- •1. Поступательное движение материальной точки. Скорость, ускорение (среднее, мгновенное). Уравнения движения при равноускоренном прямолинейном движении.
- •2. Вращательное движение (равномерное, неравномерное) материальной точки. Угловая скорость и ускорение. Связь между линейными и угловыми характеристиками движения
- •5. Момент силы, момент импульса материальной точки и системы материальных точек
- •6. Осевой момент инерции материальной точки и системы материальных точек. Теорема Штейнера
- •7. Основное уравнение динамики вращательного движения
- •8. Законы изменения и сохранения момента импульса
- •11. Гармонические колебания и их характеристики. Смещение, скорость и ускорение при гармоническом колебательном движении
- •12. Дифференциальное уравнение гармонических колебаний. Пружинный, математический и физический маятники
- •14. Давление в неподвижной жидкости. Уравнение Бернулли
- •13. Энергия гармонических колебаний
- •15. Идеальный газ. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов
- •17. Круговые процессы. Кпд тепловой машины. Кпд теплового двигателя, работающего по обратимому циклу Карно
- •18. Второе начало термодинамики. Энтропия и II начало термодинамики
- •19. Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона
- •20. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции полей
- •22. Электрический диполь. Потенциал и напряженность поля диполя
- •24. Проводники в электростатическом иоле. Явление электростатической индукции
- •25. Электроемкость проводника. Конденсатор, его электроемкость
- •27. Обобщенный закон Ома в интегральной форме для участка цени и полной цепи
- •29. Магнитное поле электрического тока. Индукция и напряженность магнитного поля. Правило Ампера для расчета силы, действующей на проводник с током в магнитном поле
- •33. Явление электромагнитной индукции. Основной закон (Фарадея) электромагнитной индукции. Правило Ленца. Явления самоиндукции, взаимной индукции. Индуктивность
- •34. Трансформатор. Коэффициент трансформации
- •35. Генерация электромагнитных волн в пространстве
- •36. Электромагнитные колебания. Колебательный контур. Свободные электромагнитные колебания
- •37. Свободные затухающие колебания. Вынужденные электромагнитные колебания. Переменный ток
- •38. Уравнение световой волны. Когерентность и монохроматичность световых волн
- •39. Интерференция света. Интерференционная картина от двух когерентных источников
- •40. Явление дифракции света. Положения принципа Гюйгенса-Френеля. Дифракция Фраунгофера на щели и дифракционной решетке. Рентгеноструктурный анализ
- •41. Естественный и поляризованный свет. Виды поляризации. Двойное лучепреломление. Поляризация при отражении и преломлении света. Закон Брюстера
- •43. Единство волновых и корпускулярных свойств электромагнитного излучения. Гипотеза де-Бройля. Опытное обоснование корпускулярно-волнового дуализма веществ. Опыты Дэвиссона и Джермера
- •44. Волновая функция, ее статистический смысл. Соотношение неопределенностей Гейзенберга
- •45. Общее и стационарное уравнения Шредингера, их применение для решения физических задач
- •46. Резерфордовская модель строения атома. Модель Бора
- •47. Квантовомеханическое строение атома водорода. Энергетические уровни свободных атомов. Квантовые числа. Спин электрона. Принцип Паули
- •48. Энергетические зоны в кристаллах. Металлы, диэлектрики, полупроводники
- •49. Строение и основные характеристики атомных ядер. Ядерное взаимодействие. Дефект массы
- •50. Ядерные реакции. Деление ядер. Использование ядерной энергии
- •52. Фундаментальные взаимодействия. Элементарные частицы, их свойства
20. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции полей
Если в пространство, окружающее электрический заряд, внести другой заряд, то на него будет действовать кулоновская сила; значит, в пространстве, окружающем электрические заряды, существует силовое поле. будем рассматривать электрические поля, которые создаются неподвижными электрическими зарядами и называются электростатическими. Если в поле, создаваемое зарядом Q, поместить пробный заряд Q0, то на него действует сила F, различная в разных точках поля, которая, согласно закону Кулона (78.2), пропорциональна пробному заряду Q0. Поэтому отношение F/Q0 не зависит от Q0 и характеризует электростатическое поле в той точке, где пробный заряд находится. Эта величина называется напряженностью и является силовой характеристикой электростатического поля.
Напряженность
электростатического поля в данной точке
есть физическая величина, определяемая
силой, действующей на пробный единичный
положительный заряд, помещенный в эту
точку поля:
(79.1)
Как
следует из формул (79.1) и (78.1), напряженность
поля точечного заряда в вакууме
(79.2)
Направление
вектора Е совпадает с направлением
силы, действующей на положительный
заряд. Если поле создается положительным
зарядом, то вектор Е направлен вдоль
радиуса-вектора от заряда во внешнее
пространство (отталкивание пробного
положительного заряда); если поле
создается отрицательным зарядом, то
вектор Е направлен к заряду (рис. 118).
Из формулы (79.1) следует, что единица напряженности электростатического поля — ньютон на кулон (Н/Кл): 1 Н/Кл — напряженность такого поля, которое на точечный заряд 1 Кл действует с силой в 1 Н; 1 Н/Кл= 1 В/м, где В (вольт) — единица потенциала электростатического поля.
Рассмотрим метод определения модуля и направления вектора напряженности Е в каждой точке электростатического поля, создаваемого системой неподвижных зарядов Q1, Q2, ..., Qn.
