физика / КОМПЛЕКТ_ДЛЯ_ЗО / Указания ч_2 Электромагнетизм

1

Пермский государственный технический университет Кафедра общей физики

Физика

Методические указания и контрольные задания для студентов заочного отделения.

Ч а с т ь II

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ

Пермь 2002

2

УДК 53(07):378 Б 24

План УМД 2001/2002 уч./г.

Физика: Методические указания и контрольные задания для студентов заочного отделения. Часть II. Электричество и магнетизм / Перм. гос. техн. ун-т, Пермь, 2002. - 78 с.

Составители: Щицина Ю.К., ст. преподаватель, Вотинов Г.Н., к.ф.- м.н., ст. преподаватель, Перминов А.В., к.ф.-м.н., ст. преподаватель,

Черноиванова Т.М., ст. преподаватель, Коновалова М.А., ассистент.

Под общей редакцией Цаплина А.И., д.т.н., профессора.

Приведены общие рекомендации по применению физических законов и формулы к решению задач, рабочая программа, список литературы, примеры решения задач по темам "Электричество и магнетизм", тренировочные задачи с ответами, проверочный тест и задачи для выполнения двух контрольных работ. Даны таблицы с номерами вариантов и номерами задач для каждого варианта, а также справочные таблицы.

Рецензент: Лоскутов К.Н., к.ф.-м.н., доцент.

Издание стереотипное. Утверждено на заседании кафедры.

ã Пермский государственный технический университет, 2002

4

ВВЕДЕНИЕ

Цель настоящего издания - снабдить студентов-заочников рабочей программой и контрольными заданиями по курсу общей физики.

Весь учебный материал программы курса разделен на три части:

1."Механика, молекулярная физика и термодинамика".

2."Электростатика. Постоянный ток. Электромагнетизм".

3."Оптика. Физика атома и атомного ядра".

Каждая из частей содержит: рабочую программу, список учебной литературы, примеры решения задач, тренировочные задачи, контрольные задания, справочные таблицы.

Распределение объемов занятий и видов учебной работы при изучении физики для студентов-заочников всех специальностей дано в табл. 1.

Основной формой изучения дисциплины является самостоятельная работа студента над рекомендованной литературой. Целесообразно проработать материал, пользуясь примерами решения задач, тренировочными задачами, контрольными заданиями, справочными таблицами.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная

1. Трофимова Т.И. Курс физики: Учебное пособие.-7 изд., испр.-М.:

Высш. шк, 2001.-542 с.

Дополнительная

2.Савельев И.В. Курс общей физики. М.: Наука,1988. Т.1-3.

3.Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. М.: Высш. шк., 1989.

4.Лабораторный практикум по физике. Под ред. К.А. Барсукова и Ю.И. Уханова. М.: Высш шк., 1988.

6

изучаемого материала и помогает закреплению в памяти понятий, формулировок, определений, формул и физических законов, развивает у студентов логическое мышление, навык в применении полученных знаний для решения конкретных вопросов, имеющих практическое и познавательное значение. Поэтому приводится список тренировочных задач, работа над которыми закрепит знания и навыки студентов.

Задачи по физике разнообразны, и дать единый рецепт для их решения невозможно. Умение решать задачи приобретается в процессе систематических упражнений. Можно лишь указать условия, соблюдение которых необходимо для успешного решения задач.

В основу каждой физической задачи положен тот или иной частный случай проявления общих законов физики. Поэтому, без твердого знания теории нельзя рассчитывать на успешное решение и анализ даже самых простых задач.

