электричество и магнетизм 020201 65 фпх by VyatGGU

Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с ФГОС ВПО по специальности 020201.65 Фундаментальная и прикладная химия утвержденным Приказом Министерства образования и науки Российской Федерации 24.12.2010 г., регистрационный № 2061

Учебно-методический комплекс разработан: В. И. Жаворонковым, д-ром техн. наук, профессором кафедры физики и методики обучения физике ВятГГУ.

Рецензент: Ю.Н. Редкин, канд.физ-мат.наук, доцент кафедры физики и методики обучения физике ВятГГУ

Учебно-методический комплекс утвержден на заседании кафедры физики и методики обучения физике ВятГГУ «30» августа 2012, протокол №1

Рабочая учебная программа учебной дисциплины «Физика», раздел 2 «Электричество и магнетизм» 1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА 1.1. Цели и задачи освоения учебной дисциплины Цель освоения дисциплины: – ознакомление с основами физической науки: ее основными понятиями, законами и теориями; – формирование в сознании учащихся естественнонаучной картины окружающего мира; – овладение научным методом познания; Задачи дисциплины: – овладение элементарными навыками в проведении физических экспериментов, теоретическими и экспериментальными методами решения физических задач; – выработка у студентов навыков самостоятельной учебной деятельности, развитие у них познавательной потребности. – воспитание обучающихся как формирование у них духовных, нравственных ценностей и патриотических убеждений на основе индивидуального подхода; – формирование общей культуры обучающихся. 1.2. Место дисциплины в структуре ООП ВПО Курс физики в университете является профилирующим в подготовке физика. Он включает основные сведения о важнейших физических фактах и понятиях, законах и принципах. В нем органически сочетаются вопросы классической и современной физики с четким определением границ, в пределах которых справедливы те или иные физические концепции, модели, теории. Курс физики формирует у студентов представление о физике как науке, имеющей экспериментальную основу, знакомит с историей важнейших физических опытов, теорий, идей и понятий. Учебная дисциплина «Физика» относится к базовой части профессионального цикла (Б.3.2.1; Б.3.2.2; Б.3.2.3; Б.3.2.4; Б.3.2.5;), начинает изучаться во втором семестре первого курса и основывается на учебном материале школьной дисциплины «Физика», изучаемой в старших классах, и опирается на знания курса «Математика», изучаемой в 1-ом семестре. Изучение дисциплины «Физика » заканчивается на 5-м семестре. На знаниях, умениях и навыках, полученных при изучении дисциплины «Физика », базируются следующие дисциплины: – «Квантовая химия» (5-6-й семестры); – «Физическая химия» (5-6-й семестры); – «Физико-химические методы анализа» (4-5-й семестры); – «Радиационная химия» (7 семестр) и др. 3

Требования к знаниям, умениям, навыкам студента, необходимым для изучения дисциплины «Физика», раздел 2. «Электричество и магнетизм», приобретенными в ходе обучения на втором курсе: Знать: 1. основные физические законы и явления; 2. международную систему единиц (СИ); 3. применение физики в технике; Уметь: 1. выявлять существенные признаки физических явлений; 2. решать простейшие экспериментальные физические задачи, используя методы физических исследований;- опознавать в природных явлениях известные физические модели; 3. пользоваться математическим аппаратом при решении физических задач; Владеть: 1. измерениями основных физических величин; 2. определения погрешности измерений; 3. навыками проведения простейших физических исследований; 4. грамотным физическим научным языком; 5. международной системой единиц измерения физических величин (СИ) при физических расчетах и формулировках физических закономерностей. 1.3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины В результате освоения дисциплины обучающийся должен демонстрировать следующие результаты образования относительно компетенций: ОК-13, настойчивость в достижении цели с учетом моральных и правовых норм и обязанностей; способность к сотрудничеству, разрешению конфликтов, к толерантности; знать: правовые нормы и обязанности; уметь: работать в коллективе; владеть: способами разрешения конфликтов. ОК-15, способность самостоятельно применять методы и средства познания, обучения и самоконтроля для приобретения новых знаний и умений, в том числе в новых областях, непосредственно не связанных со сферой деятельности: знать: методы и средства познания; уметь: самостоятельно их применять для приобретения новых знаний и умений; владеть: методами самоконтроля и их приобретения. ПК-2, пониманием роли естественных наук (химии в том числе) в выработке научного мировоззрения: 4

знать: основные физические теории о строении материи уметь: применять их для выработки научного мировоззрения владеть: – ПК-3, способность использовать в познавательной и профессиональной деятельности базовые знания в области математики и естественных наук: знать: – уметь: использовать базовые знания в области математики и естественных наук в своей профессиональной деятельности владеть: – ПК-4, использованием основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применением методов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования: знать: основные законы естественнонаучных дисциплин; уметь: использовать их в профессиональной деятельности;ы владеть: методами математического анализа и моделирования в ходе теоретического и экспериментального исследования. ПК-6, использованием основных законов естественнонаучных дисциплин и ориентироваться в создающихся условиях производственной деятельности и к адаптации в новых условиях: знать: – уметь: использовать основные законы естественно-научных дисциплин для ориентации в условиях производственной деятельности владеть: способностью к адаптации в новых условиях ПК-7, пониманием необходимости и способностью приобретать новые знания с использованием современных научных методов и владением ими на уровне, необходимом для решения задач, имеющих естественнонаучное содержание и возникающих при выполнении профессиональных функций: знать: – уметь: – владеть: современными научными методами на уровне необходимом для выполнения профессиональных функций ПК-15, владением методами регистрации и обработки результатов химических экспериментов: знать: – уметь: – владеть: – ПК-21, способностью определять и анализировать проблемы, планировать стратегию их решения: 5

знать: – уметь: определять и анализировать проблемы и планировать стратегию их решения владеть: – 2. КРАТКИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЯ Преподавание дисциплины осуществляется в специально оборудованных кабинетах и учебных лабораториях. Чтение лекций проводится в лекционной аудитории оборудованной проекционной, телевизионной, осветительной, компьютерной техникой, имеющей кафедру, приспособленную для проведения лекционного эксперимента. Подготовка демонстраций осуществляется в демонстрационном кабинете, где кроме необходимого учебного оборудования, должна быть мастерская для изготовления простейших приспособлений и ремонта оборудования. Лабораторный практикум проводится в специализированных учебных лабораториях по механике, электродинамике, оптике, квантовой физике, молекулярной физике, оборудованных с учетом гигиенических, эргономических, методических, противопожарных требований и требований техники безопасности. Семинарские занятия проводятся в кабинетах, оснащенных проекционными, экранными и видео - компьютерными средствами обучения. Успешное изучение дисциплины «Общая и экспериментальная физика» предполагает выполнение определенных условий. Наиболее важными из них являются следующие: – изучение дисциплины должно обеспечиваться необходимой математической поддержкой; – лекции должны сопровождаться хорошо поставленными лекционными демонстрациями, которые могли бы служить для студентов образцом в их будущей профессиональной деятельности; – экспериментальные навыки должны формироваться при выполнении физического практикума и решении определенного числа экспериментальных задач; – закрепление теоретического материала должно проводиться в процессе решения теоретических учебных задач и обсуждения программного материала на семинарах; – для повышения степени усвоения учебного материала необходимо широко использовать современную видео - компьютерную и проекционную технику, математическое моделирование, автоматизацию учебного эксперимента и расчетов. – необходимо обеспечение студентов учебной литературой и методиками, повышающими эффективность усвоения учебного материала; – при изучении курса общей физики используется международная система единиц СИ; 6

– в течение каждого семестра изучения курса проводятся 3-4 контрольные работы для осуществления текущего контроля за усвоением учебного материала студентами. Сведения о рекомендуемых к использованию преподавателем образовательных технологий и материально-техническом обеспечении учебной дисциплины «Физика» Образовательная технология, ре№ комендуемая к использованию в Рекомендуемые п/п преподавании учебной дисцисредства обучения плины 1 Модульная технология Обучающий модуль 2 Информационная лекция Проектор мультимедийный 1500 Ansilm, усилитель ВВК AV 320 T 3 Проблемная лекция с микрофоном Panasonic, настен4 Лекция-беседа ный экран Screen Media 5 Лекция-консультация Компьютер Pentium 4-3000 память 512 ВВК2-667 HOO 80 Гб, SATA-II Настенный экран Luma 198x264 Сведения о занятиях, проводимых в интерактивных формах по всему курсу Общий объем (по РУП) в часах/ в про№ Показатель центах п/п очная заочная 1 Занятия, проводимые в интерактивных формах 116 ч./ 30% Сведения о занятиях, проводимых в интерактивных формах по разделу 2. «Электричество и магнитизм» Общий объем (по РУП) в часах/ в про№ Показатель центах п/п очная заочная 1 Занятия, проводимые в интерактивных формах 27 ч./ 30% -

3. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ «Физика» 3.1.а) Объем учебной дисциплины и виды учебной работы по всему курсу Общая трудоемкость дисциплины составляет19 зачетных единиц, 684 часа. Общий объем № (по РУП) в часах Виды учебной работы п/п очная заочная 1 Трудоемкость (по ФГОС ВПО) 684 2 Аудиторные занятия, всего 388 в том числе: 2.1. Лекции 146 2.2. Лабораторные работы 156 2.3. Практические и семинарские занятия 86 2.4. Коллоквиумы 2.5. Прочие виды аудиторных занятий 3 Самостоятельная работа студентов всего 296 в том числе: 3.1. Контрольная работа 3.2. Курсовая работа 3.3. Научно- исследовательская работа 3.4. Практика 3.5. Прочие виды самостоятельной работы 296 2,3,4 – заВид(ы) промежуточного контроля по семест4 чет; рам 5 -экзамен 3.1.б) Объем учебной дисциплины и виды учебной работы по разделу 2. «Электричество и магнитизм» Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетные единицы, 144 часа. Общий объем № (по РУП) в часах Виды учебной работы п/п очная заочная 1 Трудоемкость (по ФГОС ВПО) 144 2 Аудиторные занятия, всего 90 в том числе: 2.1. Лекции 36 2.2. Лабораторные работы 36 2.3. Практические и семинарские занятия 18 2.4. Коллоквиумы 2.5. Прочие виды аудиторных занятий 3 Самостоятельная работа студентов всего 54 8

3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 4

в том числе: Контрольная работа Курсовая работа Научно- исследовательская работа Практика Прочие виды самостоятельной работы

54 Зачет в 3 семестре

Вид(ы) промежуточного контроля

ПК-21

ПК-15

ПК-7

ПК-6

ПК-4

ПК-3

ПК-2

ОК-15

ОК-13

3.2. Матрица соотнесения разделов модуля и формируемых в них профессиональных и общекультурных компетенций Компетенции Общее Разделы / темы Коликоличеучебной дисцичество ство плины часов компетенций Раздел 2. Электричество и магнетизм Тема 2.1. Электро2 8 + + + + 4 статика 4 4 Тема 2.2. Постоян10 ный электрический + + + + 4 ток в различных средах 6 Тема 2.3. Элек10 тромагнетизм и + + + + 4 электромагнитная индукция 4 Тема 2.4. Элек8 тромагнитные ко+ + + + + 4 лебания и волны 4 Итого: 36 18 3.3. Содержание разделов учебной дисциплины «Физика», раздел 2. Электричество и магнетизм. Тема 2.1. Электростатика Предмет электростатики. Законы электростатики: существование в природе двух родов электрических зарядов, закон сохранения электрических зарядов, квантованность электрических зарядов. Опыты Милликена. Элементарный заряд. Закон Кулона. Диэлектрическая проницаемость вещества. Кулоновские силы. Единица заряда − кулон. 9

Электрическое поле в вакууме. Напряженность поля. Единица напряженности вольт/метр. Линии вектора напряженности. Потенциал электростатического поля. Единица потенциала - вольт. Связь между потенциалом и напряженностью. Суперпозиция полей. Эквипотенциальные поверхности. Поток вектора напряженности. Теорема Гаусса. Вычисление симметричных электростатических полей: точечного заряда, равномерно заряженной бесконечной плоскости, плоского конденсатора, заряженной сферы, сплошного шара, сферического и цилиндрического конденсаторов. Проводники в электрическом поле. Эквипотенциальность объема проводника. Экранирование полей. Сетка Фарадея. Распределение зарядов по поверхности проводника. Расчет электрических полей в окрестности проводящих тел методом электрических изображений. Электроемкость проводников. Конденсаторы. Емкость уединенного шара, плоского, сферического и цилиндрического конденсаторов. Поле в конденсаторах. Параллельное и последовательное включение конденсаторов в цепь. Диэлектрики в электрическом поле. Свободные и связанные заряды. Модели жесткого и упругого диполей. Момент диполя. Диполь в однородном и неоднородном электрическом поле. Поляризация диэлектриков. Вектор поляризации. Диэлектрическая восприимчивость и диэлектрическая проницаемость, связь между ними. Вектор электрической индукции и его связь с напряженностью. Энергия электрического поля. Энергия системы из двух, трех и более зарядов. Энергия заряженного конденсатора. Плотность энергии. Энергия электрического поля уединенной сферы. Масса электрона. Притяжение пластин конденсатора. Теорема Ирншоу. Тема 2.2. Постоянный электрический ток и его природа в разных средах Законы постоянного тока. Электрический ток. Единица электрического тока – ампер. Закон Ома для участка цепи. Сопротивление проводников электрическому току. Закон Ома в дифференциальной форме. Удельное сопротивление и удельная проводимость вещества. Замкнутая электрическая цепь. Источник тока. ЭДС источника тока. Закон Ома для замкнутой цепи. Разветвленные цепи, правила Кирхгофа. Пример расчета разветвленных цепей. Тепловая мощность тока. Закон Джоуля – Ленца в интегральной и дифференциальной формах. Ток в металлах. Опыты Рике, Мандельштама – Папалекси, Стюарта – Толмена. Удельный заряд и масса носителей электричества в металлах. Электронная теория проводимости металлов Друде-Лоренца. Законы Ома и ДжоуляЛенца в электронной теории. Закон Видемана-Франца. Трудности классической электронной теории и границы ее применимости. Ток в электролитах. Электролиты. Электролитическая диссоциация. Закон Ома для электролитов. Электропроводность электролитов и ее зависимость 10

от температуры. Электролиз. Законы Фарадея для электролиза. Определение заряда ионов. Гальванические элементы. Электрохимический потенциал. Элементы Вольты, Даниэля, Лекланше. Нормальный элемент Вестона. Поляризация элементов. Деполяризаторы. Использование электролиза в технике. Аккумуляторы. Ток в газах. Несамостоятельный газовый разряд и его вольт-амперная характеристика. Виды самостоятельного разряда: тлеющий, искровой, дуговой, коронный. Катодные лучи, их свойства и роль в истории физики. Тема 2.3. Электромагнетизм и электромагнитная индукция Магнитное действие тока. Открытие Эрстеда. Взаимодействие токов. Закон Ампера. Элементарный ток. Нецентральные силы. Индукция и напряженность магнитного поля элементарного тока. Закон Био-Савара-Лапласа. Графическая интерпретация магнитных полей. Магнитный поток. Единицы измерения индукции, напряженности и магнитного потока. Расчет магнитных полей. Поле прямого тока. Определение единицы тока через магнитное взаимодействие токов. Теорема о циркуляции вектора напряженности магнитного поля (закон полного тока). Поле внутри тороидальной катушки. Поле кругового тока, магнитный момент тока. Поле соленоида. Поле внутри цилиндрического провода. Силы, действующие на ток в магнитном поле. Прямолинейный ток в однородном магнитном поле. Сила Ампера. Работа перемещения тока. Замкнутый контур в однородном поле. Вращающий момент. Магнитный момент рамки с током. Понятие магнитного диполя. Магнитный диполь в неоднородном поле. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Сила Лоренца. Циклическое движение частиц в однородных полях. Период, частота, радиус вращения. Эффект Холла, и его использование для определения природы носителей заряда. МГД-генераторы, МГД-насосы. Циклотронный резонанс. Циклотроны. Тороидальные и зеркальные магнитные ловушки. Определение удельного заряда электрона методами магнетрона и магнитной фокусировки. Поле одиночного движущегося заряда. Относительный характер электрического и магнитного полей. Поле в магнетиках. Магнетики. Вектор намагничивания вещества, магнитная восприимчивость. Диамагнетики. Теория диамагнетизма Ланжевена. Парамагнетики. Ферромагнетики. Магнитный гистерезис. Законы магнитных цепей. Магнитные материалы. Электромагнитная индукция. Опыты Фарадея. Закон электромагнитной индукции Фарадея. Правило Ленца. Индукционный ток и закон сохранения энергии. Вихревые токи. Взаимоиндукция и самоиндукция. Единица индуктивности – генри. Энергия и плотность энергии магнитного поля. Плотность энергии электромагнитного поля. Уравнения Максвелла. Гипотеза Максвелла о вихревом электрическом поле. Опыты Роуланда и Эйхенвальда. Токи смещения. Система уравнений Максвелла в интегральной форме (уравнения поля и материальные уравнения). Значение уравнений Максвелла в современной науке и технике. 11

Тема 2.4. Электромагнитные колебания и волны Переменный ток. Получение гармонического тока промышленной частоты. Квазистационарный ток. Действующее и среднее значение переменного тока. Сопротивление, индуктивность и емкость в цепи переменного тока. Сдвиг между током и напряжением по фазе. Закон Ома в цепи переменного тока. Векторные диаграммы. Полное, активное и реактивное сопротивление цепи. Резонанс напряжений. Резонанс токов. Формула Томсона. Полная, активная и реактивная мощность в цепи переменного тока. Единицы мощностей. Косинус фи. Электрический колебательный контур. Колебания в контуре. Затухающие колебания. Декремент и логарифмический декремент затухания. Добротность колебательных контуров. Вынужденные колебания. Амплитуда вынужденных колебаний. Резонанс. Полоса пропускания контура. Колебательные системы. Искровой генератор Герца. Генератор на ламповом триоде. Токи высокой частоты. Релаксационный генератор на неоновой лампе. Период релаксационных колебаний. Электромагнитные волны. Волны вдоль проводов. Скин-эффект. Стоячие волны. Опыты Герца. Скорость распространения ЭМ-волн (формула Максвелла). Дисперсия волн. Перенос энергии и импульса в ЭМ-волне. Вектор Пойнтинга.