Опыт
показывает, что к кулоновским силам
применим рассмотренный в механике
принцип независимости действия сил
(см. § 6), т. е. результирующая сила F,
действующая со стороны поля на пробный
заряд Q0, равна векторной сумме сил Fi,
приложенных к нему со стороны каждого
из зарядов Qi:
(80.1). Согласно (79.1), F = Q0E и Fi = Q0Еi, где
Е—напряженность результирующего поля,
а Еi — напряженность поля, создаваемого
зарядом Qi. Подставляя последние выражения
в (80.1), получаем
(80.2)
Формула
(80.2) выражает принцип суперпозиции
(наложения) электростатических полей,
согласно которому напряженность Е
результирующего поля, создаваемого
системой зарядов, равна геометрической
сумме напряженностей полей, создаваемых
в данной точке каждым из зарядов в
отдельности.
Принцип суперпозиции позволяет рассчитать электростатические поля любой системы неподвижных зарядов, поскольку если заряды не точечные, то их можно всегда свести к совокупности точечных зарядов.
21. Электрический потенциал. Разность потенциалов. Работа по перемещению зарядов в электростатическом поле
Тело,
находящееся в потен-ом поле сил (а
электростатическое поле явл.потен-ым),
обладает потен-ой энергией, за счет кот.
силами поля совершается работа. Как
известно работа консервативных сил при
элементарном изменении конфигурации
системы равна приращению потен-ой
энергии, взятому со знаком минус, т.к.
работа совершается за счет убыли
потенциальной энергии:
.
Поэтому работу сил электростат-го
поля можно представить как разность
потен-ых энергий, кот. обладает точечный
заряд Q0 в начальной и конечной точках
поля заряда Q:
84.1
откуда следует, что потенциальная
энергия заряда qq0 в поле заряда Q равна
Она,
опр. неоднозначно, а с точностью до
произвольной постоянной С. Если считать,
что при удалении заряда в бесконечность
(r)
потен. энергия обращается в нуль (U=0), то
С=0 и потен-ая энергия заряда Q0, нах-ся в
поле заряда Q на расстоянии г от него,
равна
84.2. Для одноименных зарядов Q0Q>0 и
потен. энергия их взаимодействия
(отталкивания) полож-на, для разноименных
зарядов Q0Q<0 и потен. энергия их
взаимодействия (притяжения) отрицательна.
Если
поле создается системой n точечных
зарядов Q1, Q2, ..., Qn, то работа эл-статич.
сил, совершаемая над зарядом Q0, равна
алгебраической сумме работ сил,
обусловленных каждым из зарядов в
отдельности. Поэтому потенциальная
энергия U заряда Q0, находящегося в этом
поле, равна сумме потенц. энергий Ui,
каждого из зарядов:
84.3 Из формул (84.2) и (84.3) вытекает, что
отношение U/Q0 не зависит от Q0 и явл.
поэтому энерг-ой характ-ой эл-статич.поля,
наз. потенциалом:
84.4 Потенциал
в какой-либо точке эл-статич. поля есть
физ. величина, опр.потен. энергией
единичного положительного заряда,
помещенного в эту точку. Из формул
(84.4) и (84.2) следует, что потенциал поля,
создаваемого точечным зарядом Q, равен
84.5 Работа, совершаемая селами эл-статич.
поля при перемещении заряда Q0 из точки
1 в точку 2 (см. (84.1), (84.4), (84.5)), может быть
представлена как
84.6 т. е. равна произведению перемещаемого
заряда на разность потенциалов в
начальной и конечной точках. Разность
потенциалов 2 т. 1 и 2 в электростатическом
поле определяется работой, совершаемой
силами поля, при перемещении единичного
положительного заряда из точки 1 в
точку 2. Работа сил поля при перемещении
заряда Q0 из т. 1 в т.2 может быть записана
также в виде
84.7
Приравняв (84.6) и (84.7), придем к выражению
для разности потенциалов:
84.8 где интегрирование можно производить
вдоль любой линии, соединяющей начальную
и конечную точки, т.к. работа сил
электростатического поля не зависит
от траектории перемещения.
Если
перемещать заряд Q0 из произвольной
точки за пределы поля, т. е. в бесконечность,
где, по условию, потенциал равен 0, то
работа сил электростат-го поля, согласно
(84.6), A=Q0,
откуда
84.9
Т. Обр., потенциал — физ. величина, опр. работой по перемещению единичного положительного заряда при удалении его из данной точки поля в бесконечность. Эта работа численно равна работе, совершаемой внешними силами (против сил электростатического поля) по перемещению единичного положительного заряда из бесконечности в данную точку поля.
Из выражения (84.4) следует, что единица потенциала — вольт (В): 1 В есть потенциал такой точки поля, в которой заряд в 1 Кл обладает потенциальной энергией 1 Дж (1 В = 1 Дж/Кл). Учитывая размерность вольта, можно показать, что введенная единица напряженности электростатического поля действительно равна 1 В/м: 1 Н/Кл=1 Нм/(Клм)=1 Дж/(Клм)=1 В/м.
Из
формул (84.3) и (84.4) вытекает, что если поле
создается несколькими зарядами, то
потенциал поля системы зарядов равен
алгебраической сумме потенциалов полей
всех этих зарядов:

