Титульный лист рабочей учебной программы |
| Форма
|
Министерство образования и науки Республики Казахстан
Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова
Кафедра физики и приборостроения
РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
дисциплины: «Электродинамика»
для студентов специальности: 050604 «Физика»
Павлодар
Лист утверждения рабочей учебной программы, разработанной на основании государственного общеобязательного стандарта образования специальности и типовой программы |
| Форма Ф СО ПГУ 7.18.3/31 |
Утверждаю
Проректор по УР
_________
«____» ____________ 2010 г.
Составитель: __________ст. преподаватель, к. ф.-м. н.
Кафедра физики и приборостроения
РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
по дисциплине Электродинамика
для студентов специальности 050604 «Физика»
Рабочая программа разработана на основании Государственного общеобязательного стандарта специальности 3.08.319-2006 и типовой программы от 22.06.06.
Рекомендована на заседании кафедры от 01.01.2001 г.
Протокол № 1.
Заведующий кафедрой ФиП _________ «___»_______2010 г.
Одобрена методическим советом факультета физики, математики информационных технологий «___» ______ 2010г.
Протокол №____.
Председатель УМС _________ «___»_______2010 г.
СОГЛАСОВАНО
Декан факультета ФМиИТ __________ «___» _____ 2010 г.
ОДОБРЕНО ОПиМО
Начальник ОПиМО _______________ «___»______ 2010 г.
Одобрена учебно-методическим советом университета
«___»______2010 г. Протокол № ___
1 Цель дисциплины – представить электродинамику как физическую теорию, основанную на законах, установленных опытом, развитую далее как теоретический курс в виде теории поля, ее основных методов и положений, показать, что электродинамика является основной в теоретической и экспериментальной физике и служит введением в квантовую теорию вещества и излучения.
Задачи дисциплины – достижение цели преподавания дисциплины должно быть обеспечено решением следующих задач:
в лекционном курсе на теоретическом уровне должны быть освещены основные вопросы по всем разделам физики;
на практических занятиях необходимо обеспечить выработку навыков и умения самостоятельно решать самые разнообразные практические задачи, умения выделить конкретное физическое содержание в прикладных задачах будущей специальности.
В результате изучения данной дисциплины студент должен:
– знать из предшествующего курса «Электричество и магнетизм» основные электромагнитные явления, усвоить основные понятия и законы электродинамики, их математическую формулировку:
– знать границы применимости законов классической электродинамики, материалистическую сущность электромагнитного поля, методологическую роль специального принципа относительности;
– овладеть математическим аппаратом: электродинамики и специальной теории относительности;
– овладеть методами решения задач по современной классической теории поля;
– знать гауссову и международную системы единиц и связь между ними;
– уметь ставить проблему, выбирать методы решения, как в аналитической форме, так и с использованием компьютерных технологий (современных ЭВМ и соответствующих программных продуктов).
2 Пререквизиты
«Общий курс физики», «Классическая механика», «Высшая математика».
3 Постреквизиты
«Квантовая механика», «Термодинамика и статистическая физика», «Моделирование физических процессов».
4 Содержание дисциплины
4.1 Тематический план дисциплины
№ п/п | Наименование тем | Количество часов | ||
Лекц. | Практ | СРС | ||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
1. | Введение | 1 | - | 1 |
2. | Электростатика | 6 | 3 | 17 |
3. | Магнитостатика | 6 | 3 | 18 |
4. | Уравнения Максвелла | 7 | 3 | 18 |
5. | Основы СТО | 5 | 3 | 18 |
6. | Основы электродинамики движущихся сред | 5 | 3 | 18 |
Итого | 30 | 15 | 90 |
4.1 Содержание тем дисциплины
Тема 1. Введение. Основные этапы развития электродинамики. Положение данной дисциплины в курсе теоретической физики, а также в экспериментальном и техническом применении её. Роль электродинамики в формировании физической картине мира. Электромагнитное поле как материальная субстанция. СТО как отражение относительности движения, как новое представление о пространстве и времени, как аппарат для дальнейшего развития теоретической физики.
