Вопросы для самоконтроля по дисциплине «Физика» для СПбГАСУ

1 Электростатика 1. В чем заключается закон сохранения заряда? Приведите примеры проявления этого закона. 2. Запишите, сформулируйте и объясните закон Кулона. 3. Какие поля называются электростатическими? 4. Что такое напряженность Е электростатического поля? Каково направление век-тора напряженности Е? Единица напряженности в СИ. 5. Что такое электрический диполь? Как направлено плечо диполя? 6. Пользуясь принципом суперпозиции, найдите в ноле двух точечных зарядов +Q и +2Q, находящихся на расстоянии l друг от друга, точку, где напряженность поля равна нулю. 7. Чему равно отношение напряженностей электрических полей в точке А, лежащей на продолжении оси диполя, и в точке. В, лежащей на перпендикуляре, проходя-щем через середину О оси этого диполя, если ОA = ОB? 8. В чем заключается физический смысл теоремы Гаусса для электростатического поля в вакууме? 9. Что такое линейная, поверхностная, объемная плотности зарядов? 10. Электрический диполь помещен внутрь замкнутой поверхности. Каков поток ФЕ сквозь эту поверхность? Почему? 11. Как доказать, что электростатическое поле является потенциальным? 12. Что называется циркуляцией вектора напряженности? 13. Дайте определения потенциала данной точки поля и разности потенциалов двух точек поля. Каковы их единицы? 14. Приведите графики зависимостей Е (r) и φ(r) для равномерно заряженной сфе-рической поверхности. Дайте их объяснение и обоснование. 15. Какова связь между напряженностью и потенциалом? Выведите ее и объясните. Каков физический смысл этих понятий? 16. Чему равна работа по перемещению заряда вдоль эквипотенциальной поверхно-сти? 17. В чем различие поляризации диэлектриков с полярными и неполярными моле-кулами? 18. Как определяется вектор электрического смещения? Что он характеризует? 19. Сформулируйте теорему Гаусса для электростатического поля в диэлектрике. 20. Выведите и прокомментируйте условия для векторов Е и D на границе раздела двух диэлектрических сред. 21. Каковы напряженность и потенциал поля, а также распределение зарядов внутри и на поверхности заряженного проводника? 22. На чем основана электростатическая защита? 23. Три одинаковых конденсатора один раз соединены последовательно, другой — параллельно. Во сколько раз и когда емкость батареи будет больше? 24. Выведите формулы для энергии заряженного конденсатора, выражаемые через заряд на обкладках конденсатора и через напряженность поля. 25. Может ли электростатика ответить на вопрос: где локализована энергия и что является ее носителем — заряды или поле? Почему? 2 Постоянный электрический ток 26. Что называется силой тока? плотностью тока? Каковы их единицы? (Дать опре-деления.) 27. Назовите условия возникновения и существования электрического тока. 28. Что такое сторонние силы? Какова их природа? 29. В чем заключается физический смысл электродвижущей силы, действующей в цепи? напряжения? разности потенциалов? 30. Почему напряжение является обобщенным понятием разности потенциалов? 31. Какова связь между сопротивлением и проводимостью, удельным сопротивле-нием и удельной проводимостью? Каковы их единицы? (Дать определения.) 32. В чем заключается явление сверхпроводимости? Каковы его перспективы? 33. На чем основано действие термометров сопротивления? 34. Выведите законы Ома и Джоуля — Ленца в дифференциальной форме. 35. В чем заключается физический смысл удельной тепловой мощности тока? 36. Проанализируйте обобщенный закон Ома. Какие частные законы можно из него получить? 37. Как формулируются правила Кирхгофа? На чем они основаны? 38. Как составляются уравнения, выражающие правила Кирхгофа? Как избежать лишних уравнений? 39. Какие опыты были поставлены для выяснения природы носителей электриче-ского тока в металлах? 40. Каковы основные идеи теории Друде — Лоренца? 41. Сравните порядок средних скоростей теплового и упорядоченного движения электронов в металлах (при условиях, близких к нормальным и приемлемых в электротехнике). 