КР по физике. Контрольные вопросы и задания с ответами для допуска к компьютер. Тихомиров Ю. В. Сборникконтрольных вопросов и заданий с ответамидля виртуального физпрактикума
 Скачать 223.11 Kb.
|
|
Тихомиров Ю.В. СБОРНИК контрольных вопросов и заданий с ответами для виртуального физпрактикума Часть 2. Электромагнетизм. Оптика 2_1. ДВИЖЕНИЕ ЗАРЯЖЕННОЙ ЧАСТИЦЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ 2 2_2. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ ТОЧЕЧНЫХ ЗАРЯДОВ 7 2_3. ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА 14 2_4. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ 20 2_5. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ 25 2_6 . СВОБОДНЫЕ КОЛЕБАНИЯ В КОНТУРЕ 30 2_7. ВЫНУЖДЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ В RLC-КОНТУРЕ 34 2_8. ДИФРАКЦИЯ И ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ 41 2_9. ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЕТКА 46 Москва - 2011 Лабораторная работа 2_1. ДВИЖЕНИЕ ЗАРЯЖЕННОЙ ЧАСТИЦЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ Вопросы и задания для самоконтроля ЗАДАНИЕ 1 Дайте определение электрического заряда. ОТВЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД есть величина, характеризующая способность объекта создавать электрическое поле и взаимодействовать с электрическим полем. ЗАДАНИЕ 2 Выберите, к какому классу характеристик относится электрический заряд. ОТВЕТ Электрический заряд есть характеристика объекта. ЗАДАНИЕ 3 Сформулируйте свойство дискретности заряда. ОТВЕТ Дискретность заряда это наличие элементарного заряда (обозначаемого е) и кратность любого заряда этому элементарному. Формула, описывающая это свойство: q = N ⋅ e, где N - любое целое положи- тельное и отрицательное число. ЗАДАНИЕ 4 Сформулируйте свойство аддитивности заряда. ОТВЕТ Аддитивность (суммируемость) заряда означает, что заряд системы заряжен- ных тел равен сумме зарядов каждого тела. ЗАДАНИЕ 5 Сформулируйте свойство инвариантности заряда. ОТВЕТ Инвариантность заряда означает одинаковость результата измерения заряда во всех инерциальных системах отсчета. ЗАДАНИЕ 6 Сформулируйте закон сохранения заряда ОТВЕТ Закон сохранения заряда: суммарный заряд электрически изолированной си- стемы, через границы которой не могут проникать заряженные частицы, сохраняется. ВОПРОС 7 Что такое точечный заряд? ОТВЕТ ТОЧЕЧНЫЙ ЗАРЯД это абстрактный объект (модель), имеющий вид матери- альной точки, несущей электрический заряд (заряженная МТ). ЗАДАНИЕ 8 Напишите закон Кулона для силы взаимодействия двух неподвижных точеч- ных зарядов. ОТВЕТ ЗАКОН КУЛОНА определяет силу взаимодействия двух точечных зарядов: 12 F = - 0 4 1 π ε 2 2 1 r q q 12 e , где 12 e - единичный вектор, направленный от первого заряда q 1 ко второму q 2 ЗАДАНИЕ 9 Дайте определение электростатического (электрического) поля. ОТВЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ это то, что существует в области пространства, в которой на заряженный объект действует сила, называемая электрической. ЗАДАНИЕ 10 Дайте определение напряженности электрического поля. ОТВЕТ НАПРЯЖЕННОСТЬЮ называется векторная характеристика электрического поля, численно равная отношению силы ЭЛ F , действующей на точечный за- ряд, к величине q этого заряда. ЗАДАНИЕ 11 Напишите формулу, определяющую напряженность электрического поля. ОТВЕТ Формула, определяющая напряженность электрического поля: E = ЭЛ F / q. ЗАДАНИЕ 12 Напишите формулу, определяющую электрическую силу, действующую на точечный заряд в электрическом поле с заданной напряженностью. ОТВЕТ Если задана напряженность электрического поля, тогда сила, действующая на заряд, будет определяться формулой ЭЛ F = q ⋅ E ЗАДАНИЕ 13 Напишите формулу для