заведующий кафедрой радиофизики Михеев В.А.

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
«УТВЕРЖДАЮ»:
Проректор по учебной работе
_______________________ /Волосникова Л.М./
__________ _____________ 2011 г.
ПРАКТИКУМ ПО ЭЛЕКТРИЧЕСТВУ И МАГНЕТИЗМУ
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов направления 011200.62 «Физика»,
профиль подготовки «Фундаментальная физика»,
форма обучения очная
«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:
Автор работы _____________________________/Монтанари С.Г./
«______»___________2011 г.
Рассмотрено на заседании кафедры радиофизики 29.08.2011года. Протокол № 1. Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.
«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:
Объем ___16____стр.
Зав. кафедрой ______________________________/Михеев В.А./
«______»___________ 2011 г.
Рассмотрено на заседании УМК ИМЕНИТ «____»______________ 2011 г., протокол
№____.Соответствует ФГОС ВПО и учебному плану образовательной программы.
«СОГЛАСОВАНО»:
Председатель УМК _________________/Глухих И.Н./
«____»_____________2011 г.
«СОГЛАСОВАНО»:
Зав. методическим отделом УМУ_____________/ Федорова С.А./
«____»_____________2011 г.
0
Российская Федерация
Министерство образования и науки
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт математики, естественных наук и
информационных технологий
Кафедра радиофизики
Монтанари С.Г.
ПРАКТИКУМ ПО ЭЛЕКТРИЧЕСТВУ И МАГНЕТИЗМУ
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов направления 011200.62 «Физика»,
профиль подготовки «Фундаментальная физика»,
форма обучения очная
Тюменский государственный университет
2011 г.
1
Монтанари С.Г. Практикум по электричеству и магнетизму. Учебнометодический комплекс. Рабочая программа для студентов 011200.62 «Физика», профиль подготовки «Фундаментальная физика», форма обучения очная.
Тюмень: Издательство Тюменского государственного университета, 2011,
16 стр.
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС
ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю
подготовки.
Рабочая программа дисциплины (модуля) опубликована на сайте
ТюмГУ: «Практикум по электричеству и магнетизму» [электронный ресурс] /
Режим доступа: http://www.umk3.utmn.ru., свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой радиофизики. Утверждено проректором по учебной работе Тюменского государственного университета.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР:
заведующий кафедрой радиофизики Михеев В.А.
© Тюменский государственный университет, 2011.
© Монтанари С.Г., 2011.
2
1.
Пояснительная записка
1.1.Цели и задачи дисциплины (модуля)
«Практикум по электричеству и магнетизму» в соответствии с ФГОС ВПО по направлению подготовки 011200.62 «Физика», профиль подготовки «Фундаментальная физика»,
является дисциплиной базовой части профессионального цикла ООП подготовки бакалавра и, являясь неотъемлемой частью курса «Общий физический практикум», занимает важное место в общей системе современной подготовки бакалавров физиков - профессионалов.
Цель дисциплины «Практикум по электричеству и магнетизму» заключается в обеспечении высокого качества фундаментальной подготовки бакалавров. В ходе учебного процесса студенты должны научиться правильно и осознанно проводить экспериментальные
исследования, приобрести навыки обращения с электроизмерительными приборами и аппаратурой, научиться обрабатывать экспериментальные данные, применять теоретические
знания в экспериментальной работе, понимая при этом роль физического моделирования
и идеализации, и, наконец, научиться критически осмысливать любой получившийся в
эксперименте результат.
Основные задачи практикума по электричеству и магнетизму:
1) научить применять теоретический материал к анализу конкретных физических ситуаций, экспериментально изучать основные закономерности, оценивать порядки изучаемых
величин, определять точность и достоверность полученных результатов.
2) ознакомить с современной измерительной аппаратурой, принципом её действия, с
основными элементами техники безопасности при проведении экспериментальных исследований.
Основными формами контроля знаний являются допуск к выполнению работы, предварительный и окончательный отчеты преподавателю при выполнении и сдаче каждой лабораторной работы, а также заключительный зачет по дисциплине.
1.2.Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
«Практикум по электричеству и магнетизму» является дисциплиной базовой части
профессионального цикла для направления 011200.62 «Физика», профиль подготовки
«Фундаментальная физика».
