Введение в общую физику

Введение в общую физику

III. Основные законы и понятия электромагнетизма

Задание 1

1. Понятие физического поля. Виды полей.

2. Электрическое поле. Чем оно создается и как обнаруживается?

3. Электростатическое поле и его основные характеристики.

4. Связь напряженности и потенциала электростатического поля.

5. Силовые линии электростатического поля. Нарисуйте силовые линии однородного электрического поля.

6. Силовые линии электростатического поля. Нарисуйте силовые линии неоднородного электрического поля.

7. Понятие эквипотенциальной поверхности. Под каким углом силовые линии электростатического поля пересекают эквипотенциальную поверхность?

8. Магнитное поле. Чем оно создается и как обнаруживается?

9. Основные характеристики магнитного поля.

10. Силовые линии магнитного поля.

11. Сравните силовые линии электростатического и магнитного полей.

12. Работа по перемещению электрического заряда в электростатическом поле. Чему равна работа по перемещению заряда по эквипотенциальной поверхности?

13. Закон взаимодействия электрических зарядов (Кулона).

14. Физический смысл диэлектрической проницаемости вещества.

15. Как изменяется электрическое поле в диэлектрике по сравнению с вакуумом?

16. Электрическое поле плоского конденсатора. Где применяются конденсаторы?

17. Электроемкость уединенного проводника.

18. Электроемкость конденсатора. Электроемкость плоского конденсатора.

19. Последовательное соединение конденсаторов.

20. Параллельное соединение конденсаторов.

21. В каком случае магнитное поле не действует на проводник с током?

22. В каком случае магнитное поле не действует на движущийся заряд?

23. Сила Ампера.

24. Сила Лоренца.

25. Сформулируйте правило левой руки для магнитных явлений и приведите пример его применения.

26. Магнитное поле соленоида. Где применяются соленоиды?

27. Явление электромагнитной индукции и его применение.

28. Запишите и прокомментируйте закон Фарадея для электромагнитной индукции.

29. Сформулируйте правило Ленца для явления электромагнитной индукции. Приведите примеры.

30. Сформулируйте правило Ленца для явления электромагнитной индукции. С каким фундаментальным законом физики связано это правило?

31. Явление самоиндукции.

32. Явление взаимной индукции и его применение.

33. Электрический ток и его характеристики.

34. Условия существования тока в электрической цепи.

35. Понятия проводника, полупроводника и диэлектрика.

36. Однородный и неоднородный участки электрической цепи. Закон Ома для однородного участка цепи.

37. Однородный и неоднородный участки электрической цепи. Закон Ома для неоднородного участка цепи.

38. Закон Ома для полной цепи.

39. Закон Джоуля – Ленца.

40. Сопротивление проводника. От каких факторов оно зависит?

41. Последовательное соединение проводников.

42. Параллельное соединение проводников.

43. Понятие электромагнитного поля.

Задание 2

1. Два положительных заряда q и 2q находятся на расстоянии 10 мм друг от друга и взаимодействуют с силой 0,72 мН. Определить величину каждого заряда.

2. Два заряда взаимодействуют в вакууме на расстоянии 1 см. На каком расстоянии их нужно поместить в диэлектрик с диэлектрической проницаемостью, равной 4, чтобы сила взаимодействия не изменилась?

3. Два одинаковых шарика имеют массу 10 г каждый. Какой положительный заряд надо поместить на каждом шарике, чтобы сила электрического отталкивания уравновесила силу их гравитационного притяжения?

4. Два одинаковых шарика, расположенные на расстоянии 10 см друг от друга, имеют одинаковые отрицательные заряды и взаимодействуют с силой 0,23 мН. Определить число “избыточных” электронов на каждом шарике.

5. Электрон прошел ускоряющую разность потенциалов 100 В. Определить скорость электрона.

6. Какую ускоряющую разность потенциалов должен пройти протон, чтобы приобрести скорость 105 м/с?

