Общие методические рекомендации к практическим занятиям

Цель практических занятий по физике выражается в приобретении навыков использования теории для решения физических задач прикладного характера. Для этого на практических занятиях отбираются такие задачи, решение которых способствует усвоению основных разделов курса физики, углубляет представления о свойствах материи и объективном характере причинно-следственных связей в различных процессах.

Подготовка к практическим занятиям состоит из частей, включающих в себя: самостоятельное изучение теории, соответствующей теме занятия; решение задач, предложенных на дом; подготовку к отчету по модулю.

Для этого необходимо прочтение конспектов лекций и учебника; заучивание основных расчетных формул в соответствии с перечнем вопросов к занятию; понимание изученного физического явления; просмотр образцов решенных задач.

Студентам следует порекомендовать примерную схему решения задач:

1. Начинайте с выявления данных задачи и ее неизвестных, которые нужно найти. Если план решения сразу не возникает, а вспомнить аналогичную задачу, решение которой вам было бы известно, вы не можете, то изобразите структуру задачи с помощью чертежа, схемы. Это позволит глубже понять структуру задачи, выявить возможность разбиения ее на подзадачи, и решить задачу по частям.

2. Если выбранный план решения задачи не привел к желаемому результату, выбирайте другой план решения и приступайте к его реализации.

3. Если вы не можете осуществить поиск решения, сделайте перерыв, после чего приступите снова к задаче. Разбейте условие задачи на отдельные элементы и постарайтесь составить новую комбинацию этих элементов в сочетании с другими.

4. Если и в этом случае задача вам “не поддается”, то обратитесь за помощью к литературе и к преподавателю. Важно, чтобы вы предприняли самостоятельные попытки решения задачи, и довели решение задачи до конца. Только в этом случае вы можете обогатить свой опыт решения задач.

5. После решения задачи сделайте проверку размерности полученной физической величины, сравните, если это возможно с табличными значениями, или решите задачу другим способом.

Модуль 1. Электростатика. Постоянный электрический ток

1.1. Занятие 1. Взаимодействие заряженных тел. Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Теорема Остроградского-Гаусса. Потенциал электростатического поля

Краткие теоретические сведения

Основные формулы

Закон сохранения электрического заряда:

где - число зарядов.

Напряженность электрического поля:

где - сила, действующая на точечный положительный заряд , помещенный в данную точку поля.

Закон Кулона:

Напряженность поля точечного заряда:

где q – заряд, создающий поле, - расстояние от точечного заряда до рассматриваемой точки.

Принцип суперпозиции электрических полей:

Напряженность поля, создаваемого бесконечно длинной равномерно заряженной нитью на расстоянии от ее оси:

где - линейность заряда ( - длина нити, на которой распределен заряд ).

Напряженность поля равномерно заряженной бесконечной пластины с поверхностной плотностью заряда :

где - поверхностная плотность заряда ( - площадь поверхности, по которой распределен заряд ).

Напряженность поля между двумя параллельными бесконечными равномерно и разноименно заряженными плоскостями с одинаковой по модулю плотностью заряда :

Напряженность электрического поля равномерно заряженного шара:

а) для точек внутри шара:

где - объемная плотность зарядов, - расстояние от центра шара до рассматриваемой точки;

б) для точек вне шара:

(*)

где - полный заряд шара.

Напряженность электрического поля , создаваемого металлической сферой радиусом , несущей заряд , на расстоянии от центра сферы:

а) внутри сферы ( ):

б) на поверхности сферы ( ):

в) вне сферы ( ) по той же формуле*, что и для точек вне шара.

Напряженность поля бесконечно длинного, равномерно заряженного цилиндра (для точек, находящихся вне цилиндра):

где - линейная плотность заряда.

У поверхности любого проводника с постоянной поверхностной плотностью заряда напряженность поля равна:

Напряженность поля диполя в точке, находящейся на расстоянии от середины плеча диполя:

Электрический момент диполя:

- плечо диполя (вектор , проведенный от отрицательного заряда диполя к его положительному заряду).

Вектор электрического смещения (вектор индукции) и напряженность поля для изотропной среды связаны соотношением:

Теорема Остроградского-Гаусса. Поток вектора электрического смещения сквозь произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме зарядов, охватываемых этой поверхностью:

Потенциал электрического поля:

или

где - потенциальная энергия точечного положительного заряда, помещенного в данную точку поля; - работа сил поля по перемещению точечного положительного заряда из данной точки в бесконечность.

Разность потенциалов между двумя точками электрического поля:

Потенциал электрического точечного заряда на расстоянии от него:

Потенциал электрического поля, создаваемого металлической сферой радиуса на расстоянии от центра сферы, несущей заряд :

а) внутри и на поверхности сферы ( ):

б) вне сферы ( ):

Связь потенциала с напряженностью:

а) в общем случае:

где - градиент потенциала;

- единичные векторы координатных осей OX, OY, OZ соответственно;

б) в случае однородного поля:

- расстояние между двумя эквипотенциальными поверхностями, имеющими потенциалы и .

Работа, совершаемая электрическим полем при перемещении точечного заряда из одной точки поля, имеющую потенциал , в другую, имеющую потенциал ,

или

где - проекция вектора напряженности на направление перемещения; - величина перемещения.