Консультация к экзамену по ФИЗИКЕ ВОПРОС

Консультация к экзамену по ФИЗИКЕ

ВОПРОС № 1

Электризация тел. Электрические заряды. Строение атома. Структура тел формируется гравитационным притяжением тел. НО! -> наличие лишь сил притяжения = неограниченное гравитационное сжатие тел. Для существования тел стабильных размеров должны быть силы отталкивания между частицами тела. Эти силы = силы электромагнитного взаимодействия. Могут вызывать как притяжение, так и отталкивание частиц. Силы электромагнитного взаимодействия>>сил гравитационного притяжения => структура тел формируется электромагнитным взаимодействием

Электризация тел. Электрические заряды. Строение атома. Гравитационное притяжение испытывают все частицы, обладающие массой. Электромагнитное притяжение и отталкивание возникает лишь между заряженными частицами. Электризация – процесс получения электрически заряженных макроскопических тел из электронейтральных. Получение электрически заряженного макроскопического тела = отделить часть отрицательного заряда от связанного с ним положительного.

Электризация тел. Электрические заряды. Строение атома. Способы электризации – например: • трение; • соприкосновение с заряженным телом; • в результате нагревания; • в результате светового облучения Степень: характеризуется значением и знаком электрического заряда, полученного телом. Знак заряда определяется тем, что одни вещества при трении отдают электроны, а другие присоединяют. Причина: различие энергии связи электрона с атомом.

Электризация тел. Электрические заряды. Строение атома. Способы электризации – например: • трение; • соприкосновение с заряженным телом; • в результате нагревания; • в результате светового облучения Степень: характеризуется значением и знаком электрического заряда, полученного телом. Знак заряда определяется тем, что одни вещества при трении отдают электроны, а другие присоединяют. Причина: различие энергии связи электрона с атомом. Электризация облучением: ксерокс, лазерный принтер.

Электризация тел. Электрические заряды. Строение атома. Электрический заряд = физическая величина, характеризующая силу электромагнитного взаимодействия. Единица электрического заряда = кулон Кулон равен электрическому заряду, проходящему через поперечное сечение проводника за 1 секунду при постоянном токе в 1 ампер. Заряды => 2 вида: положительные и отрицательные. Электростатические силы – силы, взаимодействия неподвижных тел или частиц, обусловленные электрическими зарядами этих тел или частиц. Заряженные тела: разноименно – притягиваются разноименно - отталкиваются

Электризация тел. Электрические заряды. Строение атома. Электрический заряд атома, молекулы и вообще любой системы тел состоит из целого числа элементарных зарядов, равных 1, 6∙ 10 — 19 Кл Суммарный заряд любой системы тел пропорционален величине элементарного заряда Q = n∙e, где n – целое число; e = 1, 6∙ 10— 19 Кл Из этой формулы следует, что заряд дискретен (квантован), то есть минимальное отличие модулей любых двух зарядов равно e. Отличительное свойство электричества: наличие двух видов зарядов – положительного и отрицательного. - протоны - электроны + -

Электризация тел. Электрические заряды. Строение атома. электроны протоны + - Атом = + Макроскопические тела, состоящие из нейтральных атомов, электронейтральны. - + - Между протонами и электронами – баланс. Нарушение баланса = превращение атома в положительный или отрицательный ион. Атом в целом нейтрален Q = 0

ВОПРОС № 2

Закон Кулона. Электроскоп. Электрометр Электродинамика – раздел физики, изучающий электромагнитное взаимодействие заряженных частиц. Электростатика – раздел электродинамики, изучающий взаимодействие неподвижных (статических) электрических зарядов. Закон Кулона – основной закон электростатики = закон взаимодействия двух неподвижных точечных заряженных тел. Установил экспериментально – Шарль Кулон в 1785 г. Справедлив для точечных тел. Точечные тела = абстракция – в природе не существует. Точечные = тела, расстояние между которыми во много раз больше их размеров, поэтому ни форма ни размеры их не влияют взаимодействие между ними.

