(часть 2) - Дальневосточный федеральный университет

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ФИЛИАЛ ДВФУ В Г.УССУРИЙСКЕ
«УТВЕРЖДАЮ»
Заведующий кафедрой
математики, физики и методики преподавания
______________ Горностаев О.М.
20 сентября 2011 г.
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ
Электромагнитное поле в веществе ( часть 2 )
Специальность - 050203.65 Физика с дополнительной специальностью 050202.65 Информатика
Форма подготовки очная
Кафедра математики, физики и методики преподавания
курс 5, семестр 10
лекции 22 час.
практические занятия 16 час.
лабораторные работы 0 час.
всего часов аудиторной нагрузки 38 час.
самостоятельная работа 38 час.
реферативные работы 0
контрольные работы 1
зачет 10 семестр
экзамен – семестр
Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями Государственного
образовательного стандарта высшего профессионального образования (номер государственной регистрации
№694 пед/ сп (новый) от 31 января 2005 г.)
Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры математики, физики и
методики преподавания 20. 09. 2011 г., протокол № 1.
Заведующий кафедрой:
Составитель – доцент
Горностаев О.М.,
Полещук В.А.
20. 09. 2011 г.
Содержание комплекса:
1.
2.
3.
4.
5
Аннотация
Рабочая учебная программа дисциплины (РУПД)
Учебно-методическое обеспечение дисциплины
Карта обеспеченности литературой по дисциплине
Список имеющихся демонстрационных, раздаточных материалов,
оборудования, компьютерных программ
2
3
4
13
14
14
1. Аннотация
Данная учебная программа реализуется в объеме 76 часов.
Она включает в себя теоретический, практический и контрольный учебные
разделы.
Теоретический материал представлен в виде лекционного курса по темам:
элементы математической теории поля, уравнения Максвелла для электромагнитного поля
в вакууме, уравнения Максвелла-Лоренца для микрополей, уравнения Максвелла для
электромагнитного поля в веществе, энергия электромагнитного поля, электромагнитные
волны.
В практический раздел включены темы из теоретического раздела, в котором
предусмотрены практические занятия. В контрольный раздел включены вопросы к зачету
для итогового контроля.
Студент должен знать основы теоретической физики и владеть умениями и
применить эти знания для выполнения практических заданий.
Связь с другими дисциплинами: основы практической физики, избранные вопросы
высшей математики.
Специальность - 050203.65 Физика с дополнительной специальностью
информатика.
3
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ФИЛИАЛ ДВФУ В Г.УССУРИЙСКЕ
«УТВЕРЖДАЮ»
Заведующий кафедрой
математики, физики и методики преподавания
______________ Горностаев О.М.
20 сентября 2011 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Электромагнитное поле в веществе (часть 2)
Специальность - 050203.65 Физика с дополнительной специальностью 050202.65 Информатика
Форма подготовки очная
Кафедра математики, физики и методики преподавания
курс 5, семестр 10
лекции – 22 час.
практические занятия – 16 час.
лабораторные работы - 0 час.
всего часов аудиторной нагрузки - 38 час.
самостоятельная работа – 38 час.
реферативные работы контрольные работы - 1
зачет – 10 семестр
экзамен –
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями Государственного образовательного
стандарта высшего профессионального образования (номер государственной регистрации №694 пед/ сп
(новый) от 31 января 2005 г.)
Рабочая программа дисциплины обсуждена на заседании кафедры математики, физики и методики
преподавания 20. 09. 2011 г., протокол № 1.
Заведующий кафедрой:
Составитель – доцент
Горностаев О.М.,
Полещук В.А.
4
20. 09. 2011 г.
Содержание
1. Пояснительная записка
3
2. Тематический план дисциплины
4
3. Содержание учебного материала по всем видам аудиторной работы
5
4. Требования к знаниям и умениям студентов
9
5. Формы контроля……………………………………………………………………………..10
6. Список литературы (основная, дополнительная)
11
5
1. Пояснительная записка
Современные представления об электромагнитном поле возникли в результате
длительной эволюции научных знаний о природе электрических и световых явлений.
