Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов направления 222900.62 "Нанотехнологии и микросистемная техника" (стр. 3 )

Планирование самостоятельной работы студентов

№	Модули и темы	Виды СРС	Неделя семестра	Объем часов	Кол-во баллов
обязательные	дополнительные
Модуль 1
1.1	1. Основы векторного и тензорного анализа. Криволинейные координаты.	1. Работа с учебной литературой. 2. Выполнение домашнего задания 3. Проработка лекций		1	5	0-5
1.2	2. Специальная теория относительности.	1. Работа с учебной литературой. 2. Выполнение домашнего задания 3. Проработка лекций		2-4	12	0-12
1.3	3. Релятивистская классическая механика.	1. Работа с учебной литературой. 2. Выполнение домашнего задания 3. Проработка лекций		5-8	15	0-15
	Всего по модулю 1:	32	0-32
Модуль 2
2.1	4.Уравнения Максвелла. Основные свойства уравнений движения для электромагнитного поля.	1. Работа с учебной литературой. 2. Выполнение домашнего задания 3. Проработка лекций		9, 10	6	0-6
2.2	5. Возможные приближения для уравнений Максвелла. Статические поля.	1. Работа с учебной литературой. 2. Выполнение домашнего задания 3. Проработка лекций		11, 12	10	0-10
2.3	6. Поля, зависящие от времени.	1. Работа с учебной литературой. 2. Выполнение домашнего задания 3. Проработка лекций		13, 14	8	0-8
	Всего по модулю 2:	24	0-24
Модуль 3
3.1	7. Теория излучения. Виды излучения. Интенсивность излучения.	1. Работа с учебной литературой. 2. Выполнение домашнего задания 3. Проработка лекций		15, 16	8	0-8
3.2	8. Свойства излучения.	1. Работа с учебной литературой. 2. Выполнение домашнего задания 3. Проработка лекций		17, 18	8	0-8
	Всего по модулю 3:	16	0-16
	ИТОГО:	72	0-72

4.  Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами

№ п/п	Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин	Темы дисциплины необходимые для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
1	2	3	4	5	6	7	8
1.	Квантовая теория		+	+		+	+	+	+
2.	Физика конденсированного состояния					+	+
3.	Термодинамика				+	+	+
4.	Статистическая физика					+	+		+
5.	Физика атома, ядра и элементарных частиц		+	+	+			+	+
6.	Спецкурсы					+	+	+	+

5.  Содержание дисциплины.

Тема1. Основы векторного и тензорного анализа. Криволинейные координаты. Рассматриваются криволинейные координаты и основные положения векторного и тензорного анализа:

- криволинейные координаты;

- векторы, тензоры;

- дифференциальные векторные операторы;

- интегральные теоремы.

Тема2. Специальная теория относительности. Рассматриваются основы специальной теории относительности:

- опытные данные, постулаты СТО и преобразования Лоренца;

- собственные длина и время. Интервал, преобразования скорости;

- четырехмерные скаляры, векторы, тензоры;

Тема3. Релятивистская классическая механика. Рассматриваются основы релятивистской механики:

- импульс и энергия свободной релятивистской частицы;

- принцип наименьшего действия в релятивистской механике;

- частица в электромагнитном поле, четырехмерный потенциал, тензор электромагнитного поля;

- преобразование компонент электромагнитного поля, инварианты;

- уравнения движения для электромагнитного поля;

- тензор энергии – импульса.

Тема 4. Уравнения Максвелла. Основные свойства уравнений движения для электромагнитного поля. Рассматриваются опытные данные, лежащие в основе уравнений Максвелла и уравнения Максвелла. Исследуются основные свойства уравнений:

- основные законы электромагнетизма, единицы измерения;

- микроскопические уравнения Максвелла, возможные приближения;

- потенциалы электромагнитного поля, калибровочная инвариантность;

- законы сохранения энергии и импульса.

Тема 5. Возможные приближения для уравнений Максвелла. Статические поля. Рассматривается статическое приближение для электрического и магнитного полей:

- электростатическое поле. Уравнение Пуассона. Теорема Гаусса.

