Название: Программа курса физики (В.К. Черепанова)

Жанр: Технические

Просмотров: 1504


2. электростатика

(18 часов)

 

Предмет классической электродинамики. Электрический заряд и его дискретность. Идея близкодействия. Границы применимости классической электродинамики.

2.1. Электрическое поле в вакууме. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции. Потенциал электростатического поля. Энергия взаимодействия системы зарядов. Связь между напряженностью и потенциалом. Поле электрического диполя. Теорема о циркуляции вектора напряженности. Теорема Остроградского–Гаусса для электростатического поля. Расчет электростатических полей с помощью теоремы Гаусса.

2.2. Электрическое поле в диэлектрической среде. Полярные и неполярные молекулы. Поляризация диэлектриков. Поляризационные заряды. Поляризованность (вектор поляризации). Теорема Остроградского–Гаусса для электрического поля в среде. Электрическое смещение (электрическая индукция). Диэлектрическая проницаемость. Граничные условия на поверхности раздела двух изотропных диэлектрических сред.

2.3. Проводники в электрическом поле. Распределение зарядов в проводнике. Граничные условия на поверхности раздела проводник–вакуум. Электростатическое поле в полости проводника. Проводник во внешнем электрическом поле. Электростатическая защита. Электроемкость уединенного проводника. Взаимная электрическая емкость двух проводников. Конденсаторы. Последовательное, параллельное соединение конденсаторов.

2.4. Энергия электрического поля. Энергия заряженного проводника. Энергия заряженного конденсатора. Энергия электрического поля. Объемная плотность энергии электростатического поля.

2.5. Постоянный электрический ток. Электрический ток и его характеристики. Уравнение непрерывности. Электродвижущая сила. Закон Ома в интегральной и дифференциальной формах. Сопротивление проводников. Закон Ома для неоднородного участка цепи. Правила Кирхгофа. Мощность тока. Закон Джоуля–Ленца в интегральной и дифференциальной формах.

 

Литература

 

1. Иродов И.Е. Основные законы механики. – М., 1997.

2. Иродов И.Е. Основные законы электромагнетизма. – М., 1991.

3. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. – М., 1999.

4. Савельев И.В. Курс общей физики.– М., 1987. – Т. 1, 2.

5. Барановский С.Н., Болдарев А.М. и др. Механика. Электричество. Магнетизм: Учеб. пособие. – Новосибирск: НГТУ, 1995.

6. Трофимова Т.И. Курс физики. – М., 1990.

 

ТЕМЫ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ

(II семестр, 16 часов)

 

1. Обработка и представление результатов прямых и косвенных измерений.

2. Законы сохранения импульса и механической энергии.

3. Механика вращательного движения твердого тела.

4. Напряженность и потенциал электростатического поля.

 

Литература для лабораторных занятий

 

1. Механика и термодинамика: Метод. указания к лаб. работам. № 2280. – Новосибирск: НГТУ, 2002.

2. Электричество и магнетизм: Метод. указания к лаб. работам. № 2383. – Новосибирск: НГТУ, 2002.

3. Электричество и магнетизм: Метод. указания к лаб. работам. № 1763. – Новосибирск: НГТУ, 1999.

 

ТЕМЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

(II семестр, 34 часа)

 

  1. Кинематика поступательного движения материальной точки.

  2. Кинематика вращательного движения материальной точки вокруг неподвижной оси.

  3. Динамика материальной точки.

  4. Динамика поступательного движения твердого тела.

  5. Закон сохранения импульса.

  6. Закон сохранения механической энергии.

  7. Момент инерции тела.

  8. Динамика вращательного движения твердого тела.

  9. Закон сохранения момента импульса, закон сохранения энергии.

10. Преобразования Галилея, относительность движения.

11. Контрольная работа по механике.

12. Электростатическое поле в вакууме. Закон Кулона.

13. Теорема Гаусса.

14. Потенциал электростатического поля, его связь с напря-женностью.

15. Работа в электростатике.

16. Энергия электрического поля.

17. Законы постоянного тока.

 

Литература для практических занятий

 

1. Сборник задач по общей физике / Сост.: Э.Б. Селиванова, М.А. Шорохова,  Б.И. Юдин. – Новосибирск: НГТУ, 1996. – Ч.I. Механика

2. Сборник задач по общей физике / Сост.: Э.Б. Селиванова, М.А. Шорохова, Б.И. Юдин. – Новосибирск: НГТУ, 1996. Ч.I. Механика.

