41. Работа перемещения контура в магнитном поле |
A= I ·ΔΦ, |
|||||
где I – сила тока в контуре; ΔΦ – изменение магнитного потока через |
||||||
поверхность, охватываемую контуром. |
|
|
d Ф |
|||
|
|
|
|
|||
42. |
Основной закон электромагнитной индукции |
i =− |
|
|
. |
|
dt |
||||||
43. |
Электродвижущая сила самоиндукции |
c=−L |
d I |
, |
||
|
||||||
|
|
|
dt |
|||
где L – индуктивность; dIdt – скорость изменения силы тока. |
||||||
44. |
Разность потенциалов на концах прямого проводника, |
|||||
движущегося в магнитном поле |
= Bυl sinα, |
|||||
где В – индукция магнитного поля (B=const), в котором движется проводник; υ – скорость проводника; l – длина проводника; α – угол
между направлениями векторов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
υ и B . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
45. |
Индуктивность катушки |
|
|
L=μμ0 n2 V , или L=μμ0 N 2 S /l , |
||||||||||||||||||||
где V – объём, S – площадь сечения, |
N – число витков катушки; |
|||||||||||||||||||||||
l – длина соленоида (или осевой линии тороида); |
n = N /l . |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
46. |
Cил тока в цепи с индуктивностью |
L при замыкании и |
||||||||||||||||||||||
|
|
I зам =( /R) (1−e |
−Rt / L |
), |
|
|
|
|
|
|
|
|
−Rt |
|
|
|
|
|||||||
размыкании |
|
|
|
I разм=( / R) e L , |
|
|
|
|
||||||||||||||||
где |
– ЭДС источника тока; R – сопротивление цепи; t – время. |
|
||||||||||||||||||||||
47. Энергия магнитного поля катушки с током |
|
|
|
|
W = L I2 /2. |
|||||||||||||||||||
48. Объёмная плотность энергии магнитного поля |
w |
м |
= |
|
1 |
|
B2 . |
|||||||||||||||||
2μμ0 |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
49. |
Уравнения Максвелла: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
D dS = |
ρ dV ; |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
B dS = 0; |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∫ |
q |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
S |
|
|
|
|
V |
|
|
|
|
S |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
dB |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ j |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
H dl= ( j |
пров |
смещ |
)dS , |
||||||||||||||
|
|
E dl =−∫ |
dt |
dS ; |
|
|
∫ |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
ρq=dq/dV |
l |
S |
|
|
|
|
l |
|
|
|
S |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где |
– объёмная плотность заряда; jпров = dI / dS |
– плот- |
||||||||||||||||||||||
ность тока проводимости; |
jсмещ = dD/dt |
– плотность тока смещения. |
||||||||||||||||||||||
50.Материальные уравнения: D=εε0 E ; B=μμ0 H ; j = γ E ,
где ε и μ – диэлектрическая и магнитная проницаемости среды; ε0 и μ0
– электрическая и магнитная постоянные; j – плотность тока; γ – удельная проводимость.
51.Объёмная плотность энергии электромагнитного поля
w |
эл.м |
=εε |
0 |
E2 |
+ |
B2 |
. |
2 |
|
||||||
|
|
|
2μμ0 |
||||
25
3. КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ
Определяющие формулы и единицы величин
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 5 |
||||
Колебания |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Волны |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Период |
T = |
|
t |
|
|
|
|
|
|
Интенсивность волны, |
I = |
W |
|
|
|
|
Вт |
||||||||||
|
|
|
|
|
c |
плотность потока |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
колебаний |
N |
|
|
|
|
S t |
|
|
|
|
|
|
|
|
м2 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
энергии |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Частота |
ν = N /t |
Гц Длина волны |
λ = |
|
x |
2 π |
|
м |
|||||||||||||||||||
|
|
φ |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Угловая |
ω = 2 π ν |
с |
-1 |
Показатель |
n = |
c |
|
|
|
|
1 |
||||||||||||||||
частота |
|
преломления |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
υ |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
Коэффициент |
β = |
|
|
r |
|
|
|
|
с-1 |
Относительный |
n2−1= |
|
υ1 |
= |
n2 |
1 |
|||||||||||
затухания |
2 m |
|
|
|
n1 |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
показатель преломления |
|
|
|
υ2 |
|
|
|
|||||||||||||||||
Логарифмиче- |
|
|
|
|
|
|
At |
|
|
Оптическая длина пути |
L=n l |
|
|
|
|
м |
|||||||||||
ский |
Λ = ln |
|
|
1 |
Оптическая разность хода |
= L1−L2 |
м |
||||||||||||||||||||
декремент |
|
At+T |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Разность фаз |
δ = φ1 – φ2 |
рад |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
Добротность |
|
|
|
|
νр |
|
|
|
Разрешающая способ- |
R = |
|
|
λ |
|
|
|
|
|
|||||||||
колебательной |
Q = |
|
|
1 |
ность дифракционной |
|
|
|
|
|
|
1 |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
ν |
|
|
|
|
λ |
||||||||||||||||||
системы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
решётки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Основные законы и соотношения величин
1. Уравнение гармонических колебаний |
x |
+ ω |
2 |
x = 0 |
, |
|
|||||
|
0 |
||||
|
¨ |
|
|
|
где x – переменная величина, изменяющаяся по гармоническому закону (синуса или косинуса); ω0 – собственная угловая частота, ω0 = 2πν0 = 2π/Т0; ν0 – собственная частота, ν0 = 1/T 0 ; Т0 – период.