Содержание дисциплины «Практикум по электричеству и магнетизму» базируется на
знаниях, приобретаемых при изучении раздела курса общей физики «Электричество и
магнетизм». Математической основой курса являются разделы «Математический анализ»,
«Аналитическая геометрия», «Линейная алгебра», «Дифференциальные уравнения».
Особенность выполнения студентами лабораторных работ практикума заключается в
предварительной самостоятельной теоретической подготовке по теме исследования. При
подготовке от студентов потребуются умения и навыки работы с литературой и другими
источниками информации. Кроме того, студенты должны изучить элементарные основы
теории вероятности и математической статистики и применять их для обработки экспериментальных результатов. Поэтому самостоятельная работа студентов в процессе обучения
приобретает особое значение.
1.3.Компетенции выпускника ООП бакалавриата, формируемые в результате
освоения данной ООП ВПО.
В результате освоения ООП бакалавриата выпускник должен обладать следующими:
общекультурными компетенциями (ОК):
 способностью использовать в познавательной и профессиональной деятельности
базовые знания в области математики и естественных наук (ОК-1);
 способностью приобретать новые знания, используя современные образовательные
и информационные технологии (ОК-3);
3
 способностью добиваться намеченной цели (ОК-6);
 способностью критически переосмысливать накопленный опыт, изменять при необходимости профиль своей профессиональной деятельности (ОК-7);
 способностью использовать в познавательной и профессиональной деятельности
навыки работы с информацией из различных источников (ОК-16),
профессиональными компетенциями (ПК):
 способностью использовать базовые теоретические знания для решения профессиональных задач (ПК-1);
 способностью применять на практике базовые профессиональные навыки (ПК-2);
 способностью эксплуатировать современную физическую аппаратуру и оборудование (ПК-3);
 способностью использовать специализированные знания в области физики для
освоения профильных физических дисциплин (в соответствии с профилем подготовки) (ПК-4);
 способностью применять на практике базовые общепрофессиональные знания теории и методов физических исследований (в соответствии с профилем подготовки)
(ПК-5);
 способностью пользоваться современными методами обработки, анализа и синтеза
физической информации (в соответствии с профилем подготовки) (ПК-6);
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
 знать: основные понятия, законы и формулы электричества и магнетизма, научные методы физики, их теоретическое и экспериментальное обоснование;
 уметь: применять законы и методы физики при решении задач теоретического, экспериментального и прикладного характера, выполнять физические измерения и оценивать
получаемые результаты, обосновывать методику физических измерений и оценивать их
методическую погрешность;
 владеть: навыками работы с простыми измерительными приборами и экспериментальной аппаратурой, методами обработки и оформления результатов эксперимента
2.
Структура и трудоемкость дисциплины.
Семестр 3. Форма промежуточной аттестации: зачет. Общая трудоемкость дисциплины
составляет 3 зачётных единицы (108 часов).
Таблица 1.
Вид учебной работы
Всего часов
Аудиторные занятия (всего)
В том числе:
Лекции
Практические занятия (ПЗ)
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)
Самостоятельная работа (всего)
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен)
Общая трудоемкость
часов
зач. ед.
108
-
4
72
36
Зачет
108
3
1
-
Семестры
2
3
108
-
72
36
Зачет
108
3
4
-
3.
Тематический план.
Таблица 2.
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
Из них в интерактивной форме
1.4
1.2
Итого часов по теме
1.3
1.1
Самостоятельная работа*
3
1-5
Лабораторные
занятия*
2
Модуль 1
Электроизмерительные
приборы.
Изучение осциллографа.
Исследование электрических полей с
помощью электролитической ванны.
Измерение ёмкости конденсаторов.
Семинарские
(практические)
занятия*
1
недели семестра
Тема
Лекции*
Виды учебной работы и самостоятельная работа, в час.
№
4
5
6
7
8
9
Итого количество
баллов
Тематический план
10
5
2
7
1,5
0-6,5
5
2
7
1,5
0-6,5
5
2
7
1,5
0-6,5
Измерение сопротивлений.
5
2
7
1,5
0-6,5
Всего
20
8
28
6
0-26
5
2
7
1,5
0-6,5
5
2
7
1,5
0-6,5
5
2
7
1,5
0-6,5
5
2
7
1,5
0-6,5
5
2
7
1,5
0-6,5
5
2
7
1,5
0-6,5
30
12
42
9
0-39
5
2
7
1,5
0-6,5
5
2
7
1,5
0-6,5
5
2
7
1,5
0-6,5
5
2
7
1,5
0-6,5
2
8
10
2
0-9
Всего
22
16
38
8
0-35
Итого (часов, баллов):
72
36
108
Модуль 2
Передача мощности в цепи постоянного тока.
Исследование выпрямительных схем
на полупроводниковых диодах.
Изучение термоэлектронной эмиссии.
6-12
Измерение напряженности магнитного поля соленоида на его оси.
Измерение постоянной Холла и определение концентрации носителей тока
в германии.
Снятие кривой намагничивания и петли гистерезиса с помощью осциллографа.
Всего
Модуль 3
Проверка закона Ома для цепей переменного тока.
Измерение мощности переменного
тока и сдвига фаз между током и
напряжением.
Изучение вынужденных колебаний и
явления резонанса в последовательном колебательном контуре.
Исследование затухающих колебаний
в колебательном контуре с помощью
осциллографа.
Курсовая работа.
13-18
5
0 – 100
Из них в интерактивной форме
23
23
Таблица 3.
Модуль 1
1.1
1.2
1.3
1.4
Всего
Модуль 2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
Всего
Модуль 3
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
Всего
Итого
электронные
практикум
Итого количество
баллов
Информационные системы и
технологии
другие формы
Технические
формы контроля
комплексные
ситуационные
задания
эссе
реферат
тест
лабораторная
работа
контрольная
работа
Письменные работы
ответ на семинаре
собеседование
№ темы
коллоквиумы
Устный опрос
программы
компьютерного
тестирования
Виды и формы оценочных средств в период текущего контроля
0-6,5
0-6,5
0-6,5
0-6,5
0-26
0-6,5
0-6,5
0-6,5
0-6,5
0-26
0-6,5
0-6,5
0-6,5
0-6,5
0-6,5
0-6,5
0-39
0-6,5
0-6,5
0-6,5
0-6,5
0-6,5
0-6,5
0-39
0-6,5
0-6,5
0-6,5
0-6,5
0-6,5
0-6,5
0-6,5
0-6,5
0-9
0-35
0 – 100
0-9
0-9
0-9
0-26
0-91
Таблица 4.
Планирование самостоятельной работы студентов
№
1.1
1.2
1.3
1.4
Модули и темы
Модуль 1
Электроизмерительные приборы. Изучение осциллографа.
Исследование электрических
полей с помощью электролитической ванны.
Измерение ёмкости конденсаторов.
Измерение сопротивлений.
Виды СРС
обязательные
дополнительные
Неделя
семестра
Объем
часов
Кол-во
баллов
2
0-1,5
2
0-1,5
2
0-1,5
2
0-1,5
1-5
Подготовка к получению допуска и
выполнению работы
Подготовка к получению допуска и
выполнению работы
Подготовка к получению допуска и
выполнению работы
Подготовка к получению допуска и
выполнению работы
6
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
Всего по модулю 1:
Модуль 2
Передача мощности в цепи
постоянного тока.
8
0-6
2
0-1,5
2
0-1,5
2
0-1,5
2
0-1,5
2
0-1,5
2
0-1,5
12
0-9
2
0-1,5
2
0-1,5
Подготовка к получению допуска и
выполнению работы
2
0-1,5
Подготовка к получению допуска и
выполнению работы
2
0-1,5
Выполнение курсовой работы
8
0-8
16
36
0-14
0-29
6 - 12
Подготовка к получению допуска и
выполнению работы
Подготовка к получению допуска и
выполнению работы
Подготовка к получению допуска и
выполнению работы
Подготовка к получению допуска и
выполнению работы
Подготовка к получению допуска и
выполнению работы
Подготовка к получению допуска и
выполнению работы
Исследование выпрямительных схем на полупроводниковых диодах.
Изучение термоэлектронной
эмиссии.
Измерение
напряженности
магнитного поля соленоида на
его оси.
Измерение постоянной Холла
и определение концентрации
носителей тока в германии.
Снятие кривой намагничивания и петли гистерезиса с помощью осциллографа.
Всего по модулю 2:
Модуль 3
Проверка закона Ома для цепей переменного тока.
13 - 18
Подготовка к получению допуска и
выполнению работы
Подготовка к получению допуска и
выполнению работы
Измерение мощности переменного тока и сдвига фаз
между током и напряжением.
Изучение вынужденных колебаний и явления резонанса в
последовательном
колебательном контуре.
