ОЗЕРСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(филиал)
Московского инженерно-физического института
КАФЕДРА физики
КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН
Занятий по дисциплине физикА
(разделы – Электромагнетизм и Оптика)
на осенний семестр 2013/2014 учебного года
для групп 1ПО,ТМ,ХТ-23Д
Лекции - 28 часов
Практические занятия - 28 часов
Лабораторные работы - 18 часов
Форма отчетности: - зачёт
Преподаватель доцент М.Д.Семёнов
Зав. кафедрой доцент С.Г. Лисицын
2014 г.
ЛЕКЦИИ
Лекция 1
Электрический заряд. Закон сохранения заряда. Закон Кулона. Системы единиц в электростатике. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции полей. Силовые линии электрического поля.
Теорема Гаусса для электрического поля в вакууме. Поле заряженной плоскости, заряженной сферы.
Лекция 2
Работа сил поля. Потенциальность электростатического поля. Теорема о циркуляции вектора напряженности электрического поля. Потенциал. Связь между напряженностью поля и потенциалом. Энергия системы зарядов.
Проводники в электростатическом поле. Условия на поверхности проводника. Электроемкость проводника. Энергия заряженного проводника. Конденсаторы. Энергия заряженного конденсатора. Энергия электрического поля.
Лекция 3
Электрический диполь. Поле диполя. Силы, действующие на диполь. Диэлектрики. Вектор поляризации. Теорема Гаусса в диэлектрике. Вектор электрической индукции. Граничные условия на поверхности раздела двух диэлектриков. Диэлектрическая проницаемость вещества. Энергия электрического поля в веществе. Сегнетоэлектрики. Петля гистерезиса. Температура Кюри.
Лекция 4
Постоянный ток. Сила и плотность тока. Уравнение непрерывности. Закон Ома в интегральной и дифференциальной формах. Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца. Сторонние силы. ЭДС. Законы Кирхгофа.
Лекция 5
Магнитное поле. Вектор магнитной индукции. Сила Лоренца. Движение зарядов в магнитном поле. Эффект Холла. Силы, действующие на контур с током в магнитном поле. Магнитный момент контура с током. Энергия контура с током в магнитном поле.
Лекция 6
Закон Био - Савара -Лапласа. Магнитное поле прямого и кругового токов. Взаимодействие токов. Закон Ампера. Теорема о циркуляции вектора магнитной индукции. Поле в соленоиде.
Лекция 7
Описание магнитного поля в веществе. Вектор намагниченности. Теорема о циркуляции магнитного поля в веществе. Вектор напряженности магнитного поля. Граничные условия на поверхности раздела двух магнетиков. Магнитная проницаемость вещества. Диа, пара, и ферромагнетики.
Лекция 8
Явление электромагнитной индукции. ЭДС индукции. Правило Ленца. Индуктивность контура. Установление тока в цепи. Энергия магнитного поля. Взаимная индукция контуров.
Лекция 9
Ток смещения. Уравнения Максвелла. Закон сохранения энергии в системе "заряды + поле". Вектор Пойнтинга. Вывод волнового уравнения из уравнений Максвелла. Показатель преломления среды. Плоские электромагнитные волны. Отражение и преломление волн на границе раздела двух сред.
Лекция 10
Поляризация света. Степень поляризации. Поляризация при отражении и преломлении. Формулы Френеля. Угол Брюстера. Изменение фазы преломлённого луча. Поток энергии при полном отражении. Поляризация при двойном лучепреломлении. Обыкновенный и необыкновенный лучи.
Лекция 11
Интерференция. Когерентность. Способы получения когерентных источников. Опыт Юнга. Интерференция в тонких пленках. Кольца Ньютона.
Лекция 12
Принцип Гюйгенса-Френеля. Зоны Френеля. Дифракция Френеля на круглом отверстии и экране. Дифракция Френеля на щели. Спираль Корню. Разрешающая способность оптических приборов.
