Напиши РПД для электричество и магнетизм

 
Методические указания (пояснительная записка)
 
Рабочая программа дисциплины 
«Общая физика (раздел 
«
Электричество и магнетизм
»
)»
 
Предназначена для студентов дневного отделения 
2
-
го курса,
 
по специальности: _
Физика 
_ 
-
  
010701.65
 
АВТОР: 
кандидат
 
физико
-
математических 
наук, 
доцент
 
С
.И. 
Никитин
 
 
КРАТКАЯ АННОТАЦИЯ:
 
в
 
рамках дисциплины «
Общая физика (
Электричество и ма
г-
нетизм
)
» 
 
систематически 
излагаются 
общие понятия
 
электричества и магнетизма
.
 
1. Требования к уровню подготовки студента, завершившего изучение
 
дисциплины 
“
Электричество и магнетизм
”
 
наименование 
дисциплины
 
Студенты, завершившие изучение данной дисциплины должны:
 
-
 
применять общие законы физики для решения конкретных задач раздела «Электричество и 
магнетизм» и на междисциплинарных границах  данного курса с другими областями знаний;
 
-
пользоваться ос
новными измерительными приборами, используемыми в электричестве и ма
г-
нетизме, ставить и решать простейшие экспериментальные задачи по электричеству и магн
е-
тизму;
 
-
 
строить математические модели явлений, природа которых обусловлен
а законами электр
о-
магнетизма,  использовать для изучения этих моделей доступный им математический аппарат.
2. Объем дисциплины и виды учебной работы (в часах).
 
Форма обучения  
-
 
очная
 
Количество семестров 1
 
Форма контроля:
 
3
 
семестр  
-
 
экзамен
 
 
№ 
Виды
 
учебных занятий
 
 
Количество 
1.
 
 
Всего часов по дисциплине
 
 
200
 
2.
 
 
Самостоятельная работа
 
 
92
 
3.
 
 
Аудиторных занятий
 
 
108
 
 
в том числе    лекций
 
 
54
 
 
семинарских (или лабораторно
-
практических)
 
 
54
 
 
 
 
3. Содержание 
дисциплины.
 
3.1. ТРЕБОВАНИЯ ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО СТАНДАРТА 
К ОБЯЗАТЕЛЬНОМУ МИНИМУМУ СОДЕРЖАНИЯ
 
 
ПРОГРАММЫ
 
 
Индекс
 
 
Наименование дисциплины и ее основные разделы
 
Всего 
часов
 
 
ЕН.Ф.01
.
3
 
Электричество и магнетизм
.
 
Электростатика. Проводники в 
электростатич
е-
ском поле. Диэлектрики в электростатическом п
о-
ле. Постоянный электрический ток. Механизмы 
200
 электропроводности.   Контактные  явления. Ма
г-
нетики. Объяснение диамагнетизма. Объяснение 
парамагнетизма по Ланжевену. Ферромагнетики и 
их основные сво
йства. Электромагнитная инду
к-
ция. Энергия магнитного поля. Электромагнитные 
колебания. Переменный ток. Технические прим
е-
нения переменного тока. Уравнения Максвелла в 
интегральной и дифференциальной форме. Изл
у-
чение электромагнитных волн.
 
 
Примечание: 
Если дисциплина, устанавливается вузом самостоятельно, то в данной табл
и-
це ставится 
прочерк.
 
3.2. СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ
 
 
№ 
п/п
 
 
 
 
Название темы и ее содержание
 
 
Количество 
часов
 
 
 
 
лекции
 
(лаб.
-
практ.) 
занятия
 
 
1
 
Введение. 
 
Электромагнитное 
взаимодействие в природе. П
о-
нятие об электрическом заряде. Свойства электр
и-
ческого заряда, элементарный заряд. Закон сохр
а-
нения электрического заряда
 
2
 
-
 
2
 
Электрическое поле в вакууме.
 
Закон Кулона. Его экспериментальная проверка. 
Опыт Кавендиша. 
Физическое содержание пре
д-
ставления о поле. Напряженность электрического 
поля. Постоянное электрическое поле. Принцип с
у-
перпозиции для электрических полей. Электрост
а-
тическая теорема Гаусса. Потенциальность эле
к-
трического поля. Скалярный потенциал. Нормиро
в-
ка потенциала. Потенциал точечного заряда, сист
е-
мы точечных зарядов и непрерывного распредел
е-
ния зарядов. Электрический диполь. Диполь во 
внешнем постоянном электрическом поле. Расчет 
электростатических полей различными методами.
 
6
 
8
 
3
 
Электростатическое
 
поле в проводниках и вбл
и-
зи них.
 
Проводники. Электростатическое поле при наличии 
проводников. Распределение электрических зар
я-
дов на поверхности проводника. Стекание электр
и-
ческого заряда с проводника. Экранировка эле
к-
трического поля. Потенциал 
проводника. Метод 
электростатических изображений. Сила действу
ю-
щая на проводник во внешнем поле. Электрое
м-
кость. Емкость уединенного проводника. Понятие о 
взаимной емкости. Конденсаторы.
 
4
 
8
 4
 
Электростатическое поле в диэлектриках и 
вблизи них.
 
Поляризац
ия диэлектриков. Поляризуемость. Вл
и-
яние поляризации на электрическое поле. Связа
н-
ные заряды. Электростатическая теорема Гаусса 
при наличии диэлектриков. Электрическое смещ
е-
ние, диэлектрическая проницаемость. Граничные 
условия для электростатического поля.
 
Молекуля
р-
ная картина поляризации диэлектриков. Локальное 
поле. Неполярные диэлектрики. Полярные диэле
к-
трики и зависимость их диэлектрической прониц
а-
емости от температуры. Общие сведения о сегнет
о-
электриках, пьезоэлектриках.
 
6
 
8
 
5
 
Энергия электрического 
поля.
 
Энергия электрического поля. Энергия взаимоде
й-
ствия дискретных зарядов. Энергия взаимодействия 
при непрерывном распределении зарядов. Со
б-
ственная энергия. Объемная плотность энергии. 
Энергия системы зарядов во внешнем поле.
 
2
 
4
 
6
 
Постоянный 
электрический ток.
 
Условия возникновения пост постоянного тока. 
Сторонние электродвижущие силы. Закон Ома. Р
а-
бота и мощность постоянного тока. Закон Джоуля
-
Ленца. Линейные электрические цепи. Правила 
Кирхгофа.
 
2
 
2
 
7
 
Электропроводность металлов.
 
Природа 
носителей тока в металлах. Зависимость 
электропроводности от температуры. Явление 
сверхпроводимости. Классическая теория электр
о-
проводности и ее значение. Зонная теория твердых 
тел. Расщепление энергетических уровней и обр
а-
зование зон. Энергетические зоны 
металлов. Пр
о-
водимость неметаллических твердых тел.
 
4
 
0
 
8
 
Электропроводность полупроводников.
 
Энергетические зоны полупроводника. Собственная и 
примесная проводимость. Доноры и акцепторы. Те
м-
пературная зависимость проводимости полупрово
д-
ника. 
p
-
n
 
переход и его свойства. Контактная разность 
потенциалов. Полупроводниковый диод и транзистор. 
Понятие о микроэлектронике.
 
4
 
 
9
 
Электрический ток в жидкостях и газах.
 
Электролиты. Зависимость проводимости электрол
и-
тов от температуры. Электропроводность 
газов. 
Ионизация газов. Газовые разряды. Плазменное с
о-
стояние вещества. Термоэлектронная эмиссия.
 
2
 
 
10
 
Термоэлектрические явления.
 
ТермоЭДС. Эффекты Пельтье, Зеебека, Томсона.
 
2
 
 
11
 
Стационарное магнитное поле.
 
Взаимодействие токов. Закон Био
-
Савара
-
Лапласа. 
Магнитное поле. Вектор магнитной индукции. Закон 
Ампера. Теорема о циркуляции вектора магнитной 
индукции. Поле элементарного тока. Магнитный м
о-
мент элемента тока. Расчет магнитных полей системы 
4
 
8
 токов. Магнитный момент системы токов. Сила и м
о-
мент
 
сил, действующие  на ток в магнитном поле. 
Магнитный момент во внешнем поле.
 
12
 
Магнитное поле в веществе.
 
Гипотеза Ампера. Механизмы намагничивания. М
о-
лекулярные токи. Напряженность магнитного поля. 
Граничные условия для векторов магнитного поля. 
Диамагнетики и парамагнетики. Природа диамагн
е-
тизма, ларморова прецессия. Зависимость парама
г-
нитной восприимчивости от температуры. Закон К
ю-
ри. Ферромагнетизм. Петля гистерезиса. Зависимость 
ферромагнитных свойств от температуры. Доменная 
структура феррома
гнетика. Антиферромагнетизм. Г
и-
ромагнитные эффекты. Понятие о магнитном рез
о-
нансе.
 
6
 
8
 
13
 
Электромагнитная индукция.
 
Индукция токов в движущихся проводниках. ЭДС 
индукции. Закон электромагнитной индукции. Токи 
Фуко. Самоиндукция. Токи при замыкании и разм
ы-
кании цепи. Энергия магнитного поля контура с т
о-
ком. Плотность энергии магнитного поля. Индукти
в-
ность. Энергия магнетика во внешнем поле. Понятие 
о скин
-
эффекте. Электрические колебания в цепях 
квазистационарного переменного тока. Переменный 
ток. Метод ве
кторных диаграмм. Работа и мощность 
переменного тока. Параллельный и последовательный 
колебательный контур. Резонанс токов и напряжений. 
Фильтры низких и высоких частот. Основные свед
е-
ния о трехфазном токе.
 
6
 
8
 
14
 
Уравнения Максвелла.
 
Вихревое 
электрическое поле. Ток смещения. Система 
уравнений Максвелла в дифференциальной и инт
е-
гральной формах. Вектор Умова
-
Пойтинга. Электр
о-
магнитные волны. Плоские электромагнитные волны. 
Фазовая скорость волны.
 
4
 
 
 
Итого
 
часов
:
 
 
54
 
54
 
 
ОСНОВНАЯ
 
ЛИТЕРАТУРА
 
1.
 
Трофимова Т.И. Курс физики: учебное пособие для вузов. 
-
 
М.: Академия, 2008.
 
–
 
542 с.
 
2.
 
Си
вухин Д.В.
 
Общий курс физики, Т. 3. Электричество
. 
 
–
 
СПб.: Лань, 
2006.
 
–
 
560 с.
 
3.
 
Савельев И.В. 
Курс общей физики, Т. 2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика
. 
–
 
СПб.: Лань,
 
2008.
 
–
 
496 с.
 
 
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
 
ЛИТЕРАТУРА
 
1.
 
Калашников С.Г. 
Электричество
. 
–
 
М.: Физматлит,
 
2004
.
 
–
 
624 с.
 
2. 
Иродов И.Е. 
Электромагнетизм. Основные законы
. 
-
 
 
М.: Бином, 
2006.
 
–
 
320 с.
 
 Приложение 
к программе дисциплины
 
“
Общая физика (раздел 
Электричество и магнетизм
)
”
 
 
ОБРАЗЦЫ 
БИЛЕТ
ОВ
 
К
 
ИТОГОВЫМ 
 
ЭКЗАМЕНАМ
 
 
Билет №1
 
1.
 
Понятие точечного заряда. Закон Кулона. Зависимость силы от расстояния. Зависимость 
силы от величины зарядов.
 
2.
 
Векторный потенциал: определение, калибровка, 
уравнение для векторного потенциала, 
векторный потенциал поля объемных и прямолинейных токов.
 
Билет №2
 
1.
 
Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции. Поле системы точечных 
зарядов. Поле системы распределенных зарядов.
 
2.
 
Классическая теория свободны
х электронов (теория Друде). Число Лоренца.
 
Билет №3
 
1.
 
Теорема Остроградского
-
Гаусса. Поле заряженной поверхности.
 
2.
 
Магнитное поле в веществе: механизмы намагничивания, понятие намагниченности вещ
е-
ства, объемные и поверхностные молекулярные токи, теорема о ци
ркуляции вектора 
намагниченности.
 
Билет №4
 
1.
 
Дивергенция электрического
 
поля. Пограничное условие для нормальных составляющих 
напряженности.
 
2.
 
Напряженность магнитного поля, граничные условия для магнитного поля.
 
Билет №5
 
1.
 
Работа сил электрического поля. 
Теорема Стокса. Пограничное условие для тангенциал
ь-
ных составляющих напряженности.
 
2.
 
Диамагнетизм: ларморова прецессия, диамагнитная восприимчивость.
 
Билет №6
 
1.
 
Теорема Ирншоу
.
 
Потенциал электростатического поля. Уравнения Лапласа и Пуассона.
 
2.
 
Развитие представ
лений о магнетизме. Вектор индукции магнитного поля. Закон Био
-
Савара
-
Лапласа. Закон Ампера.
 
Билет №7
 
1.
 
Электрический диполь и его поле (потенциал, напряженность
,
 
уравнение силовых линий).
 
2.
 
Парамагнетизм.
 
Билет №8
 
1.
 
Сила и момент силы
, 
действующие на диполь во 
внешнем поле.
 
2.
 
Индукция тока в движущихся проводниках. Закон электромагнитной индукции в инт
е-
гральной и дифференциальной формах. Вихревое электрическое поле.
 
 
Билет №9
 
1.
 
Электростатическое поле при наличии проводников: понятие проводника, математич
е-
ская 
формулировка закона сохранения заряда, микроскопическое и макроскопическое п
о-
ле, напряженность поля внутри проводника.
 
2.
 
Термоэлектрические явления.
 
Билет №10
 
1.
 
Электрическое поле вблизи поверхности проводника. Поверхностная плотность заряда на 
искривленных по
верхностях. Проводящие экраны.
 
2.
 
Электрический ток в газах: процессы ионизации и рекомбинации, несамостоятельный ток 
в газах.
 
Билет №11
 
1.
 
Теорема о единственности решения уравнения Лапласа. Метод изображений.
 
2.
 
Понятие об индуктивности и взаимной индукции. Энергия магнитного поля. Плотность 
энергии магнитного поля. 
 Билет №12
 
1.
 
Емкость уединенного проводника. Система проводников: потенциальные и емкостные к
о-
эффициенты. Примеры.
 
2.
 
Сторонние электродвижущие силы. Закон
 
Ома для полной цепи. Правила Кирхгофа для 
цепей постоянного тока.
 
Билет №13
 
1.
 
Понятие о конденсаторе. Примеры вычисления емкостей конденсаторов.
 
2.
 
Преобразования энергии, связанные с поляризацией диэлектрика.
 
Билет №14
 
1.
 
Энергия электростатического 
взаимодействия системы точечных зарядов. Обобщение на 
случай непрерывного распределения зарядов. Примеры: энергия точечного заряда и дип
о-
ля во внешнем поле, непосредственный расчет электростатической энергии заряженного 
конденсатора.
 
2.
 
Теорема о циркуляции в
ектора магнитной индукции (интегральная и дифференциальная 
форма). Теорема о потоке вектора магнитной индукции (интегральная и дифференциал
ь-
ная форма).
 
Билет №15
 
1.
 
Вывод выражения для энергии электростатического поля. Плотность энергии электрост
а-
тического 
поля. Примеры: полная энергия системы двух точечных зарядов, энергия с
и-
стемы проводников.
 
2.
 
Твердотельные диэлектрики. Пьезоэффект (прямой и обратный). Пироэлектричество.
 
Билет №16
 
1.
 
Определение диэлектрика. Его свойства и характеристики: электрический дипольн
ый м
о-
мент молекулы, потенциал поля электронейтральной молекулы, вектор поляризации д
и-
электрика.
 
2.
 
Самостоятельный ток в газах. Теория Таунсенда.
 
Билет №17
 
1.
 
Потенциал электростатического поля при наличии диэлектриков.
 
2.
 
Полупроводники. Собственная и примесная пр
оводимость. Свойства 
p
-
n
 
перехода.
 
Билет №18
 
1.
 
Поляризуемость диэлектрика. Вектор электрического смещения. Граничные условия для 
электрического поля при наличии диэлектриков.
 
2.
 
Магнитное поле элементарного контура с током. Понятие магнитного момента.
 
Билет №19
 
1.
 
Основные уравнения электростатики при наличии диэлектриков. Непосредственный ра
с-
чет поля при наличии однородного диэлектрика.
 
2.
 
Виды разрядов в газах.
 
Билет №20
 
1.
 
Связь между локальным и внешним полем в диэлектрике: микро
-
 
и макроскопические 
значения физическ
их величин, усреднение микроскопического поля в диэлектриках, в
ы-
числение напряженности локального поля (построение Лоренца).
 
2.
 
Сила и момент силы, действующие на магнитный момент в магнитном поле.
 
Билет №21
 
1.
 
Неполярные диэлектрики. Формула Клаузиуса
-
Моссотти.
 
2.
 
Основные особенности металлического состояния. Экспериментальное определение н
о-
сителей тока в металлах. Образование свободных электронов.
 
Билет №22
 
1.
 
Полярные диэлектрики. Теория Ланжевена.
 
2.
 
Работа и мощность переменного тока.
 
Билет №23
 
1.
 
Ферромагнетизм: 
основные свойства ферромагнетиков, обменное взаимодействие, закон 
Кюри
-
Вейсса. Антиферромагнетизм.
 
2.
 
Цепи переменного тока. Емкость в цепи переменного тока. Индуктивность в цепи пер
е-
менного тока.
 Билет №24
 
1.
 
Энергия электростатического поля в диэлектриках.
 
2.
 
Пос
ледовательный колебательный контур.
 
Билет №25
 
1.
 
Сегнетоэлектричество: поляризационная катастрофа, закон Кюри, фазовый
 
переход  в с
е-
гнетоэлектрическое состояние. Антисегнетоэлектрики.
 
2.
 
Закон сохранения энергии для электромагнитного поля. Вектор Умова
-
Пойнтинга
.
 
Билет №26
 
1.
 
Электрическое поле внутри проводника. Плотность тока. Закон Ома. Потенциал поля 
внутри проводника с током. Закон Джоуля
-
Ленца.
 
2.
 
Ток смещения. Система уравнений Максвелла.
 
 Приложение 
к программе дисциплины
 
“
Общая физика (раздел 
Электричество и 
магнетизм
)”
 
 
 
ТЕМЫ КОЛЛОКВИУМОВ
 
 
Знания
 
основных законов, рассматриваемых в «Электричество и магнетизм», и навыки 
по решению задач проверяются на письменных коллоквиумах, посвященных решению задач. 
 
В течение семестра проводится три коллоквиума, в каждом из которых студенту 
дается две 
задачи.
 
Коллоквиум 
№ 
1: 
 
Решение задач по темам 
«Постоянное электрическое поле в вакууме», «Проводники и д
и-
электрики в электрическом поле»
.
 
Коллоквиум №
2: 
 
Решение 
задач по темам по темам «
Электроемкость. Энергия электрического поля», «Эле
к-
трический ток»
.
 
Коллоквиум №3: 
 
Решение задач по теме 
«Постоянное магнитное поле. Магнетики»
, 
«Электромагнитная и
н-
дукция».
 
 
Задания коллоквиумов разрабатываются преподавателем дисц
иплины, ежегодно 
д
о-
полня
ю
тся и уточня
ю
тся
. 
Банк заданий для коллоквиумов приведен в составе учебно
-
методического комплекса.
 
Информация о сроках проведения коллоквиумов доводится до студентов на первой 
(вводной) лекции и содержится в рабочей программе 
дисциплины «Электричество и магн
е-
тизм». Коллоквиумы проводятся после изложения теоретического материала на лекциях, н
е-
обходимого для решения задач коллоквиума, и разбора решения задач по теме коллоквиума 
на практических занятиях по решению задач. Типовые з
адачи из банка данных заданий ко
н-
трольных работ разбираются во время практических аудиторных занятий по решению задач.