В теории Максвелла электромагнитные свойства вещества учитывались. В 1895 году
Лоренц в электронной теории синтезирует идеи теории поля с представлениями о
дискретности электрических зарядов. И хотя электронная теория Лоренца оказалась
ограниченной в силу отсутствия в ней неизвестных тогда квантовых положений, анализ
особенностей электромагнитного поля в веществе на основания взаимодействия зарядов
вещества с полем является крупным эвристическим шагом вперед.
В настоящее время в связи с уменьшением количества часов, отведенных на
изучение теоретической электродинамики в основном курсе, целесообразным является
разработка спецкурса «Электромагнитное поле в веществе».
Целью данного спецкурса является углубление знаний студентов по данному
вопросу. На данный спецкурс отводится 76 часов.
Из них на лекции – 22 часа, практические занятия – 16 часов, на самостоятельную
работу – 38 часов.
После изучения данного спецкурса предусмотрен зачет
6
2. Тематический план дисциплины
7
Самостоятельная работа
Трудоемкость
(всего час)
Элементы математической теории поля.
Итого по дисциплине
Практические
занятия
Электростатическое поле в вакууме. Точечный
заряд. Закон Кулона. Напряженность поля. Принцип суперпозиций полей. Поток
вектора напряженности. Теорема Гаусса.
Электростатическое поле в вакууме. Потенциал.
Эквипотенциальные поверхности.
Связь потенциала с напряженностью поля. Диполь
в электрическом поле.
Проводник
в
электростатическом
поле.
Электроемкость. Емкость уединенного проводника. Конденсаторы. Емкость конденсатора.
Электрическое поле в диэлектрике. Вектор
электрического смещения. Диэлектрическая проницаемость. Теореме Гаусса для вектора
электрического смещения.
Постоянный электрический ток. Закон Ома для
однородного участка цепи. Сторонние силы. Электродвижущая сила источника
тока. Закон Ома для неоднородного участка цепи.
Сопротивление и проводимость проводников.
Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа.
Магнитное
поле
в
вакууме.
Сила
Лоренца.Магнитная индукция. Принцип суперпозиции магнитных полей. Закон Био-СавараЛапласа. Циркуляция вектора В. Закон Ампера.
Движение заряженной частицы в однородном
магнитном поле. Отклонение движущихся заряженных частиц в электрических и
магнитных полях.
Магнитное поле в веществе. Циркуляция вектора Н
в веществе. Напряженность
магнитного поля. Магнитная восприимчивость.
Магнитная проницаемость. Ферромагнетизм.
Электрические колебания. Формула Томсона.
Затухающие колебания. Напряжение
на конденсаторе и ток в контуре. Вынужденные
электромагнитные колебания. Резонанс.
Лекции
Наименование модулей, разделов, тем
Всего
Аудиторная работа
4
2
2
4
8
4
2
2
4
8
4
2
2
4
8
4
2
2
4
8
4
2
2
4
8
4
2
2
4
8
4
2
2
4
8
6
4
2
6
12
4
4
4
8
38
22
38
76
16
3. Содержание учебного материала
3.1 Лекции, 10 семестр, 22 часа
№
Тема
Содержание
Количест
во часов
Ауд
1.
2.
3.
4.
Электростатическое
поле
в
вакууме.
Точечный заряд. Закон
Кулона. Напряженность поля. Принцип
суперпозиций
полей.
Поток
вектора
напряженности.
Теорема Гаусса.
Электростатическое
поле
в
вакууме.
Потенциал.
Эквипотенциальные
поверхности.
Связь потенциала с
напряженностью поля.
Диполь в электрическом
поле.
Проводник
в
электростатическом
поле. Электроемкость.
Емкость
уединенного
проводника. Конденсаторы.
Емкость конденсатора.
Электрическое поле в
диэлектрике.
Вектор
электрического
смещения. Диэлектрическая проницаемость.