Тематический план учебной дисциплины «Физика» Раздел 2. Электричество и магнетизм а) аудиторные занятия: Разделы / темы Вид учебной Часов Технология Форма текуучебной дисциплиработы обучения щего коночная ны троля Раздел 2. Электричество и магнетизм Тема 2.1 лекция 8 Проблемная опрос Электростатика семинарское 4 лекция занятие Информационные лекции Решение задач СР №1 Тема 2.2 лекция 10 Проблемная опрос Постоянный элек- семинарское 6 лекция трический ток в раз- занятие Информационличных средах ные лекции Решение задач Тема 2.3 лекция 10 Проблемная опрос Электромагнетизм и семинарское 4 лекция электромагнитная занятие Информациониндукция ные лекции Решение задач СР №2 Тема 2.4 лекция 8 Проблемная опрос Электромагнитные семинарское 4 лекция колебания и волны занятие Информационные лекции Решение задач СР №3 лекция 36 Итого семинарское 18 занятие 3.4.

б) самостоятельная аудиторная работа Темы учебной дис- Вид учебной работы (форма Результат циплины самостоятельной работы) РАЗДЕЛ 2. Электричество и магнетизм Тема 2.1. Проработка конспекта лек- знает: -законы естественнонаучных Электростатика ций, самостоятельное редисциплин; шение задач, проверочная -правовые нормы и обязанности; работа - основные этические и правовые нормы общения людей; 13

Тема 2.2 Постоянный электрический ток в различных средах

Проработка конспекта лекции; самостоятельное решение задач, проверочная работа

Тема 2.3 Проработка конспекта лекЭлектромагнетизм и ции; электромагнитная самостоятельное решение индукция задач, проверочная работа

- основные физические законы и явления; - физико-химические методы исследования; умеет: -применять методы математического анализа и моделирования; -способность к разрешению конфликтов; - работать в коллективе; - использовать базовые знания в области математики и естественных наук в своей профессиональной деятельности; -обрабатывать результаты эксперимента с учётом погрешностей. знает: -законы естественнонаучных дисциплин; -правовые нормы и обязанности; - основные этические и правовые нормы общения людей; - основные физические законы и явления; - физико-химические методы исследования; умеет: -применять методы математического анализа и моделирования; -способность к разрешению конфликтов; - работать в коллективе; - использовать базовые знания в области математики и естественных наук в своей профессиональной деятельности; -обрабатывать результаты эксперимента с учётом погрешностей. знает: -законы естественнонаучных дисциплин; -правовые нормы и обязанности; - основные этические и правовые нормы общения людей; - основные физические законы и явления; - физико-химические методы исследования; умеет: -применять методы математиче14

Тема 2.4 Электромагнитные колебания и волны

Проработка конспекта лекции; самостоятельное решение задач, проверочная работа

ского анализа и моделирования; -способность к разрешению конфликтов; - работать в коллективе; - использовать базовые знания в области математики и естественных наук в своей профессиональной деятельности; -обрабатывать результаты эксперимента с учётом погрешностей. знает: -законы естественнонаучных дисциплин; -правовые нормы и обязанности; - основные этические и правовые нормы общения людей; - основные физические законы и явления; - физико-химические методы исследования; умеет: -применять методы математического анализа и моделирования; -способность к разрешению конфликтов; - работать в коллективе; - использовать базовые знания в области математики и естественных наук в своей профессиональной деятельности; -обрабатывать результаты эксперимента с учётом погрешностей.

в) занятия в интерактивных формах № п/п 1 2 3 4

Темы учебной дисциплины Тема 2.1 Электростатика Тема 2.2 Постоянный электрический ток в различных средах Тема 2.3 Электромагнетизм и электромагнитная индукция Тема 2.4 Электромагнитные колебания и волны ИТОГО

Общий объем (по РУП) в часах 4 6 9 8 27 15

г) самостоятельная внеаудиторная работа Вид учебной работы Разделы / темы (форма самостоятель- Часов Результат учебной дисциплиной работы) ны РАЗДЕЛ 1. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

22 30

МАГНЕТИЗМ

Тема 2.1. Электростатика

Работа с первоисточниками и конспектами лекций. Решение задач домашнего задания. Подготовка к самостоятельной работе.

Тема 2.2 Постоянный электрический ток в различных средах

Работа с первоисточниками и конспектами лекций. Решение задач домашнего задания

Тема 2.3 Электромагнетизм и электромагнитная индукция

Работа с первоисточниками и конспектами лекций Решение задач домашнего задания Подготовка к проверочной работе

владеет: -математическим аппаратом; -настойчивостью в достижении цели. -способами разрешения конфликтов. -теоретическими и экспериментальные физические методы исследования, которые лежат в основе процессов и технологий, используемых в профессиональной деятельности. -физико-химическими методами исследования. владеет: -математическим аппаратом; -настойчивостью в достижении цели. -способами разрешения конфликтов. -теоретическими и экспериментальные физические методы исследования, которые лежат в основе процессов и технологий, используемых в профессиональной деятельности. -физико-химическими методами исследования. владеет: -математическим аппаратом; -настойчивостью в достижении цели. -способами разрешения конфликтов. -теоретическими и экспериментальные физические методы исследования, кото16

Тема 2.4 Электромагнитные колебания и волны

Итого

Работа с первоисточниками и конспектами лекций. Решение задач домашнего задания

рые лежат в основе процессов и технологий, используемых в профессиональной деятельности. -физико-химическими методами исследования. владеет: -математическим аппаратом; -настойчивостью в достижении цели. -способами разрешения конфликтов. -теоретическими и экспериментальные физические методы исследования, которые лежат в основе процессов и технологий, используемых в профессиональной деятельности. -физико-химическими методами исследования.

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ Организация самостоятельной работы студентов предполагает подготовку к лабораторным занятиям, к контрольным заданиям. Для подготовки к лабораторным работам необходимо изучить самостоятельно рекомендуемую литературу и пособия по технике безопасности при работе с физическим оборудованием. Раздел 2. «Электричество и магнетизм» Тема 2.1. «Электростатика» Аудиторные занятия Лекция 1. Электрический заряд и его свойства. Закон Кулона План лекции:  два рода электрических зарядов;  дискретность, инвариантность, взаимопревращаемость системы: заряд-поле, сохранение заряда;  модели заряженных тел. Закон Кулона. Лекция 2. Электрическое поле и его характеристики План лекции:  напряженность электрического поля;  графическое изображение электрических полей;  теорема Гаусса и расчет электростатических полей: точечного заряда, бесконечной заряженной плоскости, сферы и цилиндра. 17

Практическое занятие 1. Электрический заряд и поле План практического занятия 1. Закон сохранения заряда. 2. Закон Кулона в вакууме и в диэлектрике. 3. Напряженность электрического поля. Суперпозиция электрических полей. 4. Расчет электрических полей по теореме Гаусса. Задания по внеаудиторной самостоятельной работе (домашнее задание):  Изучить лекционный материал. Решить следующие задачи: №1.1, 1.3, 1.6. Литература [4*] Лекция 3. Проводники и диэлектрики в электрическом поле План лекции:  свободные и связанные электрические заряды;  момент диполя;  поляризация диэлектриков;  диэлектрическая восприимчивость и проницаемость;  вектор электрической индукции и его связь с напряженностью поля. Лекция 4. Работа, энергия электростатического поля План лекции:  работа в электростатическом поле;  потенциал, разность потенциалов;  электроемкость; конденсаторы и их соединения;  энергия заряда и системы зарядов;  энергия электростатического поля и плотность энергии. Практическое занятие 2. Электроемкость. Работа и энергия электростатического поля План практического занятия: 1. Работа перемещения заряда в электростатическом поле. 2. Связь напряженности и потенциала. 3. Электроемкость проводника, конденсаторы и их батареи. 4. Энергии и плотность энергия электростатического поля. Задание по внеаудиторной самостоятельной работе (домашнее задание):  Изучить лекционный материал. Решить следующие задачи: №1.7, 1.12. Литература [4*].