- мультипольные моменты. Работа и энергия во внешнем электростатическом поле;

- магнитное поле постоянного тока. Закон Био – Савара. Магнитный момент.

Тема 6. Поля, зависящие от времени. Рассматривается электромагнитное поле системы движущихся зарядов:

- электромагнитное поле системы произвольно движущихся зарядов; Запаздывающие потенциалы;

- потенциалы Лиенара – Вихерта;

- потенциалы электромагнитного поля в дипольном приближении;

Тема 7. Теория излучения. Виды излучения. Интенсивность излучения. Рассматриваются электромагнитное поле в дипольном приближении. Виды излучения: электрическое дипольное и квадрупольное излучение, магнитное дипольное излучение. Рассматривается интенсивность излучения, угловая зависимость:

- понятие излучения, интенсивность излучения, угловая зависимость излучения;

- электромагнитное поле электрического дипольного излучения, интенсивность излучения, угловая зависимость интенсивности излучения;

- магнитное дипольное и электрическое квадрупольное излучение;

Тема 8. Свойства излучения. Рассматриваются свойства излучения и волновое уравнение:

- Реакция излучения, форма линии излучения, спектральная функция;

- сечения рассеяния, формула Томсона;

- волновое уравнение, плоская монохроматическая волна, поляризация.

6.  Планы семинарских занятий.

Тема 1. Решение задач векторного анализа, встречающихся при решении уравнений Максвелла. (3 часа).

Тема 2. Решение задач специальной теории относительности. (6 часов).

Тема 3. Решение задач релятивистской механики. Рассматриваются релятивистские частицы, свободные и в поле. (7 часов).

Тема 4. Решение задач на основные свойства уравнений Максвелла. (2 часа).

Тема 5. Решение задач для статических полей. Теорема Гаусса. Уравнение Пуассона. Закон Био – Савара. (6 часов)

Тема 6. Решение задач для произвольных полей. (4 часа).

Тема 7. Решение задач по расчету интенсивностей электромагнитных полей. (4 часа).

Тема 8. Решение задач на исследование свойств излучения. (4 часа).

7.  Учебно - методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины (модуля).

Примерные задания для контрольной работы

1.Вычислить

2. Вычислить интеграл , где - постоянный вектор, - орт нормали к поверхности.

3. Используя теорему Гаусса найти поле: бесконечной плоскости, равномерно заряженной с поверхностной плотностью s.

4. Внутри бесконечного цилиндра, однородно заряженного с объемной плотностью r, имеется незаряженная цилиндрическая полость. Расстояние между параллельными осями цилиндра и полости равно L . Найти напряженность электрического поля внутри полости.

5. Найти потенциал и напряженность электрического поля на оси плоского кольца, равномерно заряженного с поверхностной плотностью s

( внутренний радиус кольца R1 , внешний R2) . Рассмотреть предельные случаи: а) поле плоского диска R1 ® 0;

б) поле заряженной плоскости R1 ® 0 , R2 ® ¥ .

6. Найти заряд, дипольный и квадрупольный моменты диска радиуса R , равномерно заряженного с поверхностной плотностью s, расположенного на расстоянии а от начала координат.

7. Найти квадрупольный момент цилиндра радиуса R , высоты 2 h , заряженного по объему с плотностью r . Считать, что начало декартовой системы координат совпадает с центром заряженного тела вращения, а ось Z направлена по оси симметрии высшего порядка.

8. Ток I равномерно распределен по поверхности кольца, внутренний и внешний радиусы которого соответственно равны a, b . Найти индукцию магнитного поля на оси кольца.

9. Заряд q однородно заполняет объем шара радиуса R . Найти индукцию магнитного поля в центре шара, если последний вращается вокруг своего диаметра с постоянной угловой скоростью . Во сколько раз изменится магнитное поле в центре шара, если заряд q равномерно распределить по его поверхности.

10. Заряд e вращается с постоянной угловой скоростью w по окружности радиуса а . Найти : 1) полную интенсивность излучения ; 2) угловое распределение излучения.

11. Обобщить формулы преобразования Лоренца для произвольной ориентации осей координат двух инерциальных систем отсчета ( ИСО ) относительно направления их относительной скорости.

12. В ИСО К из пунктов А и В, расстояние между которыми LО , одновременно стартуют два космических корабля навстречу друг другу со скоростями, соответственно равными u и 2 u. Определить показания часов на кораблях при встрече.

13. Вывести формулы преобразования векторов электромагнитного поля при переходе от одной ИСО к другой.

14. П-мезон массой m , движущийся со скоростью распадается на два g кванта. Определить угол разлета g - квантов.

15. Релятивистская частица с зарядом q движется в однородном потенциальном магнитном поле . Найти зависимость ее координат от времени, а также радиус и частоту вращения.

Примерные вопросы к экзамену

1. Криволинейные системы координат.

2. Дифференциальные векторные операторы.

3. Опытные данные, лежащие в основе СТО.
4. Постулаты СТО и преобразования Лоренца.

5. Собственная длина и собственное время.

6. Преобразование скорости. Аберрация.

7. Интервал. Световой конус.

8. Четырехмерные скаляры, векторы, тензоры.

9. Четырехмерная скорость.

10. Релятивистское обобщение классической механики.

11. Импульс и энергия.

12. Принцип наименьшего действия в СТО.

13. Четырехмерный потенциал поля.

14. Тензор электромагнитного поля.

15. Инварианты электромагнитного поля.

16. Четырехмерная запись уравнений Максвелла.

17. Тензор энергии-импульса.

18. Уравнения Максвелла и экспериментальные факты.

19. Система уравнений Максвелла и возможные приближения.

20. Потенциалы электромагнитного поля.

21. Калибровочная инвариантность потенциалов.

22. Закон сохранения энергии электромагнитного поля.

23. Закон сохранения импульса в электромагнитном поле.

24. Электростатическое поле системы зарядов. Мультипольные моменты.

25. Работа и энергия во внешнем электростатическом поле.

26. Магнитное поле токов. Закон Био-Савара.

27. Магнитный момент.

28. Электромагнитное поле системы произвольно движущихся зарядов.

29. Запаздывающие потенциалы.

30. Потенциалы электромагнитного поля в дипольном приближении.

31. Электромагнитное поле дипольного излучения.

32. Реакция излучения.

33. Форма линии излучения.

34. Дипольное излучение простейших систем.

35. Влияние магнитного поля на излучение. Эффект Зеемана.

36. Магнитное дипольное и электрическое квадрупольное излучение.

37. Волновое уравнение.

38. Монохроматическая плоская волна. Поляризация.

39. Рассеяние электромагнитных волн свободными и связанными зарядами.

40. Формула Томпсона.

_____________________________________________________________________________

8.  Образовательные технологии.

____________________________________________________________________________________

В соответствии с требованиями ФГОС при реализации различных видов учебной работы в процессе изучения дисциплины «Электродинамика» предусматривается использование в учебном процессе следующих активных и интерактивных форм проведения занятий:

·  лекции;

·  практические занятия;

·  семинарские занятия.

9.  Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля).

11.1. Основная литература:

1. , Лифшиц поля. Учебное пособие. М. Наука 1с.
2. , Лифшиц сплошных сред. Учебное пособие. М. Наука. 1с.
3. Тамм теории электричества. Учебное пособие М. Наука. 19с.
4. , Топтыгин задач по электродинамике. Учебное пособие. М. Наука. 19с.
5. , Яппа . Учебное пособие. М. Наука. 19с.

6. , , Топтыгин электродинамика. Учебное пособие. . 20с.

7. , . Современная электродинамика, часть 1. Учебное пособие. Москва-Ижевск: НИЦ «регулярная и хаотическая динамика», 2005, 736 стр.

_______________________________________________________________________

11.2. Дополнительная литература:

1. , Рыбаков . Учебное пособие. Высшая школа. 19с.

2. , Туров электродинамики материальных сред. Учебное пособие. М. Наука, Физматлит. 20с.

_____________________________________________________________________

10.  Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля).

Лекционная аудитория с мультимедийным оборудованием, компьютерный класс для практических занятий, лекционная аудитория.