напряженности электрического поля точечного заря- да, расположенного в начале координат. ОТВЕТ Формула напряженности электрического поля точечного заряда, расположен- ного в начале координат: E = - 0 4 1 π ε ε 2 r q e , где e - единичный вектор точки наблюдения. ЗАДАНИЕ 14 Сформулируйте принцип суперпозиции для электрического поля ОТВЕТ Принцип суперпозиции: вектор напряженности электрического поля, создан- ного несколькими зарядами, равен сумме векторов напряженности полей, со- зданных каждым зарядом в отдельности. ЗАДАНИЕ 15 Дайте определение потенциала электрического поля. ОТВЕТ Потенциалом данной точки электрического поля называется скалярная харак- теристика поля, численно равная работе сил поля по перемещению единично- го положительного заряда из данной точки в фиксированную точку, в которой потенциал принят за 0. ЗАДАНИЕ 16 Напишите формулу для потенциала электрического поля точечного заряда, расположенного в начале координат. ОТВЕТ Формула для потенциала электрического поля точечного заряда, расположен- ного в начале координат: ϕ ( r ) = 0 4 1 π ε ε r q ВОПРОС 17 Какое электрическое поле называется однородным? ОТВЕТ Электрическое поле называется ОДНОРОДНЫМ, если у него напряженность во всех точках одинакова как по величине, так и по направлению. ВОПРОС 18 Что такое конденсатор? ОТВЕТ Конденсатором называется система из двух проводящих тел, имеющих такую форму и расположенных так, что при заряжении тел зарядами, равными по ве- личине и противоположными по знаку, электрическое поле вне системы от- сутствует. ЗАДАНИЕ 19 Напишите формулу емкости плоского конденсатора. ОТВЕТ Формула емкости плоского конденсатора с площадью пластин S и расстояни- ем между пластинами d: C = εε 0 S / d . ВОПРОС 20 Какое поле существует между пластинами плоского конденсатора? ОТВЕТ Между пластинами плоского конденсатора существует однородное электриче- ское поле. ВОПРОС 21 Какую форму имеет траектория движения электрона между пластинами плос- кого конденсатора? ОТВЕТ Траектория движения электрона между пластинами плоского конденсатора имеет вид отрезка прямой, если начальная скорость электрона параллельна вектору напряженности электрического поля, или отрезка параболы, если на- чальная скорость не параллельна. Лабораторная работа 2_2. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ ТОЧЕЧНЫХ ЗАРЯДОВ Вопросы и задания для самоконтроля ЗАДАНИЕ 1 Дайте определение электрического заряда. ОТВЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД есть величина, характеризующая способность объекта создавать электрическое поле и взаимодействовать с электрическим полем. ЗАДАНИЕ 2 Выберите, к какому классу характеристик относится электрический заряд. ОТВЕТ Электрический заряд есть характеристика объекта. ЗАДАНИЕ 3 Сформулируйте свойство дискретности заряда. ОТВЕТ Дискретность заряда это наличие элементарного заряда (обозначаемого е) и кратность любого заряда этому элементарному. Формула, описывающая это свойство: q = N ⋅ e, где N - любое целое положи- тельное и отрицательное число. ЗАДАНИЕ 4 Сформулируйте свойство аддитивности заряда. ОТВЕТ Аддитивность (суммируемость) заряда означает, что заряд системы заряжен- ных тел равен сумме зарядов каждого тела. ЗАДАНИЕ 5 Сформулируйте свойство инвариантности заряда. ОТВЕТ Инвариантность заряда означает одинаковость результата измерения заряда во всех инерциальных системах отсчета. ЗАДАНИЕ 6 Сформулируйте закон сохранения заряда ОТВЕТ Закон сохранения заряда: суммарный заряд электрически изолированной си- стемы, через границы которой не могут проникать заряженные частицы, сохраняется. ВОПРОС 7 Что такое точечный заряд? ОТВЕТ ТОЧЕЧНЫЙ ЗАРЯД это абстрактный объект (модель), имеющий вид матери- альной точки, несущей электрический