Самостоятельная аудиторная работа по теме 2.1 учебной дисциплины № Вид самостоятель- Форма самостоятельной Форма отчетности п/п ной работы работы 1 Общая Проработка конспекта Конспект лекций. лекций. Текст с решениями задач Решение задач по образцу 2 Индивидуальная Проверочная работа Текст с решениями задач проверочной работы 3 Групповая Аудиторная работа в Сверка результатов регруппах шения задач Групповая самостоятельная работа по данной теме проводится в интерактивной форме на практическом занятии. при проведении занятия группа разбивается на минигруппы по 4 человека. Каждая группа получает задание – набор задач по теме. По результатам решения в группах сверяются ответы и обсуждаются методы решения. Самостоятельная внеаудиторная работа по теме 2.1 учебной дисциплины № Вид самостояФорма самостояФорма отчетноСрок сдачи п/п тельной работы тельной работы сти 1 Общая Работа с конспек- Очередное прак- Текст решений тами лекций и тическое занязадач домашнепервоисточниками. тие го задания Решение задач домашнего задания по образцу Тема 2.2. «Постоянный электрический ток и его природа в разных средах» Аудиторные занятия Лекция 5. Электрический ток, его характеристики. Законы постоянного тока План лекции:  сила и плотность тока, напряжение;  закон Ома для участка цепи;  сопротивление и проводимость проводника;  закон Ома в дифференциальной форме;  ЭДС источника тока и закон Ома для замкнутой неоднородной цепи;  законы Кирхгофа для разветвленной цепи;  работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля-Ленца. Практическое занятие 3 Электрический ток, его характеристики. Законы постоянного тока План практического занятия: 19

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Характеристика электрического тока. Закон Ома для однородного участка цепи. Эквивалентные электрические цепи. Закон Ома для замкнутой неоднородной цепи. Закон Кирхгофа для шунта и дополнительного сопротивления. Закон Джоуля-Ленца для постоянного тока в металлах.

Задание по внеаудиторной самостоятельной работе (домашнее задание):  Изучить лекционный материал; Решить следующие задачи: № 2.1, 2.3, 2.5, 2.7. Литература [4*]. Лекция 6. Ток в металлах План лекции: - опыты Рикке, Мандельштама-Папалекси, Стюарта-Толмена; - удельный заряд и масса электрона; - электронная теория проводимости Друде-Лоренца в электронной теории; - трудности электронной теории и границы ее применимости. Лекция 7. Ток в электролитах План лекции: - электролиты и теория электролитической диссоциации; - электропроводность электролитов и ее зависимость от температуры; - законы Фарадея для электролиза; - заряд одновалентного иона; - гальванические элементы, аккумуляторы. Практическое занятие 4 Ток в электролитах План практического занятия: 1. Электропроводность электролитов и ее зависимость от температуры. 2. Первый закон Фарадея для электролитов. 3. Второй закон Фарадея для электролитов. 4. Объединенный закон Фарадея. Задание по внеаудиторной самостоятельной работе (домашнее задание):  Изучить лекционный материал. Решить следующие задачи: № 2.14, 2.15. Литература [4*]. Лекция 8. Ток в газах План лекции: - электропроводность газов; - несамостоятельный газовый разряд и его вольтамперная характеристика; - самостоятельный газовый разряд; 20

- катодные лучи и их свойства. Практическое занятие 5 Ток в газах План практического занятия: 1. Электропроводность газов. 2. Закон Ома для газов. Задание по внеаудиторной самостоятельной работе (домашнее задание):  Изучить лекционный материал. Решить следующие задачи: № 2.12, 2.13. Литература [4*]. Самостоятельная аудиторная работа по теме 2.2 учебной дисциплины № Вид самостоятель- Форма самостоятельной Форма отчетности п/п ной работы работы 1 Общая Проработка конспекта Конспект лекций. лекций. Текст с решениями задач Решение задач по образцу 2 Индивидуальная Проверочная работа Текст с решениями задач проверочной работы 3 Групповая Аудиторная работа в Сверка результатов регруппах шения задач Групповая самостоятельная работа по данной теме проводится в интерактивной форме на практическом занятии. при проведении занятия группа разбивается на минигруппы по 4 человека. Каждая группа получает задание – набор задач по теме. По результатам решения в группах сверяются ответы и обсуждаются методы решения. Самостоятельная внеаудиторная работа по теме 2.2 учебной дисциплины № Вид самостояФорма самостояФорма отчетноСрок сдачи п/п тельной работы тельной работы сти 1 Общая Работа с конспек- Очередное прак- Текст решений тами лекций и тическое занязадач домашнепервоисточниками. тие го задания Решение задач домашнего задания по образцу Тема 2.3. «Электромагнетизм и электромагнитная индукция» Аудиторные занятия Лекция 9. Магнитное поле и его характеристики План лекции: - открытие Эрстеда и магнитное поле тока; 21

- индукция и напряженность магнитного поля, магнитное поле в различных средах; - графическое изображение магнитных полей; - магнитный поток. Лекция 10. Расчет магнитных полей План лекции: - закон Био — Савара — Лапласа; - закон полного тока, магнитный момент тока; - поле прямого тока; кругового тока, соленоида, внутри цилиндрического провода. Лекция 11. Силы, действующие на ток в магнитном поле План лекции: - прямолинейный ток в магнитном поле; сила Ампера; - замкнутый контур в однородном поле; вращательный момент; - работа в магнитном поле; - движение заряженный частиц в магнитном поле; сила Лоренца; - эффект Холла, МГД генераторы. Практическое занятие 6. Магнитное поле и его характеристики План практического занятия: 1. Индукция и напряженность в различных средах. 2. Магнитный поток. 3. Магнитное поле прямого и кругового тока. 4. Работа в магнитном поле. 5. Сила Лоренца. Задание по внеаудиторной самостоятельной работе (домашнее задание):  Изучить лекционный материал. Решить следующие задачи: №3.1, 3.3, 3.9, 3.10. Литература [4*]. Лекция 12. Поле в магнетиках План лекции: - магнетики; векторы намагничивания вещества, магнитная восприимчивость; - диамагнетики; теория диамагнетизма Ланжевена; - ферромагнетики; магнитный гистерезис; - законы магнитных цепей; - магнитные материалы. Лекция 13. Электромагнитная индукция 22

План лекции: - опыты Фарадея; - правило Ленца; индукционный ток и закон сохранения энергии; - вихревые токи; - взаимоиндукция и самоиндукция; - энергия и плотность энергии магнитного поля. Практическое занятие 7 Электромагнитная индукция План практического занятия: 1. Закон Фарадея, Максвелла. ЭДС индукции. 2. Индуктивность контура. 3. ЭДС самоиндукции. 4. Энергия и плотность энергии магнитного поля. Задание по внеаудиторной самостоятельной работе (домашнее задание):  Изучить лекционный материал. Решить следующие задачи: №3.12, 3.14, 3.18. Литература [4*]. Лекция 14. Уравнения Максвелла План лекции: - гипотеза Максвелла о вихревом электрическом поле; - опыты Роуланда и Эйхенвальда; токи смещения; - система уравнений Максвелла в интегральной форме (уравнения поля и материальные уравнения). Самостоятельная аудиторная работа по теме 2.3 учебной дисциплины № Вид самостоятель- Форма самостоятельной Форма отчетности п/п ной работы работы 1 Общая Проработка конспекта Конспект лекций. лекций. Текст с решениями задач Решение задач по образцу 2 Индивидуальная Проверочная работа Текст с решениями задач проверочной работы 3 Групповая Аудиторная работа в Сверка результатов регруппах шения задач Групповая самостоятельная работа по данной теме проводится в интерактивной форме на практическом занятии. при проведении занятия группа разбивается на минигруппы по 4 человека. Каждая группа получает задание – набор задач по теме. По результатам решения в группах сверяются ответы и обсуждаются методы решения. Самостоятельная внеаудиторная работа по теме 2.3 учебной дисциплины 23

№ Вид самостояп/п тельной работы 1 Общая

Форма самостояФорма отчетноСрок сдачи тельной работы сти Работа с конспек- Очередное прак- Текст решений тами лекций и тическое занязадач домашнепервоисточниками. тие го задания Решение задач домашнего задания по образцу

Тема 2.4. «Электромагнитные колебания и волны» Аудиторные занятия Лекция 15. Переменный ток План лекции: - получение гармонического тока промышленной частоты; квазистационарный ток; - действующее и среднее значение переменного тока; - сопротивление, индуктивность и емкость в цепи переменного тока; сдвиг по фазе между током и напряжением. Лекция 16. Закон Ома для переменного тока План лекции: - полное, активное и реактивное сопротивление цепи; - закон Ома; векторные диаграммы; - резонанс напряжений и токов; - полная, активная и реактивная мощность в цепи переменного тока; косинус фи. Практическое занятие 8. Переменный ток и его законы. План практического занятия: 1. Период, частота, фаза синусоидального переменного тока. 2. Резонанс напряжений. 3. Резонанс токов. 4. Закон Ома для полной цепи переменного тока. 5. Мощность в цепи переменного тока. Коэффициент мощности. Задание по внеаудиторной самостоятельной работе (домашнее задание):  Изучить лекционный материал. Решить следующие задачи: № 4.1, 4.2, 4.7, 4.9. Литература [4*]. Лекция 17. Электрический колебательный контур План лекции: 24

колебания в идеальном контуре, формула Томсона; затухающие колебания в контуре; добротность контура; вынужденные колебания; резонанс; ламповый и релаксационный генераторы.