7. Пылинка массой 10-8 г находится в состоянии покоя в горизонтальном конденсаторе. К пластинам конденсатора приложено напряжение 5 кВ, расстояние между ними 5 см. Определить заряд пылинки.

8. Восемь шариков ртути заряжены до одинакового потенциала 12 В. Все капли сливаются в одну большую шарообразной формы. Определить потенциал большой капли.

9. Найти заряд, создающий электрическое поле, если на расстоянии 5 см от заряда напряженность поля составляет 1,5×105 В/м. Чему равен потенциал электрического поля в этой точке?

10. В вертикально направленном электрическом поле в состоянии покоя находится пылинка массой 10-9 г и зарядом 3,2×10-17 Кл. Определить напряженность поля.

11. В однородном электрическом поле с напряженностью 6×105 В/м перемещают заряд 7×10-8 Кл на расстояние 8 см под углом 60° к линиям напряженности. Определить работу электрического поля по перемещению заряда. Какую разность потенциалов прошел заряд?

12. Два иона прошли одинаковую разность потенциалов. Найти отношение скоростей ионов, если их заряды одинаковы, а масса одного иона в 4 раза больше другого.

13. Очень маленький заряженный шарик погрузили в керосин. На каком расстоянии от шарика напряженность электрического поля будет такая же, какая была до погружения на расстоянии 29 см от шарика?

14. В некоторых двух точках электростатического поля точечного заряда напряженность поля отличается в 4 раза. Во сколько раз отличаются потенциалы поля в этих точках?

15. Рабочие площади пластин плоского воздушного конденсатора уменьшили в 2 раза, расстояние между ними уменьшили в 3 раза и поместили между пластинами стекло, полностью заполняющее пространство между пластинами. Как изменилась электроемкость конденсатора?

16. Плоский конденсатор состоит из двух пластин площадью 200 см2 каждая, расположенных на расстоянии 2 мм друг от друга. Между пластинами находится слой слюды, полностью заполняющий пространство между пластинами. Какой наибольший заряд можно сообщить конденсатору, если допустимое напряжение 3 кВ?

17. Определить напряженность и потенциал электрического поля, создаваемого двумя точечными зарядами 10 мкКл и -10 мкКл в точке О, лежащей на прямой, соединяющей заряды и равноудаленной от обоих зарядов. Расстояние между зарядами 20 см.

18. Очень маленький заряженный шарик массой 5 г и зарядом 5×10-7 Кл падает вертикально вниз. Определить ускорение шарика, если Земля имеет отрицательный заряд, напряженность электрического поля вблизи земной поверхности составляет 100 В/м.

19. Четыре одинаковых конденсатора соединены один раз последовательно, а второй раз параллельно. В каком случае электроемкость группы конденсаторов больше и во сколько раз?

20. При разрядке батареи, состоящей из 20 параллельно включенных одинаковых конденсаторов, выделилось 10 Дж теплоты. До какой разности потенциалов были заряжены конденсаторы, если электроемкость каждого 4 мкФ?

21. Найти силу тока в стальном проводнике длиной 10 м и сечением 2 мм2, на который подано напряжение 12 мВ.

22. Сколько электронов проходит через поперечное сечение проводника за 1 нс при силе тока 32 мкА?

23. Чему равно общее сопротивление участка цепи, изображённого на рисунке, если R1 = 2 Ом, R2 = 8 Ом, R3 = 10 Ом, R4 = 6 Ом?

24. Чему равно общее сопротивление участка цепи, изображённого на рисунке, если сопротивление каждого резистора равно 4 Ом?

25. Сопротивление обмотки электромагнита, выполненного из медной проволоки, при 20 °С было 2 Ом, а после длительной работы стало 2,4 Ом. До какой температуры нагрелась обмотка?

26. При подключении лампочки к батарее элементов с ЭДС 4,5 В вольтметр показал напряжение на лампочке 4 В, а амперметр – силу тока 0,25 А. Определить сопротивление лампочки и внутреннее сопротивление батареи.

