ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра физики

ФИЗИКА. Часть 2

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

Энергетический институт

Специальности:

130501.65 - проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ 140101.65 - тепловые электрические станции 140104.65 - промышленная теплоэнергетика 140211.65 – электроснабжение 140601.65 – электромеханика

140602.65 - электрические и электронные аппараты

Институт информационных систем и вычислительной техники

Специальность:

230101.65 - вычислительные машины, комплексы, системы и сети

Институт автомобильного транспорта

Специальности:

190205.65 – подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование 190601.65 – автомобили и автомобильное хозяйство

Институт приборостроения и систем обеспечения безопасности

Специальности:

200101.65 – приборостроение

200402.65 –инженерное дело в медико-биологической практике

200501.65 – метрология и метрологическое обеспечение

200503.65 – стандартизация и сертификация

280202.65 – инженерная защита окружающей среды

Институт системного анализа, автоматики и управления

Специальности:

220201.65 - управление и информатика в технических системах

220301.65 - автоматизация технологических процессов и производств

Машиностроительно – технологический институт

Специальности:

150104.65 – литейное производство черных и цветных металлов

150202.65 – оборудование и технология сварочного производства

150501.65 – материаловедение в машиностроении

151001.65 - технология машиностроения

240401.65 – химическая технология органических веществ

240301.65 – химическая технология неорганических веществ

261001.65 – технология художественной обработки материалов

Институт радиоэлектроники

Специальность:

210106.65 - промышленная электроника

210201.65 – проектирование и технология радиоэлектронных средств

210302.65 - радиотехника

Направления подготовки бакалавра:

140100.62, 140200.62, 140600.62, 150100.62,151000.62, 200100.62, 200500.62, 210100.62, 210200.62, 210300.62, 220100.62, 220200.62, 230100.62, 280200.62

Санкт-Петербург Издательство СЗТУ

2008

Утверждено редакционно-издательским советом университета

УДК 53(07)

Физика. Часть 2: учебно-методический комплекс / сост. В.М. Цаплев. -

СПб.: Изд-во CЗТУ, 2008. – 138 с.

Учебно-методический комплекс разработан в соответствии с государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования.

Дисциплина посвящена изучению следующих разделов курса физики: элек-

тростатика, электрические поля в диэлектриках, законы постоянного тока, стационарное магнитное поле, магнитное поле в вакууме и в веществе, элементы электродинамики.

Рассмотрено на заседании кафедры физики 5 ноября 2007 г., одобрено методической комиссией факультета общей профессиональной подготовки 12 нояб-

ря 2007 г.

Рецензенты: кафедра физики СЗТУ (зав. кафедрой А.Б. Федорцов, д-р физ.-мат. наук, проф.; Л.В. Боброва, канд. техн. наук, доц.

Составитель В.М. Цаплев, д-р техн. наук, проф.

©Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2008

©Цаплев В.М., 2008

2

1. Информация о дисциплине

1.1. Предисловие

Дисциплина«Физика» изучается студентами специальностей:

130501.65, 140101.65, 140104.65, 140211.65, 140601.65, 140602.65, 150104.65, 150202.65, 150501.65, 151001.65, 190205.65, 190601.65, 200101.65, 200402.65, 200501.65, 200503.65, 210106.65, 210201.65, 210302.65, 220201.65, 220301.65, 230101.65, 240301.65, 240401.65, 261001.65, 280202.65,

а также направлений подготовки бакалавров:

140100.62, 140200.62, 140600.62, 150100.62,151000.62, 200100.62, 200500.62, 210100.62, 210200.62, 210300.62, 220100.62, 220200.62, 230100.62, 280200.62

всехформобучениявтечение четырехсеместровисостоитизчетырехчастей. Вторая часть дисциплины «Физика» включает в себя следующие разделы:

электростатика, электрические поля в диэлектриках, законы постоянного тока, стационарное магнитное поле, магнитное поле в вакууме и в веществе, элементы электродинамики.

Целью изучения дисциплины является создание фундаментальной базы для теоретической подготовки инженера или бакалавра, без которой невозможна его успешная деятельность в любой области современной техники. С другой стороны, физика составляет фундамент естествознания. В основании современной естественно-научной картины мира лежат физические принципы и концепции.

Задачи изучения дисциплины – подготовка квалифицированного инженера или бакалавра по конкретной специальности или направлению. Для решения этой задачи необходимо формирование у студентов базы знаний, умений и навыков для изучения специальных дисциплин. Определяющая задача обучения – формирование необходимых методических навыков.