Тема 2. Электростатика. Электростатическое поле в вакууме. Векторные поля и их свойства. Закон Кулона. Принцип суперпозиции. Потенциал и напряженность поля. Уравнение Пуассона. Разложение потенциала по мультиполям. Энергия системы зарядов во внешнем поле. Формула Максвелла для энергии электростатического поля. Электростатическое поле в веществе. Диполь. Поле, энергия и взаимодействие диполей. Вектор поляризации и плотность связанных зарядов. Вектор электрической индукции. Граничные условия в вакууме и в среде. Связь микро - и макрохарактеристик поля. Общие методы решения задач о нахождении потенциалов. Теорема единственности. Теорема взаимности Грина. Метод инверсии. Метод функций Грина. Сила и энергия электростатического поля в веществе. Плотность энергии в диэлектриках. Термодинамический смысл энергии поля в диэлектрике. Объёмные силы в диэлектрике.
Тема 3. Магнитостатика. Токи и их взаимодействие. Законы Ома, Джоуля, Ампера в дифференциальной форме. Магнитное поле и магнитное взаимодействие токов. Разновидности токов. Магнитные среды. Магнитный момент замкнутого тока. Вектор намагничивания. Напряженность магнитного поля. Вектор магнитной индукции.
Тема 4. Уравнения Максвелла. Уравнения Максвелла как обобщение опытных фактов. Уравнения неразрывности как закон сохранения заряда. Гипотеза о применимости системы уравнений Максвелла к микрополям. Микроскопические уравнения Максвелла. Уравнение Даламбера для потенциалов. Связь напряженностей поля и потенциалов. Калибровочная инвариантность электромагнитного поля. Запаздывающие потенциалы. Законы сохранения в электродинамике. Вектор Умова-Пойтинга. Вектор плотности импульса электромагнитного поля. Излучение электромагнитных волн. Электрическое дипольное излучение. Магнитное дипольное излучение. Распространение электромагнитных волн в средах.
Тема 5. Основы специальной теории относительности. Относительность одновременности. Преобразования Лоренца. Релятивистская кинематика. Релятивистская механика. Функция Лагранжа свободной частицы. Энергия, импульс релятивистской частицы. Закон движения в релятивистской механике. Движение тела под действием постоянной силы. Четырехмерный аппарат теории относительности. Понятие четырех-вектора и четырех-тензора. Инварианты СТО. Матричная форма преобразований Лоренца. Геометрическая интерпретация преобразований Лоренца. Ковариантная запись законов механики. Ковариантная запись законов электродинамики. Четырехмерные характеристики электромагнитного поля. Тензор поля. Эффект Доплера. Принцип наименьшего действия для электромагнитного поля. Тензор энергии-импульса. Ковариантная запись уравнений Максвелла. Электромагнитная масса электрона. Поле произвольно движущегося заряда. Расчет напряженности электрического и магнитного поля. Импульс силы. Излучение классического осциллятора. Частные задачи на излучение. Излучение Вавилова-Черенкова. Классическая теория рассеяния. Рассеяние электромагнитных волн свободным, связанным зарядом. Радиационная ширина спектральной линии. Нормальная и аномальная дисперсии.
Тема 6. Основы электродинамики движущихся сред. Законы преобразования для векторов поля. Материальные уравнения для движущихся сред. Элементы магнитной гидродинамики. Плазма в стационарных полях. Движение заряженных частиц в скрещенных полях. Диэлектрические и диамагнитные свойства плазмы. Вмороженность силовых магнитных линий. Квантование магнитного потока. Теория поляризации диэлектриков. Теория намагничивания магнетиков. Диэлектрики с квазиупругим дипольным моментом. Диэлектрики с постоянным дипольным моментом. Комплексная диэлектрическая проницаемость. Типы магнетиков. Парамагнетизм. Диамагнетизм. Ферромагнетизм. Ферриты. Антиферриты. Сверхпроводимость.
