энергетический метод вычисления сил в электрическом поле

Электричество и магнетизм

course image2

для зачета в своем вузе

Что такое физика и зачем она нужна? Некоторые люди никогда не задаются таким вопросом. Некоторые считают, что физика нужна исключительно для создания различных «девайсов», например холодильников или мобильных телефонов. И они в чем-то правы, ведь сказал же Оскар Уайльд, что «Комфорт – это единственное, что может нам дать цивилизация».

Для нас физика – это умение видеть и понимать окружающий мир, возможность творить то, о чем раньше даже и мечтать было сложно. Мы считаем, что для дальнейшего прогресса человечества необходимы ученые-физики, инженеры-физики и просто образованные люди. Мы готовы делиться нашими знаниями.

О курсе

Курс «Электричество и магнетизм» рассчитан на студентов технических ВУЗов. Лекции читает доктор физико-математических наук, профессор Московского физико-технического института, заслуженный деятель науки Российской Федерации, Козел Станислав Миронович.

В курсе рассматриваются ключевые аспекты электричества, магнетизма и теории колебаний. Подробно объяснены такие важные понятия как поле диполя, метод изображений, электрическое поле в веществе, энергетический метод вычисления сил, теорема о циркуляции, магнитное поле в веществе, электромагнитная индукция, силы в магнитном поле, свободные колебания, метод комплексных амплитуд, спектральный анализ в линейных системах, уравнения Максвелла, электромагнитные волны в волноводах.

Формат

Курс рассчитан на 16 недель (включая 2 проверочные недели и экзамен). Учебные недели включают лекции, физические демонстрации и семинары с разбором задач. Основные формулы и тезисы лекций представлены в виде кратких конспектов. Каждая учебная неделя содержит тест и 4 задачи для самостоятельного решения. Проверочная неделя включает тест и 5 задач. В конце курса у слушателя есть возможность решить дополнительную контрольную работу из трёх задач повышенной сложности с ограничением по времени.

Кроме того, данный курс включает 4 дополнительные недели: по желанию их также можно изучить (прохождение необязательно, задания не оцениваются).

Информационные ресурсы

Требования

Слушателям курса необходимо владеть знаниями по физике в объеме школьной программы, основами дифференциального и интегрального исчисления, основами векторного исчисления.

Необходимо иметь представление о ключевых понятиях электростатики и магнитостатики, таких как заряды, поля, принцип суперпозиции, уравнения Максвелла, записанные в статическом случае как внутри вещества, так и вне его, энергия электрического поля, энергетические подходы для вычисления сил, действующих на объекты, находящиеся электростатическом поле. Требуется представление о свойствах постоянного тока, в частности, законе Ома, правилах Кирхгофа и законе Джоуля-Ленца.

В курсе предполагается, что слушатели знакомы с законом Био-Савара-Лапласа и имеют представление о силе Лоренца и силе Ампера. Также необходимо владение основами векторного анализа, представление о понятиях градиента, дивергенции, ротора.

Источник

Общая физика

Программу и задание составили:

Программа обсуждена на заседании кафедры общей физики 23 мая 2002 года

Заведующий кафедрой: А.Д.Гладун

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ

1. Электрические заряды и электрическое поле. Напряженность электрического поля. Закон Кулона. Принцип суперпозиции.

2. Теорема Гаусса для электрического поля в вакууме. Потенциальный характер электрического поля. Потенциал и разность потенциалов. Связь напряженности поля с градиентом потенциала. Граничные условия на заряженной поверхности. Дифференциальная форма теоремы Гаусса.

3. Электрическое поле в веществе. Проводники в электрическом поле. Поляризация диэлектриков. Классические представления о поляризации диэлектриков. Вектор поляризации. Свободные и связанные заряды. Теорема Гаусса при наличии диэлектриков. Вектор электрической индукции. Поляризуемость и диэлектрическая проницаемость. Граничные условия на границе двух диэлектриков.

4. Электрическая емкость. Конденсаторы. Энергия электрического поля и ее локализация в пространстве. Энергетический метод вычисления сил в электрическом поле. Свободная энергия.

5. Постоянный ток. Сила и плотность тока. Закон Ома. Электродвижущая сила. Правила Кирхгофа. Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля-Ленца.