Исследование
затухающих
колебаний в колебательном
контуре с помощью осциллографа.
Курсовая работа.
Всего по модулю 3:
ИТОГО:
4.
Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№
п/п
1.
2.
3.
4.
Наименование
обеспечиваемых
(последующих)
дисциплин
Практикум по
оптике
Практикум по
атомной и ядерной физике
Основы микроэлектроники
Радиофизика
Темы дисциплины, необходимые для изучения обеспечиваемых (последующих)
дисциплин
1.1
1.2
1.3
1.4
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
Х
Х
Х
Х
Х
Х
Х
Х
Х
Х
Х
Х
Х
Х
Х
Х
Х
7
3.1
3.2
3.3
3.4
Х
Х
Х
Х
Х
3.5
5.
Содержание дисциплины.
Модуль 1
Тема 1.1
Электростатика
 Электрический заряд. Закон Кулона. Силы в электростатическом поле, действующие на заряд. Напряженность электрического поля.
Тема 1.2.
 Теорема Гаусса для электростатики Потенциальный характер электростатического поля. Критерий потенциальности. Скалярный потенциал, разность потенциалов. Градиент потенциала.
Тема 1.3.
 Постоянное электрическое поле при наличии проводников. Электрическая ёмкость уединённого проводника. Конденсаторы. Диэлектрическая восприимчивость и диэлектрическая проницаемость. Теорема Гаусса при наличии диэлектрика.
Тема 1.4.
Постоянный электрический ток
 Закон Ома. Классическая теория проводимости металлов
 Правила Кирхгофа. Расчет линейных цепей с использованием правил Кирхгофа.
Модуль 2
Тема 2.1
 Условия существования постоянного электрического тока. Сторонняя ЭДС.
 Закон Джоуля-Ленца.
Тема 2.2
Электропроводность
 Основы зонной теории твердых тел. Энергетические зоны металлов и полупроводников. Энергия Ферми.
 Собственная и примесная проводимость полупроводников. Полупроводниковые
диоды.
Тема 2.3
 Термоэлектронная эмиссия. Формула Ричардсона-Дешмана. Закон Богуславского-Ленгмюра (закон трех вторых).
 Внутренняя и внешняя контактная разность потенциалов. Термоэлектрические
явления.
Стационарное магнитное поле
Тема 2.4
 Стационарное магнитное поле. Вектор магнитной индукции. Магнитный момент. Закон Био-Савара-Лапласа.
 Магнитный поток. Теорема о потоке вектора магнитной индукции через замкнутую поверхность.
 Теорема о циркуляции вектора магнитной индукции по замкнутому контуру (закон полного тока). Вихревой характер магнитного поля.
Тема 2.5
 Сила Лоренца и её проявления. Эффект Холла.
 Закон взаимодействия токов, его полевая трактовка.
Тема 2.6
Магнетики
 Намагниченность. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость.
Типы магнетиков.
 Ларморова прецессия атома. Ларморова частота. Природа диамагнетизма.
8


Парамагнетики. Зависимость парамагнитной восприимчивости от температуры.
Закон Кюри.
Ферромагнетики. Зависимость намагниченности и магнитной индукции напряженности поля. Закон Кюри. Доменная структура. Антиферромагнетизм. Ферромагнетики.
Модуль 3
Тема 3.1
Электромагнитная индукция
 Явление электромагнитной индукции. Явления самоиндукции и взаимной индукции. Индуктивность контура.
Переменный квазистационарный электрический ток
 Электрические колебания в цепи с активным сопротивлением, индуктивностью
и ёмкостью. Квазистационарный синусоидальный переменный ток. Критерий
квазистационарности тока. Закон Ома. Импеданс.
Тема 3.2
 Мощность переменного тока. Действующие (эффективные) значения силы тока
и напряжения. Коэффициент мощности, его физический смысл.
Тема 3.3
 Резонанс напряжений в цепи переменного тока с индуктивностью и ёмкостью.
 Резонанс токов в цепи с индуктивностью и ёмкостью.
Тема 3.4
Уравнения Максвелла и основные свойства электромагнитных волн
 Система уравнений Максвелла. Электромагнитные волны. Энергия электромагнитной волны. Поток энергии.
6.
Планы семинарских занятий.
Учебным планом ООП не предусмотрены.
7.
Темы лабораторных работ (Лабораторный практикум).