Врезультатеизучениядисциплиныстудентдолженовладетьосновамизнаний подисциплине, формируемыминанесколькихуровнях:

Иметьпредставление:

-о фундаментальном единстве естественных наук;

-о дискретности и непрерывности в природе;

-о соотношении порядка и беспорядка в природе, упорядоченности строения объектов, переходах в неупорядоченное состояние и наоборот;

-о динамических и статистических закономерностях в природе;

-о вероятности как объективной характеристике природных систем;

-о принципах симметрии и законах сохранения;

-о Вселенной в целом как физическом объекте и ее эволюции;

-о новейших открытиях естествознания, перспективах их использования для построения технических устройств.

3

Знать:

-фундаментальные понятия, законы и теории современной и классической физики,

-методы теоретического и экспериментального исследования в физике.

Уметь:

- пользоваться современной научной аппаратурой для проведения физических экспериментов;

-оценивать погрешности измерений;

-использовать навыки физического моделирования для решения прикладных задач по будущей специальности.

Владеть

Понятиями физики, которые лежат в основе всего естествознания и являются основой для создания техники. Дисциплина “Физика” базируется на системе прочно вошедших в науку законов и положений физики. Эта система представлена в виде типовых взаимосвязанных разделов физики (“Физические основы механики”, “Молекулярная физика и термодинамика”, “Электричество и магнетизм”, “Колебания и волны”, “Квантовая физика”, “Оптика”, “Атомная и ядерная физика”, позволяющих наиболее логично связать их с основными направлениями развития техники.

Местодисциплинывучебномпроцессе

Дисциплина “Физика” совместно с дисциплинами “Высшая математика”, “Информатика” и “Теоретическая механика” играет роль фундаментальной базы для теоретической подготовки инженера, без которой невозможна его успешная деятельность в любой области современной техники. С другой стороны, физика составляет фундамент естествознания. В основании современной есте- ственно-научной картины мира лежат физические принципы и концепции.

1.2.Содержание дисциплины «Физика. Часть 2»

ивиды учебной работы

1.2.1.Содержание дисциплины «Физика. Часть 2» по ГОС

Электричество и магнетизм: электростатика и магнетостатика в вакууме и веществе, уравнения Максвелла в интегральной и дифференциальной форме, материальные уравнения, квазистационарные токи, принцип относительности в электродинамике, системы заряженных частиц.

4

1.2.2. Объем дисциплины и виды учебной работы по курсу физики на II семестре 2 курса

		Всего часов
		Форма обучения
		Очно-
Вид учебной работы	Очная				Заочная
		заочная
Общая трудоемкость дисциплины		130
Работа под руководством преподавателя	78	32			24
В т.ч. аудиторные занятия:
лекции	44	16			12
практические занятия (ПЗ)	14	4			0
лабораторные работы (ЛР)	20	12			12
Самостоятельная работа студента	52	98			106
Промежуточный контроль, количество	10	10			10
		1
в т. ч. контрольная работа	0				1
		Экзамен
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)

1.2.3.Перечень видов практических занятий и контроля:

-два теста (по 1 на каждый раздел);

-одна контрольная работа (для очно-заочной и заочной форм обучения);

-практические занятия – 14 часов (для очной формы обучения), 4 часа (для оч- но-заочной формы обучения);

-лабораторные работы – 20 часов (для очной формы), 12 часов (для очнозаочной и заочной форм обучения);

-экзамен.

5

2.Рабочие учебные материалы

2.1.Рабочая программа (130 часов)

2.1.1.ЭЛЕКТРИЧЕСТВО (68 часов)

2.1.1.1. Электрическое поле в вакууме (14 ч.) [3], с. 4…14

Электрические заряды. Дискретность электрических зарядов. Закон сохранения зарядов в замкнутой системе. Точечные заряды. Сила взаимодействия точечных зарядов в вакууме и веществе. Диэлектрическая проницаемость вещества. Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Графическое изображение электрического поля. Принцип суперпозиции электрических полей. Работа сил электростатического поля. Потенциал электростатического поля. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля. Потенциальный характер электростатического поля. Связь между напряженностью и потенциалом.

2.1.1.2. Теорема Гаусса (12 ч.) [3], с. 23…31

Понятие вектора электрической индукции (электрического смещения). Поток вектора электрического смещения. Теорема Гаусса для вектора электрического смещения и для вектора напряженности электрического поля. Применение теоремы для расчета электростатических полей различных конфигураций.

