Общая физика: Программа. – Ставрополь: Изд-во СГУ, 2001. – 29 с. Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом второго поколения для специальности «010400 – Физика», включает в себя 6 разделов: «Механика», «Молекулярная физика», «Электричество и магнетизм», «Оптика», «Физика атома и атомных явлений», «Физика атомного ядра и частиц». Каждый раздел оформлен в виде самостоятельной учебной программы, представленной пояснительной запиской, тематическим планом, содержанием и списками основной и дополнительной литературы. Предназначена для студентов 1-3 курса, обучающихся в по специальности 010400-«Физика»Авторы составители: Профессор В.А.Алешкевич, Профессор А.Ф.Александров,Профессор Л.В.Левшин,Профессор Б.С.Ишханов,Профессор Д.Ф.Киселев, Профессор В.А.Караваев, Профессор И.М.Капитонов,Доцент И.А.Квасников,Профессор В.И.Николаев,Профессор А.М.Попов. © Физический факультет МГУ им.М.В.ЛомоносоваВВЕДЕНИЕКурс общей физики является основным в общей системе современной подготовки физиков - профессионалов. Он излагается на младших курсах и его главной задачей является создание фундаментальной базы знаний, на основе которой в дальнейшем можно развивать более углубленное и детализированное изучение всех разделов физики в рамках цикла курсов по теоретической физике и специализированных курсов. В связи с этим формируются главные требования предъявляемые к курсу "Общая Физика". Первое из них заключается в мировоззренческой и методологической направленности курса. Необходимо сформировать у студентов единую, стройную, логически непротиворечивую физическую картину окружающего нас мира природы. Создание такой картины происходит поэтапно, путем обобщения экспериментальных данных и на их основе производится построение моделей наблюдаемых явлений, со строгим обоснованием приближений и рамок, в которых эти модели действуют. Во вторых, в рамках единого подхода классической (доквантовой) физики необходимо рассмотреть все основные явления и процессы происходящие в природе, установить связь между ними, вывести основные законы и получить их выражение в виде математических уравнений. При этом нельзя ограничиваться чисто понятийными понятиями, а необходимо научить студентов количественно решать конкретные задачи в рамках принятых приближений. По мере необходимости в курсе вводятся некоторые элементы релятивизма, статистически-вероятностных методов, квантовых представлений, которые потом конкретизируются и уточняются в курсах теоретической физики. В третьих, необходимо научить студентов основам постановки и проведения физического эксперимента с последующим анализом и оценкой полученных результатов. Основной формой изложения материала курса являются лекции. Как правило, на лекции выносится 85% - 95% материала изложенного в программе курса. Остальные 5% - 15% материала выносятся для самостоятельного изучения студентами с непременным сообщением им литературных источников и методических разработок. Важнейшей составной частью лекций по общей физике является использование реальных и компьютерных физических экспериментов, учебных диафильмов, модельных компьютерных программ. Наиболее важные разделы программы курса выносятся на семинарские занятия. Как правило, на семинарах рассматривают фрагменты теории требующих сложных математических выкладок, различные методы решения задач и наиболее типичные задачи. Для закрепления материала, рассматриваемого на семинарах, студенты получают домашние задания в виде ряда задач из соответствующих задачников. Неотъемлемой частью курса "Общая Физика" является Общий Физический Практикум. Его главные задачи: 1). Научить применять теоретический материал к анализу конкретных физических ситуаций, экспериментально изучить основные закономерности, оценить порядки изучаемых величин, определить точность и достоверность полученных результатов. 2). Ознакомить с современной измерительной аппаратурой и принципом её действия; с основными принципами автоматизации и компьютеризации процессов сбора и обработки физической информации; с основными элементами техники безопасности при проведении экспериментальных исследований. Часть задач практикума (лабораторные работы) посвящены количественному изучению тех явлений, которые демонстрировались на лекциях в качественном эксперименте. Общее число задач практикума (лабораторных работ), которое должен выполнить студент в каждом семестре, определяется факультетом (кафедрой) в соответствии с учебным планом и содержанием настоящей программы. В соответствии с учебным планом по специальности 010400 – «Физика» курс общей физики состоит из 6 разделов: «Механика», «Молекулярная физика», «Электричество и магнетизм», «Оптика», «Физика атома и атомных явлений», «Физика атомного ядра и частиц». Каждый раздел оформлен в виде самостоятельной учебной программы, представленной пояснительной запиской, тематическим планом, содержанием и списками основной и дополнительной литературы.^ I. МЕХАНИКАПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКАИзучение курса общей физики в классических университетах начинается с раздела «Механика». Это связано с тем, что простейшим видом движения материи является механическая форма движения: перемещения различных тел относительно друг друга и изменение формы тел. Изучение других разделов курса общей физики (молекулярной физики, электричества и магнетизма, оптики и т.д.) невозможно без знания механики, так как перемещения под действием различных сил имеют место при всех физических явлениях. Экспериментально известно, что при скоростях тел малых по сравнению со скоростью света, линейные размеры и промежутки времени остаются неизменными при переходе от одной системы отсчета к другой. Механику, изучающую движение тел при таких условиях, называют классической. Наряду с классической механикой, студенты знакомятся с элементами специальной теории относительности, когда линейные масштабы и промежутки времени зависят от системы отсчета. Механику, основанную на этих представлениях, называют релятивистской В разделе «Механика» реализуются две важнейших задачи: Изучение различных движений и обобщение полученных результатов в виде механических законов движения. Отыскание общих свойств физических систем, независимо от вида взаимодействий между телами. Решение первой задачи приводит к установленным Ньютоном и Эйнштейном динамическим законам, решение же второй задачи ведет к законам сохранения энергии, импульса и момента импульса.В настоящее время кафедрой общей физики МГУ им. М.В.Ломоносова разрабатывается «Университетский курс общей физики», предназначенный для студентов физических специальностей университетов. Разделы курса механики, такие как «Кинематика и динамика абсолютно твердого тела» и «Механика сплошных сред» невозможно изложить без применения соответствующего математического аппарата , использующего такие понятия как «градиент», «дивергенция», «ротор» и т.д. Поэтому при реализации «Университетского курса общей физики» на первом курсе специальности «физика» необходимо курс математики привести в соответствие с задачами, решаемыми в курсе «Механики».^ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАНпо курсу «Механика» № Темы ^ Количество часов Лекций Лабор.-практ. Самостоят. работа Всего Введение. 2 2 2 6 Пространство и время. 2 2 4 8 Кинематика материальной точки. 2 2 4 8 Динамика материальной точки. 2 2 6 10 Законы сохранения. 6 6 8 20 Неинерциальные системы отсчета. 4 4 8 16 Основы специальной теории относительности. 6 4 6 16 Кинематика абсолютно твердого тела. 2 2 4 8 Динамика абсолютно твердого тела. 4 4 8 16 Основы механики деформируемых тел. 6 6 8 20 Механика жидкостей и газов 2 2 4 8 Колебательное движение. 4 4 6 14 Волны в сплошной среде и элементы акустики. 4 4 8 16 ^ Всего по курсу 46 44 76 166 СОДЕРЖАНИЕТема 1: Введение. Предмет физики. Сочетание экспериментальных и теоретических методов в познании окружающей природы. Роль модельных представлений в физике. Физические величины, их измерение и оценка точности и достоверности полученных результатов. Системы единиц физических величин.Тема 2: Пространство и время. Геометрия и пространство. Пространство и время в механике Ньютона и специальной теории относительности. Системы координат и их преобразования. Инварианты преобразований систем координат. Преобразование Галилея и Лоренца. Инерциальные и неинерциальные системы отсчета.Тема 3: Кинематика материальной точки. Способы описания движения. Закон движения. Линейные и угловые скорости и ускорения. Система материальных точек. Уравнения кинематической связи. Преобразование координат и скоростей в классической механике. Принцип относительности. Абсолютное время в классической механике.Тема 4: Динамика материальной точки. Понятия массы, импульса и силы в механике Ньютона. Законы Ньютона. Уравнение движения. Начальные условия. Законы описывающие индивидуальные свойства сил. Закон всемирного тяготения. Движение в поле заданных сил. Силы трения.Тема 5: Законы сохранения. Замкнутые системы отсчета. Закон сохранения и изменения импульса материальной точки и системы материальных точек. Теорема о движении центра масс. Движение тел с переменной массой. Уравнение Мещерского. Формула Циолковского. Работа силы. Консервативные силы. Кинетическая и потенциальная энергия материальной точки и системы материальных точек. Закон сохранения механической энергии системы. Соударение тел. Абсолютно упругий и неупругий удары. Момент импульса и момент силы. Уравнение моментов. Закон сохранения момента импульса. Движение в поле центральных сил. Основные законы движения планет.Тема 6: Неинерциальные системы отсчета. Движение материальной точки в неинерциальной системе отсчета. Преобразование ускорений в классической механике. Силы инерции. Переносная и кориолисова силы инерции. Центробежная сила инерции. Законы сохранения. Принцип эквивалентности. Тема 7: Основы специальной теории относительности. Принцип относительности и постулат скорости света. Пространство и время в теории относительности. Преобразования Лоренца и интервалы этих преобразований. Псевдоевклидова метрика пространства - времени. Следствия преобразований Лоренца. Относительность одновременности и причинность. Сокращение длины двигающихся отрезков и замедление темпа хода двигающихся часов. Сложение скоростей. Релятивистское уравнение движения. Импульс и скорость. Соотношение между массой и энергией.Тема 8: Кинематика абсолютно твердого тела. Степени свободы абсолютно твердого тела. Разложение движения на слагаемые. Углы Эйлера. Поступательное, вращательное и плоское движение твердого тела. Мгновенная ось вращения.Тема 9: Динамика абсолютно твердого тела. Момент силы. Момент импульса тела. Тензор инерции и его главные и центральные оси. Момент импульса относительно оси. Момент инерции. Теорема Гюйгенса. Уравнение движения и уравнение моментов. Динамика плоского движения твердого тела. Физический маятник. Кинетическая энергия твердого тела. Закон сохранения момента импульса тела. Движение тела с закрепленной точкой. Уравнение Эйлера. Гироскопы. Прецессия и нутация гироскопа. Гироскопические силы.Тема 10: Основы механики деформируемых тел. Виды деформаций и их количественная характеристика. Закон Гука. Модуль Юнга. Коэффициент Пуассона. Энергия упругих деформаций. Тема 11: Механика жидкостей и газов. Основы гидро- и аэростатики. Закон Паскаля. Сжимаемость жидкостей и газов. Основное уравнение гидростатики. Распределение давления в покоящейся жидкости (газе) в поле силы тяжести. Барометрическая формула. Закон Архимеда. Условия устойчивого плавания тел. Стационарное течение жидкости. Линии тока. Трубки тока. Уравнение Бернулли. Вязкость жидкости. Течение вязкой жидкости по трубе. Формула Пуазейля. Ламинарное и турбулентное течение. Число Рейнольдса. Лобовое сопротивление при обтекании тел. Парадокс Даламбера. Циркуляция. Подъемная сила. Формула Жуковского. Эффект Магнуса.Тема 12: Колебательное движение. Свободные колебания систем с одной степенью свободы. Гармонические колебания. Сложение гармонических колебаний. Фигуры Лиссажу. Биения. Затухающие колебания. Показатель затухания. Логарифмический декремент затухания. Вынужденные колебания. Процесс установления колебаний. Резонанс. Параметрическое возбуждение колебаний. Автоколебания. Понятие о нелинейных колебаниях. Устойчивое и хаотическое движение. Аттрактор. Колебание систем с двумя степенями свободы. Нормальные колебания (моды) и нормальные частоты.