Электроизмерительные приборы. Изучение осциллографа.
Исследование электрических полей с помощью электролитической ванны.
Изучение вынужденных колебаний и явления резонанса в последовательном колебательном контуре.
Проверка закона Ома для цепей переменного тока.
Исследование выпрямительных схем на полупроводниковых диодах.
определение удельного сопротивления нихромовой проволоки и измерение сопротивлений.
Измерение мощности переменного тока и сдвига фаз между током и напряжением.
Измерение напряженности магнитного поля соленоида на его оси.
Измерение ёмкости конденсаторов.
Исследование затухающих колебаний в колебательном контуре с помощью осциллографа.
Снятие кривой намагничивания и петли гистерезиса с помощью осциллографа
Передача мощности в цепи постоянного тока.
Измерение постоянной Холла и определение концентрации носителей тока в германии.
Изучение термоэлектронной эмиссии.














9
К каждой лабораторной работе имеются подробные методические рекомендации с необходимыми теоретическими сведениями, описанием установки, описанием последовательности выполнения заданий и обработки полученных результатов, а также список литературы.
8.
Примерная тематика курсовых работ.
 Электрические опыты Кавендиша.
 Томас Эдисон и его роль в развитии электротехники.
 Сегнетоэлектричество.
 Сверхпроводники и их магнитные свойства.
 Экспериментальные методы определения элементарного заряда.
 Скин-эффект.
 Электронные лампы и их применение.
 Транзисторы и их применение.
 Принципы телевидения.
 Компьютеры и микропроцессоры.
 Фотоэлектрические явления и их применение.
 Плазма.
 Атмосферное электричество.
 Биоэлектричество.
 Полупроводниковая электроника и микроэлектроника.
 Приборы для измерения напряжения.
 Приборы для измерения силы тока.
Эти и аналогичные темы предполагают написание реферата и краткое сообщение на
защите курсовых работ. Кроме того, студенты могут выполнить экспериментальную работу, связанную с изготовлением или настройкой несложной электрической или электронной схемы.
9.
Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по
итогам освоения дисциплины (модуля).
Основной вид самостоятельной работы студентов заключается в предварительной самостоятельной теоретической подготовке по теме работы. При подготовке от студентов
требуются умения и навыки работы с литературой и другими источниками информации.
Кроме того, студенты должны изучить элементарные основы теории вероятности и математической статистики и применять их для обработки экспериментальных результатов.
Контроль выполнения самостоятельной работы осуществляется на занятиях один раз в
неделю.
9.1.Список тем обязательных заданий для самостоятельной работы (в списке
возможны изменения при сохранении общего объёма и тематики заданий).
Модуль 1
 Электрический заряд. Модель точечного заряда. Инвариантность заряда. Закон
сохранения заряда.
 Закон Кулона. Полевая трактовка закона. Напряженность электрического поля.
 Электрический диполь. Дипольный момент. Поле диполя.
10
 Теорема Гаусса для электростатики (в интегральной и дифференциальной форме).
 Потенциальный характер электростатического поля. Интегральная и дифференциальная формулировки критерия потенциальности. Скалярный потенциал, разность потенциалов. Градиент потенциала. Уравнения Пуассона и Лапласа.
 Постоянное электрическое поле при наличии проводников. Электрическая ёмкость уединённого проводника. Конденсаторы.
 Силы в электростатическом поле, действующие на заряд, на диполь.
 Энергия электростатического поля. Энергия заряженного конденсатора. Энергия
диполя во внешнем поле.
 Постоянное электрическое поле при наличии диэлектрика. Поляризованность
диэлектрика. Диэлектрическая восприимчивость и диэлектрическая проницаемость.
 Объемные и поверхностные поляризационные заряды в диэлектрике. Вектор
электрического смещения. Теорема Гаусса при наличии диэлектрика. Граничные
условия для вектора напряженности и смещения.
 Молекулярная картина поляризации диэлектриков. Электронная, ионная и дипольная поляризация. Формула Клазиуса-Мосотти. Формула Дебая-Ланжевена.
 Сегнетоэлектрики и пьезоэлектрики. Прямой и обратный пьезоэлектрический
эффект.
 Условия существования постоянного электрического тока. Сторонняя ЭДС.
 Законы Ома и Джоуля-Ленца в дифференциальной и интегральной формах.
