Общие методические указания.

Учебная работа студента – заочника по изучению физики складывается из следующих основных элементов: самостоятельного изучения физики по учебным пособиям и учебникам, выполнения контрольных и лабораторных работ, сдачи экзаменов.

Указания к выполнению контрольных работ.

1. В контрольной работе студент должен решить восемь задач того варианта, номер которого совпадает с последней цифрой его номера зачетки. Номера задач, которые студент должен включить в свою контрольную работу, определяются по таблицам вариантов контрольных работ к каждому разделу курса физики.

2. Титульный лист для каждой контрольной работы студент получает в заочном деканате.

3. Условия задач в контрольной работе переписываются полностью без сокращений. Для замечаний преподавателя на страницах оставляют поля. Решение каждой задачи начинается с новой страницы.

4. В конце контрольной работы указывается, каким учебником или учебным пособием студент пользовался при изучении физики (название учебника, автор и год издания). Это делается для того, чтобы рецензент, в случае необходимости, мог указать, что следует студенту изучить для завершения контрольной работы.

5. Если контрольная работа при рецензировании не зачтена, студент обязан представить ее на повторное рецензирование, включив в нее те задачи, решения которых оказались неверными. Повторная работа представляется вместе с незачтенной.

Указания к решению задач.

При решении задач целесообразно руководствоваться следующими правилами:

1. Прежде всего нужно хорошо вникнуть в условие задачи. Если позволяет характер задачи, обязательно сделать рисунок, поясняющий ее сущность.

2. На основе анализа условий записать соответствующие физические законы с подробным объяснением и применить их в конкретном виде для данной задачи.

3. Решить задачу в общем виде. При таком способе решения не производится вычисление промежуточных величин.

4. Получив ответ в общем виде, нужно, если необходимо, выполнить численные расчеты, предварительно выразив исходные величины в одной и той же системе единиц (СИ).

Программные вопросы Электрическое поле в вакууме.

1. Электрические свойства тел. Элементарный заряд. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона. Электрическая постоянная. Электрическое поле. Напряженность поля. Принцип суперпозиции полей. Силовые линии поля. Поток вектора напряженности. Теорема Остроградского-Гаусса. Вычисление напряжен­ности поля различных заряженных тел. Работа сил электрического поля при перемещении зарядов. Циркуляция вектора напря­женности. Потенциал. Связь между напряженностью электричес­кого поля и потенциалом. Потенциал поля точечного заряда. Электрическое поле внутри заряженного проводника. Распределение зарядов в проводнике.

Проводники в электрическом поле. Энергия электрического поля.

2. Проводники в электрическом поле. Электроемкость проводников. Конденсаторы. Соединение конденсаторов. Энергия системы зарядов. Энергия заряженного проводника. Энергия заряженного конденсатора. Энергия электростатического поля. Объемная плотность энергии.

Электрическое поле в диэлектриках.

3. Свободные и связанные заряды. Электростатический диполь. Электрический момент диполя. Диполь в однородном электрическом поле. Полярные и неполярные молекулы. Поляризация молекулы. Поляризация диэлектриков. Поляризованность (вектор поляризации). Электрическое смещение.

Постоянный электрический ток.

4. Электрический ток. Сила тока. Плотность тока. Закон Ома для участка цепи. Сопротивление проводников. Источники тока. Электродвижущая сила (э.д.с.).

5. Закон Ома для полной цепи. Закон Ома для участка цепи, содержащего э.д.с. Разветвленные цепи. Законы Кирхгофа. Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца.

Классическая теория электропроводности металлов. Контактные явления.

6. Элементарная классическая теория электропроводности металлов. Объяснение закона Ома и Джоуля-Ленца на основе этой теории. Границы применимости закона Ома.

Электрический ток в газах.

7. Механизм ионизации и рекомбинации. Потенциал ионизации. Несамостоятельный и самостоятельный газовые разряды. Искровой, тлеющий и коронный разряды. Газоразрядная плазма.

Магнитное поле в вакууме.

8. Магнитное взаимодействие токов. Магнитное поле. Закон Ампера. Магнитная индукция. Силовые линии магнитного поля. Магнитная постоянная. Магнитное поле движущихся зарядов. Сила Лоренца.

Магнитное поле постоянных токов.

9. Закон Био-Савара-Лапласа для элемента тока. Поле прямолинейного и кругового токов. Магнитный момент кругового тока. Циркуляция вектора магнитной индукции. Магнитное поле соленоида. Магнитный поток. Работа перемещения контура с током в магнитном поле.

Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях.

10. Движение заряженных частиц в однородном магнитном поле. Эффект Холла. Отклонение движущихся заряженных частиц электрическим и магнитным полями. Масс-спектрометры. Ускорение заряженных частиц. Элементы электронной оптики.

Магнитное поле в веществе.