2. Мгновенные значения координаты и скорости частицы:
х=хm sin(ω0 t + φ0) и υ =υm cos(ω0 t + φ0),
где хm – амплитуда смещения; υm – амплитуда скорости, υm =хm ω0 ; ω0 t + φ0 = φ – фаза колебаний; φ0 – начальная фаза; t – время.
3.Уравнение гармонических колебаний заряда конденсатора в
колебательном контуре |
q¨ + ω02 q = 0. |
4.Зависимости заряда и силы тока в колебательном контуре от
времени: |
q=Qm sin (ω0 t +φ0) и i=Im cos(ω0 t +φ0). |
26
5. Период собственных колебаний гармонических осцилляторов:
а) груза массы m на пружине жёсткости k |
|
|
|
|
m |
|
|
|
T 0=2 π √k |
; |
|||||||
|
||||||||
б) физического маятника |
T 0=2 |
π √ |
|
J |
|
, |
||
mgd |
||||||||
где J – момент инерции тела, подвешенного в поле тяготения, относительно оси, проходящей через подвес; d – расстояние от оси до центра тяжести; m – масса маятника; g – ускорение свободного падения;
в) колебательного контура |
T 0=2 π √ |
L C |
, |
где L – индуктивность; C – электроёмкость контура. |
|
|
|
6. Энергетические соотношения для гармонических
осцилляторов: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а) груза на пружине |
W мех= П + К = |
k x2 |
|
m υ2 |
|
|
|
k xm2 |
|
m υm2 |
|
|||||
|
|
+ |
|
|
= |
|
|
= |
|
|
|
; |
||||
|
2 |
2 |
|
|
2 |
|
2 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
б) LC-контура |
W эл.м=W эл + W |
|
C u2 |
L i2 |
C U m2 |
|
L I m2 |
|
||||||||
|
м= |
|
|
|
+ |
|
|
= |
|
= |
|
|
. |
|||
|
2 |
|
2 |
|
2 |
2 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
7. Амплитуда A и начальная фаза φ0 результирующего колеба- |
||||||||||||||||
ния при сложении колебаний одного направления |
одинаковой |
|||||||||||||||
частоты: |
|
|
|
|
|
A1 sin φ01 + A2 sin φ02 |
|
|
||||||||
A2= A12 + A22 + 2 A1 A2 cos(φ02−φ01) и tgφ0 |
= |
|
|
. |
||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
A1 cosφ01 + A2 cosφ02 |
|
||||||||||
8. Амплитуда свободных колебаний |
|
|
|
|
|
|
|
A = A e−βt , |
|
|||||||
где A0 – амплитуда в момент t = 0; β=r/(2 m) |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
||||
|
– коэффициент затуха- |
|||||||||||||||
ния; r – коэффициент сопротивления; m – масса колеблющегося тела.
9. Угловая частота свободных колебаний |
ω = √ |
ω02−β2 |
, |
где ω0– собственная угловая частота. |
|
|
|
11. Взаимосвязь логарифмического декремента Λ, коэффициента затухания β и периода колебаний Т Λ = β T .
12. Амплитуда вынужденных колебаний груза массы m на пру-
жине жёсткости k |
A= |
F 0 |
1 |
|
, |
|||
|
|
|
|
|
|
|||
m |
√ |
|
|
|
||||
(ω0 |
2−Ω2)2 + 4β2 Ω2 |
|||||||
где F0 – амплитуда вынуждающей силы F; Ω – угловая частота колебаний величины F = F0·sinΩt; Ω = 2πν; β – коэффициент затухания; 0 = k / m – собственная угловая частота колебаний.
27
13. Добротность колебательной системы |
Q = |
νр |
= |
π |
, |
|
ν |
Λ |
|||||
|
|
|
|
где νр – резонансная частота; Δν – полуширина резонансной кривой; Δν = ν2 – ν1; ν1 и ν2 – частоты вынужденных колебаний, на которых энергия системы в 2 раза меньше, чем при резонансе.
14. |
Закон Ома для участка цепи переменного тока |
I = UZ . |
15. |
Полное сопротивление цепи, содержащей R, L, C-элементы |
|
Z = √( X L− X C)2 + R2 , где R – активное сопротивление участка цепи; X L = ω L – индуктив-
ное сопротивление; X C = 1/(ωC ) – ёмкостное сопротивление; L – индуктивность; C – электроёмкость участка цепи; ω = 2πν – угловая частота; ν – частота переменного тока.
16. Уравнение бегущей волны |
ξ=A cosω(t− |
x |
|||||
υ |
), |
||||||
или ξ=A cos (ωt −k x), или |
ξ=A cos[2π ( |
t |
)−2 π ( |
x |
)], |
||
T |
|
||||||
|
|
|
|
|
λ |
||
где ξ – смещение частиц среды в момент времени t в точке с координатой х; А – амплитуда; T – период; ω – угловая частота; υ – фазовая
скорость волны; λ – длина волны; |
k= |
2 π |
– волновой вектор. |
|||
λ |
||||||
|
|
|
|
λ = υ T . |
||
17. Зависимость длины волны от фазовой скорости |
|
|||||
18. Разность фаз точек волны |
|
|
δ=( |
2 π |
)( x2−x1), |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
λ |
||
где δ = φ1−φ2 – разность фаз; х2 – х1 – геометрическая разность хода. ξ =2 Acos ωυx cosω t ,
или ξ=2 A cos(2 π λx )cos(2π Tt ),
где ξ− смещение частицы среды в момент времени t, в точке с координатой х; λ – длина волны; T – период колебаний; ω – угловая
частота; |
2 A cos |
ωx |
= B(x) |
– амплитуда колебаний частиц среды в |
υ |
стоячей волне; А – амплитуда колебаний во встречных волнах, образующих стоячую волну.
20.Интенсивность волны в упругой среде (плотность потока
энергии, вектор Умова) |
I = ½ A |
ρ ω υ, или I = w∙υ, |
|
|
|
2 |
2 |
где w – объёмная плотность энергии.
28
21. Уровень интенсивности звуковой волны |
L=lg |
I |
, |
|
|||
|
|
I0 |
|
где I – интенсивность звука; I0 = 10-12 Вт/м2 – порог слышимости.
22.Скорость продольных упругих волн в газах в рамках
адиабатной модели |
υ = √ |
|
|
γ RT |
|
|
, |
|||
|
|
|
M |
|
||||||
где γ – показатель адиабаты (для воздуха γ = 1,40); R – молярная |
||||||||||
газовая постоянная; T – температура; M – молярная масса. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
23. Скорость продольных волн в твёрдых телах |
υ = √ |
|
|
, |
||||||
Е /ρ |
||||||||||
где Е – модуль упругости (модуль Юнга); ρ – плотность вещества. |
|
|
|
|
||||||
24. Скорость электромагнитных волн |
υ = |
|
|
|
c |
, |
||||
|
|
|
|
|||||||
√ε μ |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||
где c = 3,00·10 м/с – скорость света в вакууме; ε – диэлектрическая проницаемость: μ– магнитная проницаемость среды.
25. Плотность энергии электромагнитного поля
wэл.м = ½εε0 E2 +½ B2 /(μμ0). 26. Плотность потока энергии электромагнитной волны
(вектор Пойнтинга) |
|
|
S |
=E×H , |
где Е и Н – напряжённости электрической и магнитной составляющей электромагнитного поля соответственно; υ – скорость волны; wэл.м – плотность энергии электромагнитного поля; B = μμ0 H .
27. Интенсивность электромагнитной волны, средняя плотность
потока энергии |
I |
эл.м |
= S = ½ υ ε ε E2 . |
|||
|
|
|
0 0 |
|
||
28. |
Закон преломления |
|
|
n2−1 = |
sin α |
, |
|
|
|
||||
|
n2−1=n2/n1 , или n2−1=υ1 /υ2 |
|
|
|
sin γ |
|
где |
– относительный показатель прелом- |
|||||
ления; υ1 и n1; υ2 и n2 – фазовые скорости и показатели преломления для первой и второй сред соответственно; n = с/υ – показатель преломления среды, в которой скорость света υ; с – скорость света в вакууме; α – угол падения; γ – угол преломления.
F1 = 1d + 1f , где 1/F = D – оптическая сила линзы; F – фокусное расстояние; d – расстояние от предмета до линзы: f – расстояние от линзы до изображения.
29