42. Почему тепловое движение электронов не может привести к возникновению электрического тока? 43. Выведите на основе классической теории электропроводности металлов диффе-ренциальную форму законов Ома и Джоуля — Ленца. 44. Как классическая теория электропроводности металлов объясняет зависимость сопротивления металлов от температуры? 45. В чем заключаются трудности элементарной классической теории электропро-водности металлов? Каковы границы ее применения? Магнитное поле в вакууме. Закон Био-Саварв-Лапласа 46. Как, пользуясь магнитной стрелкой, можно определить знаки полюсов источни-ков постоянного тока? 47. Чему равен и как направлен магнитный момент рамки с током? 48. Что называют индукцией магнитного поля? Как определяют направление век-тора магнитной индукции В? 49. Нарисуйте и покажите, как ориентированы линии магнитной индукции поля прямого тока. 3 50. Что такое линии магнитной индукции? Как определяется их направление? Чем они отличаются от линий напряженности электростатического поля? 51. Почему магнитное поле является вихревым? 52. Записав закон Био—Савара—Лапласа, объясните его физический смысл. 53. Рассчитайте, применяя закон Био—Савара—Лапласа, магнитное поле: 1) пря-мого тока; 2) в центре кругового проводника с током. 54. Найдите выражение для силы взаимодействия двух бесконечных прямолиней-ных одинаковых токов противоположного направления. Начертите рисунок с указанием сил. 55. Назовите единицы магнитной индукции и напряженности магнитного поля. Дайте их определения. 56. Определите числовое значение магнитной постоянной. Действие магнитного поля на движущиеся заряды и токи 57. Почему движущийся заряд по своим магнитным свойствам эквивалентен эле-менту тока? 58. Чему равна и как направлена сила, действующая на отрицательный электриче-ский заряд, движущийся в магнитном поле? 59. Чему равна работа силы Лоренца при движении протона в магнитном поле? От-вет обосновать. 60. Когда заряженная частица движется в магнитном поле по спирали? От чего за-висит шаг спирали? (Ответы подтвердите выводами формул.) 61. В чем заключается эффект Холла? Выведите формулу для холловской разности потенциалов. 62. В чем заключается теорема о циркуляции вектора магнитной индукции В? При-менив ее, рассчитайте магнитное поле прямого тока. 63. Какой вывод можно сделать, сравнивая циркуляцию векторов Е и В? 64. Используя теорему о циркуляции вектора магнитной индукции В, рассчитайте магнитное поле тороида. 65. Какая теорема доказывает вихревой характер магнитного поля? Как она форму-лируется? 66. Что называют потоком вектора магнитной индукции? Запишите теорему Гаусса для магнитного поля, объяснив ее физический смысл. 67. Какая физическая величина выражается в веберах? Дайте определение вебера. 68. Чему равна работа по перемещению проводника с током в магнитном поле? за-мкнутого контура с током? Выведите эти формулы; чем они принципиально от-личаются? Магнитные свойства вещества 69. Почему орбитальные магнитный и механический моменты электрона в атоме противоположно направлены? 70. Что называют гиромагнитным отношением? 71. Из каких магнитных моментов складывается магнитный момент атома? 4 72. Что такое диамагнетики? парамагнетики? В чем различие их магнитных свойств? 73. Что такое намагниченность? Какая величина может служить ее аналогом в элек-тростатике? 74. Запишите и объясните соотношения между магнитными проницаемостью и вос-приимчивостью для парамагнетика; для диамагнетика. 75. Выведите связь между векторами магнитной индукции, напряженности магнит-ного поля и намагниченности. 76. Объясните физический смысл циркуляции по произвольному замкнутому кон-туру векторов: 1) В; 2) Н; 3) J. 77. Выведите и прокомментируйте условия для векторов В и Н на границе раздела двух магнетиков. 78. Объясните петлю гистерезиса ферромагнетика. Что такое магнитострикция? 79. Какие ферромагнетики являются магнитомягкими? магнитожесткими? Где их применяют? 80. Каков механизм намагничения ферромагнетиков? 81. Какую температуру для ферромагнетика называют течкой Кюри? Электромагнитная индукция 82. В чем заключается явление электромагнитной индукции? Проанализируйте опыты Фарадея. 83. Что является причиной возникновения э.