Файл: Методические указания для студентов двухсеместрового курса физики, очной и заочной формы обучения.pdf

1) линии магнитной индукции,
2) линии магнитной индукции,
3) линии напряженности,
4) линии напряженности,
1. Классификация магнетиков.
и ферромагнетиков.

2. Изменится ли циркуляция вектора проводник с током, если пространство магнетиком?
3. Чему равна магнитная помещении стального бруска в магнитное в нем возникает индукция
4. По соленоиду длиной 1
В соленоид вставлен железный внутри соленоида, если при
1,6 Тл.
5. На рисунке дано графическое изображение магнитного поля на границе двух магнетиков. Данному рисунку соответствует подпись:
1) линии магнитной индукции,
2) линии магнитной индукции,
3) линии напряженности,
4) линии напряженности,
1. Теорема о циркуляции
2. Магнитные свойства фактором:
1) суммарный магнитный момент
2) суммарный магнитный момент атома не равен нулю;
3) нескомпенсированы спины электронов на недостроенных внутренних электронных оболочках;
4) скомпенсированы спины электронов на недостроенных внутренних электронных оболочках.
3. Что определяет площадь петли гистерезиса? Какой из сортов стали
2) лучше использовать для сердечников трансформаторов

4. Какие из перечисленных относятся к диамагнетикам?
10 индукции,
1 2



; линии магнитной индукции,
1 2
 

; напряженности,
1 2



; напряженности,
1 2
 

Вариант 4
Классификация магнетиков. Кривые намагничивания
Изменится ли циркуляция вектора Н по контуру, охватывающему если пространство заполнить однородным магнитная восприимчивость стали, если известно, что при помещении стального бруска в магнитное поле напряженностью

В = 1 Тл?
По соленоиду длиной 1 м с числом витков N = 500 течет железный сердечник. Найдите намагниченность при данной силе тока индукция поля в графическое изображение магнитного поля на границе двух магнетиков. Данному рисунку соответствует подпись: индукции,
1 2



; линии магнитной индукции,
1 2
 

; напряженности,
1 2



; напряженности,
1 2
 

Вариант 5 циркуляции вектора В для магнитного поля свойства парамагнетиков определяются следующим суммарный магнитный момент атома равен нулю; суммарный магнитный момент атома не равен нулю; нескомпенсированы спины электронов на недостроенных внутренних скомпенсированы спины электронов на недостроенных внутренних т площадь петли из сортов стали (1 или для изготовления трансформаторов и почему? перечисленных веществ диамагнетикам?
Кривые намагничивания для диа-, пара-, по контуру, охватывающему однородным и изотропным известно, что при поле напряженностью Н =3000 А/м
= 500 течет ток силой 5 А. намагниченность железа в соленоиде равна графическое изображение магнитного поля на границе поля в веществе. определяются следующим нескомпенсированы спины электронов на недостроенных внутренних скомпенсированы спины электронов на недостроенных внутренних

1) медь


0,999912 ;


2) висмут


0,999824 ;


3) алюминий

1,000023 ;


5. На рисунке дано графическое изображение двух магнетиков. Данному рисунку соответствует подпись:
1) линии магнитной индукции,
2) линии магнитной индукции,
3) линии напряженности,
4) линии напряженности,
№ 5.6. Исследование колебаний физического маятника
№ 5.6 а. Изучение затухающих колебаний на примере математического
Вопросы и задания для получения допуска к выполнению
1. Колебания. Характеристики колебаний с формулами и размерностями
2. Физический маятник. Период. Приведенная длина.
3. Математический маятник. Период.
4. Дифференциальное уравнение свободных колебаний физического маятника.
5. Графики зависимостей колебательных величин от времени для свободных колебаний.
6. Расчетные формулы, использующиеся при проведении вычислений в лабораторной работе, величины в них входящие, их размерность.
7. Схема установки. Ход работы.
Вопросы и задания для получения
1. Колебания. Характеристики колебаний с формулами и размерностями
2. Физический маятник. Период. Приведенная длина.
3. Математический маятник. Период.
4. Дифференциальное уравнение затухающих колебаний физического маятника.
5. Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний физического маятника.
6. Декремент затухания, логарифмический декремент затухания: формулы, размерность.
7. Коэффициент затухания.
11 4) вольфрам


1,000175 ;


5) кобальт


150 ;



1,000023 ;
6) никель


250


5. На рисунке дано графическое изображение магнитного поля на границе двух магнетиков. Данному рисунку соответствует подпись: индукции,
1 2



