизонтальные пластины осциллографа, на вертикаль- ные пластины?

10.Какие величины измеряются непосредственно в ходе работы? Как их используют для расчета B и H?

11.Как в работе находят величину коэрцитивной силы и остаточную индукцию?

12.Как будет меняться вид петли гистерезиса при изменении напряжения, подаваемо- го на первичную обмотку образца?

13.Каков принцип устройства осциллографа?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 19

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОШЕНИЯ e/m МЕТОДОМ ОТКЛОНЕНИЯ

ВЭЛЕКТРИЧЕСКОМ И МАГНИТНОМ ПОЛЯХ

1.Какие поля действуют в данной установке на движущийся электрон? Как они на- правлены?

2.Как находится результирующая сила, действующая на движущийся электрон в магнитном и электрическом полях?

3.Какую траекторию описывает электрон в данной установке? Как меняется форма траектории при изменении B?

4.Почему при выводе окончательной формулы для нахождения e/m пренебрегают действием электрического поля?

5.Как находится индукция магнитного поля длинного соленоида? Вывести формулу.

6.Для чего строят график зависимости анодного тока от тока в соленоиде?

7.Как определить индукцию магнитного поля B0, при которой исчезает анодный ток в лампе?

8.Электрон влетает в однородные магнитное и электрическое поля, направленные так, что B E. Как должна быть направлена скорость электрона, чтобы его движе- ние было прямолинейно и равномерно?

ВОПРОСЫ К ЗАЩИТЕ ПО ТЕМЕ "КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ"

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 21

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАТУХАЮЩИХ КОЛЕБАНИЙ

ПРИ ПОМОЩИ ОСЦИЛЛОГРАФА

1.Как в колебательном контуре возникают электрические колебания? О колебаниях каких величин идет речь? Нарисовать графики зависимости Q = f(t), I = f(t), U = f(t).

2.Составить дифференциальное уравнение затухающих электрических колебаний. Проанализировать решение этого уравнения.

3.От каких параметров колебательного контура зависит: а) частота колебаний? б) ам- плитуда колебаний?

4.Что называется коэффициентом затухания β? От каких величин он зависит? Каков физический смысл β?

5.Что называется логарифмическим декрементом затухания θ? Как он связан с коэф- фициентом затухания β? Каков физический смысл β?

6.Нарисуйте электрическую схему установки и объясните принцип ее работы.

7.Как в работе определяют период T? Каким образом можно его изменять? Объясни- те ход полученной зависимости T(R)?

8.Как теоретически рассчитывается период колебаний? Совпадают ли Tтеор и Tэксп? Чем объясняется полученное расхождение?

9.Как в работе определяют логарифмический декремент затухания θ? Каким образом его можно изменять? Объясните ход полученной зависимости θ = f(R).

10.Как теоретически рассчитывается логарифмический декремент затухания θ? Срав- ните теоретические значения с опытными и объясните полученные результаты.

11.Всегда ли в электрическом контуре, содержащем сопротивление R, возникают электрические колебания? Какой процесс называют апериодическим и как опреде- ляют критическое сопротивление?

12.Логарифмический декремент затухания θ = 0,2. Как это надо понимать?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №22

ВЫНУЖДЕННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ В КОЛЕБАТЕЛЬНОМ КОНТУРЕ

1.В каких случаях в колебательном контуре возникают колебания? С какой частотой происходит установившееся вынужденное колебание? От чего зависит амплитуда этих колебаний? фаза?

2.Составьте дифференциальное уравнение вынужденных колебаний силы тока I в электрическом контуре. Как выглядит его решение (общее и частное) для устано- вившихся колебаний?

3.От чего зависит амплитуда силы тока в контуре и сдвиг фаз между силой тока и вынуждающей ЭДС?

4.Что называют резонансом тока? Каково условие его возникновения? Чему равен сдвиг фаз при резонансе между силой тока и вынуждающей ЭДС?

5.По какому закону изменяется напряжение на конденсаторе и катушке индуктивно- сти? Чему равен сдвиг фаз между напряжением на катушке и током в ней?

6.Что называют резонансом напряжений? При какой частоте наступает резонанс на- пряжений?

7.Нарисуйте резонансную кривую для резонанса тока и резонанса напряжений. Обоснуйте, почему максимум этих кривых соответствует разным ω?

8.Нарисуйте схему установки и объясните принцип ее работы.