2.1.1.3. Электрическое поле в диэлектриках (12 ч.) [3], с. 32…43

Электрический диполь. Диполь во внешнем электрическом поле как модель молекулы диэлектрика. Типы диэлектриков. Поляризация диэлектриков. Вектор поляризации. Диэлектрическая восприимчивость и ее связь с диэлектрической проницаемостью. Связь векторов электрического смещения, поляризации и напряженности электрического поля. Сегнетоэлектрики. Прямой и обратный пьезоэффект и их применение.

2.1.1.4. Проводники в электростатическом поле (6 ч.) [3], с. 14…19

Носители тока в проводниках. Их распределение по заряженному проводнику. Перераспределение зарядов в проводнике под действием электростатического поля. Напряженность и потенциал электростатического поля в проводнике и на его поверхности. Электростатическая защита (экранирование). Элек-

6

троемкость уединенного проводника. Конденсаторы. Соединение конденсаторов в батареи.

2.1.1.5. Энергия электростатического поля (4 ч.) [3], с. 19…22

Энергия системы точечных зарядов, уединенного проводника и конденсатора. Энергия электростатического поля. Объемная плотность энергии электростатического поля.

2.1.1.6. Постоянный электрический ток (12 ч.) [3], с. 44…56

Постоянный электрический ток, его характеристики и условия существования. Сторонние силы. Сопротивление проводников. Электродвижущая сила и напряжение. Взаимосвязь напряжения, электродвижущей силы и разности потенциалов. Закон Ома в интегральной форме для однородного и неоднородного участков. Разветвленные цепи и правила Кирхгофа. Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца.

2.1.1.7. Классическая электронная теория металлов (8 ч.) [3], с. 57…65

Классическая электронная теория электропроводности металлов. Концентрация и подвижность носителей заряда. Плотность тока. Закон Ома в дифференциальной форме как следствие электронной теории электропроводности металлов. Удельная проводимость и удельное сопротивление. Зависимость удельного сопротивления от температуры. Ток в газах. Несамостоятельный и самостоятельные разряды. Вольт-амперная характеристика несамостоятельного разряда. Газоразрядные счетчики. Газоразрядная плазма.

2.1.2. МАГНЕТИЗМ (62 часа)

2.1.2.1. Магнитное поле стационарных токов (16 ч.) [3], с. 66…82

Магнитное поле. Вектор магнитной индукции. Магнитная проницаемость вещества. Вектор напряженности магнитного поля. Магнитный момент. Закон Био-Савара-Лапласа. Применение этого закона к расчету магнитного поля отрезка прямого провода, кругового тока и длинного прямолинейного проводника с током. Принцип суперпозиции магнитных полей. Вихревой характер магнитного поля. Теорема о циркуляции вектора магнитной индукции (закон полного тока). Магнитный поток. Теорема Остроградского-Гаусса для магнитного поля. Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле.

7

2.1.2.2. Электродинамические силы магнитного поля (10 ч.) [3], с. 83…90

Сила Ампера. Закон Ампера. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Циклические ускорители заряженных частиц. Эффект Холла. МГД-генератор.

2.1.2.3. Магнитное поле в веществе (12 ч.) [3], с. 91…110

Магнитные моменты электронов и атомов. Намагниченность. Магнитная восприимчивость, ее связь с магнитной проницаемостью. Типы магнетиков. Природа диа- и парамагнетизма. Ферромагнетизм. Исследования Столетова. Магнитный гистерезис. Домены. Коэрцитивная сила и остаточное намагничение. Точка Кюри. Применение ферромагнетиков.

2.1.1.4. Электромагнитная индукция (12 ч.) [3], с. 111…124

Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея. Его вывод из закона сохранения энергии. Правило Ленца. Вращение проводящей рамки в магнитном поле. Преобразование механической работы в электрическую энергию. Переменная ЭДС и ее амплитуда. Явление самоиндукции. Индуктивность. Токи и напряжения при замыкании и размыкании цепи. Явление взаимной индукции. Принцип действия трансформаторов. Энергия магнитного поля. Объемная плотность энергии.

2.1.1.5. Уравнения Максвелла (12 ч.) [4], с. 59…68

Вихревое электрическое поле. Ток проводимости и ток смещения. Обобщение теоремы о циркуляции вектора напряженности магнитного поля. Система уравнений Максвелла в интегральной и дифференциальной формах. Электромагнитное поле. Принцип относительности в электродинамике.

