ДЕРЖАВНА БУДІВЕЛЬНА КОРПОРАЦІЯ « УКРБУД»

ДВНЗ « МАКІЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ КОЛЕДЖ.»

Методичний посібник

для самостійної роботи.

Фізика - електрика.

(Навчальний посібник для студентів 2 - курси)

2009.

Методичний посібник по фізиці - електрики.

Підготувала Шуміліна І.А. - викладач Макіївського політехнічного коледжу.

2009р.

Викладено методи рішення типових задач, підібрані задачі з курсу фізики для

2- курсу. За спеціальністю 5080405 "Програмування електронна - обчислювальної техніки та автоматизованих систем"

Посібник призначений для студентів 2 - го курси, а також може бути корисно серед

студентів старших курсів.

Рецензенти:

Солодовник Ю.В. - викладач фізики

Коваленко Л.Н. - викладач електротехніки і мікроелектроніки МПК.

Розглянуто і затверджено на засіданні циклової комісії природних дисциплін

(протокол №9 від 6.05.2009р.)

ЗМІСТ.

1. Пояснювальна записка………………………………………………………3

2. Орієнтовний розподіл навчального часу

за темами програми…………………………………………………………5

3. Тематичний виклад змісту навчальної дисципліни……………………...6

4. Розділ 1. Основи електростатики…………………………………………...

1.1 ОСНОВИ ЕЛЕКТРОДИНАМІКИ………………………....................10

1.2 Електроємність. Конденсатори. (Основні поняття, формули, співвідношення)……………………………………………………. …………...13

1.3 Теми для самостійної роботи:

Закон збереження заряду. Теорема Остроградського - Гауса………………..14

Поверхневий заряд. Енергія системи зарядів…………………………………….

1.4.Застосування теореми Гауса……………………………………………...17

1.5. Приклад рішення задачі на обчислення електричних

полів………………………………………………………………………………21

1.6.Рішення задач по електростатиці………………………….......................23

1.7. Задачі для самостійного рішення……………………………………...27

5. Розділ 2. Електричний струм в різних середовищах.

2. Електричний струм …………………………………………………………..

2.1. Основні величини………………………………………………………...28

2.2. Закони постійного струму……………………………………………….29

2.3.Закон Ома для повного ланцюга………………………………………30

2.4. Закон Джоуля - Ленца для однорідного ланцюга…………………….31

2.5.Тік у металевих провідниках………………………………………… ..31

2.6. Струм у рідинах…………………………………………………………31

2.7.Струм у вакуумі………………………………………………………….32

2.8. Струм у газах……………………………………………………………32

2.9 Теми для самостійної роботи:

Густина струму. Надпровідність.

Обчислення еквівалентного опору……………………………………...33

2.9.1. Приклади рішення задач……………………………………………..40

2.9.2 Задачі для самостійного рішення……………………………………46

6. Розділ 3. Електромагнетизм. Змінний струм…………………..

3.1 Магнітне поле…………………………………………………………….48

3.2.Основні величини і співвідношення……………………………………48

3.3. Сила Лоренца………………………………………………………….....49

3.4 Теми для самостійної роботи……………………………………………50

3.5.Взаємодія струмів. Досліди Фарадея…………………………………...50

3.6. Вихрове електричне поле………………………………….. …………..54

3.7.Магнітне потокозчеплення. Зв′язок вихрового

електричного поля з магнітним……………………………………...................59

3.8.Вихрові струми , електрорушійна сила. Діюче значення е.р.с.,

напруга. Електричний резонанс…………………………………………….....65

3.9 .Рішення задач по електромагнетизму………………………………74

3.9.1.Приклади рішення задач…………………………………………..75

3.9.2.Задачі для самостійної роботи……………………………………...76

7. Розділ 4. Коливання і хвилі.

4.1. Основні величини, що характеризують коливальний рух…………77

4.2.Змушені електромагнітні коливання. Перемінний струм…..........78

4.3. Трансформатор………………………………………………………..80

4.4.Електромагнітні хвилі………………………………………………...80

4.5.Теми для самостійної роботи…………………………………………81

4.6.Гармонічні коливання. Амплітуда, модуляція…………………........81 4.7.Принцип дії осцилографа. Електромагнітне

випромінювання………………………………………………………...87

4.8.Приклади рішення задач……………………………………………95

4.9. Задачі для самостійного рішення………………………………...96

8. Література ………………………………………………………………..98

Пояснювальна записка.

