МУ к ИДЗ по физике 2 семеcтр

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИФИ»

Волгодонский инженерно-технический институт

Н. В. Ермолаева, Н.В. Литвин, В.И. Ратушный

Сборник задач к выполнению индивидуальных

домашних заданий для студентов очной формы обучения

по курсу "Общая физика"

(разделы «Электричество и магнетизм»).

Рекомендовано к изданию УМО "Ядерные физика и технологии"

Москва 2015

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И ПРАВИЛА ОФОРМЛЕНИЯ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

Процесс изучения физики включает в себя посещение лекций, практических занятий и лабораторных работ. Для студентов очной формы обучения существенную роль играет также самостоятельная работа над учебным материалом. Решение задач позволяет закрепить теоретический материал курса физики.

Впроцессе изучения физики студент должен выполнить индивидуальные домашние задания (ИДЗ) по дисциплине в каждом семестре.

Вданном пособии изложен материал, изучаемый во втором семестре курса общей физики. Пособие имеет два раздела: «Электростатика и постоянный ток» и «Электромагнетизм». В каждом разделе даны краткая теория, примеры решения и варианты задач для самостоятельного решения. В решении типовых задач приводятся краткие теоретические сведения, содержащие как основные уравнения, так и их физическую интерпретацию, что способствует более глубокому пониманию излагаемого материала.

ИДЗ включает в себя 10 задач – по 5 из каждого раздела. Номера задач, которые должен решить студент, определяются по таблице вариантов (приложение 1). Вариант задания определяется в соответствии с суммой двух последних цифр номера зачетной книжки (студенческого билета). Например, если номер зачетной книжки 120703572, то студент должен выполнять вариант 9 (7+2 = 9), а если номер 120703578, то следует выполнять вариант 15 (7+8 = 15).

При выполнении ИДЗ следует придерживаться следующих правил.

1.Перед выполнением индивидуального домашнего задания необходимо внимательно ознакомиться с примерами решения задач по данной теме, уравнениями и формулами, а также со справочными материалами.

2.Указывать на титульном листе наименование дисциплины, фамилию и инициалы студента, группу, номер зачетной книжки, вариант ИДЗ, шифр и название специальности.

3.ИДЗ следует выполнять аккуратно, оставляя поля для замечаний преподавателя.

4

4. Задачи своего варианта переписывать полностью, а заданные физические величины выписать отдельно, при этом все числовые величины должны быть переведены в международную систему единиц (СИ).

5. Решение задачи и используемые формулы должны сопровождаться пояснениями. В пояснениях необходимо указывать те основные законы и формулы, на которых базируется решение данной задачи.

6. Для пояснения решения задачи там, где это нужно, необходимо сделать чертеж.

7. При получении расчетной формулы для решения конкретной задачи приводить ее вывод.

8. Задачу рекомендуется сначала решить в общем виде, т.е. только в буквенных обозначениях, поясняя применяемые при написании формул буквенные обозначения.

9. Вычисления следует проводить с помощью подстановки заданных числовых величин в расчетную формулу. Все необходимые числовые значения величин должны быть выражены в СИ.

10. Проверить единицы полученных величин по расчетной формуле и тем самым подтвердить ее правильность.

11. Константы физических величин и другие справочные данные выбирать из таблиц справочников и приложений используемой литературы.

12. При вычислениях использовать микрокалькулятор для более точного расчета.

13. В ИДЗ следует указывать учебники и учебные пособия, которые использовались при решении задач.

14. При предоставлении работы на повторное рецензирование обязательно представлять работу с первой рецензией.

Исправленные задачи при повторном предоставлении студентом работы записываются полностью по вышеприведенным правилам.

Рекомендуемая литература

Основная по лекционному курсу

1. Трофимова Т.И. Курс физики. –14-е изд. Учеб. пособие для вузов. М.: Академия, 2007.

5

2. Савельев И.В. Курс общей физики: Учебное пособие. В 3-х т. Т.1. Механика. Молекулярная физика. – 9-е изд., стер. СПб.: Лань, 2007. (Учебники для вузов. Специальная литература.)

3. Савельев И.В. Курс общей физики: Учебное пособие. В 3-х т. Т.2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика.– 9-е изд., стер. СПб.: Лань, 2007. (Учебники для вузов. Специальная литература.)

4. Савельев И.В. Курс общей физики: Учебное пособие. В 3-х томах. Т.3. Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц. – 8-е изд., стер. СПб.: Лань, 2007. (Учебники для вузов. Специальная литература.)