Тема 13: Волны в сплошной среде и элементы акустики. Распространение колебаний давления и плотности в среде. Волны. Длина волны, период колебаний, фаза и скорость волны. Бегущие волны. Продольные и поперечные волны. Уравнение бегущей волны. Волны смещений, скоростей, деформаций и напряжений. Волновое уравнение. Волны на струне, в стержне, газах и жидкостях. Связь скорости волны с параметрами среды. Отражение и преломление волн. Основные случаи граничных условий. Интерференция волн. Стоячие волны. Нормальные колебания стержня, струны, столба газа. Акустические резонаторы. Поток энергии в бегущей волне. Вектор Умова. Элементы акустики. Интенсивность и тембр звука. Ультразвук. Движение со сверхзвуковой скоростью. Ударные волны. Эффект Доплера.ЛИТЕРАТУРАОсновная литература. 1. А.Н.Матвеев. Механика и теория относительности. М.: Высшая школа, 1986. 2. С.Э.Хайкин. Физические основы механики. М.: Наука, 1971. 3. С.П.Стрелков. Механика. М.: Наука, 1975. 4. Д.В.Сивухин. Общий курс физики. Т.1. Механика. М.: Наука, 1989. 5. С.П.Стрелков, Д.В.Сивухин, В.А.Угаров, И.А.Яковлев. Сборник задач по общему курсу физики. Механика. Под редакцией И.А.Яковлева. М.: Наука. 1977. 6. И.Е.Иродов. Задачи по общей физике. М.: Наука, 1988. 7. Общий физический практикум. Под редакцией А.Н.Матвеева и Д.Ф.Киселева. М.: Изд. Моск. Университета. 1991.Дополнительная литература. 1. Р.Фейнман и др. Фейнмановские лекции по физике. М.: Мир, 1977. 2. Ч.Киттель, У.Найт, М.Рудерман. Механика. М.: Наука, 1983. 3. Р.В.Поль. Механика, акустика и учение о теплоте. М.: Наука, 1971. 4. И.В.Савельев. Курс общей физики. Т.1. М.: Наука, 1986.^ II. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКАПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКАМолекулярная физика занимает особое место в курсе общей физике. Традиционно для изучения курса общей физики в классических университетах раздел «Молекулярная физика» следует непосредственно за механикой и, естественно, опирается на идеи классической механики. При этом остаются нераскрытыми многие важные стороны молекулярных явлений, требующие использования представлений квантовой механики. Статистическое изложение квантовой механики даже в элементарной форме непосредственно после классической механики методически не оправдано. Начинающие изучать курс общей физики должны ознакомиться с большим объемом экспериментальных фактов, которые должны убедить его в недостаточности классических представлений и необходимости введения квантовых представлений. Таким образом, преодолевая эту научно-педагогическую трудность, мы предлагаем излагать курс молекулярной физики, обращая особое внимание на две стороны вопроса: 1) изучение особенностей молекулярной формы движения самой по себе; 2) овладение методами изучения многих частиц, т.е. статистическими методами. Данная программа курса «Молекулярной физики» направлена в первую очередь на изучение статистических закономерностей и на применение термодинамического метода для изучения молекулярных систем. Молекулярная форма движения при этом становится частной формой, на примере которой демонстрируются общие закономерности статистической физики и термодинамики.^ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАНпо курсу «Молекулярная физика» № Темы ^ Количество часов Лекций Лабор.-практ. Самостоят. работа Всего Введение. 2 2 2 6 Статистический подход к описанию молекулярных явлений. 4 4 6 14 Идеальный газ. 2 2 4 8 Понятие температуры. 2 2 2 6 Распределение молекул газа по скоростям. 4 2 6 12 Идеальный газ во внешнем потенциальном поле. 2 2 4 8 Броуновское движение. 4 4 4 12 Термодинамический подход к описанию молекулярных явлений. 2 2 4 8 Первое начало термодинамики. 4 4 6 14 Циклические процессы. 2 2 4 8 Второе начало термодинамики. 4 2 6 12 Понятие энтропии термодинамической системы. 2 2 4 8 Реальные газы и жидкости. 4 4 4 12 Поверхностные явления в жидкостях. 2 2 4 8 Твердые тела. 4 4 6 14 Фазовые переходы первого и второго рода 2 2 4 8 Явления переноса. 4 4 4 12 ^ Всего по курсу 50 46 74 170 СОДЕРЖАНИЕТема 1:Введение. Предмет молекулярной физики. Основные экспериментальные факты, свидетельствующие о дискретном строении вещества. Тепловое движение с точки зрения молекулярных представлений. Масштабы физических величин в молекулярной теории. Массы и размеры молекул. Число Авогадро. Особенности межмолекулярного взаимодействия. Агрегатные состояния и характер теплового движения в газах, жидкостях и твердых телах. Тема 2:Статистический подход к описанию молекулярных явлений. Статистические закономерности и описание системы многих частиц. Макроскопическое и микроскопическое состояние системы. Молекулярная система как совокупность частиц и как сплошная среда. Тепловое равновесие систем. Условия равновесия.Тема 3:Идеальный газ. Модель идеального газа. Равновесное пространственное распределение частиц идеального газа. Биноминальное распределение (распределение Бернулли). Предельные случаи биноминального распределения: распределения Пуассона и Гаусса. Флуктуации плотности идеального газа. Малость относительных флуктуаций. Молекулярная теория давления идеального газа. Тема 4:Понятие температуры. Принципы конструирования термометра. Термометрическое вещество и термометрическая величина. Эмпирические шкалы температур. Шкала температур на основе свойств идеального газа. Уравнение состояния идеального газа (уравнение Клапейрона - Менделеева).Тема 5:Распределение молекул газа по скоростям. Распределение Максвелла. Характерные скорости молекул. Принцип детального равновесия. Наивероятнейшая, средняя и среднеквадратичная скорости молекул газа. Распределение молекул по компонентам скоростей. Экспериментальная проверка распределения Максвелла.Тема 6:Идеальный газ во внешнем потенциальном поле. Распределение Больцмана. Барометрическая формула. Распределение Максвелла - Больцмана и его экспериментальная проверка.Тема 7:Броуновское движение. Столкновения молекул в газе. Длина свободного пробега. Частота соударений. Газокинетический диаметр. Рассеяние молекулярных пучков в газе. Теорема о равномерном распределении кинетической энергии по степеням свободы. Броуновское движение. Формула Эйнштейна. Опыты Перрена по определению числа Авогадро.Тема 8:Термодинамический подход к описанию молекулярных явлений. Термодинамические параметры. Нулевое начало термодинамики. Понятие термодинамического равновесия. Принцип термодинамической аддитивности. Физические ограничения термодинамической теории. Квазистатические процессы. Обратимые и необратимые процессы.Тема 9:Первое начало термодинамики. Теплоёмкость системы. Теплоемкость идеального газа. Связь теплоемкости газа с числом степеней свободы молекул. Уравнение Майера. Политропический процесс. Уравнение политропы и его частные случаи. Классическая теория теплоемкости твердых тел. Закон Дюлонга и Пти. Фундаментальные трудности классической теории теплоемкости.Тема 10:Циклические процессы. Преобразование теплоты в работу. Нагреватель, рабочее тело, холодильник. Коэффициент полезного действия. Тепловой двигатель и холодильная машина. Цикл Карно и его КПД.Тема 11:Второе начало термодинамики. Две теоремы Карно. Термодинамическая шкала температур и её тождественность идеально-газовой шкале. Нестандартные единицы измерения температуры. Неравенство Клазиуса. Второе начало термодинамики. Формулировка Клазиуса и Томсона (Кельвина). Их эквивалентность.Тема 12:Понятие энтропии термодинамической системы. Закон возрастания энтропии в неравновесной изолированной системе. Энтропия и вероятность. Микро- и макросостояния системы. Термодинамическая вероятность. Принцип Больцмана. Статистическая интерпретация второго начала термодинамики.Тема 13:Реальные газы и жидкости. Реальные газы. Изотермы Амага. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса. Изотермы Ван-дер-Ваальса. Критическое состояние. Область двухфазных состояний. Метастабильные состояния. Критические параметры газа Ван-дер-Ваальса. Закон соответственных состояний. Силы межмолекулярного взаимодействия. Потенциал Леннарда - Джонса. Эффект Джоуля - Томсона. Методы получения низких температур.Тема 14:Поверхностные явления в жидкостях. Коэффициент поверхностного натяжения. Краевой угол. Давление под искривленной поверхностью жидкости. Формула Лапласа. Капиллярные явления.Тема 15:Твердые тела. Кристаллические и аморфные состояния. Кристаллы. Симметрия кристаллов. Элементы точечной симметрии: ось симметрии, плоскость симметрии, центр инверсии, инверсионная ось симметрии, зеркально-поворотная ось симметрии. Трансляция и трансляционная симметрия. Кристаллическая решетка. Элементарная ячейка. Сингонии. Решетка Браве. Индексы Миллера. Изоморфизм и полиморфизм. Фазы переменного состава. Дефекты в кристаллах. Дислокации. Понятие о жидких кристаллах.Тема 16:Фазовые переходы первого и второго рода. Фаза. Классификация фазовых переходов по Эренфесту. Термодинамический потенциал Гиббса как функция состояния. Фазовые переходы первого рода. Уравнение Клапейрона - Клаузиуса. Скрытая теплота перехода. Тройная точка. Фазовые переходы второго рода. Аномалии теплового расширения при фазовых переходах.Тема 17:Явления переноса. Понятие о релаксационных процессах в молекулярных системах. Диффузия: закон Фика. Внутреннее трение (перенос импульса): закон Ньютона - Стокса. Теплопроводность: закон Фурье. Уравнение переноса. Явление переноса в газах. Связь коэффициентов переноса с молекулярно-кинетическими характеристиками газа.ЛИТЕРАТУРАОсновная литература. 1. А.К.Кикоин, И.К.Кикоин. Молекулярная физика. М.: Наука, 1976. 2. Д.В.Сивухин. Общий курс физики. Т.2. Термодинамика и молекулярная физика. М.: Наука, 1990. 3. А.Н.Матвеев. Молекулярная физика. М.: Высшая школа, 1987. 4. В.Л.Гинзбург, Л.М.Левин, Д.В.Сивухин, И.А.Яковлев. Сборник задач по общему курсу физики. Термодинамика и молекулярная физика.(Под редакцией Д.В.Сивухина). М.: Наука, 1988. 5. П.С.Булкин, И.И.Попова. Общий физический практикум. Молекулярная физика. Под редакцией А.Н.Матвеева и Д.Ф.Киселева. Издательство Моск. Универ., 1988.Дополнительная литература. Ф.Рейф. Статистическая физика. Берклеевский курс физики. Т.5. М.: Наука, 1986. Р.Фейман, Р.Лейтон, М.Сэндс. Феймановские лекции по физике. Вып.4. Кинетика. Теплота. Звук. М.: Мир, 1977. Р.В.Поль. Механика, акустика и учение о теплоте. М.: Наука, 1971. И.В.Савельев. Курс общей физики. Т.1. М.: Наука, 1986.^ III. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКАКурс “Электричество и магнетизм” является одним из важнейших разделов курса общей физики, на основе которого в дальнейшем можно развивать более углубленное и детализированное изучение физики электрических и магнитных явлений в рамках цикла курсов по теоретической физике и дисциплин специализаций. Требования, предъявляемые к курсу, являются общими для всех разделов курса общей физики и определяются в первую очередь мировоззренческой и методологической направленностью курса и изложены в общей “Пояснительной записке” к дисциплине курса “Общей физики”. В рамках единого подхода классической физики необходимо рассмотреть все основные электрические и магнитные явления и процессы, происходящие в природе, вывести основные законы и получить их выражение в виде математических уравнений. Особое значение должно быть придано показу фундаментальных связей между электрическими и магнитными явлениями. Кроме освоения основных понятий необходимо научить студентов количественно решать конкретные задачи в рамках принятых приближений. Еще одним важным требованием является необходимость научить студентов основам постановки и проведения физического эксперимента с последующим анализом и оценкой полученных результатов. В этом случае необходимо привлечение компьютерных технологий, что указывает на необходимость не только традиционных межпредметных связей с дисциплинами математического цикла, но и с курсами, рассматривающими новые информационные технологии.