ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ И ВОЛНЫ
Электростатика в вакууме.
Тема 1. Закон Кулона. Электростатическое поле.
1.Электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Дискретность электрического заряда. Закон Кулона в векторном и скалярном виде.
2.Напряженность электростатического поля. Используя закон Кулона, получите выражение для напряженности поля точечного заряда.
3.Работа по переносу заряда в электростатическом поле. Покажите, что работа зависит только от начального и конечного положений заряда. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля. Потенциальный характер электростатического поля.
4.Потенциал, разность потенциалов: напишите выражения, определите физический смысл. Получите связь напряженности с разностью потенциалов для одномерного случая. Градиент потенциала.
5.Графическое изображение электростатического поля с помощью силовых линий и эквипотенциальных поверхностей. Нарисуйте эти линии для полей двух точечных одноименных и разноименных зарядов. Покажите, что вектор напряженности всегда перпендикулярен эквипотенциальной поверхности.
6.Принцип суперпозиции (наложения) как фундаментальное свойство полей. Дайте формулировку, напишите общие выражения для напряженности и потенциала электрических полей, создаваемых системой точечных зарядов и заряженными телами.
Тема 2.Теорема Гаусса. Напряженность полей заряженных тел.
1.Поток вектора напряженности. Теорема Гаусса, напишите выражение и дайте формулировку. Примените теорему Гаусса для нахождения напряженности поля металлической сферы, заряженной с поверхностной плотностью заряда σ.
2.Теорема Гаусса, напишите выражение и дайте формулировку. Примените теорему Гаусса для нахождения напряженности поля длинной прямой нити, равномерно заряженной с линейной плотностью заряда τ.
3.Теорема Гаусса, напишите выражение я дайте формулировку. Примените теорему Гаусса для нахождения напряженности поля бесконечно длинного прямого полого цилиндра, равномерно заряженного с линейной плотность заряда τ
4.Теорема Гаусса, напишите выражение и дайте формулировку. Примените теорему Гаусса для нахождения напряженности поля бесконечной плоскости, равномерно заряженной с поверхностной плотностью заряда σ. Найдите напряженность поля двух параллельных заряженных плоскостей (плоского конденсатора).
5. Сформулируйте теорему Гаусса.
Тема 3. Потенциалы полей различных заряженных тел.
1.Получите выражение для потенциала φ поля точечного заряда, считая известным выражение для напряженности поля. Укажите положение, где выбрано φ=0. Нарисуйте графики φ(r) для положительного и отрицательного зарядов.
2.Получите выражение для потенциала у поля равномерно заряженной по поверхности сферы, считая известным выражение для напряженности поля. Укажите положение, где принято φ=0. Нарисуйте график φ(r).
3.Получите выражение для потенциала φ поля равномерно заряженной длинной нити, считая известным выражение для напряженность поля и приняв потенциал φ= 0 на расстоянии от нити r= r0. Нарисуйте график φ(r)
4.Получите выражение для потенциала φ поля равномерно заряженной бесконечно протяженной плоскости в зависимости от расстояния х от плоскости. Нарисуйте график φ (х).
Тема 4. Распределение зарядов в проводниках. Проводники в электростатическом воле.
1.Распределение зарядов в проводниках. Найдите, используя теорему Гаусса, напряженность поля внутри и вблизи поверхности проводника, равномерно заряженного с поверхностной плотностью заряда σ.
2.Покажите на примере двух сфер радиусами R1, и Rг, соединенных проводящей нитью, что заряды по сферам распределяются с поверхностной плотностью σ~1/R. (Влиянием нити пренебречь).
3.Явление электростатической индукции, возникающей при внесении незаряженного проводника в электростатическое поле. Что такое индуцированные (наведенные) заряды? Что называют электростатической защитой?
Тема 5. Электроемкость.
1. Электроемкость уединенного проводника и конденсатора. От чего зависитэлектроемкость? Получите выражение для электроемкости сферы радиуса R.
2. Электроемкость конденсатора. Получите выражения для плоского конденсатора.
3.Электроемкость конденсатора. Получите выражение для электроемкости цилиндрического конденсатора.
4. Электроемкость конденсатора. Получите выражение для электроемкости сферического конденсатора.
5.Выведите выражения для электроемкости при параллельном и последовательном соединении конденсаторов.
Электростатика в веществе.
Тема 6. Диполь, его поле. Поведение диполя в электрическом поле. Поляризация диэлектриков.
1.Диполь и его электрический момент. Нарисуйте с помощью силовых линий и эквипотенциальных поверхностей поле диполя. Напряженность и потенциал поля диполя
2.Поведение диполя во внешнем однородном и неоднородном электрических полях.