1. Основные понятия
векторной алгебры.
2. Скалярные поля.
3. Векторные поля. Их
классификация.
4. Операторы и вторые
производные в теории поля.
1. Уравнения Максвелла в
дифференциальной форме в
вакууме. Их физический
смысл.
2. Уравнения Максвелла в
интегральной форме.
3. Переход из одной формы в
другую.
1. Электрическое поле в
диэлектрике.
2. Качественная теория
поляризации или диэлектриков
1. Магнитные моменты
электронов и атомов.
2. Уравнения Максвелла–
Лоренца для
СРС
Самостоятельная работа
студентов
Оборудование
1. Тензоры и их свойства
2. Теорема Гаусса
2
2
3. Теорема Стокса
2
2
2
2
1. Диполь
2. Полярные и неполярные
молекулы
Понятие о диа, пара,
ферромагнетиках
2
2
8
Уравнения Максвелла для
электромагнитного поля на
экране
5.
6.
7.
8.
Теореме Гаусса для
вектора электрического
смещения.
Постоянный
электрический
ток.
Закон
Ома
для
однородного
участка
цепи. Сторонние
силы.
Электродвижущая сила
источника тока. Закон
Ома для неоднородного
участка цепи.
Сопротивление
и
проводимость
проводников.
Разветвленные
цепи.
Правила Кирхгофа.
Магнитное
поле
в
вакууме.
Сила
Лоренца.Магнитная
индукция.
Принцип
суперпозиции магнитных полей.
Закон
Био-СавараЛапласа.
Циркуляция
вектора
В.
Закон
Ампера.
Движение заряженной
частицы в однородном
магнитном
поле.
Отклонение движущихся
заряженных
частиц в электрических
и магнитных полях.
микроскопических полей
1. Связанные заряды.
2. Связь между векторами
  
Е, D, P.
3. Усреднение уравнений
Максвелла–Лоренца в
магнетиках
4. Связь между векторами
  
Н , В, I .
1.Уравнения Максвелла в
дифференциальной форме
2.Уравнения Максвелла в
интегральной форме
3.Переход из одной формы в
другую
2
2
Повторить тему «Уравнения
Максвелла для
электромагнитного поля в
вакууме»
2
2

1.Поведение векторов D и
E на границе двух
диэлектриков.

2.Поведения векторов B и

H на границе двух
магнетиков.
в 1.Электромагнитные
Магнитное
поле
веществе. Циркуляция
Теоремы о среднем

Повторить связь между D и
  
E и Bи H .
2
2
2
2
9
Дифференциальные уравнения
9.
вектора Н в веществе. потенциалы.
Напряженность
2.Уравнения Даламбера.
магнитного
поля.
Магнитная
восприимчивость.
Магнитная
проницаемость.
Ферромагнетизм.
Электрические
1.Энергия поля в веществе.
колебания.
Формула 2.Закон сохранения энергии.
Томсона. Затухающие 3.Импульс
колебания. Напряжение электромагнитного поля.
на конденсаторе и ток в 4.Вектор Унова–Пойнтинга.
контуре. Вынужденные
5.Закон сохранения
электромагнитные
импульса.
колебания. Резонанс.
Элементы
математической
теории поля.
Электромагнитные
волны в веществе
10.
Электромагнитная
природа света
11
Итого
1.Уравнения Максвелла и
образование электромагнитных
волн.
2.Плоские
монохроматические волны.
3.Свойства плоской
электромагнитной волны.
1.Свет – электромагнитные
волны.
2.Принцип Гюйгенса
Френеля.
3.Геометрическая оптика как
предельный случай
волновой.
Даламбера
Энергия поля плоского
конденсатора. Энергия
магнитного поля проводника
2
2
Повторить элементы
векторной алгебры
2
2
Развитие взглядов на природу
света
2
2
22
22
10
3.2 Практические занятия, 10 семестр, 16 часов
Тема
1.
2.
3.
Уравнения Максвелла для
электромагнитного поля в
вакууме и вещества в
дифференциальной и
интегральной форме.