9.Объясните ход полученной зависимости I = f(ω) при R = 0 и R ≠ 0. Как по графику найти ωрез?

10.Объясните ход полеченной зависимости U = f(ω) при R = 0 и R ≠ 0. Как по графику найти ωрез?

11.Как теоретически рассчитать ωрез по известным L и C? Сравнить рассчитанное и опытное значения и объяснить полученные результаты.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №23

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ЗВУКА В ВОЗДЕХЕ МЕТОДОМ СЛОЖЕНИЯ ДВУХ ПЕРПЕНДИКУЛЯРНЫХ КОЛЕБАНИЙ

1.Что представляет собой звуковая волна? Что называется длиной волны λ? Как она связана со скоростью распространения волны? Как зависит скорость звуковой вол- ны от температуры?

2.Написать уравнение бегущей волны, распространяющейся вдоль прямой X. Про- анализировать его.

3.Вывести уравнение траектории колебания, получившегося в результате сложения двух взаимно перпендикулярных волн одинаковой частоты. От чего зависит вид траектории движения?

4.Как выглядит траектория результирующего колебания, если разности складывае- мых колебаний равны: а) π; б) 0; в) ± π/2?

5.Какие колебания складываются в данной работе? Каковы источники колебаний? Каким образом осуществляется сложение?

6.От чего зависит разность фаз складываемых колебаний? Как ее можно менять?

7.Как будет меняться картина на экране осциллографа, если в процессе работы изме- нять расстояние между динамиком и микрофоном? Почему?

8.Как в работе находят среднюю длину волны? Каким образом рассчитывают ско- рость звука?

9.Как образуют фигуры Лиссажу? Какой вид они имеют при соотношении частот складываемых колебаний 1:2; 1:3; 1:4?

10.Как в работе определяется разность фаз колебаний в двух точках волны?

11.Вывести расчетную формулу для определения скорости звука. Каким образом на- ходится погрешность скорости звука? Как определяют погрешность положения микрофона?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №24

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ЗВУКА МЕТОДОМ СТОЯЧЕЙ ВОЛНЫ

1.Что представляет собой звуковая волна? Какие величины, характеризующие среду, меняются при распространении в ней звуковой волны? По какому закону? Как за- висит скорость звука от температуры?

2.Как образуется стоячая волна? Выведите уравнение стоячей волны. Проанализи- руйте его.

3.От чего зависит амплитуда стоячей волны? Что такое пучность, узел? Напишите координаты узла и пучности.

4.На каком расстоянии друг от друга находятся две соседние пучности, пучность и узел?

5.Нарисуйте мгновенную фотографию стоячей волны для произвольного момента времени t. Как будет выглядеть аналогичная картина для моментов времени t + T/4; t + T/2?

6.Как образуется стоячая волна в данной лабораторной работе?

7.В чем заключается метод, применяемый в данной работе для определения скорости звука? По какой формуле рассчитывается скорость звука?

8.Почему амплитуда сигнала, наблюдаемого на экране осциллографа при изменении положения поршня, меняется? При каких положениях поршня амплитуда сигнала максимальна?

9.Объясните механизм возникновения и распространения звуковой волны? Почему

максимум звука в трубе обнаруживается только при определенном положении поршня?

10.В чем состоят основные различия между бегущей волной и стоячей волной?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №25

ИЗУЧЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ ПРУЖИННОГО МАЯТНИКА

1.Какие колебания называют собственными? Написать дифференциальное уравнение собственных незатухающих колебаний. Каково его решение?

2.Составить дифференциальное уравнение собственных незатухающих колебаний для случая пружинного маятника. Какого его решение? Нарисовать графики зави- симости от времени смещения маятника от положения равновесия X = f(t), скорости V = f(t) и ускорения a = f(t).

3.От чего зависит частота собственных затухающих колебаний пружинного маятни- ка, амплитуда и фаза колебаний?

4.Составить дифференциальное уравнение затухающих колебаний пружинного маят- ника. Каково его решение? Нарисовать график зависимости смещения X = f(t).

5.От чего зависит период затухающих колебаний пружинного маятника? Как его оп- ределяют в данной работе?

6.Что называют коэффициентом затухания β, каков физический смысл β?

7.Какую величину называют логарифмическим декрементом затухания θ, каков его физический смысл ? Как связан логарифмический декремент затухания θ и коэф- фициент затухания? Логарифмический декремент затухания θ =0,1. Что это значит?

