МОДУЛЬ 2: «ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ, КОЛЕБАНИЯ, ВОЛНЫ И ОПТИКА»
Лекции – 34 часа, практические занятия –17 часов, физический практикум – 34 часа, самостоятельная работа – 50 часов
содержание лекций модуля 2
Часы |
Темы лекционных занятий
|
2
|
Взаимодействие движущихся зарядов. Релятивистский характер магнитного взаимодействия заряженных частиц. Поле движущегося заряда. Индукция магнитного поля. Закон Био – Савара - Лапласа. Расчёт магнитных полей простейших систем проводников (прямой проводник, круговой ток) с помощью закона Био-Савара - Лапласа и принципа суперпозиции
|
2
|
Сила Лоренца. Сила Ампера. Контур с током и его магнитное поле. Магнитный момент. Контур с током во внешнем магнитном поле.
|
2
|
Уравнение Максвелла о потоке вектора  . Уравнение Максвелла о циркуляции вектора . Вихревой характер магнитного поля. Магнитное поле соленоида.
|
4
|
Магнитное поле в веществе. Вектор намагниченности. Вектор напряженности магнитного поля  . Магнитная проницаемость. Основные уравнения магнитостатики в веществе. Граничные условия для векторов и . Парамагнетики, диамагнетики, ферромагнетики.
|
2
|
Закон электромагнитной индукции Фарадея. Правило Ленца. Самоиндукция. Индуктивность. Расчет индуктивности соленоида. Энергия магнитного поля. Энергия электромагнитного поля.
|
2
|
Полная система уравнений Максвелла в интегральной и дифференциальной формах. Ток смещения.
|
2
|
Колебания. Единый подход к колебаниям различной физической природы. Модель гармонического осциллятора. Дифференциальное уравнение гармонического осциллятора. Примеры расчета собственных частот механических и электрических осцилляторов. Преобразование различных видов энергии в гармоническом осцилляторе.
|
2
|
Метод векторных диаграмм. Сложение колебаний одного направления с одинаковыми и близкими частотами. Биения. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний.
|
2
|
Затухание свободных колебаний. Дифференциальное уравнение затухающих колебаний и его решение. Параметры, характеризующие затухание колебаний и связь между ними.
|
2
|
Вынужденные колебания. Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний и его решение. Резонанс и его природа.
|
2
|
Волновые движения, кинематика волн. Плоская гармоническая волна. Волновое уравнение. Упругие волны.
|
2
|
Электромагнитные волны. Основные свойства электромагнитных волн, их вывод из уравнений Максвелла. Перенос энергии электромагнитной волной. Вектор Пойнтинга.
|
2
|
Отражение и преломление электромагнитных волн на границе двух диэлектриков. Законы отражения и преломления.
|
2
|
Интерференция волн. Понятие когерентности. Стоячие волны. Расчет интерференционной картины от двух когерентных источников. Оптическая длина пути. Интерференция света в тонких пленках.
|
2
|
Дифракция волн. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция Френеля на круглом отверстии и диске. Дифракция Фраунгофера на щели и дифракционной решётке. Понятие о спектральном анализе и голографии
|
2
|
Распространение электромагнитных волн в веществе. Дисперсия электромагнитных волн. Фазовая и групповая скорости волн.
|
2
|
Поляризация света. Способы получения поляризованного света. Закон Брюстера. Прохождение света через два поляризатора. Закон Малюса. Вращение плоскости поляризации оптически активными средами.
|
Содержание практических занятий модуля 2
Часы
|
Темы практических занятий
|
Деятельность студента. Решая задачи, студент:
|
4
|
Расчёт магнитных полей.
|
Применяет закон Био-Савара - Лапласа для расчёта индукции магнитного поля созданного тонкими проводниками с током различной геометрической конфигурации.
Применяет принцип суперпозиции для расчета магнитных полей, созданных системой простых проводников.
Рассчитывает индукцию магнитного поля, созданного симметрично распределёнными токами с помощью уравнения Максвелла о циркуляции вектора  .
|
2
|
Закон электромагнитной индукции.
|
Рассчитывает Э. Д. С. индукции, возникающей при изменении индукции магнитного поля, площади контура, движении проводника в магнитном поле.
