Явление электромагнитной индукции

11.1. Что показали опыты Фарадея, в которых наблюдалось возбуждение тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока,

пронизывающего контур? В чём сущность явления электромагнитной индукции?

11.2. В чём состоит закон Фарадея и правило Ленца для электромагнитной индукции, и как они вытекают из закона сохранения и превращения энергии? В связи с этим внимательно рассмотрите количественные рассуждения Гельмгольца, доказывающие это фундаментальное заключение. Уясните, что Фарадей сделал крупнейшее открытие, заключающееся в том, что электрическое поле может быть образовано не только электрическими зарядами, но и переменным магнитным полем.

11.3. В чём состоит явление самоиндукции? Как формулируется закон Фарадея для самоиндукции? Как используется это явление в технике? От чего зависит индуктивность контура? Докажите, что самоиндукция является частным случаем электромагнитной индукции.

11.4. Почему при внесении массивных проводников в переменное магнитное поле они нагреваются? Какова природа индукционных токов Фуко? Какое практическое применение в металлургии и металлообработке имеет индукционный нагрев?

11.5. В чём состоит явление взаимной индукции? От чего зависит коэффициент взаимной индукции контуров? Как используется явление взаимной индукции в технике?

11.6. Как вычисляется энергия магнитного поля? На примере соленоида рассмотрите вопрос об энергии магнитного поля электрического тока, найдите выражение для объёмной плотности энергии магнитного поля.

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ТЕОРИИ ПОЛЯ

12.1. Что называется током смещения и какими свойствами он обладает?

12.2. В чём проявляется взаимосвязь электрического и магнитного полей? Какими свойствами обладает электромагнитное поле, как форма материи? Какой вид имеют уравнения Максвелла? Нужно чётко знать, что магнитное и электрическое поля, находятся в неразрывной электродинамической связи. В чём смысл гипотезы Максвелла?

КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ

13.1. Собственные незатухающие гармонические колебания. Какие процессы называются колебательными? Как и по каким признакам классифицируются колебания?

13.2. Необходимо рассмотреть собственные, свободные незатухающие гармонические колебания систем с сосредоточенными параметрами, такие, когда вся масса сосредоточена в одной точке (математический маятник),

вся упругость - в данной пружине (пружинный маятник), вся ёмкость - в конденсаторе, индуктивность в катушке (колебательный контур). Процессы, протекающие в этих системах, описываются одинаковыми дифференциальными уравнениями. Необходимо провести аналогию между механическими и электромагнитными колебаниями. Основными кинематическими параметрами колебательных процессов любой природы являются: амплитуда, период, частота, фаза: Выяснить их физический смысл. Движение под действием упругой (или квазиупругой) силы описывается линейным однородным дифференциальным уравнением. Решая это уравнение, необходимо убедиться, что смещение изменяется со временем по закону косинуса (синуса), т.е. движение системы действительно гармоническое. Рассмотрите кинетическую, потенциальную и полную энергию гармонического колебания.

13.3. Какие колебания являются затухающими? Какой вид имеют дифференциальные уравнения для механических и электромагнитных затухающих колебаний? С какой частотой они совершаются? Каков период колебаний? Как меняется амплитуда затухающих колебаний со временем? Что называется логарифмическим декрементом затухания и добротностью контура.

13.4. Какие колебания являются вынужденными? Рассмотреть получение вынужденных механических и электромагнитных колебаний. Каковы их особенности? В чём сущность явления механического резонанса и резонанса тока и напряжения? Какой вид имеют резонансные кривые? При какой частоте наступает резонанс? Каково применение резонанса в технике?

13.5. Необходимо уяснить сложение колебаний с разными и равными частотами (вдоль одной прямой и взаимно перпендикулярные). Что представляют собой биения? Когда получаются фигуры Лиссажу?

13.6. Какой вид имеет уравнение плоской бегущей волны? Получить волновое уравнение необходимо уяснить, что уравнение волны определяет смещение любой точки среды как функцию координат и времени. Что называется вектором Умова? Рассмотреть явление интерференции упругих волн и механизм образования стоячей волны, обратив внимание на отсутствие в ней переноса энергии.

13.7 Что собой представляет электромагнитная волна? Как ориентированы относительно друг друга и относительно направления распространения волны векторы напряженности электрического и магнитного полей? Обратите внимание, что электромагнитные поля, существующие в отсутствие зарядов, называются электромагнитными волнами. С какой скоростью они распространяются?

13.8. Каким вектором описывается перенос энергии электромагнитными волнами? От чего он зависит?

13.9. На какие диапазоны подразделяется шкала электромагнитных волн? Какие диапазоны этой шкалы используются для изучения внутренней структуры и электронного строения металлов и сплавов?

ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА

14.1. Что представляет собой свет с точки зрения электромагнитной теории? Какие волны являются монохроматическими и когерентными? От чего зависит разность хода и оптическая разность хода когерентных волн? В чем состоят условия образования максимумов и минимумов в интерференционной картине? Необходимо уяснить, что в результате интерференции происходит перераспределение потока энергии волнового поля в пространстве: в одних точках возникают максимумы интенсивности света, а в других точках пространства - минимумы.

14.2. Как образуется и рассчитывается интерференционная картина по методу Юнга?

14.3. Как возникает интерференционная картина линий равного наклона? Как по этой картине можно определить толщину тонких пленок и плоскопараллельность обработки деталей и т.д.?

14.4. Как образуется интерференционная картина полос равной толщины? Что собой представляют и как получаются кольца Ньютона?

ДИФРАКЦИЯ СВЕТА

15.1. В чем состоит принцип Гюйгенса-Френеля? Как на основе этого принципа объясняется явление дифракции света?

15.2. В чем состоит сущность метода зон Френеля и как из нею вытекает предельный переход от геометрической оптики к волновой?

15.3. Как распределяется интенсивность света при дифракции на одной щели? Провести анализ.

15.4. Что из себя представляет дифракционная решетка? По какой формуле рассчитывается угловое распределение максимумов и минимумов интенсивности света в дифракционных спектрах и разрешающая способность решетки? Необходимо уяснить, что метод зон Френеля позволил объяснить все дифракционные явления, возникающие при локальных нарушениях фронта световой волны и доказать его прямолинейное распространение при безграничном фронте.

ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА

16.1. В чем состоит сущность явления поляризации? Чем отличается естественный луч от поляризованного? Каковы способы получения поляризованного света?

16.2. Обратите внимание, что поляризация при отражении и преломлении света на границе изотропных диэлектриков сопровождается

превращением естественного света в линейно-поляризованный. В случае падения под углом Брюстера поляризация отраженного света максимальна.

16.3. Уяснить сущность двойного лучепреломления, важность научно-технического значения искусственного двойного лучепреломления, возникающего при различных воздействиях (механического, электрического, магнитного) на прозрачные аморфные тела.

16.4. Обратите внимание на устройство и применение поляризующих призм и поляроидов. Для чего служат анализатор и поляризатор? Какой вид имеет закон Малюса? 16.5. Выясните физическое содержание явления вращения плоскости поляризации и его практическое применение.

ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

17.1. Что устанавливает закон Кирхгофа? Что такое лучеиспускательная и лучепоглощательная способности тела? Какие тела считаются белыми, черными, серыми?

17.2. В чем состоит сущность законов теплового излучения: Стефана-Больцмана, Вина, Рэлея-Джинса? Необходимо обратить внимание, что в области малых длин волн обнаружилось резкое расхождение между экспериментом и формулой Рэлея-Джинса, выведенной на основе фундаментальных положений классической статистической физики и электродинамики о непрерывном характере испускания электромагнитных волн и о равномерном распределении энергии по степеням свободы: формула Рэлея-Джинса приводила к физически абсурдному результату. П.С. Эренфест создавшуюся ситуацию назвал «ультрафиолетовой катастрофой».

17.5. «Ультрафиолетовая катастрофа» была устранена Планком на основе квантовой гипотезы излучения, абсолютно чуждой классической физике. Какой вид имеет формула Планка? Следует усвоить, что формула Планка для излучательной способности находится в согласии с экспериментом: 1) полностью соответствует экспериментальной кривой распределения энергии в спектре абсолютно черного тела; /2) интегрирование по всем длинам волн выражения Планка позволяет получить ранее экспериментально обоснованный закон Стефана-Больцмана и численное значение постоянной Стефана-Больцмана; 3) правило нахождения экспериментального значения функции позволяет получить из формулы Планка закон смещения Вина, второй закон Вина, а также численные значения постоянных Вина. Планк положил начало развитию квантовой физики, которая глубже и полнее отражала объективные закономерности движущейся материи.