Физика (стр. 3 )

№ п/п	Темы и содержание практических занятий	Кол-во часов
1	Закон Кулона. Напряженность электрического поля Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции.	2
2	Основные закономерности электростатического поля Потенциал электростатического поля. Связь напряженности и потенциала. Циркуляция вектора напряженности. Теорема Остроградского-Гаусса.	4
3	Проводники в электрическом поле. Электрическое поле в диэлектриках Взаимодействие заряженных объектов. Диполь. Поле диполя. Поляризация диэлектриков. Условия на границе раздела диэлектриков.	2
4	Электроемкость. Энергия электрического поля Конденсатор. Электроемкость. Энергия электрического поля. Плотность энергии.	2
5	Постоянный электрический ток Законы Ома и Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной форме.	4
6	Магнитное поле в вакууме Индукция магнитного поля. Принцип суперпозиции. Закон Био-Савара-Лапласа. Циркуляция вектора магнитной индукции. Теорема Гаусса.	4
7	Магнитное поле в веществе Магнитный момент. Закон полного тока для магнитного поля в веществе. Диа - пара - и ферромагнетики.	2
8	Электромагнитная индукция. Уравнения Максвелла Явление электромагнитной индукции. Ток смещения. Уравнения Максвелла.	4
9	Механические колебания и волны Гармонические колебания. Период, частота, амплитуда, фаза колебаний. Энергия колебаний. Свободные и вынужденные колебания. Резонанс. Механические волны. Продольные, поперечные, стоячие волны. Групповая и фазовая скорость волны.	4
10	Электромагнитные колебания и волны Свободные и вынужденные колебания в электрическом колебательном контуре. Затухающие колебания. Декремент затухания. Резонанс токов и напряжений.	4
	Всего часов	32

4.4. Наименование тем лабораторных занятий, их содержание и объем в часах

№ п/п	Темы и содержание лабораторных занятий	Кол-во часов
1	Изучение взаимодействия заряженных шаров. Изучение электростатического динамометра. Определение силы взаимодействия заряженных проводящих шаров. Изучение зависимости силы взаимодействия от расстояния между центрами шаров.	2
2	Изучение законов Кирхгофа. Определение потенциалов различных точек электрической цепи. Расчет падения напряжения и силы тока на различных участках цепи.	2
3	Изучение компьютерного осциллографа. Изучение основных режимов работы компьютерного осциллографа. Измерение амплитуды, частоты и сдвига фаз по осциллограммам сигналов.	2
4	Изучение переходных процессов в цепях с емкостью. Изучение переходных процессов при включении и разрядке конденсатора. Изучение зависимости времени зарядки и разрядки от емкости конденсатора и активного сопротивления цепи. Определение времени релаксации.	2
5	Изучение принципов радиосвязи. Измерение резонансной частоты контура. Снятие резонансных кривых. Измерение неизвестной емкости и индуктивности.	2
6	Определение точки Кюри ферромагнетика. Изучение зависимости магнитных свойств пермаллоя от температуры. Определение точки Кюри.	2
7	Определение групповой и фазовой скорости звука. Измерение расстояния и времени прохождения этого расстояния звуковым сигналом. Определение групповой скорости. Измерение длины стоячей звуковой волны. определение фазовой скорости.	2
8	Изучение механического резонанса. Изучение свободных, затухающих и вынужденных колебаний. Изучение явления резонанса. Определение добротности и логарифмического декремента затухания.	2
	Всего часов	16

5.  Рекомендуемые образовательные технологии

Для проработки и закрепления лекционного материала по дисциплине «Физика 2» применяются:

№ п/п	Технология	Кол-во ауд. часов при изуч. модуля
1	Использование на лекциях и практических занятиях иллюстративных видеоматериалов, демонстрационных моделей и приборов. Использование на лекциях презентаций по дисциплине.	12
2	Использование компьютерного тестирования для текущего контроля освоения студентами знаний, умений, навыков по дисциплине.	6
	Всего (процент аудиторных занятий в интерактивной форме)	18 (23%)

6.  Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего

контроля успеваемости, промежуточной аттестации

по итогам освоения дисциплины

6.1. Примерные задания на контрольные работы по теоретическому материалу

Контрольная работа № 1 по теме «Электростатика»

1.  Что такое точечный заряд? Сформулируйте закон Кулона. Запишите закон Кулона в векторном виде.

2.  Напишите формулу для напряженности Е поля заряженной сферы радиуса R. Изобразите график зависимости Е(r), где r - расстояние от центра сферы до данной точки поля.

3.  Сформулируйте определение потока вектора напряженности электрического поля. Сформулируйте и запишите теорему Остроградского — Гаусса.

4.  Получите выражение для напряженности Е равномерно заряженной с поверхностной плотностью s бесконечной плоскости.

5.  Что называется электрическим диполем, его плечом , его моментом ?

6.  Опишите процесс поляризации диэлектриков. Что называется: а) поляризованностью диэлектрика; б) диэлектрической восприимчивостью диэлектрика? Каковы единицы измерения этих величин?

7.  Для чего вводится вектор электрического смещения ? Каков физический смысл диэлектрической проницаемости?

8.  Напишите выражения для электроемкости плоского, цилиндрического и сферического конденсаторов.

9.  Получите выражения для энергии взаимодействия системы точечных зарядов.

10.  Напишите выражение для объемной плотности энергии электрического поля.

Контрольная работа № 2 по теме «Законы постоянного тока»

1.  Что называется электрическим током? Сформулируйте условия существования постоянного тока.

2.  Что называется силой тока? В каких единицах (СИ) измеряется сила тока?

3.  Сформулируйте закон Ома для однородного участка цепи.

4.  Что такое сопротивление? В каких единицах измеряется сопротивление? От чего зависит сопротивление проводника?

5.  Что такое электродвижущая сила? В каких единицах (СИ) измеряется ЭДС?

6.  Запишите закон Ома для полной цепи.

7.  Сформулируйте правила Кирхгофа.

8.  При каком сопротивлении нагрузки мощность, выделяемая на ней, максимальна? Чему равен КПД источника в этом случае?

9.  Запишите закон Ома: а) в интегральной; б) в дифференциальной форме.

10.  Запишите закон Джоуля-Ленца: а) в интегральной; б) в дифференциальной форме.

Контрольная работа № 3 по теме «Магнитостатика»

1.  Назовите свойства магнитной составляющей полной электромагнитной силы - силы Лоренца, действующей на движущийся со скоростью υ точечный заряд q. Дайте определение силовой характеристики магнитного поля - магнитной индукции .

2.  Каково содержание принципа суперпозиции магнитных полей?

3.  Считая выражение для индукции магнитного поля точечного заряда q, движущегося с нерелятивистской скоростью υ, известным, получите выражение закона Био - Савара - Лапласа .

4.  Сформулируйте теорему Гаусса для вектора магнитной индукции и напишите ее математические выражения в интегральной и дифференциальной формах. Существуют ли в природе магнитные заряды?

5.  Сформулируйте теорему о циркуляции вектора магнитной индукции для постоянных токов проводимости. Напишите и объясните ее математические выражения в интегральной и дифференциальной формах. Является ли магнитное поле потенциальным?

6.  Опишите процесс намагничивания вещества (магнетика). Покажите, что, как и в случае магнитного поля в вакууме, теорема Гаусса для индукции результирующего магнитного поля при наличии магнетиков остается справедливой:.

7.  Как вводится вспомогательная векторная характеристика магнитного поля - напряженность магнитного поля . Объясните выражение .

8.  Запишите закон полного тока для магнитного поля в веществе.

9.  Что называется: магнитной восприимчивостью; магнитной проницаемостью? Как связаны между собой эти характеристики вещества?

10.  Какие вещества называются ферромагнетиками? Перечислите характерные особенности ферромагнетиков. Каковы современные представления о ферромагнетизме?

Контрольная работа № 4 по теме «Электромагнитная индукция. Уравнения Максвелла»

1. В чем заключается явление электромагнитной индукции? Сформулируйте закон электромагнитной индукции и напишите его математическое выражение. Каково содержание правила Ленца?

2. Каковы физические причины, приводящие к возникновению ЭДС индукции? Можно ли получить выражение для ЭДС индукции на основе закона сохранения энергии? Рассмотрите принцип действия индукционных генераторов тока.

3. В чем состоит баллистический метод определения индукции магнитного поля? Какие другие методы определения магнитной индукции поля вы знаете?

4 .Что называется явлением самоиндукции? Напишите выражение для ЭДС самоиндукции. Дайте определение индуктивности и ее единицы измерения.

5. Рассмотрите электрические токи при замыкании и размыкании цепи.

6. Покажите, что магнитное поле токов обладает энергией. Запишите выражение для плотности энергии магнитного поля.

7. В чем состоит обобщение явления электромагнитной индукции, сделанное Максвеллом?

8. Рассмотрите принцип действия индукционного ускорителя электронов — бетатрона.

9. Что называется: током смещения; плотностью тока смещения; плотностью полного тока?

10. Напишите (в интегральной и дифференциальной формах) полную систему фундаментальных уравнений Максвелла для электромагнитного поля. Объясните физический смысл этих уравнений.

Контрольная работа № 5 по теме «Механические и электромагнитные колебания»

1. Какие колебательные процессы называются: периодическими; гармоническими? Дайте определения величин, характеризующих гармонические колебания: периода и частоты; циклической частоты; амплитуды; фазы и начальной фазы. В каких единицах измеряются эти величины?

