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.
|
|
2_4. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ Вопросы и задания для самоконтроля ВОПРОС 1 Что такое магнитное поле (МП)? ОТВЕТ Магнитным полем (МП) называется то, что существует в области про- странства, в которой на электрически нейтральный проводник с током дей- ствует сила, называемая магнитной. ЗАДАНИЕ 2 Назовите источник МП. ОТВЕТ Источником МП является движущаяся электрически заряженная частица (за- ряд), которая создает также и электрическое поле. ВОПРОС 3 Какие силы действуют между движущимися зарядами? ОТВЕТ Если две заряженные частицы движутся, то на каждую частицу будут действо- вать 2 силы: электрическая (кулоновская) ЭЛ F и магнитная сила М F ВОПРОС 4 Во сколько раз магнитная сила меньше электрической для двух движущихся точечных электрических зарядов? ОТВЕТ Магнитная сила для двух движущихся точечных электрических зарядов будет меньше электрической в 2 c V раз, где с – скорость света. ЗАДАНИЕ 5 Сформулируйте определение квазинейтральности проводов с током. ОТВЕТ Для практически любых проводов с током имеет место свойство квазиней- тральности: внутри проводника имеется большое количество заряженных ча- стиц, однако любой (но не слишком малый) отрезок проводника имеет нуле- вой суммарный электрический заряд. ВОПРОС 6 Какие силы и почему действуют между проводами с током? ОТВЕТ Между обычными проводами с током наблюдается только магнитное взаимо- действие, поскольку любые провода квазинейтральны. ВОПРОС 7 Что такое индукция МП? ОТВЕТ Индукция МП (магнитная индукция) есть векторная характеристика магнит- ного поля, связанная с его силовым действием на движущийся заряд и на про- водник с током. ЗАДАНИЕ 8 Дайте определение линии индукции МП.? ОТВЕТ Линии индукции МП это линии, у которых вектор индукции МП в любой точ- ке направлен по касательной. Густота линий индукции пропорциональна ве- личине МП вблизи данной точки. ЗАДАНИЕ 9 Запишите закон Био-Савара-Лапласа. В чем он похож на закон Кулона? ОТВЕТ Элементарная индукция B d магнитного поля, создаваемого элементарным отрезком L d c током I , расположенным в начале координат (закон Био-Сава- ра-Лапласа или Б-С-Л), определяется формулой: B d π µ = 4 0 2 r I [ L d ; r e ] , где r – модуль радиус-вектора точки наблюдения, r e - единичный ради- ус-вектор, направленный в точку наблюдения, µ 0 - магнитная постоянная. ЗАДАНИЕ 10 Сформулируйте принцип суперпозиции для МП. ОТВЕТ Магнитное поле подчиняется принципу суперпозиции: индукция МП, создан- ного несколькими источниками, является суммой векторов индукции полей, создаваемых каждым источником : СУМ B = ∑ i i B ЗАДАНИЕ 11 Дайте определение циркуляции МП. ОТВЕТ Циркуляцией МП называется интеграл по некоторому контуру L от скалярно- го произведения индукции МП на элемент контура L d : Г В = ∫ L B L d ЗАДАНИЕ 12 Сформулируйте закон циркуляции МП. ОТВЕТ Закон циркуляции МП: циркуляция МП по замкнутому контуру L 0 пропорци- ональна суммарному току, пронизывающему поверхность S(L 0 ), ограничен- ную этим контуром L 0 ЗАДАНИЕ 13 Запишите формулу закона циркуляции МП. Закон циркуляции МП: ∫ 0 L B L d = µ 0 ∑ j j I ЗАДАНИЕ 14 Сформулируйте и запишите формулу для МП прямого провода с током. ОТВЕТ Величина индукции магнитного поля на расстоянии r от прямого бесконечно длинного проводника с током I : В = µ 0 I ------ 2 π r . ВОПРОС 15 Как