Лекция 13
Дифракционная решетка. Дисперсия и разрешающая способность решетки. Дифракция рентгеновских лучей. Формула Вульфа-Брэгга.
Лекция 14
Волновые процессы. Звуковые волны. Колебания струн и пластин. Волны в длинных линиях.
ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ.
Занятие 1. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции. Поле шара, сферы, бесконечной нити, плоскости. Теорема Гаусса для вектора напряженности электрического поля.
Занятие 2. Потенциал электрического поля.
Занятие 3. Проводники в электрическом поле. Метод зеркальных изображений.
Занятие 4. Диэлектрики в электрическом поле.
Занятие 5. Энергия системы зарядов. Контрольная работа (1 час).
Занятие 6. Постоянный ток. Правила Кирхгофа.
Занятие 7. Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях.
Занятие 8. Закон Био - Савара - Лапласа. Теорема о циркуляции вектора индукции магнитного поля.
Занятие 9. Магнитное поле в веществе.
Занятие 10. Явление электромагнитной индукции.
Занятие 11. Электромагнитные волны.
Занятие 12. Интерференция света.
Занятие 13. Дифракция света. Дифракционная решетка.
Занятие 14. Звуковые волны.
В течение семестра студенты выполняют домашнее задание объемом 40-50 задач, которое выдается на первой неделе и сдается по частям в течение семестра. Ориентировочные сроки сдачи 5-я, 11-я и 17-я недели.
ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
По разделу "Электричество и магнетизм" каждый студент должен выполнить 2 лабораторные работы из следующего перечня:
1. Изучение электростатического поля.
2. Компьютерное моделирование электрических полей точечных зарядов
3. Измерение емкости конденсаторов.
4. Измерение температуры Кюри сегнетоэлектрика
5. Изучение гистерезиса сегнетоэлектрика.
6. Измерение мощности, внутреннего сопротивления и КПД источника постоянного тока
7. Измерение напряженности постоянного магнитного поля
8. Измерение магнитной восприимчивости диа– и парамагнетиков.
9. Определение температуры Кюри ферромагнетика.
10. Изучение гистерезиса ферромагнетика.
11. Измерение магнитной проницаемости ферромагнетиков
12. Измерение индуктивности катушки.
13. Измерение удельного заряда электрона.
По разделу "Волновые процессы и оптика" каждый студент должен выполнить 2 лабораторные работы из следующего перечня:
1. Волны на поверхности жидкости
2. Стоячие волны в струне
3. Звуковые волны в воздухе
4. Стоячие звуковые волны в трубе
5. Стоячие волны в стержнях
6. Ультразвуковые волны в жидкости
7. Определение длины световой волны с помощью бипризмы Френеля.
8. Определение длины световой волны с помощью колец Ньютона.
9. Определение чистоты обработки поверхностей интерферометром Линника.
10. Определение концентрации слабых растворов интерференционным методом.
11. Определение показателя преломления с помощью лазерного излучения.
12. Изучение дифракции Френеля.
13. Изучение дифракции Фраунгофера.
14. Дифракционный метод определения размера частиц.
15. Исследование спектра дифракционной решетки.
16. Измерение угла Брюстера.
17. Определение концентрации раствора сахара по углу поворота плоскости поляризации
Литература
1. И.В. Савельев. Курс общей физики, т.2 СПб. Издательство «Лань», 2006 и др. издания
2. Д.В. Сивухин. Общий курс физики, т.т.3,4 М., Наука, 1977 и др. издания.
3. И.Е. Иродов. Основные законы электромагнетизма. М. Физматлит, 2001.
4. И.Е. Иродов. Волновые процессы. М. Физматлит, 2001.
5. Г.С. Ландсберг. Оптика. М., Наука, 1965 и др. издания.
Задачники
И. Е. Иродов. Задачи по общей физике. Изд. 11-е стер. – СПб, М. «Лань», 2006.
Сборники лабораторных работ
1. Электричество и магнетизм. ОТИ МИФИ, 2005.
