WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 |
Южно-Уральский государственный университет Кафедра общей и экспериментальной физики А.А. Шульгинов ФИЗИКА Рабочая программа и задания по электромагнетизму Челябинск 2009 Шульгинов А.А. Физика: Рабочая программа и задания по электромагнетизму.

– Челябинск, 2009. – 17 с.

Учебное пособие содержит программу по физике и задания по электромагнетизму для самостоятельной работы студентов 1 курса. Рабочая программа соответствует Государственному образовательному стандарту высшего профессионального образования.

Ил. 28, табл. 2, список лит.– 5 назв.

2 Рабочая программа Лекции (34 часа – 17 лекций) Практика (17 часов – 8 занятий) Лабораторные работы (17 часов – 8 занятий) Самостоятельная работа студентов (СРС) (68 часов) Таблица 1 № План лекций Тема ПЗ СРС лек.

1 Раздел 5. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО ПЗ № 1. ДЗ И МАГНЕТИЗМ Напряжённость № 1 электрического Тема 1. Электростатика поля. Принцип Два рода электрических зарядов. Дискретсуперпозиции ность заряда. Закон Кулона. Закон сохранения электрического заряда. Электростатическое поле. Напряжённость электрического поля.

Графическое изображение поля. Принцип суперпозиции для напряжённости 2 Работа сил электрического поля по перемещению заряда. Потенциал. Связь между напряжённостью и потенциалом. Эквипотенци- альные поверхности. Энергия системы неподвижных зарядов 3 Поток вектора напряжённости электрического ПЗ № 2. ДЗ поля. Теорема Гаусса для электростатическо- Потенциал элек- № 2.

го поля в вакууме трического поля. Тест Работа сил поля № 1 4 Диэлектрики в электростатическом поле.

Электрический диполь. Электрический дипольный момент. Энергия диполя в электрическом поле. Поляризованность среды. Век- тор электрического смещения. Теорема Гаусса для вектора электрического смещения 5 Проводники в электрическом поле. Электро- ПЗ № 3. ДЗ ёмкость уединённого проводника и конденса- Электроёмкость. № 3 тора. Энергия заряженного проводника, кон- Энергия элекденсатора, электрического поля. Объёмная тростатического плотность энергии поля Продолжение табл. № План лекций Тема ПЗ СРС лек 6 Тема 2. Постоянный электрический ток Условия существования и характеристики постоянного тока. Разность потенциалов, ЭДС, напряжение. Сопротивление проводников.

Закон Ома в дифференциальной и интегральной формах для однородного и неоднородного участков цепи и замкнутой цепи. Работа и мощность тока. Закон Джоуля–Ленца 7 Тема 3. Магнитное поле ПЗ № 4. ДЗ Законы постоян- № 4.

Магнитное поле. Магнитная индукция. Граного тока Тест фическое изображение магнитного поля. За№ кон Био–Савара–Лапласа. Принцип суперпозиции. Магнитное поле прямолинейного проводника с током 8 Поток вектора магнитной индукции. Теорема Гаусса для магнитного поля. Циркуляция вектора магнитной индукции. Закон полного тока в вакууме 9 Действие магнитного поля на проводник с то- ПЗ № 5. ДЗ ком. Закон Ампера. Контур с током в одно- Закон Био– № родном и неоднородном магнитном поле. Ра- Савара–Лапласа бота по перемещению проводника с током и контура с током в магнитном поле 10 Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца. Относительность электри ческих и магнитных полей 11 Магнитное поле в веществе. Диа- и парамаг- ПЗ № 6. ДЗ нетики. Ферромагнетики и их свойства. Закон Сила Ампера. № полного тока для вектора напряжённости маг- Сила Лоренца нитного поля. Условия на границе раздела магнетиков Окончание табл. № План лекций Тема ПЗ СРС лек.

12 Явление электромагнитной индукции. Опыты Фарадея. Правило Ленца. Закон электромагнитной индукции и его вывод из закона со хранения энергии 13 Явление самоиндукции и взаимной индукции. ПЗ № 7. ДЗ Индуктивность и взаимная индуктивность. Магнитный по- № Токи замыкания и размыкания. Токи Фуко. ток. Работа в Скин-эффект. Энергия магнитного поля. Объ- магнитном поле ёмная плотность энергии магнитного поля 14 Тема 4. Электромагнитные колебания и волны Свободные незатухающие колебания. Идеаль ный колебательный контур. Дифференциальное уравнение незатухающих колебаний и его решение. Формула Томсона. Энергия колебаний 15 Реальный колебательный контур. Дифферен- ПЗ № 8. ДЗ циальное уравнение затухающих колебаний и Закон электро- № 8.