6. Магнитное поле постоянных токов в вакууме. Вектор магнитной индукции. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца. Магнитный момент тока. Закон Био-Савара. Магнитное поле равномерно движущегося точечного заряда. Теорема о циркуляции для магнитного поля в вакууме и ее применение к расчету магнитных полей. Дифференциальная форма теоремы о циркуляции. Соленоидальный характер магнитного поля.

7. Магнитное поле в веществе. Магнитная индукция и напряженность поля. Вектор намагниченности. Токи проводимости и молекулярные токи. Теорема о циркуляции для магнитного поля в веществе. Граничные условия на границе двух магнетиков. Магнитная восприимчивость. Магнитные свойства вещества. Пара- и диамагнетики и их объяснение в электронной теории. Понятие о ферромагнетиках. Гистерезис. Магнитные свойства сверхпроводников.

8. Электромагнитная индукция в движущихся и неподвижных проводниках. Электродвижущая сила индукции. Правило Ленца. Коэффициенты само- и взаимоиндукции. Установление тока в цепи, содержащей индуктивность. Теорема взаимности. Магнитная энергия и ее локализация в пространстве. Энергетический метод вычисления сил в магнитном поле.

9. Движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях. Определение удельного заряда электрона.

10. Переменное электрическое поле и его магнитное действие. Ток смещения. Система уравнений Максвелла. Граничные условия.

11 Волновое уравнение. Электромагнитные волны в свободном пространстве, их поперечность и скорость распространения. Электромагнитная природа света. Волны в волноводах. Понятие об объемных резонаторах. Поток энергии и теорема Пойнтинга. Излучение электромагнитных волн. Давление излучения. Опыты Лебедева. Релятивистская инвариантность уравнений Максвелла.

12. Квазистационарные процессы. Скин-эффект. Колебания в линейных системах. Колебательный контур. Свободные затухающие колебания. Коэффициент затухания, логарифмический декремент и добротность. Энергетический смысл добротности.

13. Вынужденные колебания под действием синусоидальной силы. Амплитуда и фаза при вынужденных колебаниях. Резонанс. Параметрический резонанс. Переменные токи.

14. Комплексная форма представления колебаний. Векторные диаграммы. Комплексное сопротивление (импеданс). Правила Кирхгофа для переменных токов. Работа и мощность переменного тока. Резонанс напряжений и токов.

15. Вынужденные колебания под действием несинусоидальной силы. Амплитудная и фазовая модуляции. Понятие о Фурье-разложении. Спектральный анализ в линейных системах. Частотная характеристика и импульсный отклик. Понятие о детектировании модулированных сигналов.

16. Предел чувствительности электрических измерительных приборов.

17. Понятие о плазме. Экранировка, плазменная частота. Диэлектрическая проницаемость плазмы.

Источник

4033_obshchaya fizika elektrichestvo i magnetizm_kof_3sem_falt pmi

htmlconvd

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Московский физико-технический институт (государственный университет)»

«УТВЕРЖДАЮ Проректор по учебной и методической работе

Рабочая программа дисциплины (модуля)

Общая физика: электричество и магнетизм

Прикладная математика и информатика (бакалавриат)

Прикладная математика и информатика (общий)

аэромеханики и летательной техники

Аудиторных часов: 102 всего, в том числе:

практические (семинарские) занятия: 34 час.

лабораторные занятия: 0 час.

Самостоятельная работа: 12 час.

Подготовка к экзамену: 30 час.

Всего часов: 144, всего зач. ед.: 4

Количество курсовых работ, заданий: 2

С.М. Козел, д.ф.м.н, профессор

Г.Р. Локшин, д.ф.м.н, профессор

Программа обсуждена на заседании кафедры

Декан факультета аэромеханики и летательной техники

Начальник учебного управления

Освоение студентами базовых знаний в области физики электромагнитных явлений для дальнейшего изучения других разделов физики и углубленного изучения фундаментальных основ электричества и магнетизма

• формирование у обучающихся базовых знаний в областиэлектричества и магнетизма

• формирование умений и навыков применять изученные теоретические законы и математические инструменты для решения различных физических задач

Читайте также:  безопасный газовый баллон для дачи

• формирование общефизической культуры: умения выделять существенные физические явления и пренебрегать несущественными; умения проводить оценки физических величин; умения строить простейшие теоретические модели, описывающие физические процессы

2. Место дисциплины (модуля) в структуре образовательной программы

Данная дисциплина относится к базовой части ООП.