4.3 Перечень и содержание практических занятий
№№ п/п | Наименование темы | Содержание | Сроки вып. (недели) |
1 | 2 | 3 | 4 |
1. | Электростатика | Закон Кулона. Теорема Гаусса. Уравнение Пуассона. Энергия поля. | 1-4 |
2. | Магнитостатика | Законы Ома, Джоуля и Ампера. Магнитное поле. Энергия магнитного поля. | 5-6 |
3. | Уравнения Максвелла | Распространение электромагнитных волн. | 7-9 |
4. | Основы СТО | Поле движущегося заряда. Излучение классического осциллятора. Рассеяние электромагнитных волн. | 10-12 |
5. | Основы электродинамики движущихся сред | Движение заряженных частиц в скрещенных полях. | 13-15 |
4.4 Содержание самостоятельной работы студента
4.4.1 Перечень видов СРС
№ п/п | Вид СРС | Форма отчетности | Вид контроля | Объем в часах |
1 | Подготовка к лекционным занятиям | Участие на занятии | 20 | |
2 | Подготовка к практическим занятиям, выполнение домашних заданий | Рабочая тетрадь | Участие на занятии | 20 |
3 | Изучение материала, не вошедшего в содержание аудиторных занятий | Конспект (и др.) | Коллоквиум (и др.) | 20 |
4 | Подготовка к контрольным мероприятиям | РК 1, РК 2, коллоквиум (тестирование и др.) | 30 | |
Всего | 90 |
4.4.2 Перечень тем, вынесенных на самостоятельное изучение студентами
№ | Тема | Содержание | Рекомендуемая литература |
1. | Введение | Основные этапы развития электродинамики. | [1], с. 11-14., [3] с. 10-12. |
2. | Электростатика | Общие методы решения задач о нахождении потенциалов. Теорема единственности. Теорема взаимности Грина. Метод инверсии. Метод функции Грина. | [3], с. 93-98. |
3. | Магнитостатика | Магнитные среды. | [1], с. 256-282. |
4. | Уравнение Максвелла | Распространение электромагнитных волн в средах. | [3] с. 261-305. |
5. | Основы СТО | Частные задачи излучения. Излучение Вавилова-Черенкова. | [3] с. 243-252, с. 362-366. |
6. | Основы электродинамики движущихся сред | Типы магнетиков. Сверхпроводимость. | [1] с. 256-282 |
5 Список литературы
Основная:
1 , Лифшиц поля. т.2. Под ред. - М.: Физматлит, 2001 г.- 530 с.
2 Матвеев .- М.: Высшая школа, 1980 г.- 383 с.
3 Тамм теории электричества.- М.: Наука, 1989г.-504с.
Дополнительная:
4 , , . Математический аппарат электродинамики. КазНУ им. аль-Фараби.- Алматы.: Университетш, 1999 ж.-209 б.
5 , Топтыгин задач по электродинамике. Под ред. - М.: Наука, 1970 г.-503 с.
6 , Топтыгин электродинамика.- М.: Институт компьютерных исследований, 2003 г.-351 с.
7 , . Релятивистская электродинамика.- Алма-Ата.: КазГУ им. , 1979 г. -120 с.
8 , . Элементы тензорного исчисления в евклидовом пространстве. Под ред. - Алма-Ата.: КазГУ им. , 1981 г. -118 с.
9 , Лифшиц сплошных сред. т.8 - М.: Физматлит, 2003 г.- 651 с.
10 , Рыбаков .- М.: Высшая школа, 1990 г.
Выписка из рабочего учебного плана специальности(ей) |
| Форма Ф СО ПГУ 7.18.3/32 |
Выписка из учебного рабочего плана специальности:
050604 «Физика»
Наименование дисциплины: Электродинамика
Форма обучения | Трудоёмкость дисциплины | Формы контроля по семестрам | семестр | Объём работы студентов по семестрам | ||||||||||||
кредитов | Академических часов | Кредитов | Аудиторных занятий (ак. часов) | СРС (ак. часов) | ||||||||||||
Всего | Ауд. | СРС | Экз. | Зач. | КП | КР | Всего | Лек. | Пр. | Лаб. | Всего | СРСП | ||||
Очная на базе общ. средн. | 3 | 135 | 45 | 90 | 5 | 5 | 3 | 45 | 30 | 15 | – | 90 | 45 |
Заведующий кафедрой ____________ «____»_______2010 г.