3.Работа, совершаемая при повороте диполя во внешнем электрическом поле. Энергия диполя во внешнем поле.
4.Поляризация диэлектриков. Деформационная, ориентационная, и ионная поляризация. Поляризуемость молекул полярного и неполярного диэлектриков.
5.Вектор поляризации. Вектор электрического смещения. Диэлектрическая проницаемость и диэлектрическая восприимчивость, их зависимость от температуры. Теорема Гаусса для диэлектриков.
Тема 7. Электрическая энергия.
1.Энергия точечного заряда во внешнем электрическом поле. Энергия взаимодействия системы точечных неподвижных зарядов.
2.Энергия заряженного проводника и заряженного конденсатора.
3.Энергия электростатического поля. Получите выражение для объемной плотности энергии поля на примере плоского конденсатора.
Постоянный электрический ток.
Тема 8. Законы Ома и Джоуля-Ленда. Сопротивление проводников.
1.Сила тока. Плотность тока. Получите выражение, связывающее плотность тока со средней скоростью носителей тока и их концентрацией.
2.Постоянный электрический ток. Источники тока. Сторонние силы. ЭДС источника тока. Разность потенциалов и напряжение. Закон Ома в интегральной форме для однородного и неоднородного участков цепи, для замкнутой цепи.
3.Электронная теория электропроводности металлов: основные предположения теории и вывод закона Ома в дифференциальной форме. Затруднения теории электропроводности.
4.Закон Джоуля-Ленца: дайте формулировку и получите закон на основе электронной теории электропроводности металлов.
5.Электрическое сопротивление. Как объясняется сопротивление проводников на основе электронной теории? Зависимость сопротивления от длины и площади сечения проводника. Удельное сопротивление металлов, его зависимость от температуры.
Магнитное поле в вакууме.
Тема 9. Магнитное поле. Вектор магнитной индукции.
Закон Био-Савара-Лапласа. Принцип суперпозиции.
1.Сила Лоренца как следствие опытных данных, ее электрическая и магнитная составляющие. Напишите выражение для силы в векторном виде, укажите направления векторов. Дайте определение вектора магнитной индукции.
2.Графическое изображение магнитных полей с помощью линий индукции. Дайте определение линий магнитной индукции. Напишите выражение для индукции магнитного поля прямого длинного проводника с током; изобразите поле с помощью линий индукции.
3.Напишите выражение для магнитной индукции поля элемента тока (закон Био-Савара-Лапласа) в векторной и скалярной формах, сделайте рисунок, укажите направления векторов. Напишите выражение и дайте формулировку принципа суперпозиции для магнитных полей.
4.Получите с помошью закона Био-Савара-Лапласа и принципа суперпозиции выражение для индукции магнитного поля прямого проводника с током (конечной длины и бесконечно длинного).
5.Получите с помошью закона Био-Савара-Лапласа и принципа суперпозиции выражение для индуции магнитного поля на оси и в центре кругового тока. Магнитный момент контура с током.
6.Напишите выражение и дайте формулировку теоремы о циркуляции вектора магнитной индукции. Получите с помощью этой теоремы выражение для индукции магнитного поля прямого бесконечно длинного проводника с током.
7.Напишите выражение и дайте формулировку теоремы о циркуляции вектора магнитной индукции. Получите с помощью этой теоремы индукцию магнитного поля внутри длинного соленоида.
8.Напишите выражение и дайте формулировку теоремы о циркуляции вектора магнитной индукции. Получите с помощью этой теоремы индукцию магнитного поля внутри тороида.
9.Напишите выражение для потока вектора магнитной индукции через элементарную площадку, поверхность конечных размеров и замкнутую поверхность. Теорема Гаусса для вектора магнитной индукции, напишите выражение и дайте формулировку. Вихревой характер магнитного поля.
Тема 10. Магнитные силы. Поведение витка с током в магнитном поле. Работа в магнитном поле.
1.Сила, действующая на проводник с током магнитном поле (сила Ампера), напишите выражение в векторной и скалярной формах, сделайте рисунок, укажите направления векторов.
2.Получите выражение для силы взаимодействия двух прямых длинных параллельных проводников с токами.
3.Получите выражение для вращающего момента, действующего на контур с током в магнитном поле
4.Опишите поведение витка с током в однородном и неоднородном магнитных полях. Напишите выражение для силы, действующей на контур с током в неоднородном магнитном поле.
5.Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле. Энергия контура с током во внешнем магнитном поле.
Тема 11. Электромагнитная индукция.
1.Закон Фарадея для электромагнитной индукции. Правило Ленца. Получите закон Фарадея на основе закона сохранения энергии.