; линии магнитной индукции,
1 2
 

; напряженности,
1 2



; напряженности,
1 2
 

Лабораторные работы
№ 5.6. Исследование колебаний физического маятника
Изучение затухающих колебаний на примере математического маятника
Вопросы и задания для получения допуска к выполнению работы №5.6
Колебания. Характеристики колебаний с формулами и размерностями
Физический маятник. Период. Приведенная длина.
Математический маятник. Период.
Дифференциальное уравнение свободных колебаний физического зависимостей колебательных величин от времени для
Расчетные формулы, использующиеся при проведении вычислений в лабораторной работе, величины в них входящие, их размерность.
Схема установки. Ход работы.
Вопросы и задания для получения допуска к выполнению лабораторн работы №5.6 а
Колебания. Характеристики колебаний с формулами и размерностями
Физический маятник. Период. Приведенная длина.
Математический маятник. Период.
Дифференциальное уравнение затухающих колебаний физического
Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний физического
Декремент затухания, логарифмический декремент затухания:
Коэффициент затухания. магнитного поля на границе
№ 5.6. Исследование колебаний физического маятника
Изучение затухающих колебаний на примере математического
Вопросы и задания для получения допуска к выполнению лабораторной
Колебания. Характеристики колебаний с формулами и размерностями.
Дифференциальное уравнение свободных колебаний физического зависимостей колебательных величин от времени для
Расчетные формулы, использующиеся при проведении вычислений в лабораторной работе, величины в них входящие, их размерность. допуска к выполнению лабораторной
Колебания. Характеристики колебаний с формулами и размерностями.
Дифференциальное уравнение затухающих колебаний физического
Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний физического
Декремент затухания, логарифмический декремент затухания:

12 8. Графики зависимостей колебательных величин от времени для затухающих и вынужденных колебаний.
9. Частота. Собственная частота. Связь между собственной частотой и частотой колебаний.
10. Добротность: физический смысл, формула.
11. Расчетные формулы, использующиеся при проведении вычислений в лабораторной работе, величины в них входящие, их размерность.
12. Схема установки. Ход работы.
Теоретический минимум для отчета лабораторных работ №5.6, №5.6 а
1. Гармонические колебания и их характеристики.
2. Дифференциальное уравнение гармонических колебаний и его решение.
3. Гармонический осциллятор.
Пружинный, физический и математический маятники. Приведённая длина физического маятника.
4. Сложение одинаково направленных и взаимно перпендикулярных колебаний.
5. Затухающие колебания. Дифференциальное уравнение затухающих колебаний и его решение. Логарифмический декремент затуханий, добротность.
6. Вынужденные колебания.
Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний и его решение. Резонанс. Резонансные кривые.
Контрольные задания для отчета лабораторных работ №5.6, №5.6 а
Вариант 1 1. Уравнение гармонических колебаний точки
)
3
sin(
9
,
0
t x


Каков период этих колебаний?
2. Уравнение колебаний материальной точки массой
10

m г имеет вид








4 5
sin
5


t x
см.
Найти максимальную силу, действующую на точку.
3. Однородный диск радиусом R совершает колебания около горизонтальной оси, проходящей на расстоянии R/2 от центра диска. Чему равна циклическая частота колебаний диска?
4. Материальная точка участвует в двух взаимно перпендикулярных колебаниях согласно уравнениям t
x

cos
2

и t
y

sin
2


Какова траектория результирующего движения точки?
5. Амплитуда затухающих колебаний уменьшилась в е раз за 50 колебаний. Каков логарифмический декремент затухания?

13 6. Период Т
0
собственных колебаний пружинного маятника равен 0,55 с.

В вязкой среде период Т того же маятника стал равным 0,56 с. Какова резонансная частота колебаний?
Вариант 2 1. Начальная фаза гармонического колебания равна нулю. Через какую долю периода скорость точки будет равна половине ее максимального значения?
2. Найти отношение кинетической энергии точки, совершающей гармоническое колебание, к ее потенциальной энергии для момента, когда смещение точки от положения равновесия
4
/
A
x


3. Обруч радиуса R совершает малые колебания относительно оси, проходящей через его край. Каков период этих колебаний?
4. Складываются два взаимно перпендикулярных колебания с одинаковыми частотами. При какой разности фаз результирующее колебание будет линейным?
5. Затухающие колебания описываются уравнением
)
sin(
)
(
/
0





t e
A
t x
T
t
График колебания представлен на рисунке. Определите время релаксации.
-2
-1 0
1 2
3 1
2 3
4 5
6 7
8
см x,
с t,
6. Уравнение движения системы имеет вид t
f x
x x



cos
2 0
2 0






Чему равен период установившихся вынужденных колебаний системы?
Вариант 3 1. Скорость материальной точки, совершающей гармонические колебания, задается уравнением t
t


2
sin
6
)
(


Записать зависимость смещения этой точки от времени.

2. За какое время тело, совершающее колебание с периодом Т, проходит первую половину пути от среднего значения до крайнего?
3. Однородный стержень длиной


совершает малые колебания относительно оси, проходящей через его край. Какова частота этих колебаний?
4. Два гармонических колебания, направленных по одной прямой и имеющих одинаковые амплитуды и периоды, складываются в одно колебание той же амплитуды. Чему равна разность фаз складываемых колебаний?

14 5. Начальная амплитуда колебания маятника А
0
=3 см. Через t
1
=10 c она равна А
1
=1 см. Через какой промежуток времени она станет равной А
2

=0,3 см?
6. Изобразить резонансные кривые А(

) для трех коэффициентов затухания
3 2
1





Вариант 4 1. Уравнение движения точки








4 2
sin
2


t x
см.
Найти период колебаний, максимальную скорость и максимальное ускорение точки.
2. Найти отношение кинетической энергии точки, совершающей гармоническое колебание, к ее потенциальной энергии для момента времени t=T/6.

3. Однородный диск радиусом R подвешен за край. Чему равна частота его малых колебаний?
4. Точка участвует в двух одинаково направленных колебаниях, данных уравнениями t
x

sin
4 1

см и
)
2
/
sin(
3 2




t x
см.
Начертить векторную диаграмму сложения амплитуд. Найти амплитуду и начальную фазу результирующего колебания.
5. Логарифмический декремент затухания математического маятника
2
,
0



. Во сколько раз уменьшится амплитуда колебаний за одно полное колебание маятника?
6. Чему равна резонансная амплитуда А
рез
= А(ω
рез

) у системы без трения?
Вариант 5 1. Колебания материальной точки совершаются по закону
)
5
,
0
sin(
3


t x

см.
Определить наибольшие значения скорости и ускорения.
2. Груз массой m осторожно прикрепляют к концу свободно висящей пружины. Когда груз освобождают, он опускается на 30см, а затем начинает колебаться. Чему равна частота колебаний?
3. Физический маятник представляет собой тонкий однородный стержень длиной

и массой m с укрепленным на его конце маленьким шариком массой m. Маятник совершает колебания относительно горизонтальной оси, проходящей через центр стержня. Каков период гармонических колебаний маятника?
4. Точка участвует одновременно в двух взаимно перпендикулярных колебаниях, выражаемых уравнениями t
A
x

cos
1

и t
A
y

sin
2

, где А
1
=2см, А
2
=1см.
Найти уравнение траектории точки.

15 5. Амплитуда затухающих колебаний маятника за 5 минут уменьшилась в два раза. За какое время, считая от начального момента, амплитуда уменьшится в восемь раз?
6. Найти приближенное значение А
рез при
0



Лабораторная работа
№ 5.7. Определение скорости звука в воздухе методом стоячей волны
Вопросы и задания для получения допуска к выполнению лабораторной работы №5.7 1. Волновое уравнение.
2. Волновой вектор. Волновое число.
3. Длина волны.
4. Плоская волна.
5. Сферическая волна.
6. Стоячая волна.
7. Уравнение бегущей волны. Уравнение стоячей волны. В чем заключается взаимосвязь уравнения бегущей волны и уравнения стоячей волны.
8. Узлы. Пучности. Выражение для узлов и пучностей стоячей волны.
9. Звук. Звуковая волна. Формула скорости звука при комнатной температуре. Единицы, входящие в формулы, их размерности.
10. Условие резонанса в акустической трубе.
11. Расчетные формулы, использующиеся при проведении вычислений в лабораторной работе, величины в них входящие, их размерность.
12. Схема установки. Ход работы.
Теоретический минимум для отчета лабораторной работы №5.7 1. Распространение волн в упругой среде. Продольные и поперечные волны. Скорость волны.
2. Уравнение плоской и сферической волны. Длина волны. Волновое уравнение.
3. Интерференция волн. Стоячие волны.
4. Энергия волны. Вектор Умова.
Контрольные задания для отчета лабораторной работы №5.7
Вариант 1 1. Задано уравнение плоской волны:
)
2 200
cos(
005
,
0
)
,
(
x t
t x




Определить частоту, длину волны и фазовую скорость.

