Вопросы к экзамену по курсу «Физика 2.2»

Вопросы к экзамену по курсу «Физика 2.2»
для групп 1Е21, 1Е22, 0421, 0422, 4Д21, 2К21, 2К22
Лектор - доцент каф. ОФ ТПУ Степанова Е.Н.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Электростатика. Электрический заряд. Закон сохранения заряда. Дискретный
заряд. Точечный заряд. Закон Кулона. Электрическое поле. Напряженность
электрического поля. Принцип суперпозиции электрического поля. Силовые
линии электрического поля. Распределенный заряд. Линейная, поверхностная и
объемная плотности заряда.
Электрический диполь. Поле диполя. Силовые линии электрического поля.
Поток вектора напряженности электрического поля. Электростатическая
теорема Гаусса-Остроградского. Примеры применения теоремы Гаусса для
вычисления электрических полей: равномерно заряженной сферы, равномерно
заряженного шара, бесконечной равномерно заряженной нити, равномерно
заряженной бесконечной плоскости, двух равномерно заряженных бесконечных
плоскостей.
Понятие о дивергенции векторной функции. Закон Гаусса в дифференциальной
форме.
Работа сил электростатического поля. Консервативность электростатических
сил. Циркуляция вектора напряженности.
Напряженность и потенциал электростатического поля. Эквипотенциальные
поверхности. Силовые линии. Связь между вектором напряженности и
потенциалом. Принцип суперпозиции для потенциалов. Разность потенциалов.
Потенциал точечного заряда. Потенциальная энергия заряда в поле системы
зарядов. Потенциал равномерно заряженной сферы. Потенциал длинного
заряженного цилиндра. Потенциалы заряженной плоскости и плоского
конденсатора. Потенциал заряженного диска. Потенциал шара, равномерно
заряженного по объему.
Поле в веществе. Проводники и диэлектрики. Полярные и неполярные молекулы
в электрическом поле. Поляризация диэлектриков. Различные виды
диэлектриков (сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, пироэлектрики), их свойства.
Вектор поляризации. Диэлектрическая восприимчивость. Диэлектрическая
проницаемость. Вектор электрического смещения. Поток вектора электрической
индукции. Закон Гаусса для вектора электрического смещения. Изменение


векторов D и Е на границе раздела двух диэлектриков.
Проводники в электростатическом поле. Свободные заряды в проводниках.
Электрическое поле заряженного проводника. Напряженность и потенциал
электростатического поля в проводнике. Определение напряженности
электростатического поля вблизи проводника. Проводники во внешнем
электрическом поле. Электростатическая индукция.
Электроемкость проводников. Емкость уединенной проводящей сферы.
Конденсаторы:
плоский,
цилиндрический,
сферический.
Соединение
конденсаторов.
Энергия системы зарядов. Энергия заряженного проводника. Энергия
заряженного конденсатора. Энергия электрического поля. Объемная плотность
энергии.
Электрический ток. Условие существования тока. Сила тока, вектор плотности
тока. Закон Ома для однородного участка цепи. Закон Ома в дифференциальной
форме. Закон сохранения заряда. Сторонние силы. Электродвижущая сила.
Сопротивление проводников. Последовательное и параллельное соединение
проводников. Закон Ома для неоднородного участка цепи. Закон Ома для
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
полной цепи. Правила Кирхгофа. Закон Джоуля–Ленца в интегральной и
дифференциальной формах. Работа и мощность электрического тока.
Эмиссия электронов из проводников (термоэлектронная эмиссия). Контактные
явления на границе раздела двух проводников (Зеебека, Пельтье, Томсона).
Опыт Толмена-Стьюарта. Классическая электронная теория электропроводности
металлов и ее затруднения. Объяснение законов Ома, Джоуля-Ленца, ВидеманаФранца с точки зрения классической электронной теории электропроводности
металлов.
Зонная модель электронной проводимости металлов. Качественное отличие
полупроводников от металлов. Зонная модель электронно-дырочной
проводимости безпримесных полупроводников. Электронная и дырочная
проводимость примесных полупроводников. Донорные и акцепторные примеси.
Электропроводность газов. Явление ионизации и рекомбинации в газах.
Несамостоятельный газовый разряд. Самостоятельный газовый разряд.
Процессы, способствующие возникновению самостоятельного газового разряда.
Типы самостоятельных разрядов: тлеющий, коронный, искровой, дуговой. Ток в
вакууме. Закон Богуславского-Ленгмюра.
Электролиты. Носители зарядов в электролитах. Электролиз. Электролитическая
диссоциация. Закон Фарадея для электролиза. Объединенный закон Фарадея для
электролиза.
Магнитное поле. Источники магнитного поля. Вектор магнитной индукции.
Силовые линии магнитного поля. Поток вектора магнитной индукции. Закон
Гаусса для магнитного потока в интегральной и дифференциальной формах.
Закон Био-Савара-Липласа. Применение закона Био-Савара-Лапласа для
вычисления магнитных полей: поле прямого тока, поле в центре кругового тока,
поле движущегося заряда.
Закон полного тока в интегральной форме. Применение закона полного тока для
вычисления простейших магнитных полей: бесконечно прямого тока, соленоида,
тороида. Ротор векторной функции. Закон полного тока в дифференциальной
форме.
Действие магнитного поля на проводники с током. Закон Ампера.
Взаимодействие параллельных токов. Единица силы тока – ампер. Работа по
перемещению проводника с током в магнитном поле. Магнитный момент
контура с током.
Механическая работа в магнитном поле. Циркуляция вектора магнитной
индукции. Коэффициент индуктивности и взаимной индуктивности.
Сила Ампера и сила Лоренца. Движение заряженных частиц в однородном
магнитном поле. Эффект Холла.
Опыты Фарадея. Индукционный ток. Правило Ленца. Электромагнитная
индукция. Закон электромагнитной индукции. Циркуляция вектора
напряжённости вихревого электрического поля. Токи Фуко. Скин-эффект.
Явление самоиндукции. Индуктивность. Токи при замыкании и размыкании
цепи. Взаимная индукция. Индуктивность трансформатора Энергия магнитного
поля. Объемная плотность энергии магнитного поля.
Магнитные моменты электронов и атомов. Атом в магнитном поле.
Намагничивание веществ. Пара-, диа- и ферромагнетики. Вектор
намагничивания. Магнитный момент веществ. Связь вектора намагничивания с
индукцией собственного поля. Вектор напряженности магнитного поля. Закон
полного тока.
Единая теория электрических и магнитных полей Максвелла. Система
уравнений Максвелла в интегральной и дифференциальной формах. Пояснения
29.
30.
31.
32.
33.
34.
к теории классической электродинамики. Скорость распространения
электромагнитного поля
Гармонические колебания. Виды и признаки колебаний. Параметры
гармонических колебаний: амплитуда, фаза, циклическая частота, период
колебаний. Графики смещения скорости и ускорения. Энергия гармонических
колебаний (кинетическая, потенциальная, полная).
Способы представления гармонических колебаний. Векторная диаграмма.
Сложение двух одинаково направленных гармонических колебаний. Биения.
Сложение двух взаимно перпендикулярных колебаний. Фигуры Лиссажу.
Гармонический осциллятор. Движение системы вблизи устойчивого равновесия
(вывод уравнения колебательного движения в общем виде). Примеры
гармонических осцилляторов: математический маятник, физический маятник,
пружинный маятник, идеальный колебательный контур.
Свободные затухающие колебания. Декремент затухания, логарифмический
декремент затухания, добротность. Вынужденные колебания осциллятора.
Амплитуда и фаза вынужденных колебаний. Резонанс.
Переменный ток (сопротивление, емкость и индуктивность в цепи переменного
тока, закон Ома для переменного тока). Свободные колебания в электрическом
контуре без активного сопротивления (эл. цепь, уравнения, формула Томпсона,
график)
Свободные затухающие электрические колебания (эл. цепь, уравнения,
характеристики, график). Вынужденные электрические колебания (резонанс
напряжений и токов) (эл. цепь, уравнения, характеристики, графики). Работа и
мощность в цепи переменного тока.