Лекция 18. Электромагнитные волны. План лекции: - волны вдоль проводов; скин-эффект; стоячие волны; - опыты Герца; - скорость распространения ЭМ-волн (формула Максвелла); - дисперсия волн; - перенос энергии и импульса в ЭМ-волне; вектор Пойнтинга. Практическое занятие 9. Электромагнитные волны План практического занятия: 1. Электромагнитные колебания в идеальном контуре. 2. Затухающие колебания в идеальном контуре. 3. Скорость распространения ЭМ-волн в вакууме. 4. Параметры ЭМ-волн. Задание по внеаудиторной самостоятельной работе (домашнее задание):  Изучить лекционный материал. Решить следующие задачи: № 4.3, 4.11, 4.12, 4.13. Литература [4*]. Самостоятельная аудиторная работа по теме 2.4 учебной дисциплины № Вид самостоятель- Форма самостоятельной Форма отчетности п/п ной работы работы 1 Общая Проработка конспекта Конспект лекций. лекций. Текст с решениями задач Решение задач по образцу 2 Индивидуальная Проверочная работа Текст с решениями задач проверочной работы 3 Групповая Аудиторная работа в Сверка результатов регруппах шения задач Групповая самостоятельная работа по данной теме проводится в интерактивной форме на практическом занятии. при проведении занятия группа разбивается на минигруппы по 4 человека. Каждая группа получает задание – набор задач по теме. По результатам решения в группах сверяются ответы и обсуждаются методы решения. Самостоятельная внеаудиторная работа по теме 2.4 учебной дисциплины 25

№ Вид самостояп/п тельной работы 1 Общая

Примерная тематика задач для домашних заданий [4*]: Задачи к теме 2.1 «Электростатика» 1.1 Определите расстояния l между двумя одинаковыми точечными зарядами, находящимися в керосине с диэлектрической проницаемостью ε = 2, если сила взаимодействия между ними такая же, как и в вакууме, на расстоянии r = 14 см. 1.2 В плоском горизонтально расположенном конденсаторе заряженная капелька ртути (плотность ρ = 13,6 г/см3) находится в равновесии при напряженности электростатического поля Е = 500 В/см. Определите радиус r капли, если её заряд Q = 10-12 Кл. 1.3 Два точечных заряда Q1 = 8 нКл и Q2 = -6 нКл находятся в вакууме на расстоянии друг от друга r = 30 смэ Определите: 1) напряженность Е1 поля в точке, лежащей посередине между зарядами; 2) напряженность Е2 в той же точке при условии, что второй заряд положительный. 1.4 Определите напряженность Е поля, создаваемого диполем с электрическим моментом р = 2,7 нКл · м на расстоянии r = 30 см от центра диполя в направлении, перпендикулярном оси диполя. 1.5 На некотором расстоянии от равномерно заряженной бесконечной плоскости с поверхностной плотность σ = 0,1 нКл/см2 параллельно плоскости расположен круг радиусом r = 15 см. Определите поток ФЕ = вектора напряженности сквозь этот круг. 1.6 Определите напряженность электростатического поля, создаваемого в вакууме равномерно заряженной бесконечной плоскостью с поверхностной плотностью σ = 1 нКл/м2. 1.7 В электростатическом поле равномерно заряженной бесконечной плоскости вдоль линии напряженности на расстояние r = 2 см перенесли точечный заряд Q = 2 нКл, затратив при этом работу А = 10 мкДж. Определите поверхностную плотность σ заряда на плоскости.

1.8 Электростатическое поле создается двумя бесконечными параллельными плоскостями в вакууме, заряженными разноименными зарядами с поверхностной плотностью σ = 5 нКл/м2. Определите напряженность Е электростатического поля: 1) между плоскостями; 2) за пределами плоскостей. 1.9 Электростатическое поле создается в вакууме двумя бесконечными параллельными плоскостями, заряженными равномерно одноименными зарядами с поверхностной плотностью соответственно σ1 = 5 нКл/м2 и σ2 = 2 нКл/м2. Определите напряженность электростатического поля: 1) между плоскостями; 2) за пределами плоскостей. Постройте график изменения напряженности вдоль линии, перпендикулярной плоскостям. 1.10 Равномерно заряженная металлическая сфера радиусом R = 10 см с общим зарядом Q = 4 нКл расположена в вакууме. Определите напряженность Е электростатического поля: 1) на расстоянии r1 = 6 см от центра сферы; 2) на поверхности сферы; 3) на расстоянии r2 = 20 см от центра сферы. 1.11 Электростатическое поле создается в вакууме шаром радиусом R = 10 см, равномерно заряженным общим зарядом Q = 1 нКл. Определите напряженность Е электростатического поля: 1) на расстоянии r1 = 2 см от центра шара; 2) на расстоянии r2 = 8 см от центра шара. Постройте график зависимости Е(r). 1.12 Шар радиусом R = 15 см заряжен равномерно с объемной плотностью ρ = 5 нКл/м2. Определите напряженность Е электростатического поля в вакууме: 1) на расстоянии r1 = 30 см от центра шара; 2) на расстоянии r2 = 8 см от центра шара. Задачи к теме 2.2 « Постоянный электрический ток и его природа в различных средах» 2.1 Определите, за какое время сила тока в проводнике равномерно нарастает от I0 = 0 до Imax = 3 А, если заряд Q, прошедший по проводнику, равен 6 Кл. 2.2 Определите длину прямого провода с током I0 = 10 А, если суммарный импульс электронов в природе р = 7 · 10-9 кг · м/с. 2.3 Определите сопротивление проволочного каркаса, имеющего форму куба, если он включен в цепь между точками A и B. Сопротивление каждого ребра каркаса r = 6 Ом.

2.4 Плотность тока j в алюминиевом проводнике равна 1 А/мм2. Определите напряженность Е электрического поля в этом проводнике. Удельное сопротивление алюминия ρ = 26 нОм · м. 2.5 В цепи (см. рисунок) вольтметр, включенный последовательно с резистором сопротивлением R1 = 5 кОм, показал напряжение U1 = 50 В, а с резистором сопротивлением R2 – напряжение U2 = 10 В. Определите сопротивление R2, если ЭДС источника тока ε = 100 В. 2.6 Определите показания амперметра и вольтметра в схеме, приведенной на рисунке. Сопротивление вольтметра RV = 500 Ом, ЭДС батареи ε = 100 В, R1 = 300 Ом. Сопротивлением батареи и амперметра пренебречь. 2.7 Сила тока в проводнике сопротивлением R = 5 Ом равномерно возрастает от I0 = 0 до Imax = 3 А за время τ = 6 с. Определите выделившееся в проводнике за это время количество теплоты. 2.8 Определите тепловую мощность тока ω, если плотность j электрического тока в алюминиевом проводе равна 1 А/мм2. Удельное сопротивление алюминия ρ =26 нОм · м. 2.9 Определите ток короткого замыкания Iкз, если при замыкании источника ЭДС на внешнее сопротивление R1 в цепи течет ток I1, а при замыкании на внешнее сопротивление R2 – ток I2. 2.10 В цепь, состоящую из источника ЭДС и резистора сопротивлением R =10 Ом, включают вольтметр, сопротивление которого RV = 2500 Ом, U = 110 В. Определите показания вольтметра, если подвижный контакт находится посередине потенциометра. 2.11 Работа выхода электрона Авых = 3 эВ. С какой скоростью вылетает электрон из данного металла, обладающий кинетической энергией W = 10-18 Дж? Масса электрона m = 9,1 · 10-31 кг, его заряд е = 1,6 · 10-19 Кл 2.12 Какова сила тока насыщения при несамостоятельном газовом разряде, если ионизатор образует 109 пар одновалентных ионов в одном кубическом сантиметре в секунду? Площадь каждого из двух плоских параллельных электродов равна 100 см2, расстояние между ними 5 см (J=80мА). 2.13 К электродам разрядной трубки приложено напряжение 5В, расстояние между ними 0,1м. Газ, находящийся в трубке, частично ионизирован, и чис28

ло пар ионов в 1м3 равно 1018, причем подвижности b+ = b-=3•10-3 м/В•с. Найти плотность тока в трубке (j = е • n (b+ + b-) U/d = 0,48А/м2). 2.14 За 1000 с в электролитической ванне выделился 1 г двухвалентного металла при силе тока в ванне 3А. Какова молярная масса этого металла? (М = mFZ / Jt = 64 г/моль). 2.15 Анод массой 2,55 г находится в электролитической ванне, через которую проходит ток силой 5 А. Через какое время анод полностью израсходуется на покрытие металлических изделий? Электрохимический эквивалент металла, из которого изготовлен анод, равен 3,4•10-7кг/К. (t = m / RJ = 1500 с). Задачи к теме 2.3 «Электромагнетизм и электромагнитная индукция» 3.1 Определите напряженность Н магнитного поля, если его магнитная индукция в вакууме равна 3,14 м Тл. 3.2 На круговой виток радиусом r =15, находящийся между полюсами магнита, действует максимальный механический момент Мmax = 20 мкН м. Определите индукцию В магнитного поля между полюсами магнита, если сила тока в витке I = 5 А. 3.3 По прямому бесконечно длинному проводнику течет ток I = 5 А. Определите магнитную индукцию в точке В, удаленной от проводника на расстояние R = 2 см. 3.4 Тонкое кольцо массой m = 15 г и радиусом r = 10 см несет заряд, равномерно распределенный с линейной плотностью т = 15 нКл/м. Определите отношение магнитного момента рm кругового тока, создаваемого кольцом, к его механическому орбитальному моменту L, если кольцо равномерно вращается относительно оси, перпендикулярной плоскости кольца и проходящей через ее центр. 3.5 Ток I = 5 А, протекая по проволочному кольцу из алюминиевой проволоки (удельное сопротивление ρ = 26 нОм · м) сечением S = 0,5 мм2 , создает в центре кольца напряженность магнитного поля Н = 10 кА/м. Определите разность потенциалов, приложенную к концам проволоки, образующей кольцо. 3.6 Определите магнитную индукцию В на оси тонкого проволочного кольца радиусом R = 10 см в точке, расположенной на расстоянии d = 25 см от центра кольца, если сила тока I, текущего по кольцу, равна 10 А. 29