(семинар)
Уравнения Максвелла доля поля в
веществе.
Граничные условия.
Содержание
1.Уравнения Максвелла в вакууме в
дифференциальной форме. Физический смысл
каждого уравнения.
2.Переход к интегральной форме.
3.Те же вопросы для вещества.
4.Свойства уравнений Максвелла.
Решение задач.
Количеств
Самостоятельная
о часов
работа студентов
Ауд. Срс.
Подготовка к
семинару
2
2
2
2
Решение задач.
2
4.
5.
6.
7.
Энергия электромагнитного поля.
Закон сохранения энергии для
электромагнитного поля.
Электромагнитные волны в
веществе (семинар).
Электромагнитные волны в
веществе.
Электромагнитная природа света
и подготовка к контрольной
работе.
8.
Контрольная работа.
2
Решение задач.
1.Волновое уравнение и его решения.
2.Уравнения Максвелла и образование
электромагнитных волн.
3.Уравнение плоской монохроматической
волны.
4.Свойства плоской электромагнитной волны.
Решение задач.
2
2
2
2
2
2
16
16
Д/з 1.
Подгот. Теорию
по данной темеД/з
2.
Д/з 3.
Итого
11
-
Тексты
задач
Тексты
задач.
Тексты
задач.
Подготовка к
семинару.
-
Повторить теорию
по данной теме.
Тексты
задач.
Тексты
задач.
Подготовиться к
к\р.
Тексты
вариантов
для к\р
Решение задач
1.Ответить на теоретические вопросы.
2.Решить задачу.
Оборудо
вание
4. Требования к знаниям и умениям студентов
После изучения спецкурса «Электромагнитное поле в веществе» ( часть 2) студенты
5 курса специальности «Физика с дополнительной специальностью Информатика»
должны знать теорию по следующим вопросам:
- Уравнения Максвелла в дифференциальной и интегральной формах для
электромагнитного поля в вакууме и веществе.
- уравнения Максвелла-Лоренца для микрополей.
- уравнения для электромагнитного поля в потенциалах.
- уравнения Даламбера.
- энергия и импульс электромагнитного поля в веществе.
- граничные условия для векторов электромагнитного поля.
- уравнение электромагнитной волны в веществе.
- электромагнитная природа света.
Требования к умениям студентов:
- уметь перевести уравнения Максвелла из дифференциальной в интегральную и
обратно.
- уметь сделать все необходимые математические выкладки в тех вопросах, где это
необходимо.
- уметь применить теоретический материал к решению задач.
12
5. Формы контроля
Формы рубежного контроля: домашние задания, тесты и одна контрольная работа,
включающая в себя теоретические и практические задания.
Контрольные вопросы для текущего, промежуточного и рубежного контроля
Электростатика
1. Сформулируйте закон сохранения заряда.
2. Напишите закон Кулона в векторном виде.
3. Какие поля называются электростатическими?
3. Как определяется напряженность электрического поля?
4. Сформулируйте принцип суперпозиции электрических полей.
5.Запишите формулы для напряженности электрического поля, создаваемого точечным
зарядом, диполем, равномерно заряженной плоскостью, сферой, шаром.
6. Сформулируйте теорему Остроградского-Гаусса. Докажите ее на примере точечного
заряда.
7. Напишите закон Кулона в дифференциальной форме.
8. Каково условие потенциальности силового поля?
9. Как связана работа по перемещению заряда в электростатическом поле с
напряженностью и потенциалом поля?
10. Какова связь между потенциалом и напряженностью электростатического поля?
11. Каковы напряженность и потенциал электростатического поля, создаваемого
заряженным проводником, а также распределение заряда внутри и на его поверхности?
12. На чем основана электростатическая защита?
13. Дайте определение электроемкости уединенного проводника. От чего она зависит?
14. Дайте определение взаимной емкости двух проводников. От чего она зависит?
15. Что происходит с неполярными молекулами диэлектрика во внешнем электрическом
поле?