11. Взаимодействие магнитного поля с веществом. Понятие об элементарных токах. Элементарный ток в магнитном поле. Намагничивание вещества. Намагниченность. Магнитная восприимчивость. Магнитная проницаемость. Напряженность магнитного поля.

Магнетики.

12. Деление веществ на диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики. Диамагнетизм. Парамагнетизм. Зависимость магнитной восприимчивости от температуры. Ферромагнетизм. Домены. Гистерезис. Точка Кюри.

Электромагнитная индукция.

13. Возникновение электрического поля при изменении магнитного поля. Индукционный ток. Правило Ленца. Э.д.с. индукции. Закон электромагнитной индукции Фарадея. Явление самоиндукции. Индуктивность. Энергия магнитного поля соленоида. Плотность энергии магнитного поля. Взаимная индукция.

Электромагнитные колебания.

14. Переменный ток. Индуктивность и емкость в цепи переменного тока. Колебательный контур. Основное уравнение колебательного контура. Формула Томсона. Реактивное сопротивление в цепи переменного тока. Затухающие колебания. Уравнение для затухающих колебаний.

Уравнения Максвелла.

15. Основные экспериментальные соотношения, используемые при написаний уравнений Максвелла. Уравнения Максвелла для стационарных полей. Обобщение закона электромагнитной индукции Фарадея. Ток смещения. Система уравнений Максвелла в интегральной форме для произвольных полей.

Электромагнитные волны.

16. Плоская электромагнитная волна. Скорость распространения электромагнитных волн. Энергия и импульс электромагнитного поля. Вектор Умова - Пойнтинга. Экспериментальные исследования электромагнитных волн. Шкала электромагнитных волн.

Краткая теория.

Электростатика. Постоянный электрический ток

Электростатика.

1. Закон Кулона:

где F – сила взаимодействия точечных зарядов Q₁и Q₂; r – расстояние между зарядами;– диэлектрическая проницаемость среды;₀– электрическая постоянная.

2. Напряженность электрического поля:

где F – сила, действующая на точечный заряд Q, помещенный в данную точку поля.

3. Потенциал электрического поля:

где П – потенциальная энергия положительного точечного заряда Q, находящегося в данной точке поля (при условии, что потенциальная энергия заряда, удаленного в бесконечность, равна нулю).

4. Сила, действующая на точечный заряд, находящийся в электрическом поле, и потенциальная энергия этого заряда:

F=QE, П =Q.

5. Напряженность и потенциал поля, создаваемого системой точечных зарядов (принцип суперпозиции электрических полей):

где ,_i– напряженность и потенциал в данной точке поля, создаваемого i-м зарядом.

6. Напряженность и потенциал поля, создаваемого точечным зарядом:

где r – расстояние от заряда Q до точки, в которой определяются напряженность и потенциал.

7. Напряженность и потенциал поля, создаваемого проводящей заряженной сферой радиусом R на расстоянии r от центра сферы:

где Q – заряд сферы.

8. Линейная плотность заряда:

9. Поверхностная плотность заряда:

10. Напряженность и потенциал поля, создаваемого распределенными зарядами.

Если заряд равномерно распределен вдоль линии с линейной плотностью , то на линии выделяется малый участок длиной dlс зарядом dQ =dl. Такой заряд можно рассматривать как точечный и применять формулы:

где – радиус-вектор, направленный от выделенного элемента dlк точке, в которой вычисляется напряженность.

Используя принцип суперпозиции электрических полей, находим интегрированием напряженность Е и потенциал поля, создаваемого распределенным зарядом:

Интегрирование ведется вдоль всей длины lзаряженной линии.

11. Напряженность поля, создаваемого прямой бесконечной равномерно заряженной линией или бесконечно длинным цилиндром:

где r – расстояние от нити или оси цилиндра до точки, напряженность поля в которой определяется.

12. Напряженность поля, создаваемого бесконечной равномерно заряженной плоскостью:

где – поверхностная плотность заряда.

13. Связь потенциала с напряженностью:

в общем случае;

в случае однородного поля;

в случае поля, обладающего центральной или осевой симметрией.

14. Электрический момент диполя:

где Q – заряд; l– плечо диполя (векторная величина, направленная от отрицательного заряда к положительному и численно равная расстоянию между зарядами).

15. Работа сил поля по перемещению заряда Q из точки поля с потенциалом ₁в точку с потенциалом₂:

A₁₂= Q (₁–₂).

16. Электроемкость:

где – потенциал проводника (при условии, что в бесконечности потенциал проводника принимается равным нулю); U – разность потенциалов пластин конденсатора.

17. Электроемкость плоского конденсатора:

где S – площадь пластины (одной) конденсатора; d – расстояние между пластинами.

18. Электроемкость батареи конденсаторов:

при последовательном соединении;

при параллельном соединении,

где N - число конденсаторов в батарее.

19. Энергия заряженного конденсатора: