Методические указания к выполнению контрольной работы для студентов заочной формы обучения (стр. 1 )

Федеральное агентство по образованию

Югорский государственный университет

Инженерный факультет

Кафедра физики и общетехнических дисциплин

Методические указания к выполнению

контрольной работы для студентов

заочной формы обучения

Дисциплина: Физика

Специальность: 280100 «Безопасность технологических процессов и производств»

Курс: 1

Семестр: весенний

Учебный год:

2007

Содержание

1. Содержание теоретического раздела дисциплины

2. Методические указания к выполнению и оформлению контрольной работы

3. Тема «3. Электростатика. Постоянный электрический ток» 3.1. Основные формулы 3.2. Примеры решения задач 3.3. Задачи для контрольной работы по теме «3. Электростатика. Постоянный электрический ток»

4. Тема «4. Электромагнетизм» 4.1. Основные формулы 4.2. Примеры решения задач 4.3. Задачи для контрольной работы по теме «4. Электромагнетизм»

5. Справочные данные

6. Литература

1. Содержание теоретического раздела дисциплины

3. Электростатика. Постоянный электрический ток.

3.1. Электростатическое поле в вакууме. Дискретность электрических зарядов, закон сохранения электрического заряда. Электростатика. Закон Кулона. Напряженность электростатического поля точечного заряда. Принцип суперпозиции. Поток вектора. Теорема Остроградского-Гаусса и ее применение для расчета напряженности полей, создаваемых заряжен­ными телами. Работа по перемещению заряда. Потенциал электроста­тического поля точечного заряда и системы зарядов. Эквипотенциальные поверхности. Градиент потенциала. Связь потенциала и напряженности электростатического поля, расчет потенциалов простейших полей, создаваемых заря­женными телами.

3.2. Диэлектрики и проводники в электростатичес­ком поле в электростатическом поле. Явление поляризации диэлектриков. Поляризованность диэлектрика и диэлектрическая восприимчивость вещества. Электрическое смещение. Теорема Гаусса для вектора электрического смещения. Электрическое поле внутри проводника и у его поверхности. Распределение заряда в проводнике. Граничные условия на поверхности раздела «диэлектрик-диэлектрик» и «проводник-диэлектрик». Электроёмкость уединённого проводника. Конденсатор. Электрическая емкость конденсатора.

3.3. Энергия электростатического поля Энергия взаимодействия электрических зарядов. Энергия системы заряженных проводников. Энергия заряженного конденсатора. Плотность энергии электростатического поля.

4. Электромагнетизм.

4.1. Магнитное поле в вакууме. Взаимодействие токов. Закон Ампера. Вектор магнитной индукции. Магнитостатика. Закон Био-Савара-Лапласа. Принцип суперпозиции. Применение закона Био-Савара-Лапласа для расчета магнитных полей прямого и кругового токов. Теорема о циркуляции для магнитного поля. Магнитное поле длинного соленоида.

4.2. Силовое действие магнитного поля. Сила Ампера. Магнитный момент контура с током. Работа по переме­щению проводника и контура с током в магнитном поле. Сила Лоренца. Движение зарядов в магнитном поле.

4.3. Магнитное поле в веществе. Намагниченность. Напряжённость магнитного поля. Магнитная проницаемость среды. Теорема о циркуляции вектора напряженности магнитного поля. Диа-, пара - и ферромагнетизм.

4.4. Электромагнитная индукция. Явление электромагнитной индукции. Явление самоиндукции, индуктивность. Энергия контура с током. Энергия магнитного поля, объемная плотность энергии.

4.5. Уравнения Максвелла. Электромагнитное поле. Основы теории Максвелла для электромагнитного поля. Ток смещения, закон полного тока. Уравнения Максвелла в интегральной форме. Материальные уравнения. Принцип относительности в электродинамике.

4.6. Электромагнитные колебания и волны. Свободные колебания в электрическом контуре без активного сопротивления и с активным сопротивлением. Коэффициент затухания, логарифмический декремент зату­хания, добротность. Частота затухающих колебаний, критическое сопротивление контура. Вынужденные электромаг­нитные колебания. Электромагнитные волны. Уравнения плоской монохроматической волны. Энергия электромагнитной волны. Поток энергии

2. Методические указания к выполнению и оформлению контрольной работы

2.1. В весеннем семестре студент должен выполнить 1 контрольную работу по физике.

2.2. Номера задач, которые студент должен включить в свою контрольную работу, определяются по таблице вариантов.

Номеру варианта соответствует последняя цифра номера Зачетной книжки студента.

Таблица для выбора варианта контрольной работы

Номер варианта	Номера задач
Тема 3	Тема 4
0	310	320	340	360	370	410	420	460	470
1	301	311	331	351	361	401	411	451	461
2	302	312	332	352	362	402	412	452	462
3	303	313	333	353	363	403	413	453	463
4	304	314	334	354	364	404	414	454	464
5	305	315	335	355	365	405	415	455	465
6	306	316	336	356	366	406	416	456	466
7	307	317	337	357	367	407	417	457	467
8	308	318	338	358	368	408	418	458	468
9	309	319	339	359	369	409	419	459	469

2.3. Контрольную работу нужно выполнять чернилами в школьной тетради, на обложке которой привести сведе­ния по следующему образцу

2.4. Условия задач в контрольной работе надо перепи­сать полностью без сокращений. Для замечаний препода­вателя на страницах тетради оставлять поля.