8

2.2. Тематический план дисциплины «Физика. Часть 2»

2.2.1. Тематический план для очной формы обучения

		-			Виды занятий и контроля
№		часовво-Колпо формедневнойобу чения
п/	Название		Лекции			ПЗ		Л/Р		.Самостоятработа		Контрольныеработы
п	раздела, темы		.Аудит	дот		Аудит.	дот	Аудит.	дот		Тесты
	Всего	130	44	20		14	10	20	12	52
1.	Раздел 1. Электричество	68	24	12		8		12		28	№1
1.1	Электрическое поле в ва-	14	4	3		2		4	4
	кууме
1.2	Теорема Гаусса	12	4	2		2
1.3	Электрическое поле в ди-	12	4	2
	электриках
1.4	Проводники в электроста-	6	2	1			2
	тическом поле
1.5	Энергия электростатиче-	4	2	1		2	2	4	4
	ского поля
1.6	Постоянный электриче-	12	6	12		2	2	4	4			№3
	ский ток
1.7	Классическая электронная	8	2	1
	теория металлов
2.	Раздел 2. Магнетизм	62	20	10		6		8		24	№2
2.1	Магнитное поле стацио-	16	4	2		2	2	2
	нарных токов
2.2	Электродинамические си-	10	4	2		2		2
	лы магнитного поля
2.3	Магнитное поле в веще-	12	4	2				2
	стве
2.4	Электромагнитная индук-	12	4	2		2	2	2
	ция
2.5	Уравнения Максвелла	12	4	2

9

2.2.2. Тематический план для очно-заочной формы обучения

№		дневнойпочасовво-Кол обученияформе	.Аудит	дот	Виды занятий и контроля
						.Аудит		дот	.Аудит	дот	работа.Самостоят	Тесты	-раКонтрольные боты
п/	Название		Лекции				ПЗ		Л/Р
п	раздела, темы
	Всего	130	16	20		4		10	12	12	98
1.	Раздел 1. Электричество	68	9								54	№1
1.1	Электрическое поле в ва-	14	2	1		1			4	4
	кууме
1.2	Теорема Гаусса	12	1	1
1.3	Электрическое поле в ди-	12	2	1
	электриках
1.4	Проводники в электроста-	6	1	2				2
	тическом поле
1.5	Энергия электростатиче-	4	1	2				2		4
	ского поля
1.6	Постоянный электриче-	12	1	2		1		2	4	4			№3
	ский ток
1.7	Классическая электронная	8	1	1
	теория металлов
2.	Раздел 2. Магнетизм	62	7								44	№2
2.1	Магнитное поле стацио-	16	3	2		1		2	1
	нарных токов
2.2	Электродинамические си-	10	1	2					1
	лы магнитного поля
2.3	Магнитное поле в веще-	12	1	2					1
	стве
2.4	Электромагнитная индук-	12	1	2		1			1
	ция
2.5	Уравнения Максвелла	12	1	2

10

2.2.3. Тематический план для заочной формы обучения

№		дневнойпочасовво-Кол обученияформе	.Аудит	дот	Виды занятий и контроля
						.Аудит		дот	.Аудит	дот	работа.Самостоят	Тесты	-раКонтрольные боты
п/	Название		Лекции				ПЗ		Л/Р
п	раздела, темы
	Всего	130	12	20				10	12	12	106
1.	Раздел 1. Электричество	68	6								54	№1
1.1	Электрическое поле в ва-	14	1	1					4	4
	кууме
1.2	Теорема Гаусса	12	1	1
1.3	Электрическое поле в ди-	12	1	1
	электриках
1.4	Проводники в электроста-	6	1	2				2
	тическом поле
1.5	Энергия электростатиче-	4	1	2				2		4
	ского поля
1.6	Постоянный электриче-	12	1	2				2	4	4			№3
	ский ток
1.7	Классическая электронная	8		1
	теория металлов
2.	Раздел 2. Магнетизм	62	6								44	№2
2.1	Магнитное поле стацио-	16	2	2				2	1
	нарных токов
2.2	Электродинамические си-	10	1	2					1
	лы магнитного поля
2.3	Магнитное поле в веще-	12	1	2					1
	стве
2.4	Электромагнитная индук-	12	1	2				2	1
	ция
2.5	Уравнения Максвелла	12	1	2

11