его решение. Параметры затухания. Аперио- магнитной ин- Тест дический процесс. Вынужденные электромаг- дукции № нитные колебания. Резонанс 16 Основы теории Максвелла для электромагнитного поля. Ток смещения. Уравнения Мак свелла 17 Дифференциальное уравнение электромаг- Зачёт нитной волны. Фазовая и групповая скорости.

Основные свойства электромагнитных волн.

Монохроматическая волна. Перенос энергии электромагнитной волной Лабораторные работы Таблица № заня- Тематика лабораторных работ Названия лабораторных работ тия 1 Вводное занятие. Техника безопас- ности. Методы оценки погрешности 2 Электростатика РАБОТА Э-1. Изучение электроста тического поля методом моделирования 3 РАБОТА Э-2. Определение электроёмкости конденсатора 4 Законы постоянного тока РАБОТА Э-3. Определение удель ного сопротивления проводника 5 Магнетизм РАБОТА Э-6. Определение удельного заряда электрона методом магнетрона 6 РАБОТА Э-7. Изучение эффекта Холла в полупроводниках 7 РАБОТА Э-8. Определение характеристик петли гистерезиса ферромагнетика 8 Электромагнитные колебания РАБОТА Э-12. Изучение электромагнитных затухающих колебаний 9 Дополнительное занятие Описания лабораторных работ имеются в пособии:

А.А. Шульгинов, Ю.В. Петров, Б.А. Андрианов. Электромагнетизм и физика твёрдого тела: Учебное пособие для выполнения лабораторных работ; Под ред.



С.Ю. Гуревича. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2009.

Пособие по решению задач:

Н.Н. Топольская, В.Г. Топольский. Электромагнетизм. Учебное пособие по решению задач. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2003.

Пособия имеются на сайте http://www.phys.susu.ac.ru.

Учебники:

1. Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1994.

2. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1989.

3. Савельев И.В. Курс общей физики. – М.: Наука, 1988. – Т.2.

Общие замечания о решении физических задач 1. Практика показывает, что студент терпит неудачу в решении задач по физике чаще всего из-за неглубоких, формальных знаний теории. Поэтому, прежде чем приступить к решению, тщательно проработайте соответствующий теоретический материал [1–3].

2. Внимательно прочитайте условие задачи. Если позволяет характер задачи, обязательно сделайте схематический рисунок, поясняющий ее сущность. На рисунке необходимо показать все векторные величины, используемые в задаче.

Это во многих случаях резко облегчает как поиск решения, так и само решение.

3. Независимо от способа заданий исходных данных, задачи следует решать в общем виде. Для этого нужно обозначить все величины соответствующими буквами и с помощью физических законов установить математическую связь между исходными данными и искомой величиной. При этом все математические преобразования необходимо сопровождать подробным объяснением. В результате получается одно или несколько уравнений и физическая задача сводиться к математической.

4. Получив для искомой величины решение в общем виде, нужно проверить её наименование в системе СИ. Неверное наименование есть явный признак ошибочности решения.

5. Убедившись, что общее решение верно, подставляют в него числовые значения величин в СИ. Если исходные или конечные величины значительно больше или значительно меньше единицы, то числа пишут в стандартном виде (например, вместо 0,000086 м писать 8,610–5 м, вместо 21000 Н – число 2,Н или 21 кН и т.д.).

6. Так как числовые значения физических величин всегда бывают приближенными, то при расчетах необходимо округлять результат. В частности, в полученном значении вычисленной величины, нужно сохранить последним тот знак, единица которого превышает погрешность этой величины. Все остальные значащие цифры надо отбросить. Обычно при решении физических задач в окончательном ответе, считается достаточным оставлять три значащие цифры и обязательно указать единицы измерения результирующей величины.

7. Получив числовой ответ, нужно оценить его правдоподобность. Такая оценка может в ряде случаев обнаружить ошибочность полученного результата.

Практическое занятие № 1.

Напряжённость электрического поля. Принцип суперпозиции +Q +Q 1. В вершинах квадрата со стороной a=0,1 м помещены заряды Q=1 нКл. Определить напряжённость электрического поля в т. А (на середине стороны квадA рата).

–Q –Q 2. В вершинах равностороннего треугольника со +Q стороной a=0,2 м помещены заряды Q = 2 нКл. Найти напряжённость поля в точке В (на середине стороны).