выглядят линии индукции МП прямого провода с током? ОТВЕТ Линии индукции магнитного поля прямого проводника с током представляют собой концентрические окружности, лежащие в плоскостях, перпендикуляр- ных проводнику, с центрами, расположенными на его оси. ЗАДАНИЕ 16 Сформулируйте и запишите формулу для МП на оси кругового витка (конту- ра) с током. ОТВЕТ Индукция МП на оси кругового контура (витка) радиуса R с током I на рассто- янии r от центра: B = µ 0 m p ----------------- 2 π (R 2 + r 2 ) 3/2 ВОПРОС 17 Что такое магнитный момент витка с током? ОТВЕТ Магнитный момент витка площадью S и единичным вектором нормали к по- верхности витка n e с током I определяется по формуле m p = I S n e ВОПРОС 18 Какую форму имеет линия индукции, проходящая через центр витка с током? ОТВЕТ Линия индукции МП, проходящая через центр витка с током является беско- нечной прямой линией. ВОПРОС 19 Что такое соленоид? ОТВЕТ Соленоидом называется длинная прямая катушка с током. ВОПРОС 20 Для чего используется соленоид? ОТВЕТ Величина индукции МП вблизи центра соленоида меняется очень мало, поэто- му соленоид используется как источник практически однородного магнитного поля. ВОПРОС 21 Чему равно магнитное поле в центре соленоида? ОТВЕТ Формула для индукции МП в центре соленоида, имеющего n витков на еди- ницу длины соленоида B = µ 0 I n . ВОПРОС 22 Является ли МП внутри соленоида точно однородным? ОТВЕТ Магнитное поле внутри соленоида не является точно однородным. Однако су- ществует область вблизи центра соленоида, в которой МП однородно с задан- ной степенью точности. ВОПРОС 23 Как определить протяженность области однородности МП внутри соленоида, если задана точность β (%), т.е. допустимое отклонение от максимального зна- чения? ОТВЕТ Надо определить размер области вблизи центра соленоида, на границах кото- рой индукция МП меньше максимальной на величину, определяемую задан- ной точностью по формуле ∆ B = B max ⋅β /100. Лабораторная работа 2_5. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ Вопросы и задания для самоконтроля ВОПРОС 1 Что называется элементарным магнитным потоком? ОТВЕТ Элементарным магнитным потоком dФ B через физически малый элемент по- верхности площадью dS называется скалярное произведение вектора индук- ции магнитного поля B на вектор нормали n к данному элементу поверхно- сти и на площадь dS: dФ B = ( B ⋅ n ) ⋅ dS . ВОПРОС 2 Что называется магнитным потоком? ОТВЕТ Магнитным потоком Ф B через поверхность площадью S называется сумма (ин- теграл) всех элементарных потоков через все элементы этой поверхности (ин- теграл по поверхности): Ф B = ∫ S B ⋅ S d ВОПРОС 3 При каких условиях магнитный поток равен нулю? ОТВЕТ Магнитного потока нет, если либо отсутствует магнитное поле (В = 0), либо вектор магнитной индукции направлен по касательной к поверхности в любой ее точке ( B ⊥ n ). ВОПРОС 4 При каких условиях магнитный поток равен произведению индукции магнит- ного поля на площадь контура? ОТВЕТ Поток есть произведение индукции на площадь (Ф В = B ⋅ S), если выполняются два условия одновременно: вектор индукции направлен по нормали и он име- ет одну и ту же величину в любой точке поверхности. т.