Дисциплина «Общая физика: электричество и магнетизм» базируется на дисциплинах: Введение в математический анализ; Аналитическая геометрия.

Дисциплина «Общая физика: электричество и магнетизм» предшествует изучению дисциплин: Теория поля; Общая физика: оптика.

3. Перечень планируемых результатов обучения по дисциплине (модулю), соотнесенных с планируемыми результатами освоения образовательной программы

Освоение дисциплины направлено на формирование следующих общекультурных, общепрофессиональных и профессиональных компетенций:

способность использовать основы философских знаний для формирования мировоззренческой позиции (ОК-1); способность анализировать основные этапы и закономерности исторического развития

общества для формирования гражданской позиции (ОК-2);

способность собирать, обрабатывать и интерпретировать данные современных научных исследований, необходимые для формирования выводов по соответствующим научным исследованиям (ПК-1); способность понимать, совершенствовать и применять современный математический аппарат

способность критически переосмысливать накопленный опыт, изменять при необходимости вид и характер своей профессиональной деятельности (ПК-3); способность работать в составе научно-исследовательского и производственного коллектива и решать задачи профессиональной деятельности (ПК-4);

способность приобретать и использовать организационно-управленческие навыки в профессиональной и социальной деятельности (ПК-8).

В результате освоения дисциплины обучающиеся должны

• фундаментальные законы и понятия физики электромагнитных явлений, а также границы их применимости:

o закон сохранения заряда,закон Кулона,принцип суперпозиции, теорема Гауссав интегральном и дифференциальном виде;

o понятие потенциалаи егосвязь с напряжённостью поля;

o основные понятия при вычислении электрическое поля в веществе: векторы поляризации и электрической индукции, поляризуемость и диэлектрическая проницаемость;

o закон Ома в интегральной и дифференциальной формах,правила Кирхгофа, закон Джоуля–Ленца;

o закон Био–Савара,теорема о циркуляции для магнитного поля в интегральном и дифференциальном виде;

o основные понятия при вычислении магнитного поля в веществе: магнитная индукция и напряжённость поля, вектор намагниченности, токи проводимости и молекулярные токи;

o закон электромагнитной индукции, правило Ленца;

o основные понятия теории колебаний: свободные затухающие колебания, коэффициент затухания, логарифмический декремент и добротность, вынужденные колебания, резонанс, параметрическое возбуждение колебаний, автоколебания;

o уравнения Максвелла в интегральной и дифференциальной форме; o закон сохранения энергии и теорема Пойнтинга;

o базовые понятия о плазме и волноводах;

• применять изученные общие физические законы для решения конкретных задач по электричеству и магнетизму:

o применять теорему Гаусса для нахождения электрического поля в вакууме и в веществе; o записывать и решать уравнения Пуассона и Лапласа;

o применять теорему о циркуляции для нахождения магнитного поля в вакууме и в веществе; o применять метод «изображений»для вычисления электрических и магнитных полей;

o применять энергетический метод вычисления сил в электрическом и магнитном поле; o рассчитывать электрическую ёмкость и коэффициенты само- и взаимоиндукции;

o использовать комплексную форму представления колебаний и векторные диаграммы при расчете колебательных контуров;

• анализировать физические задачи, выделяя существенные и несущественные аспекты явления, и на основе проведённого анализа строить упрощённые теоретические модели физических явлений;

• применять различные математические инструменты решения задач исходя из сформулированных физических законов, и проводить необходимые аналитические и численные расчёты;

• основными методами решения задач физики электромагнитных явлений;

• основными математическими инструментами, характерными для задач электричества и магнетизма

4. Содержание дисциплины (модуля), структурированное по темам (разделам) с указанием отведенного на них количества академических часов и видов учебных занятий

4.1. Разделы дисциплины (модуля) и трудоемкости по видам учебных занятий

Виды учебных занятий, включая самостоятельную

Тема (раздел) дисциплины

Подготовка к экзамену

4.2. Содержание дисциплины (модуля), структурированное по темам (разделам)