При решении задач необходимо:

1)хорошо вникнуть в условие задачи и установить, какие физические закономерности лежат в ее основе;

2)записать все данные в задаче физические величины в одной системе единиц;

3)если позволяет характер задачи, обязательно сделать чертеж, поясняющий ее сущность;

4)записать законы и формулы, на которых базируется решение, и дать словесную формулировку этих законов, разъяснить буквенные обозначения;

5)если при решении задачи применяется формула, полученная для частного случая, не выражающая какой-нибудь физический закон, или не являющаяся определением какой-нибудь физической величины, то ее следует вывести;

6)особое внимание следует обращать на векторный характер многих физических величин. Для полного определения таких величин необходимо учитывать не только их числовое значение, но и направление;

7)получить решение задачи в общем виде, то есть выразить искомую величину в буквенных обозначениях величин, заданных в условии задачи. Правильность решения задачи в общем виде можно проверить, используя правило размерностей (наименований). При правильном решении размерность правой части формулы совпадает с размерностью искомой величины. Несоблюдение этого условия (оно необходимо, но недостаточно) свидетельствует об ошибке, допущенной в ходе решения;

8)решение задачи следует сопровождать краткими, но исчерпывающими пояснениями;

9)подставить числовые данные в полученные для искомых величин формулы, произвести с ними необходимые действия. Проанализировать результат (оценить его правдоподобность);

7

10) проводя арифметические расчеты, нужно использовать правила приближенных вычислений, позволяющие экономить время без ущерба для точности. Точность ответа не должна превышать точности, с которой даны исходные величины. В тех задачах, где требуется начертить график, следует рационально выбрать масштаб и начало координат.

Умение решать задачи приобретается длительными и систематическими упражнениями. При подготовке к выполнению контрольной работы следует после изучения каждой темы решить задачи из раздела "Тренировочные задачи". Они содержат элементы задач, предлагаемых для контрольных работ.

Задачи для тренировки несколько проще тех, которые входят в контрольные задания, и призваны подготовить студента к выполнению контрольной работы. Решение этих задач крайне полезно и необходимо.

При оформлении контрольных работ нужно помнить следующее.

1.Контрольная работа выполняется чернилами в обычной ученической тетради.

2.Текст задачи из контрольного задания должен быть переписан полностью и выписаны столбиком значения величин с их стандартными обозначениями.

3.При решении задач необходимо придерживаться правил, приведенных выше.

4.Качественные задачи объяснять не односложно, а давать исчерпывающий ответ.

3.ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ

Электростатика. Электрический ток

1. Закон Кулона

где F12 - сила, с которой заряд q1 действует на заряд q2; F21 - равная ей и противоположно направленная сила; r12 - радиус – вектор, направленный

от q1 к q2, а r - модуль r12 ; ε = EE0 - диэлектрическая проницаемость среды;

Е0 – напряженность электростатического поля в вакууме; Е – напряженность электростатического поля внутри однородного диэлектрика; ε0 - электрическая постоянная.

2. Напряженность электрического поля и потенциал

где Wп - потенциальная энергия положительного точечного заряда q, находящегося в данной точке поля.

10

13. Электроемкость уединенного тела и конденсатора

где ϕ - потенциал проводника; U - разность потенциалов пластин конденсатора.

Следует помнить, что при изменении электрической емкости конденсатора, подключенного к источнику напряжения, меняется величина заряда на его пластинах, а разность потенциалов остается постоянной и равной э.д.с. источника тока. При изменении емкости конденсатора, отключенного от источника напряжения, меняется разность потенциалов на его пластинах, а величина заряда остается при этом неизменной.

Электроемкость плоского конденсатора

C = εεd0 S ,

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

Электроемкость батареи конденсаторов:

N

б) C = åCi при параллельном соединении,

i=1

где N- число конденсаторов в батарее. Энергия заряженного конденсатора:

W = qU/2 =CU2/2 = q2/(2C),

W = 12 ε0ε E2V ,

где V – объем конденсатора.

Объемная плотность энергии электрического поля:

14. Сила тока

I = dqdt ,

где q - заряд, прошедший через поперечное сечение проводника за время t. Плотность тока

j = I/S,

где S - площадь поперечного сечения проводника.

r

Связь плотности тока со средней скоростью v упорядоченного

движения заряженных частиц

= r j qn v ,

где q - заряд частиц; n – их концентрация.