Общая физика ч. II программа




НазваниеОбщая физика ч. II программа
страница1/5
Дата06.09.2012
Размер0.75 Mb.
ТипПрограмма
  1   2   3   4   5


Федеральное агентство по образованию РФ

Карачаево-Черкесская государственная технологическая академия


Кафедра физики


ОБЩАЯ ФИЗИКА

ч.II

Программа, методические указания и контрольные задания

для студентов – заочников

инженерно – технических специальностей

по курсу «Общая физика»


Черкесск, 2007


УДК _______

ББК ________


Рекомендовано к публикации кафедрой физики,

протокол № ___ от ________________________


Публикуется по решению учебно – методического совета КЧГТА, протокол № ________ от __________________


Составители:

Лафишева Фатима Зулкарнаевна, к.п.н., ст. преподаватель,

Докумова Любовь Шамсудиновна, к.ф-м.н., доцент,

Аркелова Людмила Адамовна, учебный мастер кафедры физики.


Рецензенты:

Тлисова С.М., д.х.н., к.ф-м.н., профессор,

Шидаков Токмак Магометович, к.ф-м.н., доцент.


Редактор: Куршев Оли Ибрагимович, к.ф-м.н., доцент.


Предисловие


Цель настоящего учебно-методического пособия – оказать помощь студентам – заочникам инженерно-технических специальностей высших учебных заведений в изучении курса физики.

Основной учебный материал программы курса в пособии распределен на шесть разделов. В каждом из них даны основные формулы, примеры решения задач, задачи для самостоятельного решения и контрольные задания. Кроме того, в пособии даны общие методические указания, сведения о приближенных вычислениях и некоторые справочные таблицы.

В пособии учтены особенности учебных планов разных специальностей – различие в числе контрольных работ и во времени, отводимом для изучения курса физики. Дана таблица вариантов контрольных работ для студентов, выполняющих шесть контрольных работ.

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Основной формой обучения студента-заочника является само­стоятельная работа над учебным материалом. Для облегчения этой работы кафедры физики вузов организуют чтение лекций, практические занятия и лабораторные работы. Поэтому процесс изучения физики состоит из следующих этапов:

  1. проработка установочных и обзорных лекций;

  2. самостоятельная работа над учебниками и учебными пособиями;

  3. выполнение контрольных работ;

  4. лабораторный практикум;

  5. зачеты и экзамены.

При самостоятельной работе над учебным материалом необходимо:

  1. составлять конспект, записывая в нем законы и формулы, выражающие эти законы, определения основных физических понятий и сущность физических явлений и методов исследования;

  2. изучать курс физики систематически, так как в противном случае материал будет усвоен поверхностно;

  3. пользоваться каким-то одним учебником или учебным пособием (или ограниченным числом пособий), чтобы не утрачивалась логическая связь между отдельными вопросами, по крайней мере внутри какого-то определенного раздела курса.

Контрольные работы позволяют закрепить теоретический материал курса. В процессе изучения физики студент должен выполнить шесть контрольных работ. Решение задач контрольных работ является проверкой степени усвоения студентом теоретического курса, а рецензии на работу помогают ему доработать и правильно освоить различные разделы курса физики. Перед выполнением контрольной работы необходимо внимательно ознакомиться с примерами решения задач по данной контрольной работе, уравнениями и формулами, а также со справочными материалами, приведенными в конце методических указаний.

Шесть контрольных работ, предусмотренные учебными планами для инженерно-технических специальностей, распределены следующим образом: l, 2- физические основы механики, молеку­лярной физики и термодинамики; 3, 4 физические основы электродинамики; 5- волновая оптика, квантовая природа излучения; 6- элементы атомной, ядерной физики и физики твердого тела.

В данное пособие включены 3,4 контрольные работы для инженерно-технических специальностей.

Контрольные работы содержат восемь задач. Вариант задания контрольной работы определяется в соответствии с последней цифрой шифра по таблице для контрольных работ. Если, например, последняя цифра 5, то в контрольных работах студент решает задачи 5, 15, 25, 35, 45, 55, 65, 75.

При выполнении контрольных работ необходимо соблюдать сле­дующие правила:

  1. указывать на титульном листе номер контрольной работы, наименование дисциплины, фамилию и инициалы студента, шифр и домашний адрес;

  2. контрольную работу следует выполнять аккуратно, оставляя поля для замечаний рецензента;

  3. задачу своего варианта переписывать полностью, а заданные физические величины выписать отдельно, при этом все числовые величины должны быть переведены в одну систему единиц;

  4. для пояснения решения задачи там, где это нужно, аккуратно сделать чертеж;

  5. решение задачи и используемые формулы должны сопровождаться пояснениями;

  6. в пояснениях к задаче необходимо указывать те основные законы и формулы, на которых базируется решение данной задачи;

  7. при получении расчетной формулы для решения конкретной задачи приводить ее вывод;

  8. задачу рекомендуется решить сначала в общем виде, т. е. только в буквенных обозначениях, поясняя применяемые при написании формул буквенные обозначения;

  9. вычисления следует проводить с помощью подстановки заданных числовых величин в расчетную формулу. Все необходимые числовые значения величин должны быть выражены в СИ ;

  1. проверить единицы полученных величин по расчетной формуле и тем самым подтвердить ее правильность;

  2. константы физических величин и другие справочные данные выбирать из таблиц;

  3. при вычислениях, по возможности, использовать микрокалькулятор, точность расчета определять числом значащих цифр исходных данных;

  4. в контрольной работе следует указывать учебники и учебные пособия, которые использовались при решении задач.

Контрольные работы, оформленные без соблюдения указанных правил, а также работы, выполненные не по своему варианту, не засчитывают.

При отправлении работы на повторное рецензирование обязательно представлять работу с первой рецензией.

Во время экзаменационно-лабораторных сессий проводятся лабораторные работы. Цель лабораторного практикума - не только изучить те или иные физические явления, убедиться в правильности теоретических выводов, приобрести соответствующие навыки в обращении с физическими приборами, но и более глубоко овладеть теоретическим материалом.

На экзаменах и зачетах в первую очередь выясняется усвоение основных теоретических положений программы и умение творчески применять полученные знания к решению практических задач. Физическую сущность явлений, законов, процессов следует излагать четко и достаточно подробно; решать задачи необходимо без ошибок и уверенно. Любая графическая работа должна быть выполнена аккуратно и четко. Только при выполнении этих условий знания по курсу физики могут быть признаны удовлетворительными.

ПРИМЕРНАЯ СХЕМА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Предложить единую схему решения задач невозможно. Однако можно рекомендовать определенную последовательность их решения.

Приступая к решению задач по какому-либо разделу, необходимо ознакомиться по учебной литературе и данному методическому пособию с конкретными физическими понятиями и соотношениями этого раздела. Разобрать приведенные в пособии примеры решения задач изучаемого раздела.

При решении задач целесообразно придерживаться следующей схемы:

  1. по условию задачи представьте себе физическое явление, о котором идет речь. Сделайте краткую запись условия, выразив исходные данные в единицах СИ;

  2. сделайте, где это необходимо, чертеж, схему или рисунок, поясняющий описанный в задаче процесс;

  3. напишите уравнения или систему уравнений, отображающие физический процесс;

  4. используя чертежи и условие задачи, преобразуйте уравнения так, чтобы в них входили лишь исходные данные и табличные величины;

  5. решив задачу в общем виде, проверьте ответ по равенству размерностей величин, входящих в расчетную формулу;

  6. осуществите вычисления и, получив числовой ответ, оцените его реальность.

Рабочая программа

II. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ

Предмет классической электродинамики. Идея близкодействия. Электрический заряд и напряженность электрического поля. Дискретность заряда.

1. Электростатика

Закон Кулона. Принцип суперпозиции. Электрический диполь. Поток вектора. Электростатическая теорема Гаусса. Работа электростатического поля. Циркуляция электростатического поля. Потенциал. Связь потенциала с напряженностью электростатического поля. Проводник в электростатическом поле. Идеальный проводник. Поверхностная плотность заряда. Граничные условия на границе «проводник - вакуум». Электростатическое поле в полости. Коэффициенты электростатической емкости и электростатической индукции. Емкость конденсаторов различной геометрической конфигурации. Энергия взаимодействия электрических зарядов. Энергия системы заряженных проводников. Энергия конденсатора. Плотность энер­гии электростатического поля.

2. Постоянный электрический ток

Условие существования тока. Законы Ома и Джоуля - Ленца в дифференциальной форме. Сторонние силы. ЭДС гальванического элемента. Закон Ома для участка цепи с гальваническим элементом. Правила Кирхгофа. Электрический ток в сплошной среде.

3. Магнитное поле

Сила Лоренца и сила Ампера. Вектор магнитной индукции. Основные уравнения магнитостатики в вакууме. Магнитное поле простейших систем. Движение заряженной частицы в электрическом и магнитном полях. Виток с током в магнитном поле. Потенциальная энергия витка с током во внешнем магнитном поле. Рамка с током в однородном магнитном поле. Момент сил, действующий на рамку. Индуктивность длинного соленоида. Коэффициент взаимной индукции. Закон Био - Савара. Принцип суперпозиции. Магнитное поле кругового тока. Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца. Магнитная энергия тока. Плотность магнитной энергии. Энергия и силы.

4. Статическое поле в веществе

Плоский конденсатор с диэлектриком. Энергия диполя во внешнем электростатическом поле. Поляризационные заряды, Поляризованность. Неоднородная поляризованность. Электрическое смещение. Основные уравнения электростатики диэлектриков. Граничные условия на границе раздела «диэлектрик - диэлектрик» и «проводник - диэлектрик». Плотность энергии электростатического поля в диэлектрике. Длинный соленоид с магнетиком. Молекулярные токи. Намагниченность. Неоднородная намагниченность. Напряженность магнитного поля. Основные уравнения магнитостатики в веществе. Граничные условия.

5. Уравнения Максвелла

Фарадеевская и максвелловская трактовка явления электромагнитной индукции. Ток смещения. Система уравнений Максвелла в интегральной и дифференциальной формах. Векторный и скалярный потенциалы поля. Скорость распространения электромагнитных возмущений. Волновое уравнение. Плотность энергии. Плотность потока энергии.

6. Принцип относительности в электродинамике

Инвариантность уравнений Максвелла относительно преобразования Лоренца. Релятивистское преобразование полей, зарядов и токов. Относительность магнитных и электрических полей.


7. Квазистационарное электромагнитное поле

Условие малости токов смещения. Токи Фуко. Квазистационарные явления в линейных проводниках. Установление и исчезновение тока в цепи. Генератор переменного тока. Импеданс. Цепи пе­ременного тока. Движение проводника в магнитном поле.

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ

Пояснения к рабочей программе

Изучение электрических и магнитных явлений было в основном проведено в XIX в. Эти явления связаны с особой формой существования материи - электромагнитным полем. Электромагнитные взаимодействия не только объясняют все электромагнитные явления, но и обеспечивают силы, обусловливающие существование вещества на атомном и молекулярном уровнях как единого целого. Важность теории электромагнитного поля связана с тем, что она включает всю оптику, так как свет представляет собой электромагнитное излучение. Основой теории электромагнитного поля является теория Максвелла. Уравнения Максвелла установили тесную связь между электрическими и магнитными явлениями, которые раньше рассматривали как независимые. Максвелл дал определение такому важнейшему понятию физики, как электромагнитное поле.

Изучение основ электродинамики начинается с электрического поля в вакууме. Эта тема является фундаментом раздела, включающего электростатику и постоянный ток. Особое внимание при изучении этого раздела следует обратить на закон сохранения электрического заряда, инвариантность его в теории относительности, на силовую и энергетическую характеристики поля (напряженность, потенциал) и связь между ними. Студент должен уметь применять теорему Остроградского - Гаусса для вычисления напряженности электрических полей и уяснить такие понятия, как поток и циркуляция вектора напряженности поля.

При изучении электрического поля в диэлектриках следует представлять механизм поляризации полярных и неполярных диэлектриков и преимущество вектора электрического смещения перед вектором напряженности для описания электрического поля в неоднородных диэлектриках.

При изучении вопроса об энергии заряженных проводников и конденсаторов студент должен обратить внимание на то, что в рамках электростатики нельзя однозначно решить вопрос о локализации этой энергии. С равным правом можно считать, что энергией обладают как заряженные проводники, так и создаваемое ими электрическое поле.

Изучение темы «Постоянный электрический ток» следует начать с классической электронной теории проводимости металлов, на ее основе рассмотреть законы Ома и Джоуля - Ленца. Четко разгра­ничить такие понятия, как разность потенциалов, электродвижущая сила и электрическое напряжение.

Изучая раздел «Магнитное поле», студент должен уделить особое внимание закону Ампера, знать и уметь применять закон БиоСавара - Лапласа для расчета магнитной индукции или напряженности магнитного поля прямолинейного и кругового токов, а также закон полного тока (циркуляция вектора магнитной индукции) для; расчета магнитного поля тороида и длинного соленоида. При изучении вопроса, связанного с действием магнитного поля на движущиеся заряды, нужно уметь применять силу Лоренца для опреде­ления направления движения заряженных частиц в магнитном поле, представлять себе принцип действия циклических ускорителей заряженных частиц, а также определять работу перемещения проводника и контура с током в магнитном поле.

При изучении явления электромагнитной индукции необходимо усвоить, что механизм возникновения ЭДС индукции имеет электронный характер. Изучив основной закон электромагнитной индукции Фарадея - Максвелла, студент на его основе должен уметь вывести и применять для расчетов формулы электродвижущей силы индукции, энергии магнитного поля.

Изучение магнитных свойств вещества носит в основном опи­сательный характер. Студент при этом должен уяснить, что, исходя из выражения циркуляции вектора магнитной индукции, магнитное поле, в отличие от электрического, является вихревым.

Студенту следует ясно представлять себе физический смысл уравнений Максвелла (в интегральной форме), знать, что переменные электрическое и магнитное поля взаимосвязаны, они поддерживают друг друга и могут существовать независимо. Под энергией электромагнитного поля следует подразумевать сумму энергий электрического и магнитного полей.

Контрольные работы №3,4 представлена набором таких задач, которые помогут студенту проверить свои знания по разделам «Электростатика», «Постоянный ток», «Электромагнетизм». Она включает в себя задачи на определение напряженности и разности потенциа­лов электрического поля, расчет простейших электрических полей с помощью принципа суперпозиции, определение электроемкости и энергии поля конденсаторов, применение законов Ома и Джоуля - Ленца.

Включены задачи на применение закона Био - Савара - Лапласа для расчета магнитной индукции (или напряженности) магнитного поля, создаваемого проводниками с током различной конфигурации, применение принципа суперпозиции при определении индукции или напряженности простейших полей, определение траектории движения заряженной частицы, ее удельного заряда и силы, действующей на движущуюся частицу в магнитном поле, вычисле­ние работы, совершаемой силами как при движении прямолинейного проводника с током, так и при вращении контура с током различной конфигурации в магнитном поле, нахождение намагниченности, энергии и объемной плотности энергии магнитного поля соленоида и тороида.

Основные формулы

Закон Кулона

где q1 и q2 -величины точечных зарядов;

ε0 - электрическая постоянная;

ε - диэлектрическая проницаемость среды;

г-расстояние между зарядами.



Напряженность электрического поля



Напряженность поля:




Точечного заряда



Бесконечно длинной заряженной нити



Равномерно заряженной бесконечной плоскости



Между двумя разноименно заряженными бесконечными плоскостями

где τ-линейная плотность заряда;

σ- поверхностная плотность заряда;

r- расстояние до источника поля.



Электрическое смещение



Работа перемещения заряда в электростатическом поле

где φ1 и φ2 – потенциалы начальной и конечной точек.



Потенциал поля точечного заряда



Связь между потенциалом и напряженностью



Сила притяжения между двумя разноименно заряженными обкладками конденсатора

Где S- площадь пластин



Электроемкость:

Уединенного проводника



Плоского конденсатора



Слоистого конденсатора

где d – расстояние между пластинами конденсатора; di –толщина i-го слоя диэлектрика; εi-его диэлектрическая проницаемость.






Электроемкость батареи конденсаторов, соединенных:




Параллельно



Последовательно



Энергия поля:




Заряженного проводника



Заряженного конденсатора

где V-объем конденсатора



Объемная плотность энергии электрического поля



Сила тока



Закон Ома:

в дифференциальной форме



в интегральной форме

где γ-удельная проводимость; ρ- удельное сопротивление; U-напряжение на концах цепи; R- сопротивление цепи; j-плотность тока.




Закон Джоуля –Ленца:

В дифференциальной форме



В интегральной форме



Сопротивление однородного проводника

где l –длина проводника; S- площадь его поперечного сечения.



Зависимость удельного сопротивления от температуры

Где α-температурный коэффициент сопротивления; t – температура по шкале Цельсия.



Сила Лоренца

Где v- скорость заряда q; В-индукция магнитного поля.