д.с. индукции в замкнутом проводящем контуре? От чего и как зависит э.д.с. индукции, возникающая в контуре? 84. Почему для обнаружения индукционного тока лучше использовать замкнутый проводник в виде катушки, а не в виде одного витка провода? 85. Сформулируйте правило Ленца, проиллюстрировав его примерами. 86. Всегда ли при изменении потока магнитной индукции в проводящем контуре в нем возникает э.д.с. индукции? индукционный ток? 87. Возникает ли индукционный ток в проводящей рамке, поступательно движу-щейся в однородном магнитном поле? 88. Покажите, что закон Фарадея есть следствие закона сохранения энергии. 89. Какова природа э.д.с. электромагнитной индукции? 90. Выведите выражение для э.д.с. индукции в плоской рамке, равномерно вращаю-щейся в однородном магнитном поле. За счет чего ее можно увеличить? 91. Что такое вихревые токи? Вредны они или полезны? 92. Почему сердечники трансформаторов не делают сплошными? 93. В чем заключаются явления самоиндукции и взаимной индукции? Вычислите э.д.с. индукции для обоих случаев. 94. В чем заключается физический смысл времени релаксации τ= L/R? Докажите, что оно имеет размерность времени. 95. Приведите соотношение между токами в первичной и вторичной обмотках по-вышающего трансформатора. 96. Когда э.д.с. самоиндукции больше — при замыкании или размыкании цепи по-стоянного тока? 5 97. Какая физическая величина выражается в генри? Дайте определение генри. 98. В чем заключается физический смысл индуктивности контура? взаимной индук-тивности двух контуров? От чего они зависят? 99. Запишите и проанализируйте выражения для объемной плотности энергии элек-тростатического и магнитного полей. Чему равна объемная плотность энергии электромагнитного поля? 100. Напряженность магнитного поля возросла в два раза. Как изменилась объ-емная плотность энергии магнитного поля? Основы теории Максвелла для электромагнитного поля 101. Что является причиной возникновения вихревого электрического поля? Чем оно отличается от электростатического поля? 102. Чему равна циркуляция вихревого электрического поля? 103. Почему вводится понятие тока смещения? Что он собой по существу представ-ляет? 104. Выведите и объясните выражение для плотности тока смещения. 105. В каком смысле можно сравнивать ток смещения и ток проводимости? 106. Запишите, объяснив физический смысл, обобщенную теорему о циркуляции век-тора напряженности магнитного поля. 107. Запишите полную систему уравнений Максвелла в интегральной и дифференци-альной формах и объясните их физический смысл. 108. Почему постоянные электрические и магнитные поля можно рассматривать обособленно друг от друга? Запишите для них уравнение Максвелла в обеих фор-мах. 109. Почему уравнения Максвелла в интегральной форме являются более общими? 110. Какие основные выводы можно сделать на основе теории Максвелла? Волновая оптика 111. Что такое электромагнитная волна? Какова скорость ее распространения? 112. Что может служить источником электромагнитных волн? 113. Каковы физические процессы, приводящие к возможности существования элек-тромагнитных волн? 114. Почему Герц в своих опытах использовал открытый колебательный контур? 115. Как можно представить себе шкалу электромагнитных волн, и каковы источники излучения разных видов волн? 116. Какие характеристики поля периодически изменяются в бегущей электромагнит-ной волне? для понимания 117. Почему член — в уравнении Максвелла нужен для понимания распространения электромагнитной волны? 118. Запишите волновое уравнение для векторов Е и Н переменного электромагнит-ного поля. Проанализируйте его решения и объясните физический смысл. 119. Как определяется фазовая скорость электромагнитных волн? 120. Как определить объемную плотность энергии в электромагнитной волне? 6 121. В чем заключается физический смысл вектора Умова—Пойнтинга? Чему он ра-вен? 122. Почему важна задача об излучении диполя? 123. В чем заключается физический смысл диаграммы направленности излучения ди-поля? Интерференция света 124. Каковы основные положения и выводы корпускулярной и волновой теорий света? Почему возникло представление о двойственной корпускулярно-волно-вой природе света? 