1. Электрическое поле в вакууме. Электрические заряды и электрическое поле. Закон сохранения заряда. Напряжённость электрического поля. Закон Кулона. Система единиц СГСЭ. Принцип суперпозиции. Электрическое поле диполя. Теорема Гаусса для электрического поля в вакууме в интегральной и дифференциальной формах. Её применение для нахождения электростатических полей. Потенциальный характер электростатического поля. Потенциал и разность потенциалов. Связь напряжённости поля с градиентом потенциала. Граничные условия на заряженной поверхности. Уравнения Пуассона и Лапласа. Единственность решения электростатической задачи. Метод «изображений».

2. Электрическое поле в веществе. Проводники в электрическом поле. Поляризация диэлектриков. Вектор поляризации. Свободные и связанные заряды. Теорема Гаусса при наличии диэлектриков. Вектор электрической индукции. Поляризуемость и диэлектрическая проницаемость. Граничные условия на поверхности проводника и на границе двух диэлектриков. Электрическая ёмкость. Конденсаторы. Энергия электрического поля и её локализация в пространстве. Объёмная плотность энергии. Взаимная энергия зарядов. Энергия диполя в электрическом поле. Энергетический метод вычисления сил в электрическом поле.

3. Магнитное поле постоянных токов в вакууме. Постоянный ток. Сила и плотность тока. Закон Ома в интегральной и дифференциальной формах. Электродвижущая сила. Правила Кирхгофа. Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля–Ленца. Токи в объёмных средах. Магнитное поле постоянных токов в вакууме. Вектор магнитной индукции. Сила Лоренца. Сила Ампера. Закон Био–Савара. Магнитное поле равномерно движущегося точечного заряда. Рамка с током в магнитном поле. Магнитный момент тока. Теорема о циркуляции для магнитного поля в вакууме и её применение к расчету магнитных полей. Магнитное поле тороидальной катушки и соленоида. Дифференциальная форма теоремы о циркуляции.

4. Магнитное поле в веществе. Магнитная индукция и напряжённость поля. Вектор намагниченности. Токи проводимости и молекулярные токи. Теорема о циркуляции для магнитного поля в веществе. Граничные условия на границе двух магнетиков. Применение теоремы о циркуляции для расчёта магнитных полей. Магнитные свойства вещества. Качественные представления о механизме намагничивания пара- и диамагнетиков. Понятие о ферромагнетиках. Гистерезис. Магнитные свойства сверхпроводников I рода. Электромагнитная индукция в движущихся и неподвижных проводниках. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца. Относительный характер электрического и

магнитного полей. Преобразование →E и →B (при v 6. Электромагнитные колебания.Квазистационарные процессы. Колебания в линейных системах. Колебательный контур. Свободные затухающие колебания. Коэффициент затухания, логарифмический декремент и добротность. Энергетический смысл добротности. Вынужденные колебания под действием синусоидальной силы. Амплитудная и фазовая характеристики. Резонанс. Процесс установления стационарных колебаний. Параметрическое возбуждение колебаний. Понятие об автоколебаниях. Обратная связь. Условие самовозбуждения. Роль нелинейности.Электрические флуктуации. Тепловой шум, формула Найквиста. Дробовой шум, формула Шоттки (без вывода). Флуктуационный предел измерения слабых сигналов. Комплексная форма представления колебаний. Векторные диаграммы. Комплексное сопротивление (импеданс). Правила Кирхгофа для переменных токов. Работа и мощность переменного тока. Вынужденные колебания под действием несинусоидальной силы. Амплитудная и фазовая модуляции. Понятие о спектральном разложении. Спектр одиночного прямоугольного импульса и периодической последовательности импульсов. Соотношение неопределённостей. Спектральный анализ линейных систем. Колебательный контур как спектральный прибор. Частотная характеристика и импульсный отклик. Понятие о детектировании модулированных сигналов.

7. Электромагнитные волны. Уравнения Максвелла в интегральной и дифференциальной форме. Граничные условия. Ток смещения. Материальные уравнения. Волновое уравнение. Электромагнитные волны в однородном диэлектрике, их поперечность и скорость распространения. Поток энергии в электромагнитной волне. Закон сохранения энергии и теорема Пойнтинга. Электромагнитная природа света. Монохроматические волны. Комплексная амплитуда. Уравнение Гельмгольца. Плоские и сферические волны Давление излучения. Электромагнитный импульс.Излучение диполя (без вывода). Понятие о линиях передачи энергии. Двухпроводная линия. Коэффициент стоячей волны (КСВ). Согласованная нагрузка. Электромагнитные волны в прямоугольном волноводе. Дисперсионное уравнение. Критическая частота. Понятие об объёмных резонаторах.. Скин-эффект. Электромагнитные волны на границе раздела двух диэлектриков. Формулы Френеля. Явление Брюстера. Явление полного внутреннего отражения. Понятие о поверхностных волнах.

Читайте также:  акт приемки передачи квартиры бланк

8. Плазма.. Плазма. Экранировка, дебаевский радиус. Плазменная частота. Диэлектрическая проницаемость плазмы. Электромагнитные волны в плазме.

1. Электрическое поле. Принцип суперпозиции. Поле диполя. Теорема Гаусса.

2. Потенциал. Проводники в электрическом поле. Метод изображений.

3. Электрическое поле в веществе. Векторы →E и→D.

4. Энергия электрического поля. Энергетический метод вычисления сил. Токи в неограниченных средах.

5. Магнитное поле тока. Теорема о циркуляции. Магнитный момент.

6. Магнитное поле в веществе.Векторы →B и →H..

7. Контрольная работа.

8. Разбор контрольной работы. Сдача 1-го задания.

9. Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях. Электромагнитная индукция. Теорема взаимности.

10. Магнитная энергия. Силы в магнитном поле. Сверхпроводники в магнитном поле

11. Переходные процессы в электрических цепях. Свободные колебания

12. Вынужденные колебания. Метод комплексных амплитуд.

13. Модулированные колебания. Спектральный анализ в линейных системах. Параметрические колебания. Автоколебания.

14. Уравнения Максвелла. Ток смещения. Теорема Пойнтинга.

15. Электромагнитные волны в волноводах. Резонаторы. Плазма.

16. Сдача 2-го задания.

5. Описание материально-технической базы, необходимой для осуществления образовательного процесса по дисциплине (модулю)

• Лекционная аудитория, оснащённая мультимедийным проектором и экраном

• Оборудование для лекционных демонстраций

• Учебные аудитории, оснащённые доской

• Доступ к библиотекам учебной технической литературы, в том числе электронным, необходимый для осуществления самостоятельной работы обучающихся

6. Перечень основной и дополнительной литературы, необходимой для освоения дисциплины (модуля)

1. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т. 3. – М.: Наука, 1996.

2. Кингсеп А.С., Локшин Г.Р., Ольхов О.А. Основы физики. Курс общей физики. Т. 1. Механика, электричество и магнетизм, колебания и волны, волновая оптика. – М.: Физматлит, 2001

3. Кириченко Н.А. Электричество и магнетизм. – М.: МФТИ, 2011.

4. Лабораторный практикум по общей физике. Т. 3. Электричество под ред. А.Д. Гладуна. –

5. Сборник задач по общему курсу физики. Ч. 2 / под ред. В.А. Овчинкина. – М.: Физматкнига, 2013.

1. Калашников С.Г. Электричество. – М.: Наука, 1997.

2. Тамм И.Е. Основы теории электричества. – М.: Физматлит, 2003.

3. Парселл Э. Электричество и магнетизм. – М.: Наука, 1983.

4. Фейнман Р.П. Фейнмановские лекции по физике. Выпуски 5, 6, 7. – М.: Мир, 1977.

5. Горелик Г.С. Колебания и волны. – М.: Физматлит, 2006.

6. Корявов В.П. Методы решения задач в общем курсе физики. Электричество и магнетизм. – М.: Студент, 2011.

7. Перечень учебно-методического обеспечения для самостоятельной работы обучающихся по дисциплине (модулю)

1. Козел С.М., Локшин Г.Р. МФТИ, Модулированные колебания, спектральный анализ, линейная фильтрация. – Учебно-методическое пособие, МФТИ,2009.

2. Тукиш Е.И. Методические рекомендации к семинарским занятиям по электричеству по курсу Общая физика. –М.:МФТИ, 1992.

8. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», необходимых для освоения дисциплины (модуля)

1. http://mipt.ru/education/chair/physics/S_III/Metod_3/— методический раздел сайта кафедры Общей физики

2. http://lib.mipt.ru/catalogue/1412/?t=750 – электронная библиотека МФТИ, раздел «Общая физика»

9. Перечень информационных технологий, используемых при осуществлении образовательного процесса по дисциплине (модулю), включая перечень программного обеспечения и информационных справочных систем (при необходимости)

На лекционных занятиях используются мультимедийные технологии, включая демонстрацию презентаций.

Литература, рекомендуемая к курсу, доступна в электронном виде (см. п.[1,2] перечня ресурсов информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», необходимых для освоения дисциплины (модуля)), так что студенты могут читать учебники прямо со своих планшетов.

10. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

Студент, изучающий курс «Общая физика: Электричество и магнетизм», должен не только изучить общие физические законы и понятия, но научиться применять их напрактике.

Успешное освоение курса требует напряжённой самостоятельной работы студента. В программе курса приведено минимально необходимое время для работы студента над темой. Самостоятельная работа включает в себя:

– чтение и конспектирование рекомендованной литературы,

– проработку учебного материала (по конспектам лекций, учебной и научной литературе), подготовку ответов на вопросы, предназначенных для самостоятельного изучения;

– решение задач, предлагаемых студентам на лекциях и практических занятиях,

– подготовку к практическим занятиям, контрольной работе, сдаче заданий, экзамену.

Руководство и контроль за самостоятельной работой студента осуществляется в форме индивидуальных консультаций.

Показателем владения материалом служит умение решать задачи. Для формирования умения применять теоретические знания на практике студенту необходимо решать как можно больше задач. При решении задач каждое действие необходимо аргументировать, ссылаясь на известные теоретические сведения и проводить все необходимые вычисления, доводя задачу до конечного ответа.Задача считается решённой, если она содержит обоснованное решение: ссылки на применяемые физические законы и корректные выкладки, а также правильный численный ответ (если в задаче есть числовые данные).

При подготовке к практическим занятиям необходимо ознакомиться с основными понятиями и законами, которыми будет посвящено занятие, и решить задачи, предусмотренные для подготовки по теме семинара. Ниже приводится список задач для подготовки к семинару (в скобках – номер по задачнику под ред. В.А. Овчинкина):

3. Вычислите отношение силы электростатического отталкивания Fe двух протонов к силе их гравитационного притяжения.

8. Определите плотность пол поляризационных зарядов на внешней поверхности шарового слоя в предыдущей задаче.

9. Найдите плотность поляризационных зарядов на торцах однородно поляризованного параллелепипеда.

11. Плоский конденсатор заряжен до напряжения V. Расстояние между обкладками конденсатора равно d. Определите силу, действующую на единицу площади обкладок (поверхностная плотность силы).

12. Сферический конденсатор ёмкостью С = 20 см заполнен однородной слабо проводящей средой с проводимостью Определите электрическое сопротивление между обкладками.

13. Определите индукцию магнитного поля в центре крайнего витка длинного соленоида с плотностью намотки n витков/см. По виткам соленоида протекает постоянный ток I.

14. Проводящий контур, по которому течёт постоянный ток I, состоит из отрезков дуг и радиусов (см. рис.). Определите индукцию магнитного поля в точке О.

15. Плоский конденсатор с обкладками в виде круглых дисков радиуса R заполнен немагнитной слабо проводящей средой. Через конденсатор протекает постоянный ток I.

Найдите индукцию магнитного поля на расстоянии от оси конденсатора.

16. Длинный соленоид с плотностью намотки n витков/см заполнен диамагнитной средой с магнитной восприимчивостью

17. Постоянный магнит длиной L с однородной намагниченностью I согнут в кольцо так, что между полюсами остался маленький зазор

20. Протон влетает в область поперечного магнитного поля 5 кгс со скоростью v= 0,96 109 см/с. Толщина области, занятой полем, 10 см (см. рисунок). Найти угол отклонения протона от первоначального направления движения.

