РОБОЧА ПРОГРАМА НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ. «Загальна фізика. Електрика та магнетизм» (шифр і назва навчальної дисципліни)

Transcription

1 ЗАТВЕРДЖЕНО Наказ Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України 29 березня 2012 року 384 Форма Н Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна (повне найменування вищого навчального закладу) Кафедра (циклова комісія) фізики нетрадиційних енерготехнологій і екології ЗАТВЕРДЖУЮ Проректор (заступник директора) з навчальної роботи 20 року РОБОЧА ПРОГРАМА НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ «Загальна фізика. Електрика та магнетизм» (шифр і назва навчальної дисципліни) напрям підготовки Охорона праці (шифр і назва напряму підготовки) спеціальність Охорона праці (шифр і назва спеціальності) спеціалізація (назва спеціалізації) інститут, факультет, відділення фізико енергетичний (назва інституту, факультету, відділення) Харків 2012 рік

2 2 Робоча програма «Загальна фізика. Електрика та магнетизм» для студентів (назва навчальної дисципліни) за напрямом підготовки Охорона праці, спеціальністю Охорона праці , 2012 р с. Розробники: (вказати авторів, їхні посади, наукові ступені та вчені звання) Кудрявцев Ігор Миколайович, доцент, к.ф.-м.н. Робоча програма затверджена на засіданні кафедри фізики нетрадиційних енерготехнологій та екології Протокол від року 8. Завідувач кафедрою року (Ткаченко В.І.) (підпис) (прізвище та ініціали) Схвалено методичною комісією ФЕФ за напрямом підготовки (спеціальністю) Охорона праці, (шифр, назва) Протокол 1 від. _12_ _ року _ року Голова (Адаменко М.І.) (підпис) (прізвище та ініціали), 20 рік, 20 рік

3 3 Найменування показників Кількість кредитів 4 Модулів 2 (у 1 му: 2) Індивідуальне науково-дослідне завдання - (назва) Загальна кількість годин -144 Тижневих годин для денної форми навчання: а) у 1 му: аудиторних 4; самостійної роботи студента 4; 1. Опис навчальної дисципліни Галузь знань, напрям підготовки, освітньокваліфікаційний рівень Галузь знань 1702 «Цивільна безпека» (шифр і назва) Напрям підготовки «Охорона праці» (шифр і назва) Спеціальність (професійне спрямування): «Охорона праці» Освітньо-кваліфікаційний рівень: бакалавр Характеристика навчальної дисципліни денна форма навчання Нормативна (за вибором) заочна форма навчання Рік підготовки: 2-й 1-й Семестр Лекції 1-й: 36 год. год. Практичні, семінарські 1-й: 36 год. год. Лабораторні год. год. Самостійна робота 1-й: 72 год. год. ІНДЗ: год. Вид контролю: оперативний на заняттях модульний; у 1 му: іспит;

4 4 2. Мета та завдання навчальної дисципліни Навчальна дисципліна "Фізика. Електрика та магнетизм" відноситься до циклу фундаментальних дисциплін підготовки фахівців у галузі 1702 «Цивільна безпека» з професійним спрямуванням на спеціальність «Охорона праці». Мета - підготовка бакалаврів за спеціальністю «Охорона праці», вивчення законів загальної фізики за розділом «Електрика та магнетизм», формування наукового підходу до впровадження охорони праці на об`єктах промисловості, енергетики та ін. Завдання забезпечити формування у студентів знань електростатичних та електродинамічних процесів та законів перетворення енергії, отримання навиків застосування науково-технічних знань на практиці. У результаті вивчення навчальної дисципліни студент повинен знати: основні поняття електрики та магнетизму; основні фізичні закони і методи вивчення фізичних явищ в розділі «Електрика та магнетизм»; прийоми і методи розв язування задач із даного розділу фізики; новітні досягнення, основні проблемами і шляхи розвитку сучасної фізики. вміти: застосовувати отримані знання на практиці; представляти фізичні закони та співвідношення аналітично та оперувати з ними; розв язувати типові задачі в загальному (формульному) вигляді, аналізувати результат та отримувати наближені формули з урахуванням малості відповідного параметру; робити числову оцінку результату за порядком величин. 3. Програма навчальної дисципліни Змістовий модуль 1. Електростатика. Сталий електричний струм. Тема 1. Електростатичне поле у вакуумі Електромагнітна взаємодія. Електричний заряд. Закон збереження електричного заряду. Закон Кулона. Одиниці вимірювання заряду в системах СГСЕ та СІ. Електричне поле. Напруженість електричного поля. Принцип суперпозиції. Силові лінії електричного поля. Приклади розв язку задач за допомогою закону Кулона. Потік вектора напруженості електричного поля. Інтегральна та диференціальна форми теореми Гауса-Остроградського. Визначення напруженості електричного поля, що створюється зарядженими тілами правильної форми. Тема 2. Робота, потенційна енергія та потенціал електростатичного поля Робота сил електростатичного поля. Теорема про циркуляцію вектора напруженості електростатичного поля та її диференціальна форма. Потенціальний характер електростатичного поля Потенціальна енергія. Потенціал. Одиниці вимірювання потенціалу в системах СГСЕ та СІ. Зв язок потенціалу з напруженістю електростатичного поля. Еквіпотенціальні поверхні. Зв язок силових ліній електричного поля та еквіпотенціальних поверхонь. Рівняння Лапласа та Пуассона. Математична постановка задач електростатики. Тема 3. Провідники та діелектрики в електростатичному полі Провідники в електростатичному полі. Явище електростатичної індукції. Розподіл зарядів на поверхні провідника. Енергія електричного поля зарядженої кулі. Діелектрики в електростатичному полі. Ослаблення електричного поля в діелектрику. Діелектрична проникливість речовини. Вектор електричної індукції та його джерела. Теорема Гауса- Остроградського для вектора індукції. Диференціальна форма запису теореми Гауса- Остроградського для вектора індукції. Граничні умови для вектора напруженості та вектора

5 5 індукції на межі розділу діелектриків. Методи вимірювання векторів індукції та напруженості електричного поля діелектрику. Тема 4. Електрична ємність. Конденсатори. Густина енергії електричного поля. Зв язок між зарядом та потенціалом провідника. Електрична ємність. Конденсатори. Ємність плоского, циліндричного та сферичного конденсаторів. З єднання конденсаторів. Енергія електричного поля системи точкових зарядів, енергія зарядженого провідника та енергія зарядженого конденсатора. Густина енергії електричного поля. Тема 5. Основні характеристики електричного струму. Сталий електричний струм. Сила та густина струму. Лінії струму. Електричне поле в провіднику та його джерела. Електрорушійна сила (ЕРС). Закон збереження заряду та рівняння неперервності. Електропровідність та питомий опір провідного середовища. Закон Ома в інтегральній та диференціальній формі для ділянки кола, що не містить ЭРС. Одиниці вимірювання струму, густини струму, провідності та питомого опору. З єднання провідників. Опір масивних провідників. Тема 6. Основні закони сталого струму. Закон Ома для ділянки електричного кола, що містить ЕРС. Падіння напруги та різниця потенціалів. Залежність питомого опору провідників від температури. Надпровідність. Закон Джоуля-Ленца в інтегральній та диференціальній формі. Заломлення ліній струму на межі розділу середовищ з різною електропровідністю. Закон Ома для замкнутого кола. Джерела струму та коефіцієнт корисної дії джерела. Розгалужені кола. Правила Кірхгофа та їх використання для розв язку задач. Змістовий модуль 2. Електродинаміка. Магнітне поле сталого струму. Тема 7. Магнітне поле в вакуумі. Природа магнетизму в сталих магнітах. Магнітне поле Землі. Вихровий характер магнітного поля. Досліди Ерстеда та Фарадея. Магнітне поле сталого струму. Формула Ампера. Основні характеристики магнітного поля. Одиниці виміру струму та магнітного поля в системах СГСЕ, СГСМ та СІ. Зв язок між електричним та магнітним полями, які створюються зарядом, що рухається рівномірно. Магнітна взаємодія зарядів, що рухаються. Тема 8. Рух заряджених частинок в сталих електричних та магнітних полях Сила Лоренца. Рух заряджених частинок в однорідних електричних та магнітних полях. Циклотронна частота. Радіус Ленгмюра. Рух заряджених частинок у взаємно перпендикулярних електричних та магнітних полях. Ефект Хола. Рух заряджених частинок у неоднорідному магнітному полі. Тема 9. Закони Ампера та Біо-Савара-Лапласа. Закон Ампера. Закон Біо-Савара-Лапласа. Магнітне поле лінійного струму. Магнітне поле кругового витка зі струмом. Теорема про циркуляцію магнітного поля у вакуумі або закон повного струму. Поле соленоїда та тора. Закон повного струму в диференціальній формі. Тема 10. Рамка із струмом в магнітному полі. Виток зі струмом у зовнішньому магнітному полі. Магнітний момент витка зі струмом. Потенційна енергія рамки із струмом в магнітному полі. Робота при переміщенні провідника зі струмом або витка зі струмом у зовнішньому магнітному полі. Потенціальна функція витка зі струмом у зовнішньому магнітному полі. Принцип дії електричного двигуна сталого струму. Аналогія між рівняннями електростатики та магнітостатики.

6 6 Тема 11. Магнітне поле в речовині Магнетики. Гіпотеза Ампера про молекулярний струм. Магнітний момент молекулярного струму. Струми намагнічування та вектор намагніченості речовини, зв'язок між ними. Теорема про циркуляцію вектора індукції магнітного поля в речовині. Зв язок між векторами індукції та напруженості магнітного поля. Магнітна проникливість та магнітна сприйнятливість речовини. Класифікація магнетиків на діамагнетики, парамагнетики та феромагнетики. Тема 12. Закон електромагнітної індукції Електромагнітна індукція. Закон електромагнітної індукції Фарадея. Правило Ленца. Тлумачення явища електромагнітної індукції Фарадеєм і Максвелом. Зв язок між векторами напруженості електричного поля та індукції магнітного поля в різних системах відліку. Принцип дії генератора. Індукційні струми Фуко в масивних провідниках. Індукційні нагрівачі та пристрої. Тема 13. Самоіндукція. Індуктивність соленоїда Самоіндукція витка із струмом. Коефіцієнт самоіндукції. Взаємна індукція. Коефіцієнти взаємної індукції. Теорема взаємності. Індуктивність соленоїда. Одиниці вимірювання магнітних величин в різних системах. Принцип дії трансформатора. Тема 14. Магнітна енергія струмів Магнітна енергія струмів. Енергія магнітного поля. Об ємна густина енергії магнітного поля в речовині. Електричний коливальний контур. Використання індукційного електричного поля для прискорення електронів у бетатроні. Забезпечення стійкості процесу прискорення електронів за допомогою неоднорідного магнітного поля. Тема 15. Магнітні властивості атомів та молекул. Магнітні властивості атомів і молекул. Зв язок орбітального моменту імпульсу електрона з його орбітальним магнітним моментом. Гіромагнітне відношення. Власний момент імпульсу електрона та його власний магнітний момент. Магнетон Бора. Досліди Ейнштейна - де Гааза; Барнетта; Штерна та Герлаха. Прецесія орбітального магнітного моменту в зовнішньому магнітному полі. Тема 16. Властивості магнетиків та надпровідників. Діамагнетизм атомів. Діамагнітна сприйнятливість речовини. Ларморівська прецесія, як один із проявів електромагнітної індукції. Парамагнетизм. Пояснення парамагнетизму по Ланжевену. Функція Ланжевена. Закон Кюрі. Спонтанна намагніченість. Явище гістерезису. Коерцитивна сила та залишкова намагніченість. Температура Кюрі. Феромагнітні домени. Закон Кюрі - Вейса. Антиферомагнетизм. Феромагнетики. Магнітні властивості надпровідників. Критичні значення магнітного поля та температури. Ефект Мейснера. Тема 17. Система рівнянь Максвела. Загальна характеристика теорії Максвела. Вихрове електричне поле. Електромагнітне поле. Перше рівняння. Струм зміщення. Друге, третє та четверте рівняння Максвела. Повна система рівнянь Максвела. Рішення рівнянь Максвела у відсутності зарядів та струмів. Тема 18. Змінний струм. Квазістаціонарні струми. Змінний струм, закон Ома для змінного струму. Активний та реактивний опір контуру. Зсув фаз між струмом і напругою. Коло змінного струму. Резонанс напруг. Резонанс струмів. Робота і потужність струму. Пристрої із живленням змінним струмом.

7 7 4. Структура навчальної дисципліни Назви змістових Кількість годин модулів і тем денна форма Заочна форма усьо у тому числі усього у тому числі го л п лаб інд с.р. л п лаб інд с.р Змістовий модуль 1. Електростатика. Сталий електричний струм. Тема Електростатичне поле у вакуумі Тема 2. Робота, потенційна енергія та потенціал електростатичного поля Тема 3. Провідники та діелектрики в електростатичному полі Тема 4. Електрична ємність. Конденсатори Густина енергії електричного поля. Тема 5. Основні характеристики електричного струму Тема 6. Основні закони сталого струму Разом за змістовим модулем Змістовий модуль 2. Електродинаміка. Магнітне поле сталого струму. Тема 7. Магнітне поле в вакуумі. Тема 8. Рух заряджених частинок в сталих електричних та магнітних полях Тема 9. Закони Ампера та Біо-Савара-Лапласа. Тема 10. Рамка із струмом в магнітному полі Тема 11. Магнітне поле в речовині Тема 12. Закон електромагнітної індукції Тема 13. Самоіндукція Індуктивність соленоїда Тема 14. Магнітна енергія струмів Тема 15. Магнітні

8 властивості атомів та молекул. Тема 16. Властивості магнетиків та надпровідників. Тема 17. Система рівнянь Максвела. Тема 18. Змінний струм Разом за змістовим модулем Усього годин Теми практичних занять з/п Назва теми Кількість годин 1 Електростатичне поле у вакуумі 2 2 Робота, потенційна енергія та потенціал електростатичного поля 2 3 Провідники та діелектрики в електростатичному полі 2 4 Електрична ємність. Конденсатори. Густина енергії електричного 2 поля. 5 Основні характеристики електричного струму 2 6 Основні закони сталого струму 2 7 Магнітне поле в вакуумі 2 8 Рух заряджених частинок в сталих електричних та магнітних 2 полях 9 Закони Ампера та Біо-Савара-Лапласа 2 10 Рамка із струмом в магнітному полі 2 11 Магнітне поле в речовині 2 12 Закон електромагнітної індукції 2 13 Самоіндукція. Індуктивність соленоїда 2 14 Магнітна енергія струмів 2 15 Магнітні властивості атомів та молекул 2 16 Властивості магнетиків та надпровідників 2 17 Система рівнянь Максвела 2 18 Змінний струм 2 Разом Самостійна робота з/п Назва теми Кількість годин 1 Електростатичне поле у вакуумі. Робота, потенційна енергія та 8 потенціал електростатичного поля. 2 Провідники та діелектрики в електростатичному полі. Електрична 8 ємність. Конденсатори. Густина енергії електричного поля. 3 Основні характеристики електричного струму. Основні закони 8 сталого струму. 4 Магнітне поле в вакуумі. Рух заряджених частинок в сталих 8 електричних та магнітних полях. 5 Закони Ампера та Біо-Савара-Лапласа. Рамка із струмом в 8

9 магнітному полі. 6 Магнітне поле в речовині. Закон електромагнітної індукції. 8 7 Самоіндукція. Індуктивність соленоїда. Магнітна енергія струмів. 8 8 Магнітні властивості атомів та молекул. Властивості магнетиків 8 та надпровідників. 9 Система рівнянь Максвела. Змінний струм. 8 Всього 72 Не передбачене Індивідуальні завдання 8. Методи навчання Лекційні і практичні заняття будуть проводитися методом розповідь бесіда з застосуванням електронних засобів навчання та роздачею додаткового друкованого допоміжного матеріалу. 9. Методи контролю На заняттях оперативний контроль. По закінченні модуля модульний. Підсумковий тест екзамен. 10. Розподіл балів, які отримують студенти Поточне тестування та самостійна робота Сума Змістовий модуль 1 Змістовий модуль 2 Підсумковий тест (екзамен) Т1 Т2 Т3 Т4 Т5 Т6 Т7 Т8 Т17 Т x Т1, Т2... Т18 теми модулів Сума балів за всі види навчальної діяльності протягом семестру Оцінка ECTS 11. Шкала оцінювання Оцінка за національною шкалою для екзамену, курсової роботи (проекту), практики для заліку А відмінно В С добре зараховано D Е задовільно 1-49 FX незадовільно не зараховано

10 Методичне забезпечення 1. Методичні вказівки до самостійної роботи студентів (електронні версії). 2. Наочні матеріали з використанням системи 'Light pro'. 3. Опорні конспекти лекцій, методичні поради до курсу, що вивчається. 4. Азаренков М.О., КондратенкоА.М., Олефір В.П. Програма та методичні вказівки для студентів 2 курсу фізико-технічного факультету. ХДУ. Учебное пособие, Харьков с. 13. Рекомендована література Базова 1. Д.В.Сивухин. Общий курс физики. Т.3. Электричество. М.; Наука И.В.Савельев. Курс общей физики. Т.2. М.; Наука, Ахиезер А.И. Электричество: Справ.пособие. Киев: Наукова думка, Зильберман Т.Е. Электричество и магнетизм.-м.: Наука, Парселл Э. Электричество и магнетизм.-м.:наука, Фейнман Р. Лекции по физике. т.5,6.-м.мир, С.Г Калашников. Электричество. М.; Наука А.Н.Матвеев. Электричество и магнетизм. М.; Высшая школа, И.Е.Тамм. Основы теории электричества. М.; Наука, Иродов И.Е. Задачи по общей физике. -М.: Hаука, Савельев И.В. Курс общей физики: Учеб. Пособие: для вузов. В 5 кн. Кн.2. Электричество и магнетизм 4-е изд., перераб. М.: Наука, Физматлит, Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. Пособие: для вузов. 5-е изд., стер. М.: Высш. шк., Детлаф А. А., Яворский Б. М. Курс физики: Учеб. пособие для вузов. 2-е изд., испр. и доп. М.: Высш. шк., Иродов И. Е. Электромагнетизм. Основные законы. 3-е изд., испр. М.: Лаборатория базових знаний, Допоміжна 1. Біленко І.І. Фізичний словник.- К.: Вища школа, Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов. - М.: Наука, Р.В.Поль. Учение об электричестве. М.; Физматгиз Р.Фейман. и др. Феймановские лекции по физике. Вып.5-7. М.; Мир, Загальна Фізика Збірник задач під редакцією І.Т. Горбачука К.: Вища школа., Сахаров А.Д. Сборник задач по физике. М.: Просвещение, Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике. М.: Высш. шк. Наука, Бабаджан Е.И., Гервидс В.И., Дубовик В.М., Нерсесов Є.А. Сборник качественных вопросов и по общей физике М.: Наука, Физический практикум. Под редакцией В.И. Ивероновой, М., Веб-ресурси, інтернет. 2. Бібліотека ХНУ ім. В.Н.Каразіна. 14. Інформаційні ресурси