114

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ИЖЕВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»

«УТВЕРЖДАЮ»

Проректор по учебной работе

ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА,

профессор Акмаров П.Б.

«____»___________2004 г.

Электричество и магнетизм

(Методические указания и задания по физике

для самостоятельной работы студентов

инженерных специальностей)

Ижевск 2004

УДК-

ББК-

Ф-

Рассмотрено и рекомендовано к изданию научно – методическим семинаром кафедры физики ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА (протокол № от 25 июля 2004 г.)

Рецензент: кандидат физ.–мат. наук, доцент, заведующий кафедры физики В.С. Идиатулин.

Составили: доктор техн. наук, профессор кафедры физики Ижевской ГСХА А.И. Ульянов; кандидат педагогических наук, ст. преподаватель кафедры физики И.Т. Русских.

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ: Учебно-методическое пособие. /Сост. А.И. Ульянов, И.Т. Русских.- Ижевск: РИО ИжГСХА, 2004, 120 с./

Методические указания и задания по физике для самостоятельной работы студентов инженерных специальностей включают варианты заданий для самостоятельной работы. Данное пособие поможет студентам самостоятельно подготовиться к экзаменам по курсу физики.

УДК

ББК

© А.И. Ульянов, И.Т. Русских, сост., 2004

©РИО ИжГСХА, 2004

1. Общие методические указания

Учебная работа студента очного отделения при изучении курса «Физики » складывается из очных занятий и самостоятельной работы.

Самостоятельная работа включает в себя изучение курса по рекомендованным учебным пособиям, решение рекомендованных задач, выполнение расчётно-графических работ.

Если при самостоятельной работе студенту встречаются трудности, то ему следует обратиться за консультацией на кафедру физики Ижевской государственной сельскохозяйственной академии. Консультации осуществляются путем личного собеседования с преподавателем.

Изучение основ электродинамики начинается с изучения электрического поля в вакууме, затем рассматриваются законы электростатики и постоянного тока. Особое внимание при изучении этого раздела физики следует обратить на закон сохранения электрического заряда, инвариантность его в теории относительности, на силовую и энергетическую характеристики поля (напряженность, потенциал) и связь между ними. Студент должен уметь применять теорему Остроградского – Гаусса для вычисления напряженности электрического поля от простых симметричных систем зарядов и уяснить такие понятия, как поток и циркуляция вектора напряженности электрического поля.

При изучении электрического поля в диэлектриках следует представлять механизм поляризации полярных и неполярных диэлектриков, понимать отличие вектора электрического смещения от вектора напряженности при описании электрического поля в неоднородных диэлектриках.

При изучении вопросов энергии заряженных проводников и конденсаторов студент должен обратить внимание на то обстоятельство, что в рамках электростатики нельзя однозначно решить вопрос о месте локализации этой энергии. С равным правом можно считать, что энергией обладают как заряженные проводники, так и создаваемое ими электрическое поле.

Изучение темы «Постоянный электрический ток» следует начать с классической электронной теории проводимости металлов, на ее основе рассмотреть законы Ома и Джоуля – Ленца. Уметь четко разграничить такие понятия, как разность потенциалов, электродвижущая сила и электрическое напряжение. Задачи для самостоятельного решения составлены таким образом, что позволяют проверить знания студентов по разделу «Электростатика. Постоянный ток». Они включают в себя задачи на вычисление с помощью принципа суперпозиции напряженности электрического поля от простейших конфигураций зарядов, на расчет разности потенциалов простейших электрических полей, на определение электроемкости и

энергии поля конденсаторов, на применение законов Ома и Джоуля – Ленца.

Изучение раздела «Электромагнетизма», начинают с силы Ампера. Студент должен знать и уметь применять закон Био-Савара–Лапласа для расчета магнитной индукции или напряженности магнитного поля прямолинейного и кругового токов, а также применять закон полного тока (теорема о циркуляции вектора магнитной индукции) для расчета магнитного поля тороида и длинного соленоида. При изучении вопроса, связанного с действием магнитного поля на движущиеся заряды, студент должен уметь определять направление силы Лоренца, действующей на заряженные частицы, движущиеся в магнитном поле, представлять принцип действия циклических ускорителей заряженных частиц, вычислять работу перемещения проводника и контура с током в магнитном поле.

При изучении явления электромагнитной индукции необходимо усвоить, что ЭДС электромагнитной индукции может быть обусловлена действием на свободные носители тока силы Лоренца или вихревого электрического поля. Изучив закон электромагнитной индукции, студент на его основе должен уметь выводить и применять для расчетов формулы ЭДС индукции и самоиндукции, энергии магнитного поля.

Изучение магнитных свойств вещества в основном носит описательный характер. Студент при этом должен уяснить,

что, исходя из выражения циркуляции вектора магнитной индукции, магнитное поле, в отличие от электростатического, является вихревым.

При изучении темы «Колебания» следует параллельно рассматривать механические и электромагнитные колебания, что способствует выработке у студента единого подхода к колебаниям различной физической природы. Здесь следует четко уяснить такие понятия, как фаза, амплитуда, частота, период колебаний, и там, где это необходимо, использовать графический метод представления гармонических колебаний. Нужно уяснить, что колебания любой линейной системы всегда можно представить в виде суперпозиции одновременно происходящих гармонических колебаний с различными частотами, амплитудами и начальными фазами.

Изучение раздела «Волны» целесообразно начинать с механических волн, распространяющихся в упругих средах. Здесь следует обратить внимание на картину мгновенного распределения смещений и скоростей в бегущей волне, на различия бегущих и стоячих волн, на зависимость фазовой скорости от длины волны, на связь между групповой и фазовой скоростями, на их равенство в отсутствие дисперсии волн. Особое внимание студент должен уделить условию интерференции волн, энергетическим соотношениям при интерференции волн, понять и объяснить перераспределение

энергии в процессе формирования минимумов и максимумов интенсивности.

Переходя к изучению электромагнитных волн, студенту следует ясно представлять физический смысл уравнений Максвелла (в интегральной форме) и, опираясь на них, рассмотреть свойства этих волн. Нужно четко представлять, что переменные электрическое и магнитное поля взаимосвязаны, они испытывают взаимные превращения и могут существовать независимо от источника, их породившего, распространяясь в пространстве в виде электромагнитной волны. Другими словами, электромагнитная волна - это распространяющееся в пространстве переменное электромагнитное поле. Под энергией электромагнитного поля следует подразумевать сумму энергий электрического и магнитного полей. Примером системы, излучающей электромагнитные волны, является колеблющийся электрический диполь. Следует помнить, что если электрический диполь совершает гармонические колебания, то он излучает монохроматические волны.