 Правила Кирхгофа. Расчет линейных цепей с использованием правил Кирхгофа.
Модуль 2
 Классическая теория проводимости металлов Друде. Теория Зоммерфельда.
 Основы зонной теории твердых тел. Энергетические зоны металлов и полупроводников. Энергия Ферми.
 Собственная и примесная проводимость полупроводников. Полупроводниковые
диоды и транзисторы.
 Явление сверхпроводимости.
 Механизм проводимости растворов электролитов. Законы Фарадея для электролиза. Число Фарадея.
 Электрическая проводимость газов. Типы газовых разрядов и их характеристика. Плазма и её основные свойства.
 Внутренняя и внешняя контактная разность потенциалов. Термоэлектрические
явления (явления Зеебека, Пельтье и Томсона). Термоэлектродвижущая сила.
 Термоэлектронная эмиссия. Формула Ричардсона-Дешмана. Закон Богуславского-Ленгмюра (закон трех вторых).
 Стационарное магнитное поле. Вектор магнитной индукции. Магнитный момент. Закон Био-Савара-Лапласа.
 Магнитный поток. Теорема о потоке вектора магнитной индукции через замкнутую поверхность. Векторный потенциал.
 Закон взаимодействия токов, его полевая трактовка.
 Сила Лоренца и её проявления. Эффект Холла.
 Теорема о циркуляции вектора магнитной индукции по замкнутому контуру (закон полного тока). Вихревой характер магнитного поля.
 Намагниченность. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость.
Типы магнетиков.
11
 Объемные и поверхностные молекулярные токи в веществе. Напряженность
магнитного поля. Граничные условия для векторов напряженности и индукции
магнитного поля.
 Гиромагнитные явления. Гиромагнитные отношения для орбитальных и спиновых моментов.
 Ларморова прецессия атома. Ларморова частота. Природа диамагнетизма.
 Парамагнетики. Зависимость парамагнитной восприимчивости от температуры.
Закон Кюри.
 Ферромагнетики. Зависимость намагниченности и магнитной индукции напряженности поля. Закон Кюри. Доменная структура. Антиферромагнетизм. Ферромагнетики.
Модуль 3
 Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея. Правило Ленца. Максвелловская трактовка закона электромагнитной индукции. Вихревой характер электрического поля. Выражение напряженности вихревого поля через векторной
потенциал.
 Явления самоиндукции и взаимной индукции. Индуктивность контура. Трансформатор.
 Энергия и плотность энергии магнитного поля.
 Вынужденные электрические колебания в цепи с активным сопротивлением,
индуктивностью и ёмкостью. Квазистационарный синусоидальный переменный
ток. Критерий квазистационарности тока. Закон Ома. Импеданс.
 Мощность переменного тока. Действующие (эффективные) значения силы тока
и напряжения. Коэффициент мощности, его физический смысл.
 Резонанс напряжений в цепи переменного тока с индуктивностью и ёмкостью.
 Резонанс токов в цепи с индуктивностью и ёмкостью.
 Система уравнений Максвелла (в интегральной и дифференциальной форме) и
их физический смысл.
 Электромагнитные волны. Волновое уравнение. Фазовая скорость волны.
 Уравнение плоской электромагнитной волны. Поперечный характер волны.
 Энергия электромагнитной волны. Поток энергии. Вектор Пойнтинга.
 Инварианты электромагнитного поля.
9.2. Примерные задания для контрольной работы:
Тема 1.1
 Поясните способ наблюдения переменных электрических сигналов с помощью
осциллографа.
 Как правильно подключить осциллограф к контролируемому участку цепи?
 В чём различие между внутренней и внешней синхронизацией осциллографа? В
каких случаях такие способы синхронизации применяются?
 Почему с помощью внутренней синхронизации нельзя увидеть начало импульса?
 Каково назначение закрытого входа осциллографа?
Тема 1.2
 Какова связь между напряженностью электростатического поля и потенциалом?
Как экспериментально эта связь может быть проверена?
 Чему равна циркуляция напряженности по любому замкнутому контуру в потенциальном электрическом поле? Как обосновать справедливость соответствующего уравнения?
 Сформулируйте закон Кулона и теорему Гаусса.
12
Обоснуйте возможность моделирования электростатического поле в вакууме с
помощью слабопроводящей жидкости?
 Выполняются ли граничные условия на электродах ванны?
 Почему необходимо, чтобы электроды касались дна ванны и выступали над поверхностью жидкости?
