Пояснения к рабочей программе. Изучение электрических и магнитных явлений было впервые обощено в XIX в

Изучение электрических и магнитных явлений было впервые обощено в XIX в. Эти явления связаны с особой формой существования материи – электромагнитным полем. Электромагнитные взаимодействия не только объясняют все электромагнитные явления, но и обеспечивают силы, обусловливающие существование вещества на атомном и молекулярном уровнях как целого. Важность теории электромагнитного поля связана с тем, что она включает всю оптику, так как свет представляет собой электромагнитное излучение. Основой теории электромагнитного поля является теория Максвелла. Уравнения Максвелла установили тесную связь между электрическими и магнитными явлениями, которые раньше рассматривались как независимые. Максвелл сформулировал такое важнейшее понятие физики, как электромагнитное поле.

Изучение основ электродинамики начинается с электрического поля в вакууме. Эта тема является фундаментом раздела, включающего электростатику и постоянный ток. Особое внимание при изучении этого раздела следует обратить на закон сохранения электрического заряда, инвариантность его в теории относительности, на силовую и энергетическую характеристики поля (напряженность, потенциал) и связь между ними. Студент должен уметь применять теорему Остроградского-Гаусса для вычисления напряженности электрических полей и уяснить такие понятия, как поток и циркуляция вектора напряженности поля.

При изучении электрического поля в диэлектриках следует представлять механизм поляризации полярных и неполярных диэлектриков и преимущество вектора электрического смещения перед вектором напряженности для описания электрического поля в неоднородных диэлектриках.

При изучении вопроса об энергии заряженных проводников и конденсаторов студент должен обратить внимание, что в рамках электростатики нельзя однозначно решить вопрос о локализации этой энергии. С равным правом можно считать, что энергией обладают как заряженные проводники, так и создаваемое ими электрическое поле.

Изучение темы «Постоянный электрический ток» следует начать с классической электронной теории проводимости металлов, на ее основе рассмотреть законы Ома и Джоуля-Ленца. Четко разграничить такие понятия, как разность потенциалов, электродвижущая сила и электрическое напряжение.

Изучая раздел «Магнитное поле», студент должен уделить особое внимание закону Ампера, знать и уметь применять закон Био-Савара-Лапласа для расчета магнитной индукции или напряженности магнитного поля прямолинейного и кругового токов, а также закон полного тока (циркуляция вектора магнитной индукции) для расчета магнитного поля тороида и длинного соленоида. При изучении вопроса, связанного с действием магнитного поля на движущиеся заряды, нужно уметь применять силу Лоренца для определения направления движения заряженных частиц в магнитном поле, представлять себе принцип действия циклических ускорителей заряженных частиц, а также определять работу перемещения проводника и контура с током в магнитном поле.

При изучении явления электромагнитной индукции необходимо усвоить, что механизм возникновения ЭДС индукции имеет электронный характер. Изучив основной закон электромагнитной индукции Фарадея-Максвелла, студент на его основе должен уметь вывести и применять для расчетов формулы электродвижущей силы индукции, энергии магнитного поля.

Изучение магнитных свойств вещества носит, в основном, описательный характер. Студент при этом должен уяснить, что исходя из выражения циркуляции вектора магнитной индукции, магнитное поле, в отличие от электрического, является вихревым.

Студенту следует ясно представлять себе физический смысл уравнений Максвелла (в интегральной форме), знать, что переменные электрическое и магнитное поля взаимосвязаны, они поддерживают друг друга и могут существовать независимо. Под энергией электромагнитного поля следует подразумевать сумму энергий электрического и магнитного полей.

Контрольная работа № 2 представлена набором таких задач, которые помогут студенту проверить свои знания по разделам «Электростатика», «Постоянный ток», «Электромагнетизм». Она включает в себя задачи на определение напряженности и разности потенциалов электрического поля, расчет простейших электрических полей с помощью принципа суперпозиции, определение электроемкости и энергии поля конденсаторов, применение законов Ома и Джоуля-Ленца. Включены задачи на применение закона Био-Савара-Лапласа для расчета магнитной индукции (или напряженности) магнитного поля, создаваемого проводниками с током различной конфигурации, применение принципа суперпозиции при определении индукции или напряженности простейших полей, определение траектории движения заряженной частицы, ее удельного заряда и силы, действующей на движущуюся частицу в магнитном поле, вычисление работы, совершаемой силами как при движении прямолинейного проводника с током, так и при вращении контура с током различной конфигурации в магнитном поле, нахождение намагниченности, энергии и объемной плотности энергии магнитного поля соленоида и тороида.

ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

Закон Кулона: ,

где q ₁ и q ₂ – величины точечных зарядов, – электрическая постоянная, – диэлектрическая проницаемость среды, – расстояние между зарядами.

Напряженность электрического поля: .

Напряженность поля:

точечного заряда: ,

бесконечно длинной заряженной нити: ,

равномерно заряженной бесконечной плоскости: ,

между двумя разноименно заряженными, бесконечными плоскостями:

,

где – линейная плотность заряда, – поверхностная плотность заряда, – расстояние до источника поля.

Работа по перемещению заряда в электростатическом поле:

где и – потенциалы начальной и конечной точек.

Потенциал поля точечного заряда: .