13
16. Как действует электрическое поле на жесткий диполь?
17. В чем состоит различие между поляризацией диэлектриков с полярными и
неполярными молекулами?
18. Каков физический смысл вектора поляризованности?
19. Как определяется вектор электрического смещения? Зачем он вводится?
20. Найдите связь между векторами электрического смещения, напряженности
электрического поля и поляризации?
21. Чем отличаются сегнетоэлектрики от прочих диэлектриков?
22. Докажите, что электростатическое поле обладает энергией и найдите выражение для
ее объемной плотности.
Постоянный электрический ток
23. Какие силы, действующие в электрических цепях, называются сторонними?
24. Запишите закон Ома для участка цепи, замкнутой цепи. Каков его физический смысл?
25. Сформулируйте правила Кирхгофа. На основе каих законов они выводятся?
Механизмы электропроводности
26. Дайте определение силы тока, плотности тока.
27. Какие гипотезы положены в основу классической теории электронной проводимости
металлов?
28. Выведите на основе электронной теории проводимости металлов закон Ома для
плотности тока и закон Джоуля-Ленца для плотности тепловой мощности тока.
29. Каковы затруднения классической электронной теории проводимости металлов?
30. Как, согласно квантовой теории, распределены электроны проводимости металлов при
Т = 0 К ? Как изменяется это распределение при повышении температуры?
14
31. Как квантовая теория разрешает противоречия между экспериментальными
результатами и результатами классической теории электропроводности металлов?
32. В чем различие энергетических состояний электронов в кристалле и в изолированном
атоме? Какие энергетические зоны называются разрешенными и какие
запрещенными?
33. В чем состоит отличие металлов от диэлектриков согласно зонной теории?
34. Какие вещества называются полупроводниками? Как объясняются их электрические
свойства зонной теорией?
35. Как влияют примеси на электропроводность полупроводников? Объясните, как
возникают примесные электронная и дырочная проводимости полупроводников?
36. С помощью зонной теории поясните электрические свойства контактов двух металлов
и металла с полупроводником.
37. Как объяснить выпрямляющее действие полупроводникового диода?
38. Сформулируйте законы Фарадея для электролиза. Какие выводы из них можно сделать
относительно зарядов ионов?
39. выведите закон Ома для плотности тока в электролите.
40. Как зависит удельное сопротивление электролитов от температуры и концентрации?
41. В чем состоит явление термоэлектронной эмиссии?
42. Что называется работой выхода электрона из металла? Чем она обусловлена и от чего
зависит?
43. Объясните зависимость термоэлектронного тока от анодного напряжения.
Стационарное магнитное поле
44. Запишите закон Био-Савара-Лапласа в векторной форме.
45. Запишите выражение для магнитного момента, создаваемого плоским контуром тока.
По какому правилу определяется направление этого момента? Имеет ли это правило
15
отношение к закону Био-Савара-Лапласа?
46. Запишите формулу для магнитной индукции, создаваемой движущимся со скоростью
относительно инерциальной системы отсчета зарядом Q.
47. Запишите закон полного тока для стационарного магнитного поля в интегральной и
дифференциальной формах. В каком случае магнитное поле с индукцией имеет
потенциальный характер?
48. Каким образом можно осуществить экранирование магнитного поля?
49. Как действуют на покоящийся замкнутый контур с током однородное и неоднородное
магнитные поля?
50. Найдите выражение для работы, совершаемой силами магнитного поля при
перемещении проводника с током, контура с током. через изменение магнитного
потока.
51. Запишите в векторном виде выражение для силы, с которой магнитное поле действует
на движущийся со скоростью электрический заряд Q.
52. Объясните, как направлены силы взаимодействия между параллельными токами на
основе взаимодействия между движущимися зарядами.
53. В чем состоит эффект Холла и как он объясняется?
54. Как с помощью эффекта Холла можно определить тип примесной проводимости
полупроводника?
Магнитное поле в веществе
55. Как действует внешнее магнитное поле на орбитальный магнитный момент электрона
в атоме?