3. Сборник задач по общей физике / Сост.: Э.Б. Селиванова, С.И. Вашуков

и др. – Новосибирск: НГТУ, 1998. – Ч.II. Электричество и электромагнетизм.

4. Кинематика. Метод. указания к решению задач в курсе общей физики. № 341 / Сост.: Э.Б. Селиванова, В.Я. Чечуев, Л.М. Родникова. – Новосибирск: НГТУ, 1990.

5. Динамика материальной точки и поступательного движения твердого тела, динамика вращательного движения твердого тела, законы сохранения импульса, энергии и момента импульса. Метод. указания к решению задач в курсе общей физики. № 481 / Сост.: Э.Б. Селиванова, В.Я. Чечуев, Н.Д. Третьякова, И.П. Никонова. – Новосибирск: НГТУ, 1990.

6. Электростатика. Метод. указания к решению задач в курсе общей физики.

№ 741 / Сост.: Э.Б. Селиванова, В.Я. Чечуев, С.И. Вашуков, Л.М. Родникова. – Новосибирск: НГТУ, 1991.

 

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ

(II семестр)

 

Индивидуальное семестровое задание выдается студентам в соответствии с вариантами заданий (18 вариантов) в сборниках задач, подготовленных на кафедре общей физики НГТУ под редакцией Э.Б. Селивановой (см. пункты 1–3 в списке литературы для практических занятий). Выполнение индивидуального задания предполагает решение и защиту определенного (по согласованию с преподавателем) количества задач по темам: 1) кинематика поступательного и вращательного движения материальной точки; 2) динамика материальной точки и поступательного движения твердого тела; 3) динамика вращательного движения твердого тела; 4) законы сохранения импульса, энергии и момента импульса; 5) закон Кулона, теорема Гаусса; 6) потенциал, работа, энергия электрического поля.

 

КОЛЛОКВИУМ (МОДУЛЬНЫЙ ЭКЗАМЕН)

(II семестр)

 

В данном семестре проводится один коллоквиум (модульный экзамен) по теме «Механика». На коллоквиум выносится один теоретический вопрос и несколько качественных и расчетных задач. Практические задания к коллоквиуму подготовлены на основе сборников задач кафедры общей физики НГТУ под редакцией Э.Б. Селивановой (см. пп. 1 и 2 в списке литературы для практических занятий).

 

Вопросы к коллоквиуму по теме «Механика»

 

 1. Кинематика материальной точки. Векторный и координатный способы описания движения.

 2. Кинематические характеристики движения материальной точки. Тангенциальное, нормальное и полное ускорения.

 3. Кинематика вращательного движения твердого тела.

 4. Связь между кинематическими характеристиками поступательного и вращательного движения.

 5. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Второй закон Ньютона. Третий закон Ньютона.

 6. Преобразования Галилея. Следствия преобразований Галилея. Принцип относительности Галилея.

 7. Закон сохранения импульса. Центр масс системы материальных точек.

 8. Работа силы. Мощность.

 9. Консервативные (потенциальные) силы. Потенциальная энергия системы материальных точек. Связь силы и потенциальной энергии.

10. Кинетическая энергия системы материальных точек.

11. Закон сохранения механической энергии системы материальных точек.

12. Момент импульса частицы. Момент силы.

13. Закон сохранения момента импульса системы материальных точек.

14. Уравнение динамики вращательного движения твердого тела. Момент инерции.

15. Теорема Штейнера.

16. Кинетическая энергия тела, вращающегося вокруг неподвижной оси. Работа внешних сил при вращении твердого тела вокруг неподвижной оси.

17. Основные представления дорелятивистской физики, ее противоречия.

18. Постулаты Эйнштейна. Синхронизация часов, соотношения между событиями.

19. Замедление времени и сокращение длины.

20. Преобразования Лоренца.

21. Следствия преобразований Лоренца.

22. Релятивистский импульс. Закон взаимосвязи массы и энергии.

 

Примерное задание на коллоквиуме по теме «Механика»

 

1. Радиус-вектор частицы изменяется со временем по закону r = 3t2i + 2tj + k. Найдите: а) зависимость векторов скорости V(t) и ускорения a(t) частицы от времени; б) модуль вектора скорости ½V½ в момент времени t1.

Подпись:  
Рис. 1


2. Обруч массой m и радиусом R вращается вокруг оси, проходящей через его центр. Угол поворота обруча меняется со временем по закону j =  Bt2 + Ct3. По какому закону меняется момент сил, действующий на обруч?

 

Подпись:  
Рис. 2

3. Дан график зависимости скорости тела от времени. Изобразите графики зависимости координаты, пути и ускорения от времени (рис. 1). Движение прямолинейное, х(0) = 0.