Применяет правило Ленца для нахождения направления индукционного тока.
|
2
|
Составление дифференциального уравнения гармонического осциллятора.
|
Использует законы физики для описания свободных колебаний простейших механических и электрических колебательных систем.
Учится описывать механические и электрические колебания дифференциальными уравнениями, получать решения дифференциальных уравнений с учетом начальных условий.
Оценивает в каждом рассматриваемом случае условия применимости модели гармонического осциллятора.
|
2
|
Затухающие колебания
|
Описывает колебания простейших физических систем с учётом сил трения и сопротивления.
Вычисляет основные характеристики затухающих колебаний: коэффициент затухания, логарифмический декремент, добротность.
|
2
|
Волны.
|
Вычисляет характеристики упругих и электромагнитных одномерных гармонических волн в простейших физических ситуациях.
|
2
|
Интерференция света.
|
Рассчитывает интерференционные картины в тонких пленках и различных интерферометрах.
Вычисляет интенсивность света и положение интерференционных максимумов
|
3
|
Дифракция света.
|
Применяет метод зон Френеля для анализа явлений дифракции Френеля.
Рассчитывает дифракционные картины при дифракции на щели, дифракционной решетке, на круглом отверстии и диске.
|
Содержание физического практикума модуля 2
Часы
|
Тема лабораторных занятий.
|
Деятельность студента. В процессе выполнения лабораторной работы студент:
|
4
|
Определение удельного заряда электрона.
|
Строит модель движения электрона в скрещенных электрическом и магнитных полях.
Определяет удельный заряд электрона.
Сравнивает полученное значение удельного заряда с табличным значением.
|
4
|
Свободные колебания в системе двух связанных маятников.
|
Изучает явление биения.
Графически представляет частоту биения от параметров маятников.
Осваивает понятие жесткости связи.
|
4
|
Изучение сложения колебаний.
|
Собирает схему наблюдения фигур Лиссажу.
Работает с осциллографом.
Объясняет полученный результат с помощью векторной диаграммы.
|
4
|
Собственные электромагнитные колебания.
|
По виду осциллограмм должен оценить и рассчитать параметры затухания.
Сравнивает полученные результаты с расчетными.
Оценивает ошибки измерений.
|
4
|
Вынужденные колебания в колебательном контуре.
|
Экспериментально строит резонансные кривые и объясняет полученный результат в рамках изученной теории.
|
4
|
Волны на струне.
|
Изучает стоячие волны, возникающие в механической системе.
По найденной частоте одной из гармоник рассчитывает частоты высших гармоник.
|
4
|
Измерение показателя преломления интерференционным методом.
|
Знакомится с работой интерферометров на примере интерферометра Майкельсона.
Объясняет полученный результат, используя понятие когерентности волн.
|
4
|
Измерение длины волны света и ультразвука дифракционным методом.
|
Знакомится с работой гониометра, наблюдает дифракцию на решетке.
Знакомится с фазовой и амплитудной дифракционными решетками.
|
4
|
Изучение поляризации света и вращения плоскости поляризации
|
Знакомится с устройством поляризатора.
Исследует вращение плоскости поляризации в оптически активной среде в зависимости от величины активности.
|
Расчетно-графическое задание модуля 2
Тема расчетно-графического задания.
|
Деятельность студента. Решая задачи, студент:
|
Электричество и магнетизм. Физика колебаний и волн.
Задание выдается по методическим указаниям:
Электричество и магнетизм. Новосибирск, НГТУ 2003.
Колебания. Волны. Оптика. Новосибирск. НГТУ. 2007.
|
Осваивает расчеты дифференциальных уравнений, описывающих основные типы колебаний.
Рассчитывает дифракционные картины с использованием теорий Френеля и Фраунгофера.
|
На выполнение расчётно-графического задания отводится десять недель. Задание выполняется в отдельной тетради и сдаётся лектору на проверку. После проверки работы преподавателем осуществляется её защита, затем выставляется окончательная оценка по 15-ти бальной шкале, которая учитывается при сдаче экзамена.
|