27. Лампочки, сопротивление которых 3 Ом и 12 Ом, поочередно подключенные к некоторому источнику тока, потребляют одинаковую мощность. Найти внутреннее сопротивление источника и КПД цепи в каждом случае.

28. Расстояние между катодом и анодом в электронной лампе равно 5 мм, разность потенциалов между ними равно 90 В. Сколько времени движется электрон от катода к аноду? Электрическое поле считать однородным.

29. Как изменится потенциальная энергия взаимодействия зарядов -4 Кл и 25 Кл при изменении расстояния между ними с 10 до 20 см?

30. Десять параллельно соединенных ламп, сопротивлением R = 0,5 кОм каждая, рассчитанных на напряжение U1 = 120 В, подключены последовательно реостату. Напряжение сети U2 = 220 В. Какова мощность электрического тока в реостате?

31. На проводник длиной 30 см, расположенный под углом 30° к силовым линиям магнитного поля с индукцией 0,4 Тл, действует сила 1,2 Н. Определить силу тока силу тока в проводнике.

32. По двум длинным параллельным проводам текут токи 5 А и 3 А. Расстояние между проводами 10 см. Определить силу взаимодействия, приходящуюся на единицу длины провода. В каком случае провода будут притягиваться? В каком случае они будут отталкиваться?

33. Найти кинетическую энергию протона, движущегося по дуге окружности радиусом 60 см в магнитном поле, индукция которого 1 Тл.

34. Однородные электрическое и магнитное поля расположены взаимно перпендикулярно, при этом Е = 0,5 кВ/м, В = 1 мТл. Определить с какой скоростью, и в каком направлении должен лететь электрон, чтобы двигаться прямолинейно.

35. Магнитный поток, пронизывающий плоский контур, равен 2 мВб, угол между плоскостью контура и вектором магнитной индукции составляет 30о, площадь контура равна 40 см2. Определите магнитную индукцию поля.

36. Электрон в магнитном поле с индукцией 5,6 Тл описал окружность радиусом 1 см. Определить скорость электрона.

37. Протон в магнитном поле с индукцией 0,01 Тл описал окружность радиусом 10 см. Определить кинетическую энергию протона.

38. Заряженная частица с энергией 1 кэВ движется в однородном магнитном поле по окружности радиусом 1 мм. Определить силу, действующую на частицу.

39. Заряженная частица движется по окружности радиусом 2 см в однородном магнитном поле с индукцией 12,6 мТл. Определить удельный заряд частицы (отношение заряда к массе).

40. По горизонтально расположенному проводнику длиной 20 см и массой 4 г течет ток 10 А. Определить величину магнитного поля, в которое надо поместить проводник, чтобы он находился в равновесии. Силовые линии магнитного поля перпендикулярны проводнику.

41. Проволочный виток площадью 2 см2 расположен перпендикулярно силовым линиям однородного магнитного поля. За время 0,005 с магнитная индукция равномерно убывает от 0,5 до 0,1 Тл. Чему равна индуцированная в витке ЭДС?

42. В катушке при изменении силы тока от 0 до 2 А за время 0,1 с возникает ЭДС самоиндукции 6 В. Определить индуктивность катушки.

43. Проводник длиной 1 м движется со скоростью 5 м/с в однородном магнитном поле с индукцией 1 Тл перпендикулярно силовым линиям поля. Определить разность потенциалов, возникающую на концах проводника.

44. Скорость самолета с реактивным двигателем равна 950 км/ч. Вертикальная составляющая индукции магнитного поля Земли составляет 0,5×10-5 Тл, размах крыльев 12,5 м. Найти ЭДС индукции, возникающую на концах крыльев в полете такого самолета.

45. Какой магнитный поток пронизывал каждый виток катушки, имеющий 1000 витков, если при равномерном исчезновении магнитного поля в течение 0,1 с в катушке индуцируется 10 В?

46. Проводник длиной 15 см и током 8 А перпендикулярен силовым линиям однородного магнитного поля. Работа, совершаемая при перемещении проводника на 1 мм в направлении действия силы Ампера равна 1,2 мДж. Определить магнитную индукцию.