Сила Ампера

где I – сила тока в проводнике; dl-элемент длины проводника

dF=IdlxB

Магнитный момент контура с током

Где S –площадь контура

рm =IS

Механический момент, действующий на контур с током в магнитном поле

М=рmxB

Закон Био –Савара –Лапласа

где μ0- магнитная постоянная;

μ- магнитная проницаемость среды.



Магнитная индукция:

В центре кругового тока



Поля бесконечно длинного прямого тока



Поля, созданного отрезком проводника с током,



Поля бесконечно длинного соленоида

Где R- радиус кругового тока; r- кратчайшее расстояние до оси проводника; n- число витков на единицу длины соленоида;

α1 и α2 – углы между отрезком проводника и линией, соединяющей концы отрезка с точки поля.



Сила взаимодействия двух прямолинейных бесконечно длинных параллельных проводников с током на единицу их длины

где r –расстояние между точками I1 и I2.



Работа по перемещению контура с током в магнитном поле

где Ф-магнитный поток через поверхность контура.



Магнитный поток однородного магнитного поля через площадку S

где α – угол между вектором В и нормалью к площадке.

Ф=ВScosα

Закон электромагнитной индукции

где N – число витков контура.



Потокосцепление контура с током

где L- индуктивность контура.



Электродвижущая сила самоиндукции



Индуктивность соленоида

где V- объем соленоида; n- число витков на единицу длины соленоида.



Мгновенное значение силы тока в цепи, обладающей сопротивлением R и индуктивностью L



Энергия магнитного поля



Объемная плотность энергии магнитного поля


  1   2   3   4   5

Похожие:

Общая физика ч. II программа iconОбщая физика ч. III, IV программа
Программа, методические указания и контрольные задания для студентов заочников инженерно технических специальностей по курсу «Общая...
Общая физика ч. II программа iconКлассическая теория теплоемкости идеального газа. Литератур а к курсу лекций. А. Программа молекулярная физика
А. Программа молекулярная физика. (Рабочая программа курса "Общая физика". Aннотированная. 2002 / 03 уч г. Часть )
Общая физика ч. II программа iconЛекция 01. Литератур а к курсу лекций. А. Программа молекулярная физика
А. Программа молекулярная физика. (Рабочая программа курса "Общая физика". Aннотированная. 2002 / 03 уч г. Часть )
Общая физика ч. II программа iconМетодические указания по общему курсу физики (некоторые вопросы термодинамики). (Спартаков A. A.‚ Толстой Н. A.) Л.‚ 1990
А. Программа молекулярная физика. (Рабочая программа курса "Общая физика". Aннотированная. 2002 / 03 уч г. Часть )
Общая физика ч. II программа iconМетодические указания по общему курсу физики (некоторые вопросы термодинамики). (Спартаков A. A.‚ Толстой Н. A.) Л.‚ 1990
А. Программа молекулярная физика. (Рабочая программа курса "Общая физика". Aннотированная. 2002 / 03 уч г. Часть )
Общая физика ч. II программа iconМетодические указания по общему курсу физики (некоторые вопросы термодинамики). (Спартаков A. A.‚ Толстой Н. A.) Л.‚ 1990
А. Программа молекулярная физика. (Рабочая программа курса "Общая физика". Aннотированная. 2002 / 03 уч г. Часть )
Общая физика ч. II программа iconМетодические указания по общему курсу физики (некоторые вопросы термодинамики). (Спартаков A. A.‚ Толстой Н. A.) Л.‚ 1990
А. Программа молекулярная физика. (Рабочая программа курса "Общая физика". Aннотированная. 2002 / 03 уч г. Часть )
Общая физика ч. II программа iconМетодические указания по общему курсу физики (некоторые вопросы термодинамики). (Спартаков A. A.‚ Толстой Н. A.) Л.‚ 1990
А. Программа молекулярная физика. (Рабочая программа курса "Общая физика". Aннотированная. 2002 / 03 уч г. Часть )
Общая физика ч. II программа iconАктивный, Отп с. посещ., Отп акад с. посещ
Эк (Общая физика, Математический анализ, Культурология, Алгебра, геометрия и теория дифференциальных уравнений), 3 з (Общая физика,...
Общая физика ч. II программа iconОбразовательная программа по предмету «Физика»
Рабочая программа по физике ориентированная на учебники Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б., Сотский Н. Н. «Физика-10» и «Физика 11»
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница