Пояснения к рабочей программе

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

Приступая к изучению этого раздела, студент должен уделить особое внимание закону электродинамики — 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 ЭДС индукции, энергии магнитного поля.

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

При изучении темы «Колебания» следует параллельно рассматривать механические и электромагнитные колебания, что способствует выработке у студента единого подхода к колебаниям различной физической природы. Здесь следует четко уяснить понятия фазы, разности фаз, амплитуды, частоты, периода колебаний, и там, где это необходимо, использовать графический метод представления гармонического колебания. Нужно уяснить, что любые колебания линейной системы всегда можно представить в виде суперпозиции одновре­менно совершающихся гармонических колебаний с различными частотами, амплитудами и начальными фазами.

Изучение темы «Волны» целесообразно начинать с механических волн, распространяющихся в упругих средах. Здесь следует обратить внимание на картину мгновенного распределения смещений и скоростей в бегущей волне, различие между бегущей и стоячей волнами, зависимость фазовой скорости от частоты колебаний, найти связь между групповой и фазовой скоростями и показать их равенство в отсутствие дисперсии волн. Особое внимание студент должен уделить условию интерференции волн, энергетическому соотношению при интерференции волн, понять и объяснить перераспределение энергии при образовании минимумов и максимумов интенсивности. Переходя к изучению электромагнитных волн, студенту следует ясно представить себе физический смысл уравнений Максвелла (в интегральной форме) и, опираясь на них, рассмотреть свойства этих волн. Нужно четко представлять, что переменные электрическое и магнитное поля взаимосвязаны, они поддерживают друг друга и могут су­ществовать независимо от источника, их породившего, распространяясь в пространстве в виде электромагнитной волны. Другими словами, электромагнитная волна — это распространяющееся в пространстве переменное электромагнитное поле. Под энергией электромагнитного поля следует подразумевать сумму энергий электрического и магнитного полей. Простейшей системой, излучающей электромагнитные волны, является колеблющийся электрический диполь. Следует помнить, что если диполь совершает гармонические колебания, то он излучает монохроматическую волну.

Контрольная работа № 4 представлена набором таких задач, которые помогут студенту проверить свои знания по таким вопросам, как применение закона Био—Савара—Лапласа для расчета магнитной индукции (или напряженности) магнитного поля, создаваемого проводниками с током различной конфигурации, научиться применять принцип суперпозиции при определении индукции или напряженности простейших полей, определять траекторию движения заряженной частицы, ее удельный заряд и силу, действующую на движущуюся частицу в магнитном поле, вычислять работу, совершаемую силами как при движении прямолинейного проводника с током, так и при вращении контура с током различной конфигурации в магнитном поле, находить намагниченность, энергию и объемную плотность энергии магнитного поля соленоида и тороида.

Задачи на гармонические колебания охватывают такие вопро­сы, как определение амплитуды, скорости, ускорение, энергии при механических колебаниях, периоды, электроемкости, индуктивности, силы тока, напряжения, энергии при электромагнитных колебаниях. Волновые процессы представлены задачами, в которых определяют­ся период, длина, скорость распространения, энергия и объемная плотность энергии механических и электромагнитных волн.

Основные законы и формулы

Закон Ампера
Механический момент, действующий на контур с током, помещенный в магнитное поле
Магнитный момент контура с током
Связь магнитной индукции с напряженностью магнитного поля
Закон Био—Савара—Лапласа
Магнитная индукция в центре кругового тока
Магнитная индукция: поля, созданного бесконечно длинным прямым проводником с током
поля, созданного отрезком проводника с током
поля бесконечно длинного соленоида и тороида
Сила взаимодействия двух прямолинейных бесконечно длинных параллельных проводников с током
Вектор Пойнтинга
Напряженность магнитного поля, создаваемого движущимся зарядом
Сила Лоренца   Магнитный поток однородного магнитного поля
Работа по перемещению контура с током в магнитном поле
Основной закон электромагнитной индукции
Потокосцепление
Потокосцепление соленоида
Электродвижущая сила самоиндукции
Индуктивность соленоида
Заряд, протекающий по замкнутому контуру при возникновении в нем индукционного тока
Мгновенное значение силы тока в цепи, обладающей сопротивлением R и индуктивностью L
Энергия магнитного поля
Объемная плотность энергии магнитного поля
Намагниченность
Магнитная восприимчивость среды
Период электромагнитных колебаний в контуре (формула Томсона)
Скорость распространения электромагнитных волн в среде
Уравнение гармонического колебания
Полная энергия при гармоническом колебании
Уравнение бегущей волны