47. В магнитном поле, индукция которого равна 0,05 Тл, вращается стержень длиной 1 м. Ось вращения, проходящая через один из концов стержня, параллельна силовым линиям магнитного поля. Найти поток магнитной индукции, пересекаемый стержнем при каждом обороте.

48. Определить индуктивность катушки и магнитный поток в ней, если при токе 6,2 А ее магнитное поле обладает энергией 0,32 Дж.

IV. Оптика. Физика атома и атомного яда

Задание 1

1. Закон прямолинейного распространения света и пределы его применимости.

2. Закон отражения света. Сделать чертеж.

3. Физический смысл показателя преломления среды n. В каком случае он равен единице? Возможно ли значение n > 1?

4. Закон преломления света. Сделать чертеж для прохождения света в оптически более плотную среду.

5. Закон преломления света. Сделать чертеж для прохождения света в оптически менее плотную среду

6. Явление полного внутреннего отражения. Где оно применяется?

7. Зеркала. Построение изображения в зеркале.

8. Линза. Формула тонкой линзы.

9. Построить изображение в собирающей линзе, если предмет находится между главным фокусом и линзой.

10. Построить изображение в рассеивающей линзе, если предмет находится между главным фокусом и линзой.

11. Построить изображение в собирающей линзе, если предмет находится между главным фокусом и двойным фокусом линзы.

12. Построить изображение в рассеивающей линзе, если предмет находится между главным фокусом и двойным фокусом линзы.

13. Поясните понятия действительного и мнимого изображения в линзах. Сделайте чертеж.

14. Свет как электромагнитная волна.

15. Интерференция света. Условия максимума и минимума интерференции.

16. Понятие когерентных световых волн. Почему тепловые источники света дают некогерентное излучение?

17. Методы получения когерентных волн.

18. Интерференция в тонких пленках.

19. Примеры наблюдения интерференции света в быту и в природе.

20. Интерференция света и ее применение.

21. Дифракция света. Дифракция на дифракционной решетке.

22. Дифракция света и ее применение.

23. В чем заключается гипотеза Планка? Для объяснения какого физического явления она была выдвинута?

24. В чем заключается явление фотоэлектрического эффекта? Какими свойствами света – волновыми или корпускулярными – объясняется это явление?

25. В чем заключается явление внешнего фотоэлектрического эффекта? Запишите и прокомментируйте уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.

26. Чем объясняется существование красной границы фотоэффекта?

27. Поясните понятие «корпускулярно–волновой дуализм электромагнитного излучения».

28. Какие оптические явления связаны с волновой природой света?

29. Какие оптические явления связаны с квантовой природой излучения?

30. В чем заключался опыт Резерфорда?

31. Сформулируйте постулаты Бора.

32. Какие частицы входят в состав атома? Кратко охарактеризуйте эти частицы.

33. Поясните понятия дефект масс и энергия связи атомных ядер.

34. В чем заключается явление радиоактивности?

35. Запишите закон радиоактивного распада. Каков физический смысл периода полураспада?

36. Что такое α – излучение?

37. Что такое β- — излучение?

38. Какова причина возникновения γ-излучения? Какими свойствами оно обладает?

39. Сравните радиоактивные излучения по проникающей и ионизирующей способностям.

40. Определите состав ядер гелия — 4 и кислорода – 16.

41. Определите состав ядер углерода – 14 и неона – 20.

42. Определите состав ядер лития – 6 и кислорода – 15.

43. Определите состав ядер азота – 14 и азота – 16.

44. Записать схему α – распада ядра фермия – 250.

45. Записать схему α – распада ядра радона – 212.

46. Записать схему α – распада ядра полония – 210.

47. Записать схему α – распада ядра урана – 232.

48. Записать схему β- – распада ядра таллия – 185.

49. Записать схему β- – распада ядра радона – 221.

50. Записать схему β- – распада ядра радия – 225.