–Q B +Q 3. Электрическое поле создано двумя параллельными бесконечными плоскостями. Поверхностные плотности заряда плоскостей 1 = –30 нКл/м2 и 2 = 10 нКл/м2.

1) Построить график Е(х) зависимости проекций напряжённости от координаты вдоль прямой Ох, перпендикулярной плоскостям.

1 2) Нарисовать картину силовых линий поля.

3) Рассчитать напряженность результирующего поля двух плоскостей в точках A, B, C.

A B C 4) Найти силу, действующую на точечный заряд Q0 =1 нКл, помещенный в точку B.

5) Найти силу взаимодействия плоскостей, приходяx щуюся на единицу площади.

O 4. Две концентрические сферы радиусами R1=2 см и R2=4 см имеют заряды соответственно Q1=+10–8 Кл и Q2=+210–8 Кл.

1) Построить график зависимости напряженности Е(r) от расстояния r, отсчитываемого от центра сфер.

r C 2) Определить напряжённость в точках, находяB щихся на внутренней и наружной поверхностях кажA дой сферы.

R3) Определить напряжённость поля в точках A, B, RC, расположенных на расстояниях rA=1 см, rB=3 см, rC=5 см соответственно.

5. Тонкий прямой стержень длиной l=0,1 м несёт равномерно распределенный заряд Q = 30 нКл. ОпредеQ A лить напряжённость поля, создаваемого этим зарядом в l l точке А, расположенной на продолжении оси стержня и удаленной от его ближнего конца на расстояние, равное длине стержня.

Домашнее задание № 1. Найти напряжённость поля в точке С, расположен- +Q ной на середине гипотенузы. В вершинах треугольника +Q помещены заряды Q=1 нКл, длина гипотенузы c=0,1 м.

c C –Q 2. Электрическое поле создано двумя параллельными 1 бесконечными плоскостями. Поверхностные плотности заряда плоскостей 1 = 20 нКл и 2 = –10 нКл.

1) Построить график Е(х) зависимости проекции на- A B C пряжённости от координаты вдоль прямой Ох, перпендикулярной плоскостям.

2) Нарисовать картину силовых линий поля.

x O 3) Рассчитать напряженность результирующего поля двух плоскостей в точках A, B, C.

4) Найти силу, действующую на точечный заряд Q0 = 1 нКл, помещенный в точку A.

5) Найти силу взаимодействия плоскостей, приходящуюся на единицу площади.

3. Две концентрические сферы радиусами R1 = 2 см и R2 = 4 см имеют заряды соответственно Q1 = +10–8 Кл и Q2 = –10–8 Кл.

1) Построить график зависимости напряженности Е(r) r C B от расстояния r, отсчитываемого от центра сфер.

A 2) Определить напряженность в точках, находящихся Rна внутренней и наружной поверхностях каждой сферы.





3) Определить напряженность поля в точках A, B, C, Rрасположенных на расстояниях rA=1 см, rB=3 см, rC=5 см соответственно.

4. Полубесконечная нить имеет линейную плотQ A ность заряда = 100 нКл/м. Определить силу, дейa ствующую со стороны поля нити на точечный заряд Q0 = 3 нКл, находящийся в точке А, удаленной от конца нити на расстояние, равное а = 0,2 м.

Практическое занятие № 2.

Работа перемещения зарядов в поле. Потенциал электрического поля 1. Определить потенциал в точке поля, расположенQной на середине одной из сторон равностороннего треугольника, в вершинах которого помещены заряды B Q1 = Q2 = 1,5 нКл, Q3 = –2 нКл. Сторона треугольника равна a = 0,2 м. Определить энергию системы зарядов.

Q3 QQ1 Q2. Определить потенциал в точке А, расположенной на A середине одной из сторон квадрата, если в его вершинах помещены заряды Q1 = Q2 = –20 нКл, Q3 = Q4 = 20 нКл.

Сторона квадрата а = 0,1 м.

QQ3. Две концентрические сферы радиусами R1 = R и r R2 = 2R имеют заряды Q1 = Q и Q2 = 2Q соответственно (R = 2.10–8 м, Q = 10–8 Кл).

1) Построить график зависимости потенциала поля (r) Rот расстояния r, отсчитываемого от центра сфер;

2) определить потенциал в точках на поверхности кажRдой из сфер.

4. Пылинка массой m = 200 мкг, несущая на себе заряд Q = 40 нКл, влетела в электрическое поле в направлении силовых линий. После прохождения разности потенциалов U = 200 В пылинка имела скорость V = 10 м/с.

