загрузить программу

УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе
____________Д.А. Зубцов
«_____»____________ 2014 г.
ПРОГРАММА
по курсу: ЭЛЕКТРОДИНАМИКА
по направлению: 511600
факультет: ФНБИК
кафедра: физики и физического материаловедения
курс: 1
семестр: 2
лекции: 32 час
практические (семинарские) занятия: 32 часа
лабораторные занятия: нет
самостоятельная работа: 2 часа в неделю
экзамен: нет
зачёт: 2 семестр (с оценкой)
ВСЕГО ЧАСОВ: 64
Программу и задание составили:
к.ф.-м.н., Ситников Михаил Геннадьевич
Программа обсуждена на заседании кафедры физики и
физического материаловедения ____ мая 2014года
Заведующий кафедрой
Согласовано:
Заведующий кафедрой
общей физики
А.Л. Барабанов
А.В. Максимычев
Электродинамика.
1. Электромагнитная индукция и индуктивности.
Уравнения Максвелла и электромагнитная
индукция. Коэффициенты самоиндукции и
взаимной индукции. Теорема взаимности.
Индуктивность длинного соленоида. Энергия,
сосредоточенная в индуктивности. Плотность
энергии магнитного поля. «Энергетические»
определения коэффициентов самоиндукции и
взаимной индукции. Энергетический метод
вычисления сил в магнитном поле. Подъёмная
сила электромагнита.
2. Колебания
в
линейных
системах.
Дифференциальные уравнения гармонических и
затухающих колебаний. Свободные затухающие
колебания электрического тока в контуре.
Коэффициент
затухания,
логарифмический
декремент затухания и добротность контура.
Энергия, сосредоточенная в колебательном
контуре. Энергетический смысл добротности.
3. Вынужденные
колебания.
Вынужденные
электрические колебания в контуре. Резонанс.
Амплитудная и фазовая характеристики. Процесс
установления стационарных колебаний. Связь
ширины резонансного пика с добротностью
контура. Форма резонансной кривой для
напряжения и тока.
4. Переменные
токи.
Гармонические
(синусоидальные)
токи.
Представление
колебаний через комплексные величины.
Векторные
диаграммы.
Комплексное
сопротивление (импеданс) элемента цепи
переменного тока. Правила Кирхгофа для
переменных токов. Резонанс напряжений и
резонанс токов. Работа и мощность переменного
тока. Действующее значение тока и напряжения.
5. Модулированные
колебания.
Вынужденные
колебания под действием несинусоидальной
(негармонической)
силы.
Понятие
о
спектральном разложении. Амплитудная и
фазовая
модуляция.
Спектр
одиночного
прямоугольного импульса и периодической
последовательности
таких
импульсов.
Соотношение неопределённостей.
6. Возбуждение
колебаний.
Параметрическое
возбуждение
колебаний.
Автоколебания.
Обратная связь. Условие самовозбуждения.
Колебательный контур как спектральный прибор.
Интегрирующие и дифференцирующие цепи.
7. Распространенение сигналов по проводам.
Распространение переменного тока по длинному
проводу (кабелю). Уравнения, связывающие ток
и напряжение на малом участке кабеля
(телеграфные
уравнения).
Ёмкость,
индуктивность, сопротивление и утечка на
единицу длины кабеля. Условия распространения
сигнала с затуханием, но без искажения.
Скорость распространения сигнала по кабелю.
Волновое сопротивление кабеля.
8. Уравнения Максвелла в среде. Уравнения
Максвелла для меняющихся во времени векторов
E, D, B, H и материальные уравнения в
изотропной диэлектрической среде. Волновое
уравнение. Плотность энергии и плотность
потока
энергии
(вектор
Пойнтинга)
электромагнитного поля в изотропной среде.
9. Электромагнитные волны в диэлектрических и
проводящих средах. Плоская электромагнитная
волна в однородной диэлектрической среде.
Частота волны, волновой вектор. Фазовая
скорость волны.
Коэффициент преломления
среды. Поперечность плоской волны. Давление
излучения.
10. Проводящие среды- металлы и плазма.
Экранировка, дебаевский радиус. Плазменная
частота. Плоская электромагнитная волна в
проводящей среде. Скин-эффект.
11. Классическая
теория
дисперсии.
Распространение электромагнитных волн в газе
осцилляторов. Дисперсия и затухание волн.
Нормальная и аномальная дисперсия. Волновой
пакет конечной протяжённости. Групповая
скорость.
Формула
Рэлея.
Дисперсия
электромагнитных волн в средах со свободными
зарядами (металлы, плазма). Диэлектрическая
проницаемость плазмы.
12. Волноводы и резонаторы. Бегущие и стоячие
электромагнитные волны. Электромагнитные
волны
в
прямоугольных
волноводах.
Критическая частота волновода. Объёмный
резонатор. Стоячие электромагнитные волны
(моды электромагнитного излучения).
13. Электромагнитные волны на границе раздела
диэлектрических сред. ТЕ- и ТМ- волны.
Отражение и преломление ТЕ- и ТМ- волн на
границе раздела сред. Закон Снеллиуса.
Формулы
Френеля
для
коэффициентов
отражения и прохождения. Угол Брюстера.
Полное внутреннее отражение. Туннельный
эффект.
14. Элементы кристаллооптики. Круговая и
эллиптическая поляризация плоской волны.
Поляроиды. Закон Малюса. Электромагнитные
волны в анизотропных средах. Одноосные
кристаллы.