56. Какие вещества называются диамагнитными? Что происходит с диамагнетиком при
его внесении в магнитное поле?
16
57. Какие вещества называются парамагнетиками? Что происходит с парамагнетиком при
его внесении в магнитное поле?
58. Дайте определение вектора намагниченности. Как он связан с напряженностью
магнитного поля?
59. Чем различаются магнитные свойства диа- и парамагнетиков?
60. Какие опыты подтверждают доменную структуру ферромагнетиков?
61. В чем состоял опыт Эйнштейна-де Газа и каково его значение для выяснения природы
ферромагнетизма?
Электромагнитная индукция
62. В чем состоит явление электромагнитной индукции? Опишите опыты Фарадея.
63. Сформулируйте закон Фарадея и правило Ленца.
64.Покажите, что основной закон электромагнитной индукции можно вывести из закона
сохранения энергии.
65. Как доказать, что электрическое поле, возбуждаемое магнитным полем, является
вихревым?
66. Найдите выражение для э.д.с. индукции и индукционного тока в плоском витке,
равномерно вращающемся в однородном магнитном поле.
67. Что представляют собой вихревые токи? Какие практические применения они
находят? Каковы способы борьбы с ними?
68. В чем состоят явления самоиндукции и взаимоиндукции? Напишите выражения для
э.д.с. индукции в обоих случаях. Что называется индуктивностью проводящего
контура и взаимной индуктивностью двух контуров?
69. Найдите взаимную индуктивность обмоток трансформатора и поясните принцип его
работы .
70. Покажите, что магнитное поле обладает энергией и найдите выражение для объемной
плотности энергии магнитного и электромагнитного полей.
17
Цепи квазистационарного переменного тока
71. Какие токи называются квазистационарными?
72. Какие физические приближения делаются при анализе цепей переменного тока?
73. В чем заключается метод комплексных амплитуд для расчета цепей синусоидальных
токов? Как на этой основе строятся векторные диаграммы токов и напряжений?
75. Как строится векторная диаграмма токов и напряжений для последовательной
RCL – цепи? Запишите закон Ома для этого случая.
76. Как записывается закон Ома и проавила Кирхгофа для гармонических токов в
комплексной форме?
77. Выведите выражения для работы и мощности в цепях переменного тока. Что
называется коэффициентом мощности?
78. Опишите процессы, происходящие при свободных электромагнитных колебаниях в
колебательном контуре. Как найти период этих колебаний?
79. В чем состоит явление резонанса в колебательном контуре? Как выглядят резонансные
кривые для контуров, отличающихся только величинами их активных сопротивлений?
80. От каких параметров колебательного контура зависит резонансная частота?
Уравнения Максвелла
81. В чем состоит обобщение закона электромагнитной индукции, сделанное
Максвеллом?
82. Что называется током смещения? Каково его магнитное действие и как его можно
обнаружить?
83. Напишите выражение закона полного тока с учетом тока смещения.
84. Напишите полную систему уравнений Максвелла. Какие законы электромагнетизма
соответствуют каждому из этих уравнений?
18
Излучение электромагнитных волн
85. Найдите выражение для плоской электромагнитной волны, исходя из уравнений
Максвелла.
86. Какое обстоятельство навело Максвелла на мысль об электромагнитной природе
света?
87. Что такое плотность потока энергии волны? От чего она зависит и каков ее
физический смысл?
88. Как распространяется электромагнитная энергия по линии электропередач?
Примеры контрольных задач
1. Находящийся в вакууме очень тонкий прямой стержень длины 2а заряжен с
постоянной линейной плотностью λ . Для точек, лежащих на прямой,
перпендикулярной оси стержня и проходящей через его середину, найти модуль
напряженности поля Е как функцию расстояния r0 от центра стержня. Исследовать
случай .
2. Найти потенциал и напряженность электрического поля в центре полусферы
радиуса R, заряженной равномерно с поверхностной плотностью σ .