е. ( B ⋅ n ) = const . ВОПРОС 5 Какое явление называется явлением индукции? ОТВЕТ Явлением индукции (индукцией) называется явление возникновения одного поля (например, электрического) при изменении потока другого поля (напри- мер, магнитного). ЗАДАНИЕ 6 Сформулируйте определение явления электромагнитной индукции. ОТВЕТ Электромагнитной индукцией (ЭМИН) называется явление возникновения электрического поля при изменении потока магнитного поля. ЗАДАНИЕ 7 Сформулируйте закон электромагнитной индукции. ОТВЕТ Закон ЭМИН: циркуляция электрического поля по замкнутому контуру С 0Е пропорциональна быстроте изменения потока магнитного поля Ф В через по- верхность S(L 0 ), ограниченную контуром L 0 , по которому рассчитана цирку- ляция. ЗАДАНИЕ 8 Запишите формулу, определяющую циркуляцию электрического поля по зам- кнутому контуру L 0 ОТВЕТ Циркуляция электрического поля по замкнутому контуру L 0 : C 0E = ∫ 0 L E ⋅ L d ЗАДАНИЕ 9 Запишите закон ЭМИН в краткой форме. ОТВЕТ Закон ЭМИН в краткой форме С 0Е = - dt d Ф B ЗАДАНИЕ 10 Запишите закон ЭМИН в расшифрованном виде. Закон ЭМИН в расшифрованном виде: ∫ 0 L E ⋅ L d = - dt d ∫ ) L ( S 0 B ⋅ S d ВОПРОС 11 Какое электрическое поле является вихревым? Когда оно возникает? ОТВЕТ В результате ЭМИН возникает электрическое поле с ненулевой циркуляцией. Поле с ненулевой циркуляцией называется вихревым . ВОПРОС 12 Что такое ток Фуко? ОТВЕТ Током Фуко называется вихревой электрический ток, который возникает в проводящем веществе при наличии в нем вихревого электрического поля. ВОПРОС 13 Чем определяется величина вихревого электрического тока? ОТВЕТ Величина вихревого тока пропорциональна напряженности вихревого элек- трического поля. ВОПРОС 14 Чем отличается электрическое поле, созданное точечным зарядом, от электри- ческого поля, появляющегося при ЭМИН? ОТВЕТ Электрическое поле, созданное неподвижным точечным зарядом является по- тенциальным (безвихревым), а электрическое поле, возникающее в результате ЭМИН, является вихревым. ЗАДАНИЕ 15 Как выглядит явление ЭМИН для замкнутого проводящего контура. ОТВЕТ ЭМИН для замкнутого проводящего контура проявляется так: Если замкну- тый проводящий контур помещен в переменное магнитное поле, тогда возни- кающая в нем в результате ЭМИН циркуляция электрического поля определя- ет ЭДС, которая называется ЭДС индукции. ВОПРОС 16 Как выглядит формула закона ЭМИН для замкнутого проводящего контура? ОТВЕТ Формула закона ЭМИН для проводящего контура выглядит так ЭДС ИНД = - d Ф B ----- dt . ВОПРОС 17 Какой ток называется индукционным? ОТВЕТ Индукционным называется ток, который появляется в проводящем контуре при изменении магнитного потока через площадь этого контура. ВОПРОС 18 Как получить формулу для тока индукции? ОТВЕТ Обозначая ЭДС индукции символом ε инд и используя закон Ома для полной цепи, получим выражение для тока индукции i ИНД = ε инд / R , где R – сопро- тивление контура. ВОПРОС 19 Как возникает ЭДС самоиндукции? ОТВЕТ Если имеется контур с переменным током, тогда этот ток создает переменное магнитное поле с изменяющимся потоком через поверхность контура. В соот- ветствии с законом ЭМИН в контуре возникает дополнительная ЭДС, называ- емая ЭДС самоиндукции. ЗАДАНИЕ 20 Сформулируйте определение явления самоиндукции. ОТВЕТ Явлением самоиндукции называется возникновение дополнительной ЭДС (самоиндукции) при протекании по проводнику переменного тока. ЗАДАНИЕ 21 Сформулируйте словами закон самоиндукции. ОТВЕТ ЗАКОН самоиндукции: ЭДС самоиндукции в некотором контуре с перемен- ным током пропорциональна быстроте изменения тока в этом контуре. Коэф- фициент пропорциональности является индуктивностью контура. ЗАДАНИЕ 22 Запишите формулу для закона самоиндукции. ОТВЕТ ЗАКОН самоиндукции: ЭДС САМОИНД = - L dt di , где L – индуктивность прово- дящего контура, i – ток в этом контуре. ЗАДАНИЕ 23 Магнитный поток через площадку, имеющую площадь S меняется, если меня- ется один из следующих параметров величина индукции магнитного поля внутри площадки, площадь S площадки, угол между вектором индукции и вектором нормали к площадке. ВОПРОС 24 Как меняется площадь поверхности контура, если одна сторона контура дви- жется равномерно, удаляясь от параллельной ей стороне? ОТВЕТ Если одна сторона контура движется равномерно, удаляясь от параллельной ей стороне, то площадь поверхности, ограниченной контуром, линейно воз- растает со временем: S(t) = S(0) + const ⋅ t. ВОПРОС 23 Как изменяется со временем магнитный поток через контур, если по контуру протекает постоянный ток, а одна сторона контура движется равномерно, при- ближаясь к параллельной ей стороне? ОТВЕТ Если по контуру протекает постоянный ток, а одна сторона контура движется равномерно, приближаясь к параллельной ей стороне, то магнитный поток че- рез контур линейно убывает со временем: Ф В (t) = Ф B (0) - const ⋅ t . Лабораторная работа 2_6 . СВОБОДНЫЕ КОЛЕБАНИЯ В КОНТУРЕ Вопросы и задания для самоконтроля ВОПРОС 1 Что такое колебательный контур? ОТВЕТ Колебательным контуром называется замкнутая цепь, содержащая катушку индуктивности с индуктивностью L и конденсатор с емкостью С. ВОПРОС 2 Какие колебания возможны в контуре, не имеющем активного сопротивления? ОТВЕТ Если в контуре нет резистора (активного сопротивления R), то в нем возмож- ны электрические гармонические (незатухающие) колебания. ВОПРОС 3 Каковы электрические характеристики резистора, конденсатора, катушки? ОТВЕТ Электрическими характеристиками являются для резистора – активное сопротивление R, для катушки – реактивное сопротивление катушки x L = j ⋅ ( ω L), для конденсатора – реактивное сопротивление конденсатора x C = j/( ω C). ЗАДАНИЕ 4 Дайте определение гармонических колебаний. ОТВЕТ Гармоническими называются колебания, при которых физическая характери- стика зависит от времени по закону синуса или косинуса. ВОПРОС 5 Что такое период колебания? ОТВЕТ Периодом называется минимальное время, через которое периодический про- цесс полностью повторяется. ВОПРОС 6 Какая физическая величина испытывает колебания в колебательном контуре? ОТВЕТ При колебаниях в контуре испытывают периодическое изменение ток в конту- ре , заряд на конденсаторе и напряжение на отдельных элементах. ВОПРОС 7 Как определяется величина (сила) электрического тока? ОТВЕТ Определение величины тока: I = d q ---- . d t ЗАДАНИЕ 8 Напишите формулу для связи напряжения на конденсаторе с его зарядом. ОТВЕТ Формула напряжения на конденсаторе: U C = q / C . ЗАДАНИЕ 9 Напишите формулу для ЭДС самоиндукции в катушке индуктивности. ЭДС самоиндукции в катушке: ε С.И. = - L dt d (I) . ЗАДАНИЕ 10 Напишите формулу для напряжения на резисторе. ОТВЕТ Формула напряжения на резисторе: U R = I ⋅ R . ВОПРОС 11 Какие законы выполняются для тока и напряжения на отдельных элементах в колебательном контуре? ОТВЕТ Для тока и напряжения на отдельных элементах в колебательном контуре вы- полняется закон Ома для участка цепи. ЗАДАНИЕ 12 Сформулируйте и запишите в виде формулы закон электромагнитной индук- ции в общем виде. ОТВЕТ Закон электромагнитной индукции: циркуляция напряженности электрическо- го поля по замкнутому контуру пропорциональна быстроте изменения магнит- ного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. ЗАДАНИЕ 13 Сформулируйте закон электромагнитной индукции для проводящего контура. ОТВЕТ Закон электромагнитной индукции для проводящего контура: ЭДС индукции в замкнутом проводящем контуре пропорциональна быстроте изменения маг- нитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. ЗАДАНИЕ 14 Сформулируйте закон самоиндукции. ОТВЕТ Закон самоиндукции: ЭДС самоиндукции в проводящем контуре с перемен- ным током пропорциональна быстроте изменения тока в этом контуре. ЗАДАНИЕ 15 Запишите дифференциальное уравнение для заряда на конденсаторе в конту- ре, где существуют свободные незатухающие колебания. ОТВЕТ Дифференциальное уравнение свободных незатухающих колебаний: 2 2 dt d (q) + 2 0 ω ⋅ q = 0. ЗАДАНИЕ 16 Запишите дифференциальное уравнение для заряда на конденсаторе в конту- ре, где существуют свободные затухающие колебания. ОТВЕТ Дифференциальное уравнение свободных затухающих колебаний: 2 2 dt d (q) + 2 β dt d (q) + 2 0 ω ⋅ q = 0. ЗАДАНИЕ 17 Напишите формулу циклической частоты свободных гармонических колеба- ний в контуре. ОТВЕТ Формула циклической частоты свободных незатухающих (собственных гармо- нических) колебаний в контуре ω 0 = 1 / LC ЗАДАНИЕ 18 Напишите формулу периода свободных незатухающих колебаний в контуре. ОТВЕТ Формула периода свободных незатухающих колебаний в контуре: Т = 2 π LC ЗАДАНИЕ 19 Напишите формулу зависимости заряда на конденсаторе от времени при сво- бодных гармонических колебаниях в контуре. ОТВЕТ Формула зависимости заряда на конденсаторе от времени при свободных неза- тухающих колебаниях в контуре: q (t) = q 0 cos ( ω 0 t + α ), где α - начальная фаза. ЗАДАНИЕ 20 Напишите формулу циклической частоты свободных затухающих колебаний в контуре. ОТВЕТ Формула квадрата циклической частоты свободных затухающих колебаний в контуре: ω 2 = 2 0 ω - 2 β 2 - частота затухающих колебаний. ЗАДАНИЕ 21 Напишите формулу зависимости заряда на конденсаторе от времени при сво- бодных затухающих колебаниях в контуре. ОТВЕТ Формула зависимости заряда на конденсаторе от времени при свободных зату- хающих колебаниях в контуре: q (t) = q 0 е - β t cos( ω t + α ). ЗАДАНИЕ 22 Напишите формулу для коэффициента затухания. ОТВЕТ Формула для коэффициента затухания β = R / 2L . ЗАДАНИЕ 23 Дайте определение постоянной времени затухания. ОТВЕТ Постоянная времени затухания в контуре τ есть время, за которое амплитуда колебаний уменьшается в е = 2.73 раза. ЗАДАНИЕ 24 Напишите формулу логарифмического декремента затухания. ОТВЕТ Логарифмическим декрементом затухания называется величина, определяемая формулой λ = ln[A(t+T) / A(t)]. ЗАДАНИЕ 25 Напишите формулу связи логарифмического декремента затухания с коэффи- циентом затухания. ОТВЕТ Формула связи логарифмического декремента затухания с коэффициентом за- тухания: λ = β⋅ T . ЗАДАНИЕ 26 Напишите формулу для добротности контура. ОТВЕТ Добротность контура равна Q = π / λ ВОПРОС 27 Как определяется графически постоянная времени затухания? ОТВЕТ На графике зависимости амплитуды затухающих колебаний от времени прово- дится касательная в начальный момент времени, ее пересечение с осью време- ни дает t = τ Лабораторная работа |