Определить скорость V0 пылинки до того, как она влетела в поле.

5. Электрон, обладавший кинетической энергией ЕК = 10 эВ, влетел в однородное электрическое поле в направлении силовых линий поля. Какой скоростью будет обладать электрон, пройдя в этом поле разность потенциалов U = 8 В Домашнее задание № 1. Определить разность потенциалов между точками QQО и М, если Q1=1,5.10–7 Кл, Q2 =Q3 = –2.10–7 Кл, а = 0,2 м.

O M Q2. Две концентрические сферы радиусами R1 = R и r R2 = 2R имеют заряды Q1 = Q и Q2 = –Q соответственно (R = 2.10–8 м, Q = 10–8 Кл).

1) Построить график зависимости потенциала поля R(r) от расстояния r, отсчитываемого от центра сфер;

R2) определить потенциал в точках на поверхности каждой из сфер.

3. Электрон с энергией ЕК = 400 эВ (в бесконечности) движется вдоль силовой линии по направлению к поверхности металлической заряженной сферы радиусом R = 10 см. Определить минимальное расстояние а, на которое приближается электрон к поверхности сферы, если заряд её Q = – 10 нКл.

Практическое занятие № 3.

Электроёмкость. Энергия электростатического поля 1. Обкладки воздушного конденсатора имеют площадь S и отдалены друг от друга на расстояние d. Между ними находится металлическая пластинка такой же площади и толщиной. Какую работу надо произвести, чтобы вытащить пластинку Обкладки конденсатора имеют противоположные заряды величиной q. Определить изменение разности потенциалов на обкладках конденсатора.

2. Плоский конденсатор с расстоянием между обкладками d и площадью каждой обкладки S подключён к источнику напряжения U. Между обкладками конденсатора параллельно им вносится диэлектрическая пластина () толщиной d0. Найти: 1) изменение энергии конденсатора;

2) работу, затраченную на внесение пластины;

3) изменение напряжённости электрического поля в воздушном слое.

3. Конденсатор электроемкостью C1 зарядили до разности потенциалов и отключили от источника тока. Затем к конденсатору подключили второй (параллельно), незаряженный электроёмкостью С2. Определить энергию, израсходованную на образование искры, проскочившей при соединении конденсаторов.

4. Заряд равномерно распределён в вакууме по объёму имеющему форму шара. Радиус шара R, объёмная плотность заряда. Определить энергию W электростатического поля, сосредоточенную в самом шаре.

Домашнее задание № 1. Сила притяжения F между пластинами плоского воздушного конденсатора равна 50 мН. Площадь S каждой пластины равна 200 см2. Найти плотность энергии w поля конденсатора.

2. Плоский воздушный конденсатор имеет электроёмкость C0=500 пФ. Расстояние между пластинами d=2 мм. Его зарядили до разности потенциалов U=200 В. Какую работу надо произвести, чтобы внести металлическую пластинку толщиной =1 мм внутрь конденсатора, не отключая его от источника напряжения Определить изменение заряда на обкладках конденсатора.

3. Плоский конденсатор с расстоянием между обкладками d=5 мм и площадью каждой обкладки S=0,02 м2 зарядили до разности потенциалов U=500 В и отключили от источника напряжения. Между обкладками конденсатора параллельно им вносится диэлектрическая пластина (=3) толщиной d0=2 мм. Найти:

1) изменение энергии конденсатора;

2) работу, затраченную на внесение пластины;

3) изменение напряжения на конденсаторе.

4. Металлический шар радиусом R=1 см зарядили до потенциала =200 В.

Определить энергию электрического поля шара.

Практическое занятие № 4.

Законы постоянного тока 1. На рисунке изображен участок электрической цепи. Определить:

1) силу тока;

2) разность потенциалов и напряжение между двумя точками C и D.

1 R1 1, r1 R2 2, r2 R3 C D А I В 1=7 В, 2=2 В, r1=r2=1 Ом, R1=2 Ом, R2=R3=4 Ом, 1–2=10 В.

2. На рисунке изображена схема Rцепи. Определить:

1) показания амперметра;

1, r2) показания вольтметра;

3) напряжение на зажимах амА V Rперметра.

1=10 В, 2=5 В, r1=2 Ом, r2=1 Ом, 2, rR1=10 Ом, R2=20 Ом, RA=1 Ом, RV=100 Ом.

Pages:     || 2 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.