4. Колесо вращается так, что полное ускорение направлено под углом к скорости (рис. 2). Как направлены угловая скорость, угловое ускорение, момент силы и момент импульса?

 

ЭКЗАМЕН

(II семестр)

 

Для студентов, успешно сдавших коллоквиум, на экзамен выносится только раздел «Электростатика» (один теоретический вопрос и практическое задание). В противном случае на экзамене студент должен ответить на один теоретический вопрос по теме «Механика» и на один вопрос по теме «Электростатика». Практическое задание также выдается по двум разделам. Как и по теме «Механика», практические задания по теме «Электростатика» составлены на основе сборников задач, подготовленных кафедрой общей физики НГТУ, под редакцией Э.Б. Селивановой (см. пункт 3 в списке литературы для практических занятий).

Вопросы к экзамену по теме «Электростатика»

 

  Электрическое поле. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона.

  Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции.

  Работа электростатических сил. Теорема о циркуляции вектора напряженности.

  Потенциальная энергия. Потенциал электростатического поля. Связь между напряженностью и потенциалом поля.

  Поток вектора напряженности. Теорема Остроградского-Гаусса для электростатического поля в вакууме.

  Применение теоремы Гаусса к расчету электростатических полей (сфера, шар).

  Применение теоремы Гаусса к расчету электростатических полей (полый цилиндр, сплошной цилиндр).

  Применение теоремы Гаусса к расчету электростатических полей (плоскость, две плоскости).

  Диполь в электрическом поле. Неполярные и полярные диэлектрики.

Поляризация диэлектриков. Типы поляризации. Вектор поляризации.

Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектрической среде. Вектор электрического смещения.

Условия для электростатического поля на границе раздела двух изотропных диэлектрических сред.

Распределение зарядов в проводнике. Напряженность и электрическое смещение вблизи поверхности проводника.

Электрическая емкость уединенного проводника.

Взаимная электрическая емкость двух проводников. Конденсаторы. Параллельное и последовательное соединения конденсаторов.

Энергия системы точечных зарядов. Энергия заряженного уединенного проводника.

Энергия заряженного конденсатора. Энергия электростатического поля. Объемная плотность энергии.

Электрический ток. Сила и плотность тока.

Сторонние силы. Электродвижущая сила и напряжение.

Закон Ома. Сопротивление проводников.

Работа и мощность тока. Закон Джоуля–Ленца.

Закон Ома для неоднородного участка цепи. Правила Кирхгофа.

Примерное задание на экзамене по теме «Электростатика»

 

1. Прямоугольная плоская площадка со сторонами а = 3 см и b = 2 см находится на расстоянии r = 1 м от точечного заряда q = 10 мкКл. Площадка ориентирована так, что линии напряженности составляют угол a = 30° с ее поверхностью. Найдите поток вектора напряженности Е через эту площадку.

2. На какое расстояние r могут сблизиться два электрона, если они движутся навстречу друг другу с относительной скоростью V = 107 м/с?

3. Что будет происходить с диполем, если его поместить в неоднородное электростатическое поле, как показано на рис.3?

Подпись:  
Рис. 3
4. Найдите работу, которую нужно затратить, чтобы вынуть диэлектрик из плоского конден-сатора, если заряд на пластинах поддерживается постоянным и равным q = 6,0 мкКл. Площадь пластин S = 100 см2, расстояние между пластинами d = 0,3 см, а диэлект-рическая проницаемость диэлект-рика e = 2,0.

 

Вторая часть

(III семестр, 98 часов)

 

Программа данного семестра предусматривает 25 лекционных занятий (50 часов), 8 практических занятий (16 часов) и 8 лабораторных работ (32 часа). Из них по разделу «Электромагнетизм»: лекций – 7 (14 часов), практических занятий – 2 (4 часа), лабораторных занятий – 3 (12 часов); по разделу «Колебания и волны»: лекций – 7 (14 часов), практических занятий – 3 (6 часов), лабораторных занятий – 3 (12 часов); по разделу «Волновая оптика»: лекций – 4 (8 часов), практических занятий – 3 (6 часов), лабораторных занятий – 2 (8 часов); по разделу «Квантовая физика»: лекций – 7 (14 часов). В течение семестра проводится два коллоквиума (модульных экзамена) по темам «Электромагнетизм» и «Колебания и волны», в конце семестра – экзамен. Для студентов, успешно сдавших коллоквиум, соответствующая тема не входит в экзаменационный материал.

ЛЕКЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ

(III семестр, 50 часов)