2. Материальная точка движется вдоль оси х по закону х = Acos(ωt+α). Постройте графики смещения х, скорости v и ускорения а в зависимости от времени t.

3. Каковы результаты сложения двух взаимно перпендикулярных гармонических колебаний одной и той же частоты; кратных частот?

4. Получите выражения для кинетической, потенциальной и полной энергий гармонического колебания. Изобразите графически их зависимости от времени.

5. При каких условиях колебательная система совершает: а) незатухающие; б) затухающие свободные колебания? Запишите дифференциальные уравнения этих колебаний.

6. Какие колебания называются вынужденными? В чем заключается явление резонанса?

7. Рассмотрите процесс разрядки конденсатора через активное сопротивление. Какие параметры контура RC определяют быстроту убывания в нем электрического тока?

8. Рассмотрите свободные электрические колебания в идеализированном контуре LC. Почему в таком контуре электрические колебания не прекращаются в тот момент, когда конденсатор полностью разряжается?

9. Рассмотрите свободные затухающие электрические колебания в контуре RLC, Что называется логарифмическим декрементом затухания; добротностью контура?

10. Рассмотрите вынужденные электрические колебания в контуре RLC. От каких параметров контура зависит его резонансная частота? Изобразите резонансные кривые для силы тока в контуре.

Контрольная работа № 6 по теме «Механические и электромагнитные волны»

1. Какие волны называются: а) продольными; б) поперечными. Как связаны между собой фазовая скорость волны, частота колебаний и длина волны?

2. Покажите, что уравнение плоской волны, распространяющейся в положительном направлении оси х:является решением волнового уравнения, которое в данном случае может быть записано в виде

3. Запишите волновое уравнение. Объясните, почему существование электромагнитных волн непосредственно вытекает из фундаментальных выражений Максвелла для электромагнитного поля.

4. Дайте определение плоской электромагнитной волны и запишите ее уравнения. Какому правилу удовлетворяет взаимная ориентация тройки векторов Е, Н, v электромагнитной волны?

5. Изобразите графически плоскую электромагнитную волну.

6. Покажите, как скорость распространения электромагнитных волн в вакууме связана с электрической и магнитной постоянными соотношением

7. Чему равна фазовая скорость v электромагнитной волны в однородной нейтральной непроводящей среде с постоянными проницаемостями и .

8. Напишите и объясните выражения: а) для плотности энергии электромагнитного поля; б) для вектора плотности потока электромагнитной энергии (вектора Умова - Пойнтинга). Оказывают ли электромагнитные волны давление на тело?

9. Рассмотрите излучение колеблющегося по гармоническому закону электрического диполя. Изобразите и объясните диаграмму направленности его излучения. Чем определяется средняя мощность излучения диполя?

6.2. Примерные задания для контрольных работ на практических занятиях

Контрольная работа № 1

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ

1. В вершинах квадрата со стороной 0,5 м расположены точечные заряды одинаковой величины. В случае, когда два соседних заряда положительные, а два других — отрицательные, напряженность поля в центре квадрата равна 144 В/м. Определить величину заряда.

2. В поле бесконечной равномерно заряженной плоскости с поверхностной плотностью заряда 10 мкКл/м2 перемещается точечный заряд из точки, находящейся на расстоянии 0.1 м от плоскости, в точку на расстоянии 0,5 м от нее. Определить величину заряда, если при перемещении поле совершает работу 1 мДж.

3. Вычислить емкость батареи, состоящей из трех конденсаторов емкостью по 1 мкФ каждый, при всех возможных случаях их соединения.

4. Определить плотность тока, текущего по проводнику длиной 5 м, если на концах его поддерживается разность потенциалов 2 В. Удельное сопротивление материала 2 мкОмм.

5. По двум бесконечно длинным прямолинейным параллельным проводникам, расстояние между которыми 15 см, в одном направлении текут токи 4 и 6 А. Определить расстояние от проводника с меньшим током до геометрического места точек, в котором напряженность магнитного поля равна нулю.

6. Два параллельных бесконечно длинных проводника с токами 10 А взаимодействуют с силой 1 мН на 1 м их длины. На каком расстоянии находятся проводники?

7. Перпендикулярно линиям индукции однородного магнитного поля индукцией 0,1 мТл по двум параллельным проводникам движется без трения перемычка длиной 20 см. При замыкании цепи, содержащей эту перемычку, в ней идет ток 0,01 А. Определить скорость движения перемычки. Сопротивление цепи 0,1 Ом.

8. В однородном магнитном поле, индукция которого В, перпендикулярно к его линиям вращается с угловой скоростью ω проводящий стержень длиной . Определить напряжение U, индуцируемое между концами стержня.

Контрольная работа № 2

КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ

1. Материальная точка совершает колебания вдоль оси по закону х = 6,0 cos π (t + 0,20), где t в секундах. Определить амплитуду смещения А и период колебаний Т. Найти смещение х, скорость v и ускорение a материальной точки в момент времени t = 4,0 с.

2. Частица совершает прямолинейные гармонические колебания с периодом Т = 6 с. Определить промежутки времени τ1 и τ2 между последовательными моментами времени, в которые смещения частицы одинаковы по знаку и равны по модулю половине амплитуды.

3. Груз, подвешенный на пружине, совершает вертикальные незатухающие колебания с амплитудой смещения А = 0,06 м. Максимальная кинетическая энергия груза W = 1,2 Дж. Найти коэффициент жесткости k пружины. Массой пружины пренебречь.

4. Определить скорость и распространения упругих поперечных волн в алюминии, если его модуль сдвига G = 24 ГПа.

5. В колебательном контуре, состоящем из плоского конденсатора и катушки индуктивности с пренебрежимо малым активным сопротивлением, происходят колебания с энергией W. Пластины конденсатора медленно раздви­нули так, что частота колебаний увеличилась в п раз. Какую работу А соверши­ли при этом?

6. Колебательный контур имеет емкость С = 1,1 нФ и индуктивность L =5 мГн. Логарифмический декремент затухания контура = 0,005. За ка­кое время t потеряется вследствие затухания 99 % энергии контура?

7. Контур приемника с конденсатором емкостью С = 20 пФ настроен на электромагнитную волну длиной = 5 м. Определить индуктивность ка­тушки контура. Активным сопротивлением контура пренебречь.

8. Плоская электромагнитная волна распростра­няется в вакууме. Найти модуль вектора Пойнтинга этой волны.

6.3. Домашние контрольные работы

Контрольная работа № 1

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ

1. Капелька воды диаметром d = 0,1 мм несет такой отрицательный заряд, что электрическое поле на ее поверхности Е = В/м. Найти напряженность вертикального поля, удерживающего каплю от падения.

2. Найти работу, которую нужно совершить, чтобы перенести точечный заряд q = 42 нКл из точки, находящейся на расстоянии а = 1 м, в точку, находящуюся на расстоянии b = 1,5 см от поверхности шара радиусом R = 2,3 см с поверхностной плотностью заряда Кл/м2.

3. Пользуясь теоремой Остроградского—Гаусса в дифференциальной форме, найти вектор напряженности электрического поля внутри и вне шара радиусом R, равномерно заряженного с объемной плотностью ρ.

4. Диполь, электрический момент которого Кл×м, свободно устанавливается в однородном электрическом поле напряженностью Е = 1500 В/см. Какую нужно совершить работу А, чтобы повернуть диполь на угол α =180°?

5. Разность потенциалов между пластинами плоского конденсатора, находящимися на расстоянии d = 1 см друг от друга, U = 300 В. В пространстве между пластинами помещается плоскопараллельная пластинка парафина толщиной d1 = 0,5 см. Найти в каждом слое: а) напряженность электрического поля Е1, Е2; б) падение потенциала U1,U2; в) объемную плотность энергии w1, w2.

6. При каком сопротивлении R внешней цепи источник с ЭДС Е = 10 В и внутренним сопротивлением r = 20 Ом будет отдавать максимальную мощность? Каково значение Рmax этой мощности?

7. Тонкий диск из диэлектрика, радиус которого R = 50 см, равномерно заряжен зарядом q = 5,0 Кл. Диск вращается вокруг своей оси с угловой скоростью w = 10 рад/с. Найти магнитную индукцию В поля в центре диска.

8. Два параллельных бесконечно длинных провода, по которым в одном направлении проходят токи по I = 6 А каждый, расположены на расстоянии а = 100 мм друг от друга. Найти магнитную индукцию В поля в точке, отстоящей от одного провода на расстояний r1 = 50 мм, а от другого - на расстояние r2 = 120 мм.

9. Скорость самолета υ = 950 км/ч. Найти ЭДС Еi, индуцируемую между концами крыльев самолета, если размах крыльев = 12,5 м, а вертикальная составляющая напряженности магнитного поля Земли Н = 40 А/м.

10. Точечный заряд q движется с нерелятивистской скоростью u = const. Найти плотность тока смещения jсм в точке, находящейся на расстоянии r от заряда на прямой: а) совпадающей с траекторией заряда; б) перпендикулярной к траектории и проходящей через заряд.

Контрольная работа № 2

КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ

1. Материальная точка совершает колебания вдоль оси x по закону х =A sin ωt, где ω = 1,57 с‑1. Амплитуда скорости точки  9,42·10-2 м/с. Найти для моментов времени t1 = 0, t2 = Т/8 и t3 = T/4 значения координаты х, скорости v и ускорения а точки. Определить средние значения скорости и ускорения за промежутки времени τ = t2 - t1 и τ = t3 – t2.