Закон Кулона. Электроскоп. Электрометр Закон Кулона установлен с помощью крутильных весов. Крутильные весы состоят из стеклянной палочки, подвешенной на тонкой упругой проволочке. На одном конце палочки закреплен маленький металлический шарик, а на другом противовес. Еще один металлический шарик закреплен неподвижно на стержне, который в свою очередь крепится на крышке весов. При сообщении шарикам одноименных зарядов она начинают отталкиваться друг от друга. Чтобы их удержать на фиксированном расстоянии, упругую проволочку нужно закрутить на некоторый угол. По углу закручивания проволочки определяют силу взаимодействия шариков.

Закон Кулона. Электроскоп. Электрометр Крутильные весы позволили изучить зависимость силы взаимодействия заряженных шариков от величины зарядов и от расстояния между ними. Измерять силу и расстояние в то время умели. Единственная трудность была с зарядом, для измерения которого не существовало даже единиц. Кулон нашел простой способ изменения заряда шариков в 2, 4 и более раз, соединяя его с таким же незаряженным шариком. Заряд при этом распределялся поровну между шариками, что и уменьшало исследуемый заряд в известном отношении. Новое значение силы взаимодействия при новом заряде определялось экспериментально. Опыты Кулона привели к установлению закона, поразительно напоминающего закон всемирного тяготения.

Закон Кулона. Электроскоп. Электрометр q 1 и q 2 – точечные заряды, r - расстояние между этими точечными зарядами (НЕ РАДИУС!!!!!!!!!!!!) κ = 9∙ 109 Н∙М 2/КГ 2

Закон Кулона. Электроскоп. Электрометр Опыт: возникновение зарядов при тесном соприкосновении тел происходит и тогда, когда трения между этими телами в обычном смысле слова и нет. Два электроскопа, на стержне каждого из них укреплен высокий металлический стакан. В один из стаканов наливают дистиллированную воду и бросают шарик из парафина, укрепленный на изолирующей ручке(рис. а). Вынем шарик из воды = листки электроскопа разойдутся (рис. б, справа). Опыт будет успешным независимо от того на какую глубину мы погрузили шарик, и как быстро мы его вынимаем

Закон Кулона. Электроскоп. Электрометр Опыт: возникновение зарядов при тесном соприкосновении тел происходит и тогда, когда трения между этими телами в обычном смысле слова и нет. Это показывает, что заряды разделяются при соприкосновении шарика и воды, и что трение не играет роли. Перенеся шарик во второй стакан (рис. б, слева), увидим, что листки второго электроскопа расходятся, то есть шарик приобрел электрический заряд при соприкосновении с водой. Соединим электроскопы проволокой (рис. в) – листки обоих электроскопов опадают => заряды, приобретенные водой и шариком равны по модулю, но противоположны по знаку.

Закон Кулона. Электроскоп. Электрометр Электроскоп – прибор, предназначенный для обнаружения наличия электрического заряда. Принцип действия основан на явлении отталкивания одноименно заряженных тел. Простейший электроскоп состоит из металлического стержня, который играет роль электрода и подвешенных к нему листочков фольги. Принцип действия: к электроду прикасаются заряженным предметом и заряды стекают по нему на листочки фольги, которые заряжаются одноименно и поэтому отклоняются друг от друга. Листочки электроскопа обычно помещают в стеклянный сосуд, из которого откачивают воздух, чтобы исключить его влияние.

Закон Кулона. Электроскоп. Электрометр - фактически, это обычный электроскоп листками, который имеет металлический корпус и измерительную шкалу. а – электрометр, б – его условное обозначение Соединяя его корпус с землей и касаясь его стержня каким-либо заряженным телом, можно увидеть, что листки разойдутся на некоторый угол. Отклонение листков зависит от действующей на них силы, то есть от напряженности электрического поля возле них. Чем больше разность потенциалов, тем больше напряженность поля возле листков, тем больше и их отклонение. Создавая одну и ту же разность потенциалов между листками и корпусом мы будем наблюдать одинаковые отклонения листков.