2.5. Решения задач следует сопровождать краткими, но исчерпывающими пояснениями; в тех случаях, когда возможно, дать чертеж, выполненный с помощью чертеж­ных принадлежностей.

2.6. Решать задачу надо в общем виде, т. е. выразить искомую величину в буквенных обозначениях величин, заданных в условии задачи. При таком способе решения не производятся вычисления промежуточных величин.

2.7. После получения расчетной формулы для проверки правильности ее следует подставить в правую часть фор­мулы вместо символов величин обозначения единиц этих величин, произвести с ними необходимые действия и убе­диться в том, что полученная при этом единица соответ­ствует искомой величине. Если такого соответствия нет, то это означает, что задача решена неверно.

2.8. Числовые значения величин при подстановке их в расчетную формулу следует выражать только в едини­цах СИ.

2.9. При подстановке в расчетную формулу, а также при записи ответа числовые значения величин следует записывать как произведение десятичной дроби с одной значащей цифрой перед запятой на соответствующую степень десяти. Например, вместо 3520 надо записать 3,52*103, вместо 0,00129 записать 1,29*10-3 и т. п.

2.10. Вычисления по расчетной формуле надо проводить с соблюдением правил приближенных вычислений (см. в «Задачнике по физике» , А. А. Во­робьева, Приложение о приближенных вычислениях). Как правило, окончательный ответ следует записывать с тремя значащими цифрами.

2.11. Если контрольная работа при рецензировании не, зачтена, студент обязан представить ее на повторную рецензию, включив в нее те задачи, решения которых оказались неверными. Повторную работу необходимо представить вместе с незачтенной.

2.12. Зачтенные контрольные работы предъявляются экзаменатору. Студент должен быть готов во время экза­мена дать пояснения по существу решения задач, входя­щих в контрольные работы.

3. Тема «3. Электростатика. Постоянный электрический ток»

3.1. Основные формулы

Закон Кулона

где F - сила взаимодействия точечных зарядов Q1 и Q2, r - расстояние между зарядами;

ε – относительная диэлектрическая проницаемость среды; ε0 - электрическая постоянная.

Напряженность E и потенциал φ поля, создаваемого точечным зарядом

где r - расстояние от заряда Q до точки, в которой опре­деляются напряженность и потенциал.

Напряженность и потенциал поля, создаваемого про­водящей заряженной сферой радиусом R на расстоянии r от центра сферы

1. E=0; (r <R);

2. (r=R);

3. (r>R),

где Q - заряд сферы.

Напряженность поля, создаваемого бесконечной пря­мой равномерно заряженной линией или бесконечно длинным цилиндром

где r - расстояние от нити или оси цилиндра до точки, напряженность поля в которой определяется, - линейная плотность заряда.

Напряженность поля, создаваемого бесконечной рав­номерно заряженной плоскостью

где - поверхностная плотность заряда.

Работа сил поля по перемещению заряда Q из точки поля с потенциалом φ1 в точку с потенциалом φ2

A = (φ1 - φ2 ).

Электроемкость уединенно проводника и конденсатора

или

где φ - потенциал проводника (при условий, что в беско­нечности потенциал проводника принимается равным нулю); U - разность потенциалов пластин конденсатора.

Электроемкость плоского конденсатора

где S - площадь пластины (одной) конденсатора; d - расстояние между пластинами.

Электроемкость батареи конденсаторов

1. , при последовательном соединении;

2. C = , при параллельном соединении,

где N - число конденсаторов в батарее.

Энергия заряженного конденсатора

Сила постоянного тока

где Q - заряд, прошедший через поперечное сечение проводника за время t.

Плотность тока

где S - площадь поперечного сечения проводника.

Закон Ома

1. - для участка цепи, не содержащего ЭДС,

где (φ1 - φ2 ) - разность потенциалов (напря­жение) на концах участка цепи; R - сопротивление участка;

2. - для участка цепи, содержащего ЭДС, где - ЭДС источника тока; R - полное сопротивление участка (сумма внешних и внутренних сопро­тивлений).

Сопротивление проводника

где ρ - удельное сопротивление; l - длина проводника; S - площадь поперечно­го сечения проводника.

Сопротивление системы проводников

1. при последовательном соединении,

2. при параллельном соединении,

где Ri - сопротивление i-го проводника.

Работа тока

Мощность тока

Закон Джоуля - Ленца

.

3.2. Примеры решения задач

Пример 1. Два точечных электрических заряда Q1=1 нКл и Q2= -2 нКл находятся в воздухе на рас­стоянии d=10 см друг от друга. Определить напря­женность Е и потенциал j поля, создаваемого этими зарядами в точке А, удаленной от заряда Q1 на расстоя­ние r1=9 см и от заряда Q2 на r2=7 см.

Дано.

Q1=1 нКл,

Q2= -2 нКл,

,

d=10 см,

r1=9 см,

r2=7 см,

Е, j =?

Решение. Согласно принципу суперпозиции элек­трических полей, каждый заряд создает поле независимо от присутствия в пространстве других зарядов. Поэтому напряженность Е электрического поля в искомой точке может быть найдена как геометрическая сумма напряженностей E1 и Е2 полей, создаваемых каждым зарядом в отдельности: Е = E1 + Е2. Напряженности электриче­ского поля, создаваемого в воздухе зарядами Q1 и Q2, равны