2. Оптика. ОТИ МИФИ, 2005.
Дополнительная литература
1. А.Н. Матвеев. Электричество и магнетизм. М., Высшая школа, 1981.
2. С.Г. Калашников. Электричество. М., Наука, 1977 и др. издания.
Домашнее задание по физике для третьего семестра
| Группы 1ПО,ТМ,ХТ-23Д | Сб. задач по общему курсу физики И.Е. Иродова | ||
| Номера по списку | 1 – 10 | 11 – 20 | |
| 1. | 3.10 | 3.13 | |
| 2. | 3.22 | 3.23 | |
| ДЗ 1 | 3. | 3.29 | 3.30 |
| 4. | 3.36 | 3.37 | |
| Срок | 5. | 3.48а | 3.48б |
| сдачи | 6. | 3.54 | 3.55 |
| 10.10 | 7. | 3.62 | 3.63 |
| 8. | 3.85 | 3.86 | |
| 9. | 3.95 | 3.96 | |
| 10. | 3.105 | 3.106 | |
| 11. | 3.114 | 3.115 | |
| 12. | 3.117 | 3.119 | |
| 13. | 3.122 | 3.123 | |
| 14. | 3.129 | 3.130 | |
| 15. | 3.134 | 3.135 | |
| 16. | 3.145 | 3.146 | |
| 17. | 3.152 | 3.153 | |
| ДЗ 2 | 18. | 3.156 | 3.158 |
| 19. | 3.170 | 3.171 | |
| Срок | 20. | 3.187 | 3.188 |
| сдачи | 21. | 3.194 | 3.195 |
| 20.11 | 22. | 3.202 | 3.203 |
| 23. | 3.223 | 3.224 | |
| 24. | 3.234 | 3.235 | |
| 25. | 3.244 | 3.245 | |
| 26. | 3.248 | 3.249 | |
| 27. | 3.269 | 3.270 | |
| 28. | 3.277 | 3.278 | |
| 29. | 3.286 | 3.287 | |
| 30. | 3.290 | 3.291 | |
| 31. | 3.295 | 3.296 | |
| 32. | 3.302 | 3.303 | |
| 33. | 3.317 | 3.318 | |
| 34. | 3.330 | 3.331 | |
| 35. | 3.364 | 3.365 | |
| 36. | 4.112 | 4.113 |
| Номера по списку | 1 – 10 | 11 – 20 | |
| 37. | 4.234 | 4.234 | |
| ДЗ 3 | 38. | 4.237 | 4.237 |
| 39. | 5.73 | 5.75 | |
| Срок | 40. | 5.91 | 5.92 |
| сдачи | 41. | 5.102 | 5.103 |
| 20.12 | 42. | 5.108 | 5.109 |
| 43. | 5.116 | 5.117 | |
| 44. | 5.122 | 5.123 | |
| 45. | 5.142 | 5.145 | |
| 46. | 5.146 | 5.147 | |
| 47. | 5.160 | 5.161 | |
| 48. | 5.171 | 5.172 | |
| 49. | 5.181 | 5.182 | |
| 50. | 5.185 | 5.188 |
Преподаватель_____________
ВОПРОСЫПО ЭЛЕКТРОДИНАМИКЕ
1. Что называется точечным зарядом? Сформулируйте закон сохранения электрического заряда. Сформулируйте закон Кулона.
2. Дайте определение напряжённости электрического поля. Какова напряжённость поля, созданного точечным зарядом на расстоянии r от него? Сформулируйте принцип суперпозиции для электрического поля.
3. Как изображается электрическое поле? Как выглядят силовые линии точечного заряда?
4. Дайте определение потока напряжённости электрического поля. Сформулируйте теорему Гаусса. Найдите с её помощью напряжённость электрического поля равномерно заряженной сферы.
5. Найдите с помощью теоремы Гаусса напряжённость поля бесконечной нити и бесконечной плоскости.