Основной формой изложения материала курса являются лекции, важнейшей составной частью которых является использование реальных и компьютерных физических экспериментов. При изучении курса “Электричество и магнетизм ” предусматривается Общий Физический Практикум, при выполнении которого у студентов формируются навыки и умения применения теоретического материала к анализу конкретных физических ситуаций, использования современной измерительной аппаратурой, принципом ее действия и методами автоматизации и компьютеризации процессов сбора и обработки физической информации. Целью практикума также является изучение основных закономерностей процессов и оценка порядков изучаемых величин, точности и достоверности полученных результатов. В соответствии со стандартом высшего профессионального образования дисциплина “Электричество и магнетизм “ осваивается студентами на 2 курсе (3 семестр)^ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН по курсу «Электричество и магнетизм» № Темы ^ Количество часов Лекций Лабор.-практ. Самостоят.работа Всего 1. Электростатика 8 6 6 20 2. Проводники в электрическом поле 2 2 4 8 3. Диэлектрики в электрическом поле 4 4 4 12 4. Постоянный электрический ток 4 4 6 14 5. Постоянное магнитное поле 4 4 6 14 6. Магнетики 4 4 8 16 7. ^ Электромагнитная индукция 2 4 4 10 8. Электромагнитные колебания 2 4 4 10 9. Переменный синусоидальный ток 2 2 4 8 10 Механизмы электропроводности 10 4 13 27 11 Движение заряженных частиц в эл. и магн. Полях - 2 4 6 12 Уравнения Максвелла 2 2 4 8 13 Электромагнитные волны 2 2 4 8 ^ Всего по курсу 46 44 71 161 СОДЕРЖАНИЕ Тема 1:Введение.Электромагнитное взаимодействие и его место среди других взаимодействий в природе. Электрический заряд. Закон сохранения заряда.Тема 2:ЭлектростатикаЗакон Кулона. Вектор напряженности электрического поля. Принцип суперпозиции электрических полей. Теорема Остроградского-Гаусса, ее представление в дифференциальной форме. Теорема Ирншоу.Работа сил электростатического поля. Потенциальность электростатического поля. Потенциал. Связь потенциала с вектором напряженности электростатического поля. Теорема о циркуляции вектора напряженности электрического поля и ее представление в дифференциальной форме. Уравнение Пуассона в связи с математической постановкой задач электростатики.Электрический диполь. Поле диполя. Силы, действующие на диполь в электрическом поле.Энергия системы электрических зарядов. Энергия электростатического поля и ее объемная плотность. Энергия электрического диполя во внешнем поле.Тема 3:Проводники в электростатическом поле. Напряженность поля у поверхности и внутри проводника. Распределение заряда на поверхности проводника. Электростатическая защита. Измерение потенциала проводника. Эквипотенциальные поверхности. Связь между зарядом и потенциалом проводника. Электроемкость. Конденсаторы. Емкость плоского, сферического и цилиндрического конденсаторов. Энергия заряженного конденсатора. Силы, действующие на проводники в электрическом поле.Тема 4:Диэлектрики и электростатическое полеДиэлектрики. Вектор поляризации. Свободные и связанные заряды. Связь вектора поляризации со связанными зарядами. Вектор электрической индукции. Диэлектрическая проницаемость и диэлектрическая восприимчивость вещества. Материальное уравнение для вектора электрического поля. Понятие о тензоре диэлектрической проницаемости.Теорема Остроградского-Гаусса в присутствии диэлектриков. Ее дифференциальная форма. Граничные условия для вектора поляризации, напряженности и индукции электрического поля. Преломление линий поляризации, напряженности и индукции на границе раздела двух диэлектриков.Энергия диэлектрика во внешнем электрическом поле. Пондеромоторные силы и методы их вычисления.Электронная теория поляризации диэлектриков. Локальное поле. Неполярные диэлектрики. Формула Клаузиса-Мосотти. Неполярные диэлектрики. Функция Ланжевена. Поляризация ионных кристаллов.Электрические свойства кристаллов. Пироэлектрики. Пьезоэлектрики. Прямой и обратный пьезоэффект и его применение. Сегнетоэлектрики. Доменная структура сегнетоэлектриков. Гистерезис. Точка Кюри сегнетоэлектриков. Применение сегнетоэлектриков.Тема 5:Постоянный электрический ток.Сила и плотность тока. Линии тока. Электрическое поле в проводнике с током и его источники. Уравнение непрерывности. Условие стационарности тока. Электрическое напряжение. Закон Ома для участка цепи. Электросопротивление. Удельная электропроводность вещества. Дифференциальная форма закона Ома. Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца и его дифференциальная форма. Сторонние силы. ЭДС. Закон Ома для замкнутой цепи. Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа. Закон сохранения энергии для цепей постоянного тока.Тема 6:Постоянное магнитное поле.Электромагнетизм. Магнитостатика. Взаимодействие токов. Элемент тока. Вектор индукции магнитного поля. Закон Био-Савара-Лапласа. Действие магнитного поля на ток. Закон Ампера. Теорема о циркуляции вектора индукции магнитного поля. Дифференциальная форма теоремы о циркуляции. Вихревой характер магнитного поля. Векторный потенциал и его связь с вектором индукции магнитного поля.Элементарный ток и его магнитный момент. Поле элементарного тока. Элементарный ток в магнитном поле. Понятие о магнитном диполь-дипольном взаимодействии. Сила Лоренца. Эффект Холла. Магнитное поле движущегося заряда.Поток вектора магнитной индукции. Коэффициент самоиндукции (индуктивность) контура. Коэффициент взаимной индукции.Тема 7:Магнетики.Понятие о молекулярных токах. Вектор намагниченности и его связь с молекулярными токами. Вектор напряженности магнитного поля. Магнитная проницаемость и магнитная восприимчивость вещества. Материальное уравнение для векторов магнитного поля. Понятие о тензоре магнитной проницаемости.Граничные условия для векторов напряженности и индукции магнитного поля. Магнитное поле в полостях в однородном магнетике. Принципиальные методы измерения напряженности и индукции магнитного поля в магнетиках. Классификация магнетиков : диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики. Классическое описание диамагнетизма. Ларморова прецессия. Объяснение парамагнетизма по Ланжевену. Гиромагнитное отношение. Опыты Эйнштейна-де-Гааза. Опыт Барнетта.Ферромагнетизм. Доменная структура. Гистерезис намагничивания. Кривая Столетова. Остаточная индукция и коэрцитивная сила. Температурная зависимость намагниченности. Точка Кюри. Силы, действующие на магнетики в магнитном поле. Магнитные материалы и их применение.Тема 8:Электромагнитная индукция.Закон электромагнитной индукции Фарадея и его формулировка в дифференциальной форме. Правило Ленца. Индукционные методы измерения магнитных полей. Токи Фуко.Магнитная энергия контура с током. Энергия магнитного поля. Ее объемная плотность. Энергия магнитного поля в веществе.Тема 9:Электромагнитные колебания.Квазистационарные поля. Критерии квазистационарности. Колебательный контур. Собственные колебания в контуре. Уравнение гармонических колебаний. Энергия запасенная в контуре. Затухающие колебания в контуре и их уравнение. Показатель затухания. Время релаксации. Логарифмический декремент затухания. Добротность контура.Вынужденные колебания в контуре. Резонанс. Процесс установления вынужденных колебаний.Тема 10:Переменный синусоидальный ток. Квазистационарные токи. Методы комплексных амплитуд и векторных диаграмм. Активное, емкостное и индуктивное сопротивление. Закон Ома для цепей переменного тока.Резонанс напряжений. Резонанс токов. Генераторы и электродвигатели. Трехфазный ток. Получение вращающегося магнитного поля. Трансформатор. Принцип действия, применение. Высокочастотные токи. Скин-эффект.Тема 11:Механизмы электропроводности.Проводники. Основные положения классической электронной теории проводимости Друде-Ленца. Опыты Толмена и Стюарта. Законы Ома И Джоуля-Ленца в классической теории. Закон Видемана-Франца.Понятие о зонной теории твердых тел. Энергетические уровни и формирование энергетических зон. Принцип Паули. Статистика Ферми-Дирака.Полупроводники. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Полупроводники p и n типа. P-n переход. Применение полупроводников: полупроводниковые диоды, транзисторы, фотодиоды, фоторезисторы.Контактные явления. Контактная разность потенциалов. Термоэлектричество. Термоэлектродвижущая сила. Термопары. Эффект Пельтье . Явление Томсона.Сверхпроводимость. Основные свойства сверхпроводников. Эффект Мейснера, критическое магнитное поле. Примнение сверхпроводников.Электролиты. Закон Фарадея.Токи в газах. Основные типы газовых разрядов. Плазменное состояние вещества. Электропроводность плазмы.Электрический ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия.Тема 12:Движение заря