Основная к практическим занятиям

1. Трофимова Т.И., Павлова З.Г. Сборник задач по курсу физики с решениями. М.: Высшая школа, 2002.

2.Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике: Учебное пособие для втузов. – 8-е изд., перераб. и доп. М.: Физматлит, 2008.

3.Савельев И.В. Сборник вопросов и задач по общей физике: Учебное пособие для студентов втузов. М.: Астрель (изд-во АСТ), 2005.

Дополнительная литература

1. Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики. М.: Наука, 1985.

2. Калашников Н.П., Смондырев М.А. Основы физики. В 2-х т. Т.1. М.: Дрофа, 2007.

3. Калашников Н.П., Смондырев М.А. Основы физики. В 2-х т. Т.2. М.: Дрофа, 2007.

6

1.ЭЛЕКТРОСТАТИКА И ПОСТОЯННЫЙ ТОК

Внастоящем разделе рассмотрены следующие темы:

1.Закон Кулона. Взаимодействие заряженных тел.

2.Напряженность электрического поля.

3.Потенциал электрического поля. Связь потенциала с напряженностью

4.Электрический диполь. Работа по перемещению заряда в

поле.

5.Электроемкость и конденсаторы.

6.Энергия заряженного проводника. Энергия электрического

поля.

7.Законы постоянного тока.

8.Расчет цепей постоянного тока.

9.Классическая теория электропроводности металлов.

10.Электрический ток в жидкостях и газах.

По каждой теме приведены краткая теория, примеры решения типовых задач и варианты задач для самостоятельного решения.

1.1.ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ И ФОРМУЛЫ

1.1.1.Закон Кулона. Взаимодействие заряженных тел

Закон Кулона – основной закон электростатики, позволяющий рассчитывать силы взаимодействия между телами:

где F – модуль силы взаимодействия точечных зарядов q1 и q2; r12 – расстояние между зарядами; – диэлектрическая проницаемость

Н м2/Кл2– коэффициент пропорциональности.

1.1.2. Напряженность электрического поля

Напряженность электрического поля (силовая характеристика электрического поля) определяется выражением

7

где F – сила, действующая на точечный заряд q, помещенный в данную точку поля.

Принцип суперпозиции электрических полей:

где Ei – напряженность в данной точке поля, созданного i-м заря-

дом.

Теорема Остроградского–Гаусса для электростатического поля

(позволяет рассчитать напряженность поля системы электрических зарядов)

Поверхностная плотность заряда, равномерно распределѐн-

ного по поверхности, равна

Sq ,

где q – заряд, находящийся на поверхности площадью S . Объѐмная плотность заряда, равномерно распределѐнного по

объѐму, равна

Vq ,

где q – заряд, находящийся внутри объѐма V.

8

Напряженность поля, создаваемого прямой бесконечной равномерно заряженной линией или бесконечно длинным цилиндром, равна

E 2 0 r ,

где r – расстояние от нити или оси цилиндра до точки, в которой вычисляется напряженность поля.

Напряженность поля, создаваемого бесконечной равномерно заряженной плоскостью

В пособии приводятся следующие типовые задачи на данную тему:

-определение напряженности электрического поля заданного распределения точечных зарядов;

-определение напряженности электростатического поля, созданного зарядами, распределенными равномерно по конечным отрезкам нитей, кольцам, участкам цилиндрических и сферических поверхностей;

-определение напряженности электростатического поля от зарядов, распределение которых имеет плоскую, осевую (цилиндрическую) или центральную (сферическую) симметрию (задачи этого типа решаются с помощью теоремы Гаусса);

-определение напряженности поля, в создании которого участвуют электрические диполи.

Таким образом, начальным этапом решения задачи является анализ условий, с целью определения типа, к которому относится данная задача. Далее в зависимости от результатов анализа следует использовать методы решения, применяемые для данного типа задач. Отметим, что практически во всех случаях при решении используется принцип суперпозиции.

1.1.3.Потенциал электрического поля. Связь потенциала

снапряженностью

Потенциал (энергетическая характеристика) силового электростатического поля равен

9

W ,

qпр

где W –потенциальная энергия пробного точечного заряда qпр, находящегося в данной точке поля.

Связь между силовой и энергетической характеристиками электростатического поля в общем случае:

точке поля, созданного i-м зарядом.

Напряженность и потенциал поля, созданного точечным зарядом, определяются из соотношений

где r – расстояние от заряда q до точки, в которой определяются напряженность и потенциал.

Напряженность и потенциал поля, создаваемого проводящей заряженной сферой радиуса R, заряд которой Q, на расстоянии r от центра сферы, равны

10