3.7 По прямому бесконечному длинному проводнику течет ток I1 = 3 А. Круговой виток с током I2 = 5 А и радиусом r = 30 см расположен так, что плоскость витка параллельна проводнику, а перпендикуляр, опущенный на проводник из центра витка, является нормалью к плоскости витка. Определите магнитную индукцию в центре витка, если расстояние от провода до центра витка L = 25 см. 3.8 По двум бесконечно длинным прямым параллельным проводникам в вакууме, расстояние d между которыми равно 15 см, текут в противоположном направлении токи I1 = 70 А и I2 = 50 А. Определите магнитную индукцию В в точке А, удаленной на r1 = 20 см от первого r2 = 30 см от второго проводников. 3.9 Определите напряженность Н магнитного поля в центре кругового витка и его магнитный момент рm, если радиус витка r = 10 см и по нему протекает ток I = 20 А. 3.10 На прямолинейный проводник с током I = 10А в однородном магнитном поле с индукцией В = 0,3 Тл действует сила F = 1,5 Н. Определите длину L проводника, если он расположен под углом α = 30˚ к линиям магнитной индукции. 3.11 На прямой проводник длины l = 2 м, с током I = 50 А, расположенный в однородном магнитном поле под углом α = 30˚ к направлению линий магнитного поля, действует сила F = 5 Н. Найти индукцию магнитного поля и его напряженность. 3.12 Соленоид радиусом r = 3 см, содержащий N = 600 витков, помещен в магнитное поле, индукция которого изменяется со скоростью 0,5 мТл/с. Определите ЭДС индукции, возникающей в соленоиде, если ось соленоида составляет с вектором магнитной индукции угол α = 600 . 3.13 Соленоид без сердечника длиной L = 0,5 м и диаметром d = 2,5 см содержит N = 100 витков. На соленоид надето кольцо из медной проволоки (ρ = 17 нОм · м) радиусом rк = 2,6 см. Определите силу тока Iк в кольце, если в соленоиде ток растет равномерно со скоростью dl / dt = 0,01 А/с . 3.14 Прямой провод длиной L = 20см движется в однородном магнитном поле со скоростью υ = 10 м/с перпендикулярно линиям магнитной индукции. Определите индукцию В магнитного поля, если разность потенциалов U между концами провода равна 0,2 В. 3.15 В однородном магнитном поле (В = 0,1 Тл) с частотой n = 300 мин-1 равномерно вращается прямоугольная рамка. Площадь рамки S = 100 см2 . 30

Определите число N витков рамки, плотно прилегающих друг к другу, если максимальная ЭДС, индуцируемая в рамке, (&)max = 6,28 В. 3.16 Соленоид без сердечника содержит N = 500 витков, имеет длину L = 0,6 м и диаметр d = 4 см. Определите магнитный поток Ф, пронизывающий площадь поперечного сечения соленоида, если сила тока I в обмотке равна 1А. 3.17 Две длинные катушки намотаны на общий сердечник, причем индуктивности их соответственно L1 = 1,25 Гн и L2 = 0,05 Гн. Определите, во сколько раз n число витков первой катушки отличается от числа витков второй катушки. 3.18 Цепь состоит из катушки индуктивностью L= 0,5 Гн и резистора сопротивлением R = 12 Ом. Источник ЭДС можно отключать, не разрывая цепи. Определите время t , за которое сила тока уменьшиться до 0,01 первоначального значения. 3.19 Соленоид без сердечника содержит 500 витков. Определите среднюю ЭДС самоиндукции, возникающую в соленоиде, если при увеличении силы тока за 5 с поток магнитной индукции сквозь соленоид увеличился на 2 мВб. 3.20 Две катушки индуктивностью L1 = 0,2 Гн и L2 = 3,2 Гн намотаны на общий сердечник. Определите взаимную индуктивность L катушек. 3.21 Две катушки намотаны на общий сердечник. Определите ЭДС, индуцируемую во второй катушке, если взаимная индуктивность катушек равна 0,2 Гн, а скорость изменения силы тока в первой катушке составляет 1А/с. Задачи к теме 2.4. «Электромагнитные колебания и волны» 4.1 Найти частоту и период собственных электромагнитных колебаний в контуре, содержащим катушку индуктивности 3 мГ и конденсатор емкостью 2мкФ. (Т = 1,41· 10-5 с, ν = 7,1 · 104 Гц). 4.2 В цепь последовательно включены индуктивность 1 Гц, емкость 10 мкФ и источник переменной ЭДС. При какой частоте внешний ЭДС наступает резонанс в этой цепи? (νр = 50,4 Гц). 4.3 Найти длину электромагнитной волны изучаемой конденсатором, если период колебания его 10-5 с? (λ = 3 · 103 м). 31

4.4 Конур состоит из катушки с индуктивностью L = 10-5 Гн и двух конденсаторов емкостью С = 5 · 10-3 мкФ каждый, соединенных параллельно. Определите частоту колебаний ν и соответствующую ей длину волны λ. Активное сопротивление контура считать малым. 4.5 Определите длину электромагнитной волны λ в воздухе (ε ≈ 1) и трансформаторном масле (ε = 2,2), если частота передатчика ν = 60 МГц. 4.6 Какова резонансная частота цепи (контура), содержащей конденсатор емкостью 2 мкФ и катушку индуктивности 0,5 Гн2. (νр= 160 Гц). 4.7 В цепь переменного тока частотой 50Гц последовательно включены катушка индуктивностью 0,5 Гн, резистор с сопротивлением 55 Ом и конденсатор емкостью 40мкФ. Определите действующее значение силы тока, если напряжение сети 220 В. (Jq = 2,3 А). 4.8 В цепь переменного тока частотой 200 Гц включены последовательно конденсатор и катушка индуктивностью 0,1 Гн. Какой емкостью конденсатор надо присоединить к катушке, чтобы осуществить резонанс? ( = 6,3 • 10-6 Ф) 4.9 Найти коэффициент мощности и угол сдвига фаз между силой тока и напряжением в цепи, если амплитуда силы тока 100А, амплитуда напряжения на зажимах источника 200В. Цепь потребляет активную мощность 8 кВт. ( cos φ = 0,8, = 370 ). 4.10 Колебательный контур содержит конденсатор емкостью 5 пФ и катушку индуктивность 0,5 мГн. Какова длина электромагнитных волн, излучаемых контуром? (λ = 94,2 м) 4.11 Емкость переменного конденсатора в приемном контуре изменяются в пределах от С1 до С2 = 9С1. Емкость С1соответствует длине λ1 = 3 м. Определите диапазон длин волн, принимаемых приемником. (3 м λ 9 м) 4.12 Электромагнитная волна частотой 450 МГц переходит из вакуума в немагнитную среду с диэлектрической проницаемостью ε = 4. Найдите частоту, длину волны и скорость распространения волны в среде. (ν = ν0 = 450МГц; λ = 0,33 м; Ʋ = 1,5 • 108 м/с) 4.13 Плоская электромагнитная волна переносит через площадку 10 см2 за 5 с импульс 10-2 кг•м/с. Определите интенсивность волны и давление, которое она создает на полностью отражающую поверхность. (J = 6•108 Вт/м2; µ = 2 Па) 32

5. ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНОЙ И ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ Основная литература 1. Редкин, Ю.Н. Курс общей физики [Текст] / Ю.Н. Редкин. – Киров: Изд-во ВятГГУ, 2009. – 603 с. 2. Трофимова Т. И. Основы физики. Электродинамика: учебное пособие/Т. И. Трофимова. – М.: КНОРУС, 2011. – 272 с.: ил. Дополнительная литература 1. Детлаф, А.А. Курс физики [Текст] / А.А.Детлаф, Б.М.Яворский. - М.: Высшая школа, 1989; 2000. 2. Гершензон, Е.М. Курс общей физики. Электродинамика [Текст] / Е.М.Гершензон, Н.Н.Малое, А.Н.Мансуров. - М.: Академия, 2001. 3. Матвеев, А.Н. Электричество и магнетизм [Текст] А.Н.Матвеев - М.: Высшая школа, 1983. 4. Трофимова, Т.И. Курс физики [Текст] / Т.И.Трофимова. - М.: Высшая школа, 2002. 5. Яворский, Б.М. Справочник по физике [Текст] / Б.М.Яворский, А.А.Детлаф. - М.: Наука, 1996. 6. Калашников, С.Г. Электричество [Текст] / С.Г.Калашников. - М.: Физматлит, 2003. 7. Д.В. Сивухин. Общий курс физики. Том 3. Электричество. Учебное пособие. – М.: Наука, 1977. – 687 с. 8. И.В. Савельев. Курс общей физики. Том 2. Учебное пособие. – М.: Наука, 1988. – 496 с. 9. Лаврова И.В. Курс физики: Учеб. пособие для студентов биол.-хим. фак. пед. ин-тов. – М.: Просвещение, 1981. – 256 с. 10. Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г. Справочник по элементарной физике. – 10-е изд., испр. и доп. – М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. – 256 с., ил. Сборники задач по курсу общей физики 1. Иродов, И.Е. Задачи по общей физике [Текст] / Е.И.Иродов. - М.: Наука, 2002. 2. Трофимова,Т.И. Сборник задач по курсу физики [Текст] /Т.И.Трофимова - М.: Высшая школа, 2002. 3. Редкин Ю.Н. Лабораторный практикум по физике. Часть 3. Электричество. Методические рекомендации для студентов физических специальностей вузов по выполнению работ лабораторного практикума по курсу общей и экспериментальной физики. Киров, ВятГГУ 2011. 4*.Примерная тематика задач для домашних заданий.

6. СИСТЕМА ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ОСВОЕНИЯ СТУДЕНТАМИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ «ФИЗИКА» И ФОРМЫ ТЕКУЩЕГО И ПРОМЕЖУТОЧНОГО КОНТРОЛЯ 6.1. Шкала баллов по учебной дисциплине № п/п

Показатели

Норма баллов

Виды текущей аттестации до рубежной аттестации 1 2

Проверочная работа по теме 1.2 Тестирование по теме 1.3

6 6

Контрольная работа по теме 1.3

4 5 6

Контрольная работа по теме 1.4 Контрольная работа по теме 1.5 Выполнение домашних заданий

6 6 4

Посещение занятий

4 (по 0,25 баллов за занятие)

Рубежный контроль (контрольный тест)

8 9 10

Виды текущей аттестации после рубежной аттестации Проверочная работа по теме 1.6 Тестирование по теме 1.6 Выполнение домашних заданий

6 6 6

11 12

Посещение занятий Выполнение домашних заданий

4 (по 0,25 баллов за занятие) 4

Виды работ и заданий на зачете Два теоретических вопроса Практическое задание Всего баллов за зачет ИТОГО

12 6 18 100

Набрать дополнительные баллы в течение семестра студент может в часы индивидуальных консультаций преподавателя. Шкала перевода баллов в оценку: «зачтено» - 60-100 баллов «не зачтено» - менее 60 баллов

6.2. Фонды оценочных средств для проведения текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации Сводные данные по оценке компетенций № п/п 1

Результат (освоенные компетенции) ОК-13

Основные показатели оценки результата знать: правовые нормы и обязанности уметь: способность к разрешению конфликтов владеть: настойчивостью в достижении цели

Виды контроля* в т р п

Формы и методы контроля** Тест Контрольная работа, самостоятельная работа

Номер темы (для текущего контроля) Темы 2.1, 2.2, 2.3, 2.4

Тест Зачет

ОК-15

знать: методы и средства познания уметь: самостоятельно их применять для приобретения новых знаний и умений владеть: методами самоконтроля и их приобретения

в т р п

Тест Темы 2.1, Контроль2.2, 2.3, 2.4 ная работа, самостоятельная работа Тест Зачет

ПК-2

знать: основные физические теории о строении материи уметь: применять их для выработки научного мировоззрения владеть:

в т р

Тест Темы 2.1, Контроль2.2, 2.3, 2.4 ная работа, самостоятельная работа Тест Зачет

ПК-3

знать:

уметь: использовать базовые знания в области математики и естественных наук в своей профессиональной деятельности владеть:

Тест Темы 2.1, Контроль2.2, 2.3, 2.4 ная работа, самостоятельная работа Тест Зачет

ПК-4

ПК-6

ПК-7

знать: основные законы естественнонаучных дисциплин уметь: использовать их в профессиональной деятельности владеть: методами математического анализа и моделирования в ходе теоретического и экспериментального исследования

в т

знать: уметь: использовать основные законы естественно-научных дисциплин для ориентации в условиях производственной деятельности владеть: способностью к адаптации в новых условиях

Тест Темы 2.1, Контроль2.2, 2.3, 2.4 ная работа, самостоятельная работа

Тест

Тест Темы 2.1, Контроль2.2, 2.3, 2.4 ная работа, самостоятельная работа

п Тест Зачет

знать: п уметь: :владеть: современными научными методами на уровне необходимом для выполнения профессиональных функций

Зачет Тест Темы 2.1, Контроль2.2, 2.3, 2.4 ная работа, самостоятельная работа Тест Зачет

ПК-15

в т

Тест Темы 2.1, Контроль2.2, 2.3, 2.4 ная работа, самостоятельная работа Тест Зачет

ПК-21

знать: уметь: определять и анализировать проблемы и планировать стратегию их решения владеть:

Тест Темы 2.1, Контроль2.2, 2.3, 2.4 ная работа, самостоятельная работа Тест Зачет

* в – входной контроль; т – текущий контроль; р – рубежный контроль; п – промежуточная аттестация; и – итоговая аттестация. ** при заполнении таблицы рекомендуется учитывать данные Приложения 5. 6.2.1. Входной контроль знаний студентов проводится в форме коллективной беседы по вопросам: 1. Дайте определение электрического заряда. Перечислите его фундаментальные свойства. 2. Что такое элементарный заряд? Каким числом может выражаться отношение заряда тела к элементарному заряду? 3. Чему равно отношение зарядов двух тел при электризации их трением друг о друга? 4. Сформулируйте закон сохранения заряда. Приведите примеры его проявления. 5. При электризации двух тел трением друг о друга одно зарядилось положительно, другое отрицательно. Изменились ли массы этих тел? 6. Если потереть бумагой баллон неоновой лампочки, то в темноте можно заметить, что она короткое время светится. Как объяснить это явление? 7. Сформулируйте закон Кулона. Запишите его в скалярном и векторном виде в СИ и гауссовой системе. 8. В чем сходство и различие между законами всемирного тяготения и Кулона?

9. Каковы единицы электрического заряда в СИ и гауссовой системе? Дайте их определение. Какова связь между ними? 10. Каков физический смысл коэффициента k = 1/4πε0 в законе Кулона в СИ? 11. Сформулируйте принцип суперпозиции для сил взаимодействия электрических зарядов. 12. Как, согласно теории близкодействия, осуществляется взаимодействие двух неподвижных зарядов? 13. Перечислите основные свойства электрического поля. Какое поле называется электростатическим (кулоновским)? 14. Какими свойствами должен обладать пробный заряд? 15. Что называется напряженностью электрического поля? Каковы единицы напряженности электрического поля в СИ в гауссовой системе? Дайте их определение. 16. Напишите формулы для напряженности поля точечного заряда в скалярном и векторном виде. 17. Сформулируйте принцип суперпозиции напряженностей электрических полей. 18. Что называется объемной плотностью заряда? Напишите для нее формулу, если распределение заряда: а) равномерное; б) неравномерное. 19. Что называется поверхностной плотностью заряда? Напишите для нее формулу, если распределение заряда: а) равномерное; б) неравномерное. 20. Что называется линейной плотностью заряда? Напишите для нее формулу, если распределение заряда: а) равномерное; б) неравномерное. 21. Напишите формулу для напряженности электростатического поля объемно распределенного заряда. 22. Напишите формулу для напряженности электрического поля поверхностно распределенного заряда. 23. Напишите формулу для напряженности электростатического поля линейно распределенного заряда. 24. Что называется линиями напряженности электрического поля? Перечислите их свойства. Нарисуйте линии напряженности поля точечного заряда. 25. Может ли вдоль линии напряженности модуль напряженности: увеличиваться; уменьшаться; оставаться постоянным? Приведите примеры. 26. Рассмотрите утверждение, что линии напряженности электрического поля – это траектории, по которым будет двигаться положительный электрический заряд, помещенный в данное поле. В каких случаях это верное, а в каких нет? 27. Какое электрическое поле называется однородным? Чем оно может быть создано? Нарисуйте линии напряженности такого поля. 28. Как зависит напряженность электрического поля равномерно заряженной сферы от расстояния до центра сферы? Изобразите зависимость графически. 38

29. Какие поля называют потенциальными? 30. Могут ли линии напряженности электростатического поля быть замкнутыми? 31. Докажите, что линии напряженности электростатического поля не могут быть параллельными прямыми, число которых на единицу перпендикулярной им плоской поверхности увеличивается в некотором направлении. 32. Что называется электрическим диполем? Чему равен вектор электрического момента диполя? 33. Что называется электрическим дипольным моментом системы точечных зарядов? 34. Докажите, что электрический дипольный момент электрически нейтральной системы точечных зарядов не зависит от выбора начала координат. 35. Как зависит модуль напряженности поля точечного диполя от расстояния? От каких ещё величин он зависит? 36. Чему равна сила, действующая на точечный электрический диполь, помещенный: а) в однородное электрическое поле? б) в неоднородное электрическое поле? 37. В однородное электрическое поле помещен электрический диполь. Чему равен вращательный момент, действующий на него? При каком положении диполя модуль вращательного момента максимален; минимален? 38. Электрические моменты двух диполей лежат на одной прямой. При каком напряжении диполей они притягивают; отталкивают друг друга? 39. Точечный электрический диполь поместили в центр равномерно заряженного кольца. Действует ли на диполь сила? 40. На оси равномерно заряженного кольца находится электрический диполь. При каком условии диполь притягивается к кольцу? 41. В электрическом поле точечного заряда находится электрический диполь. Притягивается или отталкивается диполь от заряда? 42. В электрическом поле равномерно заряженной нити находится электрический диполь. Притягивается или отталкивается диполь от нити? 6.2.2. Текущий контроль Примерные задания для проведения текущего контроля представлены в разделе 4 УМК. 6.2.3. Рубежный контроль 1. По первоначальным представлениям Бора, электрон в атоме водорода движется по круговой орбите. Вычислить скорость движения электрона, если радиус его орбиты 0,5 · 10-8 см (рис.).

2. Два точечных заряда 6,7 и – 13,3 нКл находятся на расстоянии 5 см друг от друга. Найти напряженность электрического поля в точке, расположенной на расстоянии 3 см от положительного заряда и 4 см от отрицательного. 3. Два положительно заряженных тела с зарядами 1,67 и 3,33 нКл находятся на расстоянии 20 см друг от друга. В какой точке на линии, соединяющей эти тела, надо поместить третье тело с зарядом – 0,67 нКл, чтобы оно оказалось в равновесии? Массами тел пренебречь. 4. Определите напряженность Е электростатического поля на продолжении оси электрического диполя в точке А (см. рисунок). 5. Два точечных одноименных зарядов (Q1 = 2 нКл и Q2 = 5 нКл) находятся в вакууме на расстоянии r1 = 20 см. Определите работу А, которую надо совершить, чтобы сблизить их до расстояния r2 = 5 см. 6. К пластинам плоского воздушного конденсатора приложена разность потенциалов 1,5 кВ. Площадь пластин 150 см2 и расстояние между ними 5 мм. После отключения конденсатора от источника напряжения в пространство между пластинами вставили стекло (ε2 = 7). Определите: 1) разность потенциалов между пластинами после внесения диэлектрика; 2) емкость конденсатора до и после внесения диэлектрика; 3) поверхностную плотность заряда на пластинах до и после внесения диэлектрика. 7. Сила тока в проводнике равномерно растет от I0 = 0 до Imax = 3 А за время τ = 6 с. Определите заряд Q, прошедший по проводнику. 8. Сопротивление однородной проволоки R = 36 Ом. Определите, на сколько равных отрезков разрезали проволоку, если после их параллельного соединения сопротивление оказалось равным R1 = 1 Ом. 9. Определите плотность тока в медной проволоке длиной l = 100 м, если разность потенциалов на ее концах φ1- φ2 = 10 В. Удельное сопротивление меди ρ = 17 нОм · м. 10.Сопротивление второго проводника в пять раз больше, чем сопротивление первого. Их сначала включают в цепь последовательно, а затем - параллельно. Определите отношение количества теплоты, выделившихся в этих проводниках, для обоих случаев. 40

11.Определите внутреннее сопротивление источника тока, если во внешней цепи при силе тока I1 = 4 А развивается мощность P1 = 10 Вт, а при силе тока I2 = 6 А – мощность P2 = 12 Вт. 12.В цепь, состоящую из источника ЭДС и резистора сопротивлением R = 10 Ом, включают вольтметр, сначала параллельно, а затем последовательно резистору, причем показания вольтметра одинаковы. Определите внутреннее сопротивление r источника ЭДС, если сопротивление вольтметра RV = 500 Ом. 6.2.4. Материалы для проведения промежуточной аттестации Промежуточная аттестация проводится в форме зачета. Примерный перечень вопросов к зачету 1. Свойства электрического заряда: два вида зарядов, закон сохранения зарядов, элементарный заряд. Модели точечного и непрерывно распределенного заряда. Экспериментальное определение элементарного заряда. 2. Принцип суперпозиции электрических полей. Изображение полей. Поле точечного заряда. Закон Кулона. 3. Потенциальный характер электрического поля. Потенциал. Градиент потенциала и напряженность электрического поля. 4. Проводники в электрическом поле. Эквипотенциальность проводника. Напряженность внутри и на поверхности проводника. Электризация поля через влияние. Электростатическая защита. 5. Электроемкость. Плоский, сферический и цилиндрический конденсаторы. Соединение конденсаторов. 6. Электрический диполь. Диполь во внешнем однородном и неоднородном поле. Поляризация диэлектриков. 7. Энергия системы зарядов и электрического поля. Плотность энергии электрического поля. 8. Простые цепи. Закон Ома для участка цепи. Сопротивление проводника. Зависимость сопротивления от температуры. 9. Последовательное и параллельное соединение проводников. Делители тока и напряжения, их свойства и применение. 10. Работа, мощность, КПД простых цепей постоянного тока. 12. Сторонние силы. ЭДС, закон Ома для полной цепи. Соединение элементов в батареи. 13. Разветвленные цепи. Закон Кирхгофа. 14. Методы измерения сопротивлений и ЭДС. 15. Расширение пределов измерения амперметра и вольтметра. 16. Проводимость твердых тел. Природа носителей тока в металлах. Законы Ома и Джоуля-Ленца с точки зрения классической электронной теории. 41

17. Недостатки классической электронной теории. Нелинейные цепи. Понятие о сверхпроводимости. Проводимость полупроводников. Термо- и фотосопротивления. 18. Электрический ток в электролитах. Электрическая диссоциация. Подвижность ионов. Закон Ома для электролитов. Закон Фарадея. 19. Использование электролиза в технике. Гальванические элементы. Аккумуляторы. 20. Электрический ток в газах. Самостоятельный и несамостоятельный разряд в газе. Вольт-амперная характеристика несамостоятельного разряда. Виды разрядов (тлеющий, дуговой, искровой, коронный). 21. Понятие о плазме. Использование газовых разрядов в технике. Катодные лучи. 22. Магнитное поле электрического тока. Индукция и напряженность магнитного поля. Магнитный поток. Закон Био-Савара-Лапласа. 23. Магнитное поле прямого, кругового и соленоидального токов. 24. Взаимодействие токов. Сила Ампера. Сила Лоренца. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле. 25. Магнитное поле витка с током. Магнитный диполь и его поведение во внешнем поле. Намагничивание магнетиков. 26. Действие электрического и магнитного поля на движущийся заряд. Эффект Холла и его применение. Принцип работы МГД-генератора. 27. Опыты Фарадея. Закон индукции Фарадея и правило Ленца. ЭДС индукции. Вихревые токи. Скин-эффект. 28. Самоиндукция катушки. Индуктивность тороида и длинного соленоида. Энергия магнитного поля катушки с током. Плотность энергии магнитного поля. 29. Переходные процессы в цепях с индуктивностью и емкостью. 30. Энергия взаимодействия токов. Взаимная индукция. 31. Квазистационарные токи. Получение переменной ЭДС. Описание переменного тока в тригонометрической и комплексной форме. 32. Омическое сопротивление в цепи переменного тока. Эффективное и среднее значение тока и напряжения. 33. Конденсатор в цепи переменного тока. 34. Индуктивность в цепи переменного тока. 35. Последовательно соединенные сопротивления и емкость в цепи переменного тока. Резонанс напряжений. 36. Последовательно соединенные индуктивность, емкость и сопротивление в цепи переменного тока. Резонанс напряжений. 37. Параллельно соединенные индуктивность и емкость в цепи переменного напряжения. Резонанс токов. 38. Мощность и сдвиг фаз в цепи переменного тока. Косинус фи и пути его улучшения. Передача энергии на расстояние. Трансформаторы. 39. Электромагнитные волны вдоль проводов. Скорость волн. Стоячие волны и резонанс в отрезках длинных линий. 42

40. Открытый колебательный контур. Излучение электромагнитных волн. Опыты Герца. Плотность и поток энергии волн. Вектор УмоваПойнтинга. Изобретение радиосвязи и радиолокации. 6.3. Материалы, устанавливающие содержание и порядок проведения итоговой аттестации Содержание учебной дисциплины «Физика», раздел 2. «Электричество и магнетизм» не входит в перечень вопросов государственного экзамена и имеет силу для специальности 020201.65 Фундаментальная и прикладная химия.