 Чему равна напряженность электрического поля, создаваемого равномерно заряженной бесконечной цилиндрической поверхностью?
 Вывести формулу емкости цилиндрического конденсатора.
Тема 1.3
 Пользуясь схемой, изображённой на рис.1, выведите услоE
вие равновесия моста переменного тока в комплексной
Z1
Z4
форме Z1Z3 = Z2Z4, где Zk = (Rk + iXk) – сопротивление (импеданс) одного из плеч моста.
~
B
 Подставляя, в соответствии с реальной схемой, в выраже- A
ние Z1Z3 = Z2Z4 вместо сопротивлений Zk их значения, выZ2
Z3
раженные через Rk и Хk, и приравнивая их действительные
и мнимые части, найдите два уравнения, которые являютD
ся условиями равновесия моста переменного тока. ПользуИН-0
ясь этими уравнениями, найдите условие равновесия мостика Сотти.
Рис.1.
 В чем заключается физическая основа применения метода
куметра для измерения электроёмкости конденсаторов?
 Какой тип резонанса (токов или напряжений) возникает в использованном колебательном контуре?
 Чем ограничивается диапазон измерений ёмкостей в рассмотренных методах?
Тема 1.4
 Объяснить, в каких случаях и почему следует использовать различные схемы
включения приборов в методе вольтметра и амперметра.
 Вывести уравнение, при котором мост постоянного тока окажется уравновешенным.
 Рассказать об устройстве реохордного моста и методике определения с его помощью сопротивления резисторов.
 Каким образом увеличить диапазон измеряемых сопротивлений с помощью моста постоянного тока? Как это реализуется практически?
Тема 2.1
 Записать основные характеристики постоянного электрического тока.
 Записать закон Ома в дифференциальной форме.
 Что такое электродвижущая сила?
 Принцип действия химических источников ЭДС.
 Чем отличается ЭДС от напряжения на клеммах источника энергии?
 Как определить полезную и полную мощность источника ЭДС?
 Доказать, что максимальная полезная мощность соответствует равенству Rн = Ri.
Тема 2.2
 Что такое акцепторные и донорные примеси полупроводников?
 Что такое основные и неосновные носители тока в примесных полупроводниках?
 Как образуется запирающий слой в р–n - переходе?
 Какая роль диффузного и дрейфового токов р–n - перехода?
 Каким образом можно получить выпрямитель переменного тока с помощью полупроводника с р–n - переходом?
 Объяснить работу выпрямительных схем.

13
Как зависит величина (амплитуда) пульсаций напряжения на нагрузке от величины сопротивления нагрузки при подключенном конденсаторе?
Тема 2.4
 Пользуясь формулой напряженности магнитного
~
R
поля на оси кругового тока, вывести формулу
K
для определения напряженности магнитного поля в любой точке на оси длинного соленоида.
+ - L
 Как определяется направление силовых линий
магнитного поля внутри соленоида?
A
 Значение напряженности магнитного поля в V
C
средней части соленоида, полученное из опыта,
как правило, не совпадает со значением, полученным по формуле Н = In. Чем объяснить эту
Рис.2.
разницу? Когда она будет меньше?
 От чего зависит степень однородности магнитного поля внутри соленоида?
 Гибкий проводник расположен вблизи постоянного магнита. Что произойдет с
проводником, если по нему пропустить ток? Ответ обосновать.
 На конце длинного постоянного магнита находится катушка, которая может
свободно перемещаться вдоль магнита. Что произойдет с катушкой, если по ней
пропустить ток того или иного направления?
 Покажите, что поле очень длинного соленоида однородно по его объёму.
Тема 2.5
 Как объяснить явление Холла на основе электронной теории проводимости?
 Где проявляется эффект Холла сильнее: в проводниках или полупроводниках?
Почему?
 Как это следует понимать согласованное включение катушек электромагнита?
 Что произойдет, если изменить полярность включения катушек электромагнита
на обратную?
 Для чего используются датчики Холла на практике?
 Как по результатам эксперимента определить подвижность носителей заряда?
Вывести расчетную формулу.
Тема 2.6
 Какие величины характеризуют магнитные свойства вещества? Как связаны
между собой эти величины?
 На какие классы делятся все вещества в зависимости от их магнитных свойств?
 От чего зависит величина магнитной проницаемости ферромагнетика? Каковы
эти зависимости?