16 2. Волна распространяется в упругой среде со скоростью
100


м/с.
Наименьшее расстояние между точками среды, фазы колебаний которых противоположны, равно 1 м. Определить частоту колебаний.
3. Найти скорость распространения продольных упругих колебаний в меди.
4. Определить длину бегущей волны, если в стоячей волне расстояние между первой и седьмой пучностями равно 15 см.
Вариант 2 1. Изменение давления в звуковой волне дается выражением








t x
p


1700 3
sin
2
,
2
, где р измеряется в паскалях, x – в метрах, а t в секундах.
Определить длину волны, частоту и скорость распространения.
2. Найти разность фаз колебаний двух точек, лежащих на луче и отстоящих друг от друга на расстоянии 2 м, если длина волны
1 м


3. Найти скорость распространения звука в стали.
4. Определить длину бегущей волны, если в стоячей волне расстояние между первым и четвертым узлом равно 15 см.
Вариант 3 1. Уравнение плоской волны имеет вид
)
4 500
sin(
001
,
0
)
,
(
x t
t x




Определить частоту, длину волны и фазовую скорость.
2. Смещение от положения равновесия точки, отстоящей от источника колебаний на расстоянии
4


см, в момент времени
6
/
T
t

равно половине амплитуды. Найти длину бегущей волны.
3. Найти скорость распространения поперечных упругих колебаний в меди.
4. В трубе длиной 1,2м находится воздух. Определить минимальную частоту возможных колебаний воздушного столба в двух случаях: 1) труба открыта; 2) труба закрыта. Скорость звука принять равной 340 м/с.
Вариант 4 1. Уравнение плоской волны имеет вид:
)
5 1000
sin(
001
,
0
)
,
(
x t
t x




Определить частоту, длину волны и фазовую скорость.
2. Две точки находятся на расстоянии
5
,
0

x м друг от друга на прямой, вдоль которой распространяется волна со скоростью
50



м/с. Период колебаний равен 0,05с. Какова разность фаз колебаний в этих точках?
3. Определить скорость звука в азоте при температуре Т=300К.
4. Один из способов измерения скорости звука в воздухе состоит в следующем. В широкой трубке может перемещаться поршень, а перед ее

17 открытым концом расположен звучащий камертон. Отодвигая поршень от конца трубки, наблюдатель отмечает следующие друг за другом увеличения и уменьшения громкости звука. Найти скорость звука в воздухе, если при частоте колебаний 440 Гц двум последовательным усилениям интенсивности звука соответствует расстояние между положениями поршня, равное 0,375 м.
Вариант 5 1. Плоская звуковая волна возбуждается источником колебаний частоты
ν=200Гц. Амплитуда колебаний источника равна 4 мм. Написать уравнение плоской волны, если в начальный момент смещение точек источника максимально. Скорость звуковой волны принять равной 300м/с.
2. Какова скорость распространения волны в упругой среде, если разность фаз колебаний двух точек среды, отстоящих дуг от друга на расстояние 10см, равна π/3. Частота колебаний 25Гц.
3. Найти положение узлов и пучностей и начертить график стоячей волны, если: а) отражение происходит от менее плотной среды; б) отражение происходит от более плотной среды. Длина бегущей волны 6см.
4. Найти отношение скоростей звука в водороде и углекислом газе при одинаковой температуре газов.
Лабораторная работа
№ 5.8. Изучение вынужденных электромагнитных колебаний
Вопросы и задания для получения допуска к выполнению лабораторной работы №5.8 1. Колебательный контур.
2. Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний заряда и его решение.
3. График зависимости заряда от времени при вынужденных колебаний.
4. Электрическая схема колебательного контура для вынужденных колебаний и для затухающих колебаний.
5. Активное сопротивление. Реактивное сопротивление. Полное сопротивление.
6. Векторная диаграмма. Правила построения векторной диаграммы напряжений.
7. Резонанс. Условие возникновения резонанса.
8. Резонансная частота.
9. Резонансные кривые для напряжений и токов.
10. Добротность: физический смысл, формула.
11. Расчетные формулы, использующиеся при проведении вычислений в лабораторной работе, величины в них входящие, их размерность.
12. Схема установки. Ход работы.