Програма курсу фізики (електрики) для вищих навчальних закладів 1 рівня акредитації розрахована на 81 годину. Вона передбачає виконання 5 лабораторних робіт та одну обов′язкову контрольну семестрову роботу. Така кількість годин у третьому семестрі обумовлена тим, що фізика є не просто одним з загальноосвітніх предметів, але вона великою мірою готує молодих людей до освоєння вибраної ними професії техніка – програміста. З цього погляду фізика є фундаментальною наукою і, в багатьох випадках, наукою професійно – орієнтовною.

Високий рівень розвитку фізичної науки – це надбання людської цивілізації, а отже складова людської культури. Більш того, фізика сьогодні - це основа технічного прогресу, резервуар нових ідей і нових технологій.

Вивчення курсу фізики(електрики) має допомогти студентам розвинути вміння застосувати основні принципи і закони фізики в практичній діяльності. Виконання лабораторних робіт має бути побудовано так , щоб це було дослідження , а його результат – невеличкий крок до пізнання істини. Більш глибокому засвоєнню курсу має сприяти фізичний експеримент , розв′язування задач , у тому числі якісних та задач – оцінок.

На виконання лабораторних робіт відводиться 10 навчальних годин.

Цей збірник складається з лекційного матеріалу, зразків завдань та задач для самостійної роботи. Кількість годин яка передбачається на самостійну роботи - 33 години.

Перелік основних знань і вмінь, які повинен опонувати студент після вивчення предмета «Фізика(електрика)»

1. Загальна частина.

Знати: основи теорії курсу фізики(закони, їхній математичний вираз);позначення й одиниці фізичних величин у СІ.

Мати уявлення про два методи фізичного дослідження: аналітичний й експериментальний.

Знати і розуміти фізичний зміст універсальних фізичних констант.

Розуміти значення і знати застосування фізичних явищ у природі і техніці.

Уміти: використовувати закони фізики при поясненні різноманітних явищ і розв′язування задач; користуватися Міжнародною системою при розв′язуванні задач, переводити одиниці фізичних величин у СІ; працювати з фізичними приладами і використовувати їх при проведенні практичних і лабораторних робіт; оцінювати похибки вимірів; користуватися необхідною довідковою літературою.

Всі зміни сітки годин, що вносяться в робочу програму, розглядаються на засіданні циклової(предметної) комісії і затверджуються директором коледжу.

Орієнтовний розподіл навчального часу

за темами програми.

Номер теми	Найменування розділів і тем.	Кількість годин всього	Кількість годин у тому числі лабораторних	Кількість годин у тому числі самостій-ної роботи
	Розділ 1. Основи електродинаміки.	8
1	Основи електростатики	4
2	Електричне поле.	4		4
	Розділ 2. Електричний струм в різних середовищах.	12
3	Постійний електричний струм.	6	2	4
4	Проходження електричного струму	6	2	6
	крізь метали , напівпровідники,
	електроліти, гази.
	Розділ 3. Електромагнетизм. Змінний струм.	16
5	Магнітні явища, магнітне поле	4		4
	магнітні властивості речовин.
6	Електромагнітна індукція	6	2	4
7	Змінний струм	6	2	6
	Розділ 4. Коливання і хвилі.	12
8	Коливання в електричному контурі	6	2	2
9	Поняття про контактні,	6		3
	термоелектричні та емісійні явища.
	Всього	48	10	33

Тематичний виклад змісту навчальної дисципліни.

Розділ 1. Основи електростатики.

Електричний заряд. Закон Кулона. Напруженість. Електрична робота по переміщенню заряду. Електричне поле. Потенціал. Напруга . Конденсатори. З′єднання конденсаторів. Енергія конденсаторів.

Самостійна робота. Закон збереження заряду. Теорема Остроградського -Гауса. Поверхневий заряд. Енергія системи зарядів.

Основні знання :

Формулювати:

способи електризації. Закон Кулона. Закон збереження заряду. Фізичний зміст і формули для визначення напруженості, потенціалу і напруги.

Визначення електричного поля, його властивостей. Суть явища поляризації діелектрика. Фізичний зміст поняття «електроємність». Формули для визначення ємності провідника, конденсатора і батареї конденсаторів; енергії конденсатора. Будова і призначення конденсатора.

Основні вміння:

Розрахунок напруженості, потенціалу, напруги, роботи електричного поля. Зображати графічно електричні поля заряджених тіл. Пояснювати, від чого залежить електроємність конденсатора. Розв′язувати задачі на: застосування електричного поля, електричної ємності, енергії електричного поля.

Розділ 2. Електричний струм в різних середовищах.

Сила струму. Опір . Паралельне і послідовне з′єднання провідників. Робота електричного струму. Проходження електричного струму крізь метали, напівпровідники, електроліти, гази. Електричний струм у різних середовищах.

Самостійна робота. Густина струму. Надпровідність. Обчислення еквівалентного опору.

Основні знання

Формулювати: природа електричного струму в металах. Визначення і формули сили і густини струму. Визначення постійного струму.

Призначення джерел електричної енергії. Закон Ома для дільниці кола без е.р.с. Фізичний зміст е.р.с. Закон Ома для замкнутого кола з однією та декількома е.р.с. Правила і їхній математичний вираз для послідовного і паралельного з′єднання споживачів. визначення явищ: електричної дисоціації; електролізу. Перший , другий і об′єднанний закони Фарадея для електролізу. Види носіїв зарядів іонізованого газу. Залежність сили струму від напруги. Типи розрядів при атмосферному тиску. Природа катодних променів. Поняття про плазму. Будова і призначення діода, тріода

Основні вміння

Збирати найпростіше електричне коло. Користуватись реостатом.

Дослідним шляхом визначити опір провідника, е.р.с. і внутрішній опір джерела. Визначати вид з′єднаннь споживачів енергії електричних кіл. З′єднувати джерела електричної енергії послідовно і паралельно. Практично визначати електрохімічний еквівалент міді. Розв′язувати задачі, використовуючи закони Фарадея. Пояснювати провідність газу;світіння газу в рекламних трубках; принцип роботи вакуумних діода і тріода, електронно - променевої трубки, застосування у комп′ютері. Пояснювання принципу роботи напівпровідникових діодів і тріодів.

Розділ 3. Електромагнетизм. Змінний струм.

Магнітне поле. Напруженість вектор магнітної індукції. Закон Ампера. Сила Лоренца. Магнітні властивості речовин. Явища електромагнітної індукції. Самоіндукція. Індуктивність. Енергія магнітного поля. Змінний струм. Індуктивність і ємність у колі змінного струму. Закон Ома для кола змінного струму.

Самостійна робота. Взаємодія струмів. Досліди Фарадея. Вихрове електричне поле. Магнітне потокозчеплення. Зв′язок вихрового електричного поля з магнітним. Вихрові струми , електрорушійна сила. Діюче значення е.р.с., напруга. Електричний резонанс..

Основні знання.

Визначення магнітного поля, його властивості. Правило правого гвинта.

Взаємодія полюсів магніту. Формула взаємодії паралельних струмів.

Правило лівої руки. Вираз сили Ампера. Вираз роботи сил магнітного потоку. Визначення електромагнітної індукції. Визначення і фізичний зміст індуктивності. Формула е.р.с. індукції. Закон Ленца. Гіпотеза Максвелла. Фізична суть явища самоіндукції. Формули: е.р.с. самоіндукції; енергії магнітного поля Визначення змінного струму, його основні параметри.

Один із способів одержання змінного струму – за допомогою індукційного генератора. Принцип дії трансформатора, галузі його застосування.

Успіхи і перспективи розвитку енергетики.

Основні вміння

Графічно зображати магнітні поля. Пояснювати фізичну природу

феромагнетиків. Розв′язувати задачі на розрахунок сили Ампера, магнітного моменту , сили Лоренца, роботи при переміщенні провідника з струмом у магнітному полі. Пояснювати явище електромагнітної індукції.

Використовувати закон Ленца для визначення напрямку- Розв′язувати задачі на визначення емісійного, індуктивного та повного опору кола змінного струму.

Розділ 4. Коливання і хвилі.

Електромагнітні коливання. Формули Томсона. Принцип радіозв′язку. Радіолокація. Поняття про контактні термоелектричні явища. Поняття про контактні емісійні явища.

Самостійна робота.

Гармонічні коливання. Амплітуда, модуляція. Принцип дії осцилографа. Електромагнітне випромінювання.

Основні знання.

Схема закритого коливального контуру й основні енергетичні процеси, що відбуваються в ньому. Формула Томсона. Постулати Максвелла. Визначення електромагнітного поля й електромагнітної хвилі .Властивості електромагнітних хвиль. Будова і принцип дії найпростішого детекторного радіоприймача. Фізична сутність модуляції, детектування, підсилення. фізична суть явищ термоелектричних та емісійних.

Умови та використання контактних приладів.

Основні вміння.

Аналізувати формулу періоду і частоти власних коливань в контурі. Зображати графічно електромагнітну хвилю. Пояснювати фізичні процеси, що відбуваються в радіоприймальних і радіо передавальних пристроях.

Розв′язувати задачі на визначення частоти і періоду електромагнітних коливань і швидкість електромагнітних хвиль, визначення залежності між довжиною хвилі і частотою електромагнітних коливань. Пояснювати принцип дії контактних приладів.Пояснювати фізичні процеси, термоелектричних та емісійних явищ.

Розділ 1. Основи електростатики.