21. Частица массой и положительным зарядом находится в однородных полях E и B, параллельных друг другу и направленных вдоль оси OX. В начальный момент частица находится в начале координат и ей сообщают скорость вдоль оси OZ. Через время частица оказывается на оси OX, при этом x = L. Чему равны поля E и B?

Читайте также:  окна пластиковые больших размеров до пола

22. Напишите выражение для объёмной плотности энергии магнитного поля.

24. Найдите выражение для силы, действующей на сверхпроводящий шар радиуса R, находящийся на расстоянии r >> R от прямого провода с током I.

26. Найти зависимости и в схеме на рисунке после замыкания ключа К.

К последовательно соединенным резистору с сопротивлением

кОм и конденсатору

ёмкостью мкФ приложено сетевое напряжение с частотой Гц.

напряжением в сети и напряжением на резисторе.

Импеданс некоторого двухполюсника, включённого в цепь переменного тока, равен

Найдите отношение амплитуд напряжения и тока V/I на этом двухполюснике и фазовый сдвиг

Оцените длительность и ширину спектра fпроцесса

34. Напишите уравнения Максвелла, «отвечающие» за возникновение электромагнитных волн.

35. Напишите волновое уравнение. Какова связь между полями Ех и Ву в плоской электромагнитной волне: а) бегущей в направлении оси z; б) бегущей навстречу оси z?

36. Сформулируйте теорему Пойтинга.

38. Оцените дебаевские радиусы плазмы газового разряда (температура электронов плазмы K, концентрация электронов см–3) и плазмы в разряде молнии ( K, см–3). В каком из этих случаев плазма не является идеальной?

39. Радиосигнал определённой частоты посылается вверх и отражается от ионосферы на некоторой высоте. Определить концентрацию электронов в точке отражения.

В курсе «электричество и магнетизм» широко используются понятия и методы математического анализа и аналитической геометрии. Эти дисциплины изучаются параллельно с курсом общей физики. Если студент сталкивается с математическим понятием, которое еще не было изучено в рамках упомянутых математических курсов, он должен предварительно ознакомиться с соответствующим разделом математики самостоятельно. Необходимый минимум математических сведений излагается как на лекциях, так и в основной учебной литературе, рекомендуемой для изучения данной дисциплины.

Промежуточный контроль знаний проводится в виде контрольной работы, на которой студенту предлагается решить пять задач по пройденным темам в формате, аналогичном письменному экзамену. Для проверки знаний, а также понимания и владения материалом, в процессе сдачи заданий преподаватель может задавать студенту дополнительные теоретические вопросы по программе курса или давать для решения дополнительные задачи. Обязательным требованием является выполнение домашних работ, которые оформляются в специально отведённой для этого тетради и систематически сдаются на проверку.

На письменном экзамене студенту предлагается решить 5 задач. Тематика задач полностью соответствует программе курса, однако все задачи письменного экзамена являются полностью оригинальными. На экзамене студентам разрешено пользоваться любой справочной или учебной литературой. Такая форма экзамена исключает бездумное заучивание законов и направлена на проверку глубины понимания материала и способности самостоятельно применять физические законы в нестандартной ситуации.

Помимо изучения разделов «электричества и магнетизма», обозначенных в программе курса, студенту рекомендуется самостоятельно изучать различные вопросы, относящиеся к общей физике, возможно выходящие за рамки программы, расширяя таким образом свой физический кругозор. На экзамене студенту предлагается в качестве одного из пунктов билета выбрать и рассказать любой заранее подготовленный теоретический или экспериментальный вопрос, имеющий отношение к пройденному курсу (это может быть либо углубленное изложение одного из вопросов программы курса либо вопрос, не затрагиваемый в программе курса, который однако может быть рассмотрен в рамках изученного курса), продемонстрировав таким образом способность самостоятельно разбираться в различных вопросах и задачах физики, основываясь на применении единых общефизических законов.

При подготовке к устному экзамену рекомендуется использовать следующий список экзаменационных вопросов:

1. Закон Кулона. Напряжённость электрического поля. Элементарный заряд. Принцип суперпозиции. Единицы измерения заряда (в системе Гаусса и СИ). Поле точечного диполя.

2. Теорема Гаусса для электрического поля в вакууме (интегральная и дифференциальная формы). Примеры применения.

3. Потенциальный характер электростатического поля. Потенциал и разность потенциалов. Теорема о циркуляции в электростатическом поле. Связь потенциала с напряжённостью поля. Потенциал поля точечного диполя.

4. Потенциал электростатического поля. Уравнение Пуассона и уравнение Лапласа. Граничные условия и метод зеркальных изображений.

5. Проводники в электростатическом поле. Электростатическая защита. Граничные условия на поверхности проводника. Проводящий шар в электростатическом поле.

6. Диэлектрики в электростатическом поле. Механизм поляризации диэлектриков. Свободные и связанные (поляризационные) заряды. Вектор поляризации. Связь вектора поляризации с поляризационными зарядами. Поверхностный и объёмный поляризационные заряды.

7. Вектор поляризации и его связь с поляризационными зарядами. Вектор электрической индукции. Поляризуемость и диэлектрическая проницаемость.

8. Теорема Гаусса для электрического поля в диэлектриках (интегральная и дифференциальная формы). Граничные условия на границе раздела двух диэлектриков.

9. Электрическая ёмкость уединённых проводников и конденсаторов. Расчёт ёмкости плоского, сферического и цилиндрического конденсаторов.

10. Электрическая энергия и её локализация в пространстве. Объёмная плотность энергии. Энергия диполя во внешнем поле (жёсткий и упругий диполи). Взаимная энергия зарядов.

11. Силы, действующие на диполь в неоднородном электрическом поле. Энергетический метод вычисления сил (случаи: q=constU=const).

12. Постоянный ток. Сила и плотность тока. Сторонние силы. Закон сохранения заряда и уравнение непрерывности. Токи в неограниченных средах.

13. Закон Ома (интегральная и локальная формы). Постоянный ток в замкнутом контуре. Электродвижущая сила. Правила Кирхгофа. Примеры применения.

14. Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля–Ленца в интегральной и локальной форме.

15. Магнитное поле постоянного тока. Вектор магнитной индукции. Сила Лоренца и сила Ампера. Закон Био–Савара. Магнитный момент рамки с током. Момент сил, действующий на рамку с током в магнитном поле.

16. Теорема о циркуляции магнитного поля в вакууме (интегральная и дифференциальная формы). Примеры применения. Магнитное поле соленоида. Теорема Гаусса для магнитного поля (интегральная и дифференциальная формы).

17. Магнитное поле в веществе. Молекулярные токи. Вектор намагниченности и его связь с молекулярными токами (интегральная и дифференциальная формы).

19. Граничные условия для векторов и на границе раздела двух магнетиков.

20. Постоянный магнит. Магнитные поля и постоянного магнита.

21. Магнитные свойства сверхпроводника I-го рода. Эффект Мейснера. Граничные условия на поверхности сверхпроводника. Сверхпроводящий шар в магнитном поле.

22. Работа сил Ампера по перемещению витка с током в магнитном поле.

23. Электромагнитная индукция в движущихся проводниках. Правило Ленца.

24. Электромагнитная индукция в неподвижных проводниках. Фарадеевская и максвелловская трактовка явления электромагнитной индукции. Вихревое электрическое поле.

25. Нерелятивистское преобразование полей при переходе от одной инерциальной системы к другой. Магнитное поле равномерно движущегося заряда.

26. Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях. Дрейфовое движение. Циклотронная частота.

27. Магнитный поток. Коэффициенты самоиндукции и взаимоиндукции. Индуктивность соленоида и тороидальной катушки.

28. Установление тока в цепи, содержащей индуктивность. Магнитная энергия тока. Локализация магнитной энергии в пространстве.

29. Взаимная энергия токов. Теорема взаимности. Взаимная индуктивность двух катушек на общем магнитопроводе.

30. Энергетический метод вычисления сил в магнитном поле. Подъёмная сила электромагнита.

31. Переменное электрическое поле и его магнитное действие. Ток смещения. Примеры расчёта.

32. Системы уравнений Максвелла в интегральной форме. Граничные условия. Материальные уравнения.

Источник

Оцените статью
Мой дом
Adblock
detector