6. Какую работу совершает электрическое поле над зарядом при переносе его вдоль замкнутого контура? Дайте определение потенциала электрического поля. Как связаны потенциал и напряжённость? Найдите с помощью этого соотношения потенциал точечного заряда на расстоянии r от него.
7. Что называется электрическим диполем? Найдите потенциал, созданный диполем в точке с радиус-вектором r, начало которого выбрано в середине диполя.
8. Какие силы действуют на диполь в электрическом поле? Какова его потенциальная энергия?
9. Какой энергией обладает система точечных зарядов?
10. Какие тела называются проводниками? Какова напряженность поля внутри проводника? Как направлены силовые линии на поверхности проводника?
11. Как связаны напряжённость поля на поверхности проводника и поверхностная плотность зарядов? Как изменяется потенциал вдоль поверхности проводника?
12. Дайте определение ёмкости конденсатора. Вычислите ёмкость плоского и сферического конденсаторов. Чему равна емкость системы последовательно соединенных конденсаторов? Чему равна емкость системы параллельно соединенных конденсаторов?
13. Какие вещества называются диэлектриками? Дайте определение вектора поляризации. Как связаны вектор поляризации и плотность поляризационных зарядов на поверхности диэлектрика? Как связаны вектор поляризации и объёмная плотность поляризационных зарядов?
14. Какие граничные условия выполняются на границе раздела двух диэлектриков?
15. Сформулируйте теорему Гаусса в диэлектрике. Как связаны векторы напряжённости, поляризации и индукции в диэлектрике? Что называется диэлектрической восприимчивостью, проницаемостью?
16. Какие вещества называются сегнетоэлектриками? Какими свойствами они обладают? Как зависят свойства сегнетоэлектрика от температуры? Что такое температура Кюри?
17. Что такое сегнетоэлектрические домены? Как зависит поляризация сегнетоэлектрика от напряжённости электрического поля в нём?
18. Что называется электрическим током? Дайте определение силы тока, плотности тока.
19. Сформулируйте закон Ома в дифференциальной форме. Получите из него закон Ома в интегральной форме. Получите из закона Ома закон Джоуля - Ленца.
20. При каких условиях возможно протекание тока в замкнутой цепи? Какие силы называются сторонними? Что такое ЭДС? Сформулируйте закон Ома для замкнутой цепи.
21. Получите из закона Джоуля - Ленца закон Ома для неоднородного участка цепи. Сформулируйте и докажите правила Кирхгофа.
22. Напишите выражение для вектора индукции магнитного поля, созданного точечным зарядом. Получите отсюда закон Био - Савара - Лапласа. Сформулируйте теорему Гаусса для магнитного поля.
23. Получите из закона Био - Савара - Лапласа формулу для индукции магнитного поля бесконечного прямолинейного тока.
24. Сформулируйте теорему о циркуляции вектора магнитной индукции. Найдите с её помощью индукцию магнитного поля в соленоиде.
25. Какая сила действует на точечный заряд в магнитном поле? Опишите свойства этой силы. Получите отсюда выражение для силы Ампера, действующей на проводник с током в магнитном поле. По какой траектории движется заряд в однородном магнитном поле?
26. Какая сила действует на замкнутый контур с током в магнитном поле? Какой момент сил действует на него? Какой энергией обладает замкнутый контур с током в магнитном поле?
27. Что такое эффект Холла? Получите выражение для ЭДС Холла. Опишите принцип действия МГД - генераторов и магнитных насосов.
28. Дайте определение вектора намагниченности. Сформулируйте теорему о циркуляции магнитного поля в веществе. Как связаны векторы индукции магнитного поля, намагниченности и напряжённости?
29. Что называется магнитной восприимчивостью, проницаемостью? Сформулируйте и получите граничные условия на поверхности раздела двух магнетиков.
30. Какие вещества называются диа-, парамагнетиками? Какие вещества называются ферромагнетиками? Как зависят свойства ферромагнетиков от температуры? Что называется температурой Кюри?
31. Что такое ферромагнитные домены? Как зависят от напряжённости магнитного поля намагниченность и магнитная восприимчивость ферромагнетика?
32. В чем состоит явление электромагнитной индукции? Чем определяется ЭДС индукции? Сформулируйте правило Ленца. Какова трактовка явления электромагнитной индукции, данная Максвеллом?
33. Дайте определение индуктивности контура. Какой индуктивностью обладает соленоид? Какую работу необходимо совершить при включении тока в контуре? На что расходуется эта работа? Где запасается соответствующая энергия? Чему она равна?
34. Что называется коэффициентом взаимной индукции контуров? Докажите симметричность коэффициентов взаимной индукции двух контуров.
35. Что называется током смещения? Чему равна циркуляция напряжённости магнитного поля с учётом тока смещения? Запишите это уравнение также и в дифференциальной форме.
36. Напишите систему уравнений Максвелла. Получите из неё уравнение непрерывности.
37. Чем определяется изменение энергии в системе «заряды+поле»? Каков физический смысл вектора Пойнтинга? Покажите на примере прямолинейного проводника с током, что количество тепла, выделяющееся в нём равно потоку вектора Пойнтинга через поверхность этого проводника.
38. Напишите систему уравнений Максвелла в отсутствие зарядов и токов. Есть ли у этой системы ненулевые решения? Каков вид этих решений?
39. Как направлены векторы E, H и S в плоской электромагнитной волне? С какой скоростью распространяются плоские электромагнитные волны? Как они ведут себя при переходе через границу раздела двух сред? Что называется полным отражением? Когда оно происходит? Как направлен поток энергии при полном отражении в каждой из сред?
40. Какие волны называются когерентными? Как их получить? Какова ширина интерференционных полос в опыте Юнга? Как влияют размеры источника на интерференционную картину?
41. Опишите явление интерференции в тонкой плёнке. Как изменяется наблюдаемая картина при изменении толщины плёнки? При какой минимальной толщине плёнки наблюдается интерференция в ней?
42. Сформулируйте принцип Гюйгенса-Френеля. Как строятся зоны Френеля в случае дифракции на круглом отверстии? Какой вид имеет дифракционная картина в этом случае?
43. Как строятся зоны Френеля в случае дифракции на щели? Как выглядит дифракционная картина Френеля в случае дифракции на щели?
44. Дифракция на больших расстояниях от преграды (дифракция Фраунгофера). Как выглядит дифракционная картина Фраунгофера в случае дифракции на щели? Что получится, если имеется система одинаковых периодически расположенных щелей?
45. Что называется разрешающей способностью дифракционной решётки? Что называется дисперсией дифракционной решётки? Как они связаны с параметрами решётки?
46. Как наблюдать дифракцию рентгеновских лучей? Выведите формулу Вульфа-Брэгга.
47. Покажите с помощью формул Френеля, что степень поляризации света при отражении изменяется. Когда отражённый свет оказывается полностью поляризованным? Каково при этом направление поляризации отражённого света?
48. Покажите с помощью формул Френеля, что коэффициент отражения света зависит от угла его падения. Может ли коэффициент отражения света быть равным единице?
49. Напишите формулы Френеля. Покажите с их помощью, что при падении света на границу с оптически менее плотной средой возможно полное отражение света. Как направлен поток энергии при полном отражении в каждой из сред?
50. Напишите формулы Френеля. Покажите с их помощью, что фаза отражённого луча, вообще говоря, изменяется. Как изменяется фаза волны при отражении?
51. Напишите волновое уравнение для звуковых волн в сплошной среде. От чего зависит скорость звука в среде? Оцените скорость звука в воздухе.
52. Напишите волновое уравнение для волн в струне. От чего зависит скорость звука в струне? Какие частоты колебаний может издавать струна?
53. Как скорость капиллярных волн зависит от длины волны?