 Объясните ход намагничивания ферромагнетика во внешнем намагничивающем
поле, учитывая доменную структуру ферромагнетика.
 Каковы физические основы получения петли гистерезиса на экране осциллографа?
 Как можно построить первоначальную кривую намагничивания по результатам
опыта?
 Как определяют потери энергии в ферромагнитном образце? Из чего складываются эти потери?
 Как по форме петли гистерезиса можно судить о магнитных свойствах вещества? Что означают термины «мягкий» ферромагнетик, «жесткий» ферромагнетик? Где используют мягкие и жесткие ферромагнетики?
 Дать объяснение пара- диамагнетизма, ферромагнетизма, рассматривая особенности взаимодействия молекул вещества с внешним полем.
Тема 3.1
 Вывести выражение для величин индуктивного и емкостного сопротивления.

14
Начертить векторную диаграмму напряжений для последовательного соединения сопротивления, емкости и индуктивности.
 Сформулировать закон Ома для переменного тока.
 Чему равна разность фаз между током и полным напряжением в цепи (рис.2)?
Чему равна разность фаз между напряжением на емкости и индуктивности?
Тема 3.2
 Запишите закон Ома для переменного тока.
 Чему равна средняя мощность в цепи переменного тока?
 Что такое ваттная, безваттная и полная мощности?
 Объясните поведение величины cos в зависимости от вида использованных сопротивлений нагрузки.
 Как меняется индуктивность катушки в зависимости от глубины насадки железного сердечника?
 Объясните принцип действия ваттметра.
Тема 3.3
 Запишите и объясните вид уравнения вынужденных колебаний.
 Нарисуйте векторную диаграмму для последовательного колебательного контура.
 Выведите условие резонанса для последовательного колебательного контура.
 Как зависят резонансные свойства колебательного контура от величины потерь,
какова природа этих потерь?
 Что такое добротность контура?
 Как определить добротность Q из резонансных кривых и какова её связь с коэффициентом затухания контура?
 Почему U0L и U0C при резонансе могут быть больше E0? Почему при резонансе
UL + UC = 0?
Тема 3.4
 Какой ток называют квазистационарным? Записать условия квазистационарности.
 Какие колебания называются свободными колебаниями? Какими уравнениями
описываются собственные колебания?
 От чего зависит период свободных колебаний, какова эта зависимость?
 Какими величинами характеризуют затухающие электромагнитные колебания?
 Что такое логарифмический декремент затухания? Как он связан с коэффициентом затухания?
 На основании каких рассуждений получена формула для определения периода
свободных колебаний?
 Как определяется на опыте сопротивление потерь в контуре? Из чего складываются потери энергии в контуре (указать не менее трех возможных механизмов
потерь)?

9.3. Примерные вопросы к экзамену
Учебным планом ООП экзамены не предусмотрены.
10.
Образовательные технологии.
В соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки для реализации компетентностного подхода предусматривается использование в учебном процессе
15
следующих активных и интерактивных форм образовательных технологий: проведение
лабораторных занятий и внеаудиторная работа в учебно-научных лабораториях.
11.
Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля).
11.1.
Основная литература
1. Матвеев А.Н. Электричество и магнетизм: Учеб. пособие.СПб.: Издательство
«Лань», 2010. - 464 с.
2. Калашников С.Г. Электричество: Учеб. пособие. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. - 624 с.
11.2.
Дополнительная литература:
1. Иродов И.Е. Электромагнетизм. Основные законы. М.: Лаборатория базовых знаний, 2000. – 352 с.
2. Сивухин Д.В. Электричество: Учеб. пособие. М.: Наука, 1980, 688с.
3. Безуглый Б.А., Монтанари С.Г. Физический практикум. Учебно-методические рекомендации для студентов физического факультета. Издательство Тюменского
государственного университета, 1999. – 28 с.
11.3.
Программное обеспечение и Интернет – ресурсы:
1. eLIBRARY – Научная электронная библиотека (Москва) http://elibrary.ru/
2. Единое окно доступа к образовательным ресурсам: http://window.edu.ru/window/
3. Федеральный портал «Российское образование»: http://www.edu.ru/
12. Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины
(модуля).
Лаборатория физического практикума со специализированным лабораторным оборудованием (лабораторными стендами), аналоговые и цифровые приборы для электроизмерений, мультимедийное и компьютерное оборудование.
16