8.Как в работе находят логарифмический декремент затухания по собственным коле- баниям маятника?

9.Какие колебания называются вынужденными? Составить дифференциальное урав- нение вынужденных колебаний для пружинного маятника. С какой частотой про- исходят эти колебания? Как эти колебания осуществляются в дачной работе?

10.Какое явление называют резонансом? При каких условиях наступит резонанс при механических колебаниях? Нарисовать семейство резонансных кривых при разных значениях β.

11.От чего зависит амплитуда вынужденных колебаний? Что такое резонансная кри- вая, как ее получают в работе? Что называют статическим смещением?

12.От чего зависит высота и ширина резонансной кривой?

13.Как определить частоту собственных колебаний маятника из полученной резонанс- ной кривой?

14.Как найти логарифмический декремент затухания из: а) ширины резонансной кри- вой; б) высоты резонансной кривой?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №30

ИССЛЕДОВАНИЕ СТОЯЧИХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН

ВДВУХПРОВОДНОЙ ЛИНИИ

1.Электромагнитные волны и их свойства. Уравнение бегущей электромагнитной волны. Скорость распространения электромагнитной волны.

2.Каков механизм переноса энергии вдоль полубесконечной двухпроводной линии, индуктивно связанной с генератором высокой частоты?

3.Нарисовать мгновенную фотографию волн, бегущих вдоль системы Лехера.

4.Какие процессы происходят в системе Лехера, замкнутой накоротко?

5.Как в системе Лехера возникают стоячие электромагнитные волны? Какая картина наблюдается при: а) произвольной длине системе; б) в случае, если на длине линии укладывается целое число полуволн?

6.Вывести уравнение стоячей электромагнитной волны. Меняется ли она со време- нем? От чего зависит амплитуда стоячей волны?

7.Какие точки называют узлами, пучностями стоячей волны? Каковы их координа- ты? На каком расстоянии находятся две соседние пучности друг от друга? Узел и пучность?

8.Нарисовать мгновенную фотографию стоячей волны для моментов времени t = 0;

T/4; T/2.

9.Нарисовать мгновенную фотографию стоячей волны. Почему колебания электри- ческого и магнитных полей происходят не в фазе?

10.Что называется длиной электромагнитной волны? Как длина связана с частотой?

11.Нарисовать схему установки и объяснить принцип ее действия.

12.Для чего служит в работе передвижной мостик? Где его устанавливают при выпол- нении работы?

13.В каких точках линии микроамперметр дает максимальное отклонение? В каких – минимальное?

КОЛЛОКВИУМ ПО ЭЛЕКТРОСТАТИКЕ

Билет № 1

1.Интегральная и дифференциальная связь напряженности и потенциала электроста- тического поля.

2.Плоский слой диэлектрика проницаемостью ε равномерно заряжен по объему. Объ- емная плотность заряда ρ. Найти закон изменения напряженности поля от расстоя-

ния в направлении оси OX. Рассчитать разность потенциалов между серединой слоя и точкой C, лежащей на расстоянии a/2 от поверхности слоя. Построить графики зависимости Ex = f(x), φ = f(x), приняв за ноль потенциала середину слоя. Толщина слоя a.

Билет № 2

1.Напряженность электростатического поля. Методы расчета напряженности поля то- чечного и протяженного заряда.

2.Бесконечно длинный цилиндр радиуса R = 3 · 10-2 м заряжен по поверхности. По- верхностная плотность заряда σ = 1 · 10-5 Кл/м2. Найти напряженность поля в точках,

расположенных на расстояниях 1 · 10-2 м и 5 · 10-2 м от оси цилиндра. Рассчитать разность потенциалов между этими точками. Построить трафики зависимости Ex = f(x), φ = f(x), приняв за ноль потенциала точку, лежащую на оси цилинд- ра.

Билет № 3

1.Проводники в электростатическом поле. Напряженность поля внутри проводника. Разность потенциалов между произвольными точками проводника.

2.Плоский конденсатор (S = 2 · 10-2 м2, d = 4 · 10-3 м) заряжен до разности потенциалов 120 В и отключен от батареи. Найти его емкость, заряд, разность потенциалов, на-

пряженность электрического поля и плотность зарядов на обкладках конденсатора после того, как конденсатор в вертикальном положении наполовину опустили в жидкий диэлектрик (ε = 2).