125. Какую величину называют временем когерентности? длиной когерентности? Ка-кова связь между ними? 126. Для чего вводятся понятия временной и пространственной когерентностей? 127. Что такое оптическая длина пути? оптическая разность хода? 128. Два когерентных световых пучка с оптической разностью хода Д=—X интерфе-рируют в некоторой точке. Максимум или минимум наблюдается в этой точке? Почему? 129. Почему интерференцию можно наблюдать от двух лазеров и нельзя от двух элек-троламп? 130. Как изменится интерференционная картина в опыте Юнга (см. рис. 245), если эту систему поместить в воду? 131. Будут ли отличаться интерференционные картины от двух узких близколежащих параллельных щелей при освещении их монохроматическим и белым светом? Почему? 132. Что такое полосы равной толщины и равного наклона? Где они локализованы? 133. Освещая тонкую пленку из прозрачного материала монохроматическим светом, падающим нормально к поверхности пленки, на ней наблюдают параллельные чередующиеся равноудаленные темные и светлые полосы. Одинакова ли тол-щина отдельных участков пленки? 134. Почему центр колец Ньютона, наблюдаемых в проходящем свете, обычно свет-лый? 135. Между двумя пластинками имеется воздушный клин, освещая который монохро-матическим светом наблюдают интерференционные полосы. Как изменится рас-стояние между полосами, если пространство заполнить прозрачной жидкостью? 136. Когда и почему слой (слои) с оптической толщиной в четверть длины волны слу-жит (служат) для полного гашения отраженных лучей и для получения высоко-отражающих покрытий? Дифракция света 137. Каковы дополнения Френеля к принципу Гюйгенса? 138. В чем заключается принцип построения зон Френеля? 139. В чем заключается принцип действия зонных пластинок? 140. Когда наблюдается дифракция Френеля? дифракция Фраунгофера? 7 141. Почему дифракция не наблюдается на больших отверстиях и больших дисках? 142. Как влияет на дифракцию Фраунгофера от одной щели увеличение длины волны и ширины щели? 143. Как определить наибольший порядок спектра дифракционной решетки? 144. Как изменится дифракционная картина при удалении экрана от решетки? 145. Почему при использовании белого света только центральный максимум белый, а боковые максимумы радужно окрашены? 146. Почему штрихи на дифракционной решетке должны быть тесно расположены друг к другу? Почему их должно быть большое число? 147. Запишите условия дифракционных минимумов для одной щели и главных мак-симумов для решетки. Каков характер этих дифракционных картин? 148. Почему на кристаллах не наблюдается дифракция видимого света и наблюдается дифракция рентгеновского излучения? 149. Каков механизм рассеяния света в мутной среде? в чистой среде? 150. Как объяснить голубой цвет неба? Почему при закате и восходе солнце кажется красным? 151. Какие практические применения имеет формула Вульфа—Брэггов? 152. Когда два одинаковых точечных источника разрешимы по Рэлею? 153. От чего зависит разрешающая способность дифракционной решетки и как выве-сти формулу для ее определения? Поляризация 154. Что называется естественным светом? плоскополяризованным светом? частично поляризованным светом? эллиптически поляризованным светом? 155. Как практически можно отличить плоскополяризованный свет от естественного? 156. Интенсивность естественного света, пропущенного через два поляризатора, уменьшилась вдвое. Как ориентированы поляризаторы? 157. Чем замечателен угол Брюстера? 158. Покажите, что при выполнении закона Брюстера отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны. 159. Что называется оптической осью кристалла? Чем отличаются двуосные кри-сталлы от одноосных? 160. Чем обусловлено двойное лучепреломление в оптически анизотропном одноос-ном кристалле? 161. Какие поляризационные приборы вы знаете? В чем заключается принцип их дей-ствия? 162. Что называется пластинкой в четверть волны? в полволны? 163. Можно ли с помощью только поляризатора отличить эллиптически поляризован-ный свет от частично поляризованного? Почему? 164. На поляризатор падает циркулярно поляризованный свет, интенсивность кото-рого равна I0. Какова интенсивность света за поляризатором? 165. Как, используя пластинку в четверть волны и поляризатор, отличить циркулярно поляризованный свет от естественного? 8 166. Каково будет действие пластинки в полволны на естественный свет? на плоско-поляризованный свет, плоскость поляризации которого составляет угол 45° с оп-тической осью пластинки? 167. Что такое эффект Керра? Какова физическая причина его возникновения? 168. Какие вещества называются оптически активными? 169. В чем отличие оптической активности от двойного лучепреломления? Элементы квантовой физики атомов и молекул Тепловое излучение и его законы. Внешний фотоэффект. Эффект Комптона 170. На фарфоровой тарелке на светлом фоне имеется темный рисунок. Почему, если ее быстро вынуть из печи, где она нагревалась до высокой температуры, и рас-сматривать в темноте, наблюдается светлый рисунок на темном фоне? 171. Чем отличается серое тело от черного? 172. В чем заключается физический смысл универсальной функции Кирхгофа? 173. Как и во сколько раз изменится энергетическая светимость черного тела, если его термодинамическая температура уменьшится вдвое? 174. Нарисуйте и сопоставьте кривые rʋ,T и rλ,T. 175. Как сместится максимум спектральной плотности энергетической светимости rʋ,T черного тела с повышением температуры? 176. Используя формулу Планка, найдите постоянную Стефана — Больцмана. 177. При каких условиях из формулы Планка получаются закон Вина и формула Рэ-лея — Джинса? 178. Может ли золотая пластинка служить фотосопротивлением? 179. Как при заданной частоте света изменится фототок насыщения с уменьшением освещенности катода? 180. Как из опытов по фотоэффекту определяется постоянная Планка? 181. Как с помощью уравнения Эйнштейна объяснить I и II законы фотоэффекта? 182. Нарисуйте и объясните вольт-амперные характеристики, соответствующие двум различным освещенностям катода (при заданной частоте света) и двум различ-ным частотам (при заданной освещенности). 183. Чему равно отношение давлений света на зеркальную и зачерненную поверхно-сти? 184. В чем отличие характера взаимодействия фотона и электрона при фотоэффекте и эффекте Комптона? 185. В чем заключается диалектическое единство корпускулярных и волновых свойств электромагнитного излучения? Планетарная модель атома Бора-Резерфорда. 186. Почему ядерная модель атома оказалась несостоятельной? 187. Почему из различных серий спектральных линий атома водорода первой была изучена серия Бальмера? 188. Какой смысл имеют числа m и n в обобщенной формуле Бальмера? 9 189. Чему равна частота излучения атома водорода, соответствующая коротковолно-вой границе серии Брэкета? 190. Разъясните смысл постулатов Боря. Как с их помощью объясняется линейчатый спектр атома? 191. Какие основные вводы можно сделать на основании опытов Франка и Герца? 192. Пользуясь моделью Бора, укажите спектральные линии, которые могут возник-нуть при переходе атома водорода в состояния с n = 3 и n = 4. 193. Нанесите на шкалу длин волн три линии каждой из первых двух спектральных серий атома водорода. 194. Почему спектр поглощения атома водорода содержит только серию Лаймана? Элементы квантовой механики. Уравнение Шредингера. Элементы физики твердого тела. 195. Чему равны фазовая и групповая скорости фотона? 196. В каком случае и почему при условиях и можно говорить о движении частицы по определенной траектории? 197. Как, исходя из соотношения неопределенностей, объяснить наличие естествен-ной ширины спектральных линий? 198. Что определяет квадрат модуля волновой функции? 199. Почему квантовая механика является статистической теорией? 200. В чем отличие понимания причинности в классической и квантовой механике? 201. Как изменится коэффициент прозрачности потенциального барьера с увеличе-нием его ширины в два раза? 202. Может ли частица находиться на дне «потенциальной ямы»? Определяется ли это формой «ямы»? 203. В чем отличие квантово-механического и классического описания гармониче-ского осциллятора? В выводах этих описаний?