3. Точечный диполь с электрическим моментом , ориентированный в положительном
направлении оси z, находится в начале координат. Найти проекции напряженности
электрического поля и на плоскость, перпендикулярную оси z в точке S.
4. Длинный цилиндр круглого сечения из однородного диэлектрика с
проницаемостью ε поместили в однородное поле с напряженностью . Ось цилиндра
совпадает с направлением . Определить напряженность электрического поля
вблизи (внутри и вне цилиндра) и поляризованность диэлектрика.
5. Проводник произвольной формы, имеющий заряд q = 2,5 мкКл, окружен
однородным диэлектриком с проницаемостью ε = 5,0 (см. рис.). Найти суммарные
поверхностные связанные заряды на внутренней и наружной поверхностях
диэлектрика.
6. Показать, что на границе однородного диэлектрика с проводником поверхностная
плотность связанных зарядов , где ε – относительная диэлектрическая
проницаемость, σ – поверхностная плотность зарядов на проводнике.
7. Конденсатор емкости С = 300 пФ подключается через сопротивление R = 500 Ом к
источнику постоянного напряжения U0 . Определить время t, по истечению
которого напряжение на конденсаторе U составляет 0,99U0 .
8. Пространство между электродами сферического конденсатора радиусами R1 и R2
заполнено средой с удельным сопротивлением . Какое количество тепла будет
выделяться в единицу времени, если между электродами конденсатора
поддерживается постоянная разность потенциалов V.
9. На железном сердечнике в виде тора со средним радиусом R = 250 мм имеется
обмотка с общим числом витков N = 1000. В сердечнике сделана поперечная
19
прорезь шириной b = 1 мм (см. рис. предыдущей задачи). При токе J = 0,85 A через
обмотку индукция магнитного поля в зазоре В = 0,75 Тл. Найти магнитную
проницаемость железа.
10. Колебательный контур состоит из конденсатора С = 4 мкФ, катушки
индуктивности L = мГн и активного сопротивления R = 10 Ом. Найти отношение
энергии магнитного поля катушки к энергии электрического поля конденсатора в
момент максимума тока.
11. Непроводящая сфера радиуса R = 50 мм, заряженная равномерно с поверхностной
плотностью σ = 10,0 мкКл/м2, вращается с угловой скоростью ω = 70 рад/с вокруг
оси, проходящей через центр. Найти магнитную индукцию в центре сферы.
12. Пространство между обкладками плоского конденсатора, имеющими форму
круглого диска, заполнено однородной слабопроводящей средой с удельной
проводимостью σ и диэлектрической проницаемостью ε. Расстояние между
обкладками d. Пренебрегая краевыми эффектами, найти напряженность
магнитного поля между обкладками на расстоянии r от оси, если на конденсатор
подано переменное напряжение U = Um cos ωt
13. Рамка площадью S содержит N витков провода сопротивлением R1. К концам
обмотки подключено внешнее сопротивление R2. Рамка равномерно вращается в
однородном магнитном поле индукции В с угловой скоростью ω. Определить
максимальную мощность переменного тока в цепи.
14. Конденсатор емкости С, пространство между обкладками которого заполнено
слабо проводящей средой с активным сопротивлением R, подключили к источнику
переменного напряжения U = Um cos ωt. Найти установившийся ток в подводящих
проводах в зависимости от времени. Сопротивлением проводов пренебречь.
15. В колебательном контуре с емкостью С = 10 мкФ, индуктивностью L= 25 м Гн и
активным сопротивлением R = 1 Ом возникают свободные колебания. Через
сколько колебаний амплитуда тока в этом контуре уменьшится в е раз?
16. Катушка, имеющая индуктивность L = 0,3 Гн и сопротивление R = 100 Ом,
включена в цепь 50 – периодного тока с эффективным напряжением Vэфф.= 120 В .
Определите выделяемую в цепи мощность.
17. По прямому проводнику круглого сечения течет постоянный ток J. Найти поток
вектора Пойтинга через боковую поверхность участка данного проводника,
имеющего сопротивление R .