заряд (заряженная МТ). ЗАДАНИЕ 8 Напишите закон Кулона для силы взаимодействия двух неподвижных точеч- ных зарядов. ОТВЕТ ЗАКОН КУЛОНА определяет силу взаимодействия двух точечных зарядов: 12 F = - 0 4 1 π ε 2 2 1 r q q 12 e , где 12 e - единичный вектор, направленный от первого заряда q 1 ко второму q 2 ЗАДАНИЕ 9 Дайте определение электростатического (электрического) поля. ОТВЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ это то, что существует в области пространства, в которой на заряженный объект действует сила, называемая электрической. ЗАДАНИЕ 10 Дайте определение напряженности электрического поля. ОТВЕТ НАПРЯЖЕННОСТЬЮ называется векторная характеристика электрического поля, численно равная отношению силы ЭЛ F , действующей на точечный за- ряд, к величине q этого заряда. ЗАДАНИЕ 11 Напишите формулу, определяющую напряженность электрического поля. ОТВЕТ Формула, определяющая напряженность электрического поля: E = ЭЛ F / q. ЗАДАНИЕ 12 Напишите формулу, определяющую электрическую силу, действующую на точечный заряд в электрическом поле с заданной напряженностью. ОТВЕТ Если задана напряженность электрического поля, тогда сила, действующая на заряд, будет определяться формулой ЭЛ F = q ⋅ E ЗАДАНИЕ 13 Напишите формулу для напряженности электрического поля точечного заря- да, расположенного в начале координат. ОТВЕТ Формула напряженности электрического поля точечного заряда, расположен- ного в начале координат: E = - 0 4 1 π ε ε 2 r q e , где e - единичный вектор точки наблюдения. ЗАДАНИЕ 14 Сформулируйте принцип суперпозиции для электрического поля ОТВЕТ Принцип суперпозиции: вектор напряженности электрического поля, создан- ного несколькими зарядами, равен сумме векторов напряженности полей, со- зданных каждым зарядом в отдельности. ЗАДАНИЕ 15 Дайте определение потенциала электрического поля. ОТВЕТ Потенциалом данной точки электрического поля называется скалярная харак- теристика поля, численно равная работе сил поля по перемещению единично- го положительного заряда из данной точки в фиксированную точку, в которой потенциал принят за 0. ЗАДАНИЕ 16 Напишите формулу для потенциала электрического поля точечного заряда, расположенного в начале координат. ОТВЕТ Формула для потенциала электрического поля точечного заряда, расположен- ного в начале координат: ϕ ( r ) = 0 4 1 π ε ε r q ВОПРОС 17 Как выглядят линии напряженности электрического поля точечного заряда? ОТВЕТ Линии напряженности электрического поля точечного заряда представляют собой прямые линии, идущие от заряда (если заряд положительный) или к за- ряду (если заряд отрицательный). ЗАДАНИЕ 18 Дайте определение потока ЭП. ОТВЕТ ПОТОКОМ ЭП называется интеграл по данной поверхности S от скалярного произведения напряженности ЭП на элемент поверхности: Ф Е = ∫ S E S d , где вектор S d направлен по нормали к поверхности. ЗАДАНИЕ 19 Сформулируйте закон Гаусса для ЭП. ОТВЕТ ЗАКОН ГАУССА ДЛЯ ЭП: ПОТОК ЭП через замкнутую поверхность S 0 про- порционален суммарному ЗАРЯДУ, расположенному внутри объема V(S 0 ), ограниченного поверхностью интегрирования потока. ЗАДАНИЕ 20 Запишите закон Гаусса для ЭП. ОТВЕТ Закон Гаусса для ЭП: ∫ 0 S E S d = 0 1 ε ∫ ) S ( V ρ dV . ВОПРОС 21 Что такое электрический диполь? ОТВЕТ ДИПОЛЬ есть два одинаковых по величине, но противоположных по знаку то- чечных зарядов Q, расположенных на расстоянии L (L называется плечом ди- поля). ЗАДАНИЕ 22 Запишите формулу дипольного (электрического) момента. ОТВЕТ ДИПОЛЬНЫЙ (ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ) МОМЕНТ по модулю равен произведе- нию | p | e = Q ⋅ L. Вектор направлен от отрицательного к положительному заря- ду. ВОПРОС 23 Что такое магнитный момент витка с током? ОТВЕТ Магнитным моментом витка с током называется вектор, модуль которого ра- вен произведению величины тока на площадь витка. Вектор начинается в цен- тре витка и направлен по его оси. ВОПРОС 24 Какую форму имеет линия поля, проходящая через центр диполя, перпендику- лярно его оси? ОТВЕТ Линия поля, проходящая через центр диполя, перпендикулярно его оси, имеет вид бесконечной прямой линии. ЗАДАНИЕ 25 Сформулируйте и запишите формулу для ЭП на оси диполя. ОТВЕТ На линии, проходящей через центр диполя, перпендикулярно электрическому моменту, и на большом расстоянии r от его центра: E ( r ) = 0 4 1 π ε 3 e r p ВОПРОС 26 Что такое потенциал ЭП и для чего он используется? ОТВЕТ ПОТЕНЦИАЛОМ данной точки r ЭП называется скалярная характеристика ЭП, численно равная работе сил поля по перемещению точечного единичного положительного заряда из данной точки в другую фиксированную точку r 0 , в которой потенциал принят за 0 (например, в бесконечность) . ЗАДАНИЕ 27 Запишите формулу для вычисления потенциала. ОТВЕТ Формула для вычисления потенциала электрического поля в точке с ради- ус-вектором r : ϕ ( r ) = ∫ 0 r r E r d ВОПРОС 28 Что такое градиент? ОТВЕТ Градиент это оператор, имеющий вид: grad ≡ ∇ = { x ∂ ∂ ; y ∂ ∂ ; z ∂ ∂ }. ЗАДАНИЕ 29 Запишите уравнение, выражающее напряженность через потенциал. ОТВЕТ Уравнение, выражающее напряженность через потенциал: E = - grad ( ϕ ). ВОПРОС 30 Какой принцип используется при вычислении напряженности электрического поля диполя? ОТВЕТ Напряженность электрического поля диполя вычисляется с использованием принципа суперпозиции электрических полей. Лабораторная работа 2_3. ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА Вопросы и задания для самоконтроля ВОПРОС 1 Что такое электрический ток? ОТВЕТ Электрическим током называется совокупность заряженных частиц, соверша- ющих направленное движение. ЗАДАНИЕ 2 Запишите формулу, определяющую величину (силу) тока. ОТВЕТ Определение величины (силы) тока: I = dt d (q). ЗАДАНИЕ 3 Дайте определение разности потенциалов (падения напряжения на участке) между двумя точками 1 и 2. ОТВЕТ Разностью потенциалов между двумя точками 1 и 2 называется величина, рав- ная приращению с обратным знаком потенциала при движении от первой точ- ки ко второй: ϕ 1 - ϕ 2 = - ∆ ϕ 12 ЗАДАНИЕ 4 Напишите формулу, связывающую приращение потенциалов и напряжение. ОТВЕТ Формула, связывающая приращение потенциала ∆ϕ и напряжение U 12 между точками 1 и 2: ∆ ϕ = - U 12 ВОПРОС 5 Что такое резистор? ОТВЕТ РЕЗИСТОРОМ называется устройство, обладающее заданным постоянным со- противлением. ЗАДАНИЕ 6 Напишите формулу для сопротивления последовательно соединенных рези- сторов. ОТВЕТ Суммарное сопротивление последовательно соединенных резисторов равно сумме каждого сопротивления: R СУМ = ∑ = N 1 k R k ЗАДАНИЕ 7 Как найти суммарное сопротивление параллельно соединенных резисторов. ОТВЕТ Для параллельно соединенных резисторов обратное суммарное сопротивление равно сумме обратных сопротивлений каждого резистора: СУМ R 1 = ∑ = N 1 k k R 1 ЗАДАНИЕ 8 Сформулируйте закон Ома для участка цепи. ОТВЕТ ЗАКОН ОМА ДЛЯ УЧАСТКА ЦЕПИ: величина (сила) тока, текущего по од- нородному (в смысле отсутствия сторонних сил) металлическому проводнику, пропорциональна падению напряжения U на проводнике: I = U R 1 , где R - со- противление проводника. ВОПРОС 9 Какой участок цепи называется неоднородным? ОТВЕТ Участок цепи называется неоднородным, если он включает в себя источник ЭДС. ЗАДАНИЕ 10 Запишите закон Ома для неоднородного участка цепи. ОТВЕТ ЗАКОН ОМА ДЛЯ НЕОДНОРОДНОГО УЧАСТКА ЦЕПИ: Если ϕ 1 и ϕ 2 - потенциалы концов участка цепи, Е 12 - ЭДС, действующая на данном участке цепи, тогда ток в этом участке имеет величину I = R E 12 2 1 + ϕ − ϕ ЗАДАНИЕ 11 Запишите закон Ома для полной замкнутой цепи. ОТВЕТ ЗАКОН ОМА ДЛЯ ПОЛНОЙ ЗАМКНУТОЙ ЦЕПИ: Если Е СУМ - суммарная ЭДС, действующая в цепи, R СУМ - суммарное сопротив- ление всей цепи, тогда в цепи протекает ток, величина которого равна I = E СУМ / R СУМ ВОПРОС 12 Каковы основные характеристики источника ЭДС? ОТВЕТ Основными характеристиками источника ЭДС являются величина ЭДС и вну- треннее сопротивление. ЗАДАНИЕ 13 Сформулируйте первый закон (правило) Кирхгофа. Какое свойство заряда он отражает? ОТВЕТ Первый закон (правило) Кирхгофа: алгебраическая сумма токов, сходящихся в любом узле электрической цепи, равна нулю. Он отражает закон сохранения заряда. ЗАДАНИЕ 14 Запишите формулу для первого закона (правила) Кирхгофа. ОТВЕТ Формула первого закона Кирхгофа: ∑ = N 1 n (I n ) = 0. ЗАДАНИЕ 15 Сформулируйте второй закон (правило) Кирхгофа. ОТВЕТ Второй закон (правило) Кирхгофа: в каждом из замкнутых контуров, которые можно мысленно выделить в данной разветвленной цепи, алгебраическая сум- ма падений напряжения равна алгебраической сумме ЭДС. ЗАДАНИЕ 16 Запишите формулу для второго закона Кирхгофа. ОТВЕТ Формула для второго закона (правила) Кирхгофа: ∑ = N 1 k (I k R k ) = ∑ = M 1 n (E n ). ВОПРОС 17 Что такое узел электрической цепи? ОТВЕТ УЗЛОМ называется точка, в которой сходится более чем два проводника. По- ложительным принято считать ток, текущий к узлу, а отрицательным - ток, те- кущий от узла. ВОПРОС 18 Что такое полная электрическая цепь? ОТВЕТ Замкнутая электрическая цепь называется полной, если она включает источни- ки ЭДС. ВОПРОС 19 Что такое разветвленная электрическая цепь? ОТВЕТ Электрическая цепь называется разветвленной, если она имеет узлы. ВОПРОС 20 Каково количество уравнений, соответствующих первому закону Кирхгофа, необходимых для нахождения токов во всех ветвях цепи? ОТВЕТ Количество уравнений, соответствующих первому закону (правилу) Кирхго- фа, должно быть на одно меньше количества узлов в данной цепи. ВОПРОС 21 Каково количество уравнений, соответствующих второму закону Кирхгофа, необходимых для нахождения токов в данной цепи? ОТВЕТ Количество независимых уравнений, соответствующих второму закону Кирх- гофа должно быть таким, чтобы общее количество уравнений в системе оказа- лось равным количеству различных токов в ветвях цепи. ВОПРОС 22 Каким образом надо искать новые замкнутые контуры в заданной цепи? ОТВЕТ Каждый новый замкнутый контур должен содержать хотя бы один участок цепи, не вошедший в уже выделенные контуры. ВОПРОС 23 Чему равно напряжение на резисторе? ОТВЕТ НАПРЯЖЕНИЕ НА РЕЗИСТОРЕ прямо пропорционально его сопротивлению величине тока, протекающего по нему: U R = I ⋅ R . ВОПРОС 24 Что вы можете сказать о токе, протекающем по последовательно соединенным элементам от одного узла до другого? ОТВЕТ Ток, протекающий по всем последовательно соединенным элементам от одно- го узла до другого, имеет одно и то же значение. При анализе разветвленной цепи этот ток следует обозначать с одним индек- сом . ВОПРОС 25 Как выбираются направления токов на схеме в каждом участке цепи? ОТВЕТ В каждом участке цепи направление тока выбирается произвольно. ВОПРОС 26 Как выбираются знаки токов при составлении уравнений, соответствующих второму закону (правилу) Кирхгофа? ОТВЕТ Ток принято считать положительным, если он совпадает с выбранным направ- лением обхода контура, и отрицательным, если он направлен против этого направления. ВОПРОС 27 Как выбираются знаки источников ЭДС при составлении уравнений, соответ- ствующих второму закону (правилу) Кирхгофа? ОТВЕТ Знак источника ЭДС считается положительным, если действие источника (со- здаваемый им ток) совпадает с выбранным направлением обхода контура. Лабораторная работа |