Двойное
лучепреломление
и
поляризационные призмы. Пластинки /2 и /4.
Поворот плоскости поляризации в магнитном
поле (эффект Фарадея)
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т.3
Электричество. – Москва, Наука, 1996.
2. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т.4 Оптика. –
Москва, Наука, 1980.
3. [КЛО] Кингсепп А.С., Локшин Г.Р., Ольхов О.А.
Основы физики. Курс общей физики. Т.1.
Механика.
Электричество
и
магнетизм.
Колебания и волны. Волновая оптика. Под ред.
А.С. Кингсепа – Москва, Физматлит, 2001.
1.
4. Иродов И.Е. Электромагнетизм. Основные
законы. Москва, Лаборатории Базовых Знаний,
2000.
5. Иродов И.Е. Волновые процессы. Основные
законы. Москва, Лаборатории Базовых Знаний,
1999.
6. [Б2] Парселл Э. Берклеевский курс физики. Т.2.
Электричество и магнетизм. – Москва, Наука,
1983.
7. [О2] Козел С.М., Лейман В.Г., Локшин Г.Р.,
Овчинкин В.А., Прут Э.В. Сборник задач по
общему курсу физики. Ч.2. Электричество и
магнетизм. Оптика. Под ред. В.А. Овчинкина. –
Москва, Изд-во МФТИ, 2000.
Дополнительная литература
1. Горелик Г.С. Колебания и волны. Москва,
Физматлит, 2007.
2. [Ф2] Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М.,
Фейнмановские лекции по физике. Том2. Вып.
5,6,7.
Электричество
и
магнетизм.
Электродинамика. Физика сплошных сред. –
Москва, Мир, 1977.
ЗАДАНИЕ ПО ЭЛЕКТРОДИНАМИКЕ
для студентов 2-го курса ФНБИК на
осенний семестр
2014/2015учебный год
Дата
1–7
сентября
8–14
сентября
15–21
сентября
№
сем
1
2
3
22–30
сентября
4
1–5
октября
5
6–12
октября
6
Тема семинарских
занятий
Электромагнитная
индукция.
Энергия и силы в
магнитном поле.
Сверхпроводники в
магнитном поле.
Переходные
процессы
в
электрических цепях.
Свободные
колебания.
Переменные
токи.
Метод комплексных
амплитуд.
гр.
1
5.27
5.31
5.32
6.23
6.26
7.20
7.64
5.29
5.30
5.34
7.27
7.31
7.57
9.16
9.53
9.56
9.27
9.36
9.44
8.44
7.69
8.63
9.30
10.16 10.43
10.41
11.35
11.6
11.37
11.15
11.25
13–19
октября
в линейных системах.
К о н т р о л ь н а я р а б о т а.
С д а ч а 1-го з а д а н и я.
20–26
октября
Уравнение Максвелла. 12.27 12.23
12.32 12.26
Вектор Пойнтинга.
12.19 12.3
7
гр. 3
10.1 10.2 10.8
10.3 10.6
10.60
11.10 11.11
10.20
10.23
10.39
11.3
Модулированные
11.16
колебания.
Спектральный анализ 11.26
Вынужденные
колебания. Резонанс.
гр.
2
12.29
27октября–
2ноября
Плазма. Кабели.
8
Дисперсия
электромагнитных
волн.
12.55 12.57
12.43 12.42
12.61
10.5 10.5
(2,3,5) (1,4,6)
10.18 10.8
10.24 10.21
12.45 12.46
12.51 12.52
12.54
12.44 12.48
12.47 12.53
и 2.2 11.1
2.8
11.16
11.13
и 11.21
3–9
ноября
9
10–16
ноября
10
17–23
ноября
11
Резонаторы.
12
Отражение
преломление
электромагнитных
волн. Линейная
круговая поляризация
24 ноября
–1декабря
Волноводы
2–7
декабря
К о н т р о л ь н а я р а б о т а.
С д а ч а 2-го з а д а н и я.
8–14
декабря
Резерв.
15–21
декабря
Зачёт.
12.58
10.38
12.50
12.49
11.23
ПРИМЕЧАНИЯ:
1. Номера задач указаны по "Сборнику задач по общему
курсу физики" Ч. 2. Под ред. В.А. Овчинкина – Москва,
Изд-во МФТИ, 2000. Семинары 1-8, 10,11 – Гл.
Электричество и магнетизм. Семинары 9,12 – Гл.
Оптика
2. При выполнении заданий предусмотрена следующая
вариативность — в каждой теме семинара задачи разбиты
на 3 группы:
1 — задачи, предлагаемые для обсуждения на
семинаре. Это набор задач, раскрывающих тему семинара.
Решения всех задач, разобранных на семинаре, студент
должен иметь в своей тетради при сдаче задания.
2
—
задачи,
которые
студент
должен
самостоятельно решать в течение недели после семинара.
Эти задачи также должны быть аккуратно оформлены в
тетради.
3 — задачи повышенного уровня студент решает
дополнительно к основным задачам курса (с получением
дополнительных зачётных единиц). Они также должны
быть оформлены студентами в своих тетрадях.
Оценка за работу в семестре получается, как среднее
арифметическое от процента правильных ответов на
тестовые вопросы к лекциям и оценок за контрольные
работы по первому и второму заданиям.
Для допуска к устному экзамену необходимо:
1. Сданные задания.
2. Сданные лабораторные работы.
Экзаменационная оценка является средним
арифметическим оценок за работу в семестре, оценки
за контрольную и оценки за устный ответ.