18. Заряженная частица движется вдоль оси y по закону , а точка наблюдения Р
находится на оси х на расстоянии L от частицы (L >> a). Найти отношение
плотностей потока электромагнитного излучения в точке Р в моменты, когда
координата частицы y1 = 0 и y2 = a. Вычислить это отношение, если ω = 3,3·106 с-1
и L = 190 м.
19. Ток, текущий по длинному прямому соленоиду, радиус сечения которого R,
меняют так, что магнитное поле внутри соленоида возрастает по закону B = βt2, где
β – постоянная. Найти плотность тока смещения как функцию расстояния r от оси
соленоида.
Итоговый контроль
(Зачет)
Вопросы к зачету:
1. Электроизмерительные приборы.
2. Изучение электронного осциллографа.
20
3. Исследование температурной зависимости электропроводности металла и
полупроводника.
4. Определение отношения заряда электрона к его массе методом магнетрона
5. Определение работы выхода электронов из металла.
6. Изучение магнитного поля соленоида с помощью датчика Холла.
7. Изучение свойств ферромагнетиков осциллографическим методом.
8. Изучение процесса зарядки и разрядки конденсатора.
9. Изучение явления взаимной индукции.
10. Изучение релаксационных колебаний.
11. Изучение электрических колебаний в связанных контурах.
12. Исследование затухающих колебаний в колебательном контуре.
13. Изучение вынужденных колебаний в колебательном контуре.
6. Список литературы
Основная
1. Матвеев, А.Н. Электричество и магнетизм / А.Н. Матвеев. – СПб.: Лань, 2010. – 455
с.
2. Парселл, Э. Электричество и магнетизм / Э. Парселл. – СПб.: Лань, 2010. – 329 с.
Дополнительная
1. Мултановский, В.В. Курс теоретической физики. Классическая электродинамика /
В.В. Мултановский, А.С. Василевский. - М.: Просвещение, 1990. – 453 с.
2. Наумов, А.И. Электродинамика / А.И. Наумов. - М.: Прометей, МГПИ им. В.И.
Ленина, 1989. 3. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория поля. М.: Наука, 1967.
4. Несис Е.И. Методы математической физики». М.: Просвещение, 1977.
Электронные информационные образовательные ресурсы
1. http://znanium.com/bookread.php?book=363421 Физика твердого тела: Учебное
пособие / Ю.А. Стрекалов, Н.А. Тенякова. - М.: ИЦ РИОР: НИЦ Инфра-М, 2013. 307 с
http://znanium.com/bookread.php?book=377097
Физика: Лабораторный практикум:
Учебное пособие / В.Г. Хавруняк. - М.: НИЦ Инфра-М, 2013. - 142 с
21
4. Карта обеспеченности литературой по дисциплине
Сведения об обеспеченности образовательного процесса
учебной литературой или иными информационными ресурсами
Электромагнитное поле в веществе
Наименование
дисциплин,
входящих в
образовательную
программу
Электромагнитное
поле в веществе
(часть 2)
Количество Автор, название, место издания, издательство, год
экземпляров издания учебной литературы, вид и характеристика
в
иных информационных ресурсов
библиотеке
8
4
5
5
10
1. Мултановский В.В., Василевский А.С.
Курс
теоретической
физики:
классическая
электродинамика: учебное пособие для студентов
физико-математических
факультетов
педагогических институтов.
М.: Просвещение, 1990, - 272 с.
2. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория поля. М.:
Наука, 1967.
3. Несис Е.И. Методы математической физики.
М.: просвещение, 1977.
4. Алексеев А.И. Сборник задач по классической
электродинамике. М.: Наука, 1977.
5. Иродов И.Е. Задачи по общей физике. Учебное
пособие для студентов вузов. М.: Наука, 1979.
22
Список имеющихся демонстрационных, раздаточных материалов,
оборудования, компьютерных программ и т.д.
1. Плакаты.
2..Тестовые задания.
3. Варианты контрольных работ на карточках
23