ВОПРОС № 3

Электрическое поле. Его свойства. Действие заряженного тела на окружающие тела проявляется в виде сил притяжения и отталкивания, стремящихся поворачивать и перемещать эти тела по отношению к заряженному телу. Все это можно наблюдать с помощью следующего опыта: Нальем в небольшую стеклянную кювету какойлибо жидкий диэлектрик (например, масло) к которому подмешан порошок с крупинками удлиненной формы (манная крупа в касторовом масле). В кювету поместим, например, две металлические пластинки, и соединим их с электрической машиной, позволяющей непрерывно разделять положительные и отрицательные заряды.

Электрическое поле. Его свойства. Чтобы удобно было следить за поведением взвешенных в масле крупинок, спроецируем изображение всей картины на экран или просто отбросим тень кюветы на потолок. При заряде пластинок можно видеть, что отдельные крупинки, расположенные вначале совершенно беспорядочно, начинают перемещаться и поворачиваться, и в конце концов устанавливаются в виде цепочек, тянущихся от одного электрода к другому. В этом опыте каждая крупинка подобна маленькой стрелке. Небольшие размеры крупинок позволяют разместить их одновременно во многих точках среды и благодаря этому обнаружить, что действие заряженного тела проявляется во всех точках окружающего пространства.

Электрическое поле. Его свойства. Таким образом, можно судить о существовании электрического заряда в каком-нибудь месте по действиям, производимым им в различных точках окружающего пространства. В зависимости от заряда и формы заряженного тела действие его в различных точках пространства будет различным. Поэтому для полной характеристики заряда надо знать, какое действие он производит во всевозможных точках окружающего пространства, или, как говорят, надо знать электрическое поле, которое возникает вокруг заряда. Таким образом, понятием «электрическое поле» мы обозначаем пространство, в котором проявляются действия электрического заряда.

Электрическое поле. Его свойства. Рассмотренный опыт дает лишь качественную картину электрического поля. Для количественной характеристики электрического поля можно использовать любое из производимых им действий. Например, под влиянием электрического поля изменяются оптические свойства некоторых веществ. Это свойство электрического поля можно было бы использовать для количественной оценки поля.

ВОПРОС № 4

Напряженность электрического поля. Ее особенности Для количественной характеристики электрического поля можно использовать любое из производимых им действий. Например, под влиянием электрического поля изменяются оптические свойства некоторых веществ. Это свойство электрического поля можно было бы использовать для количественной оценки поля. Однако, обычно, для этих целей пользуются механическими действиями поля на заряженные частицы.

Напряженность электрического поля. Ее особенности Представим себе, что электрическое поле создано некоторым зарядом q; внесем в него «пробный заряд» q 0 и измерим действующую на него силу F. Это можно сделать, нанося, например, «пробный заряд» на легкий шарик, подвешенный на шелковой нити и измеряя угол отклонения шарика. По закону Кулона эта сила пропорциональна пробному заряду q 0. Увеличивая этот заряд в 2, 3, 4 и вообще в n раз, мы будем наблюдать увеличение силы в 2, 3, 4 или в n раз. Поэтому отношение F/q 0 уже не зависит от пробного заряда q 0 и характеризует только электрическое поле в той точке, где находится пробный заряд. То же имеет место и в любом другом электрическом поле, а не только в поле заряженного шара.

Напряженность электрического поля. Ее особенности

Напряженность электрического поля. Ее особенности Отношение F/q 0 численно равное силе, действующей на единичный заряд, принимают за количественную меру поля и называют напряженностью поля. Таким же образом будет характеризоваться и поле, созданное не одним каким-либо зарядом q, а любой совокупностью зарядов. Таким образом, напряженность электрического поля в данной точке пространства есть отношение силы, действующей на заряд, помещенный в точку, к заряду. Следовательно, напряженность поля численно равна силе, действующей на единичный заряд. Если обозначить напряженность поля в некоторой точке через E, заряд, находящийся в этой точке, через q, и силу, действующую на заряд через F, то E = F/q → F = q∙E. Напряженность, равная единице, есть напряженность такого поля, в котором на единичный заряд действует сила, равная единице.

Напряженность электрического поля. Ее особенности В системе СИ за единицу напряженности принимают напряженность поля, в котором на заряд, равный одному кулону, действует сила, равная одному ньютону. Эту единицу называют вольтом на метр (В/м). Напряженность электрического поля физическая величина, численно равная силе, действующей на единичный заряд. Однако всякая сила определяется не только своим числовым значением (модулем), но и направлением. Поэтому для полной характеристики напряженности поля надо указать также и ее направление. За направление напряженности поля принимают направление силы, действующей на положительный заряд. Напряженность поля в некоторой точке можно изобразить графически в виде направленного отрезка, исходящего из данной точки, подобно тому, как это делается при изображении силы и других векторных величин.

ВОПРОС № 5

Линии напряженности электрического поля. Их свойства. Дать определение линий напряженности электрического поля и рассказать все про них. Хватит материала из учебника: Лансберг «Элементарный учебник физики» , параграфы 17 и 18 Свойства электрического поля: 1. Электрическое поле существует во всех точках пространства, поэтому через любую точку пространства всегда можно провести линию поля. 2. Линии электрического пол не пересекаются. При заданном распределении электрических зарядов напряженность поля в любой точке будет совершенно определенной как по модулю так и по направлению. Это значит, что через каждую точку поля можно провести линию поля только определенного направления, то есть только одну линию. 3. Пересечение линий поля может иметь место только у точечного заряда: из положительного заряда линии исходят (начало линий поля), у отрицательного заряда линии сходятся (конец линий поля). 4. Вну4 три проводников нет линий электрического поля. Линии поля не проходят внутрь проводников, но начинаются и кончаются на их поверхности. 5. Линии электрического поля направлены перпендикулярно к поверхности проводника.

ВОПРОС № 6

Работа электрического поля при перемещении заряда F E + На любой заряд, находящийся в электрическом поле со стороны этого поля действует сила, и поэтому при движении заряда в поле совершается определенная работа. Она зависит от напряженности поля в разных точках и от перемещения заряда. A Если заряд описывает замкнутую кривую, то есть возвращается в начальное положение, то совершаемая при этом работа равна нулю в независимости от сложности электрического поля и описываемой зарядом кривой. (Полная работа на замкнутом пути равна нулю) Консервативными называются силы, работа которых по любой замкнутой траектории равна нулю.

Действие магнитного поля на проводник с током. Сила Ампера. Правило буравчика (правого винта) для прямого тока: Если ввинчивать буравчик по направлению тока в проводнике, то направление скорости движения конца его рукоятки в данной точке совпадает с направлением вектора магнитной индукции. Правило правой руки для прямого тока: Если обхватить проводник правой рукой, направив отогнутый большой палец по направлению тока, то кончики остальных пальцев в данной точке покажут направление вектора индукции в этой точке. Правило буравчика для витка с током (контурного тока): Если обхватить проводник правой рукой, направив отогнутый большой палец по направлению тока, то кончики остальных пальцев в данной точке покажут направление вектора индукции в этой точке. Закон Ампера: Сила, с которой магнитное поле действует на помещенный в него отрезок проводника с током, равна произведению силы тока, модуля вектора магнитной индукции, длины отрезка проводника и синуса угла между направлениями тока и магнитной индукции. ΔF = IBΔlsinα

Действие магнитного поля на проводник с током. Сила Ампера. Направление силы Ампера определяется правилом левой руки: Если кисть левой руки расположить так, что четыре вытянутых пальца указывают направление тока в проводнике, а вектор магнитной индукции входит в ладонь, то отогнутый (в плоскости ладони) на 90 ° большой палец покажет направление силы, действующей на отрезок проводника. ΔF = IBΔlsinα

Основные положения электромагнитной теории Максвелла Это последовательная теория единого электромагнитного поля, создаваемого произвольной системой зарядов и токов. В ней решается основная задача электродинамики: По заданному распределению зарядов и токов отыскиваются основные характеристики создаваемых ими электрических и магнитных полей. Это феноменологическая теория, то есть она не рассматривает механизмы явлений, происходящих в среде и вызывающих появление полей.

Основные положения электромагнитной теории Максвелла Электрические и магнитные свойства среды характеризуются: ε – относительной диэлектрической проницаемостью µ - относительной магнитной проницаемостью σ – удельной электрической проводимостью В теории Максвелла рассматриваются макроскопические поля, которые: Создаются зарядами и токами, сосредоточенными в объемах много больших, чем объем атомов и молекул Расстояние от источников полей до рассматриваемой точки пространства намного больше размеров атомов и молекул Период изменения переменных электрического и магнитного полей намного больше периода внутримолекулярных процессов

Основные положения электромагнитной теории Максвелла Макроскопические заряды и токи являются совокупностью микроскопических зарядов и токов, которые создают свои микрополя непрерывно изменяясь по направлению в каждой точке пространства. Макроскопические поля являются усредненными микрополями: По интервалам времени много большими, чем периоды внутриатомных процессов По объему много большими, чем объемы атомов и молекул. Теория Максвелла = теория близкодействия, то есть электромагнитные взаимодействия проходят с конечной скоростью, равной скорости света.

Основные положения электромагнитной теории Максвелла Вся совокупность законов электромагнитного поля может быть выражена в виде системы уравнений, которую называют системой уравнений Максвелла. Основные положения теории Максвелла: 1. Переменное магнитное поле порождает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле 2. Переменное электрическое поле порождает в окружающем пространстве переменное магнитное поле.

Закон Ленца Индукционный ток, возникающий в катушке может взаимодействовать с породившим его током или магнитом. Если магнит или катушку с током приближать к замкнутому проводнику, то в нем возникает индукционный ток. Своим магнитным полем он обязательно отталкивает магнит (катушку). Для сближения магнита и катушки надо совершить работу. При удалении магнита возникает притяжение. Это правило выполняется неукоснительно.

Закон Ленца Отталкивание или притяжение магнита катушкой зависит от напряжения индукционного тока в ней. Есть два различных опыта: 1. Приближение магнита к катушке: число линий магнитной индукции, пронизывающих контур увеличивается. Линии магнитного поля, создаваемые возникшим в катушке индукционным током, выходят из верхнего конца катушки, так как она отталкивает магнит. 2. Удаление магнита от катушки: число линий магнитной индукции, пронизывающих контур уменьшается. Линии магнитной индукции магнитного поля входят в конец катушки. При увеличении магнитного потока через витки катушки индукционный ток имеет такое направление, что возникшее магнитное поле препятствует нарастанию магнитного потока через витки катушки, так как вектор магнитной индукции B` катушки одинаково направлен с вектором B, изменение которого порождает эл. ток.

Закон Ленца Если же магнитный поток через катушку ослабевает, то индукционный ток порождает магнитное поле с индукцией B` увеличивающее магнитный поток через витки катушки. В этом состоит сущность общего правила определения индукционного тока, которое применимо во всех случаях. Это правило установил Э. Х. Ленц Правило Ленца: Возникающий в замкнутом контуре индукционный ток имеет такое направление, что созданный им магнитный поток через поверхность, ограниченную контуром, стремится препятствовать тому изменению потока, которое порождает данный ток.