Примерная схема решения задач
Министерство образования российской федерации
Государственное образовательное учреждение высшего
Профессионального образования
Ижевский Государственный Технический Университет
Кафедра Профессиональная педагогика
Электричество и магнетизм
Методические указания
И контрольные задания по физике
для студентов
инженерно-технических и инженерно-педагогических
специальностей
ИЖЕВСК – 2006
Рекомендовано в качестве методического пособия студентам инженерно-технических и инженерно-педагогических специальностей решением кафедры “Профессиональная педагогика” ИжГТУ (протокол № от апреля 2006 г)
| Составители: | канд.физ.-мат.наук, доцент Булатова Е.Г. |
| канд.физ.-мат.наук, доцент Бузилов С.В. |
| Рецензенты: | канд.физ.-мат.наук, д-р пед.наук, профессор Черепанов В.С. |
Ó Е.Г. Булатова, 2006
Ó С.В. Бузилов, 2006
Ó Издательство ИжГТУ, 2006
Введение
Среди естественных наук одно из важнейших мест занимает физика. Она имеет дело с исходными, наиболее общими фундаментальными закономерностями природы, на основе которых создают свои теоретические построения и совершенствуют свои экспериментальные методы естественные и прикладные науки. Это предопределяет значение курса физики в программах высшей школы, особенно высших технических учебных заведений. На протяжении последних трех столетий развитие техники тесно переплеталось с развитием физики, которая предваряла принципиально новые направления в технике. Наблюдаемый сегодня прогресс во всех областях естествознания связан с проникновением в них физических представлений и методов исследования. И поэтому физика принадлежит к числу фундаментальных наук, составляющих основу теоретической подготовки инженеров и играющих роль той базы, без которой невозможна успешная деятельность инженера в любой области современной техники.
|
|
|
Физика есть наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи, наиболее общие и простые формы движения материи (механические, тепловые, электромагнитные и др.) и их взаимные превращения. Главная цель физики – выявить и объяснить законы природы, которыми определяются все физические явления. Физика - это наука, в которой создаются представления об единстве всего окружающего нас мира. Занимая центральное место среди других наук в объяснении законов природы, физика играет первостепенную роль в формировании научного материалистического мировоззрения, целостной физической картины окружающего нас мира. Физика в наши дни становится важным элементом культуры современной цивилизации.
|
|
|
Основными задачами курса физики в вузах являются:
1. Формирование у студентов диалектико-материалистических представлений об явлениях и процессах, происходящих в природе, что способствует развитию научного мышления, в частности, правильного понимания границ применимости различных физических понятий, законов, теорий и умения оценивать степень достоверности результатов, полученных с помощью экспериментальных методов исследования. Конкретные физические примеры как нельзя лучше убеждают в том, что знание философии, повседневное применение ее законов являются одним из существенных залогов успешного развития науки и техники, прогресса человеческого общества.
2. Усвоение основных физических явлений, их механизмов, законов классической и современной физики, методов физического исследования - теоретического фундамента будущей специальности студентов. Эти знания позволят будущим инженерам ориентироваться в потоке научной и технической информации и обеспечат им возможность использования новых физических принципов в тех областях техники, в которых они специализируются. Правильное представление о природе физических явлений особенно важно при постановке новых вопросов, которые всегда возникают в процессе практической деятельности инженера.
|
|
|
3. Выработка у студентов приемов и навыков решения конкретных задач из разных областей физики, помогающих студентам в дальнейшем решать инженерные задачи.
4. Ознакомление студентов с научной аппаратурой, выработка у студентов начальных навыков проведения экспериментальных исследований различных физических явлений и оценки погрешностей измерений.
Цель настоящего учебно-методического пособия – оказать помощь студентам инженерно-технических и инженерно-педагогических специальностей вуза в изучении раздела курса физики «Электричество и магнетизм».
По данному разделу физики в пособии приведена контрольная работа. Перед контрольным заданием приводятся основные законы и формулы, примеры решения задач. Кроме того, в пособии приведены общие методические указания, рабочая программа по указанному разделу физики, примерная схема решения задач, задачи для самостоятельного решения и некоторые справочные материалы.
Сведения, связанные со спецификой изучения курса физики в рамках конкретной специальности данного вуза, сообщаются студентам дополнительно преподавателем.
|
|
|
Общие методические указания
Для облегчения работы организуется чтение лекций, проведение практических занятий и лабораторных работ. Поэтому процесс изучения физики состоит из следующих этапов: 1) проработка установочных и обзорных лекций; 2) самостоятельная работа над учебниками и учебными пособиями; 3) выполнение контрольных работ; 4) прохождение лабораторного практикума; 5) сдача зачетов и экзаменов.
При самостоятельной работе над учебным материалом необходимо:
1) составлять конспект, в котором записывать законы и формулы, выражающие эти законы, определения основных физических понятий и сущность физических явлений и методов исследования;
2) изучать курс физики систематически, т. к. в противном случае материал будет усвоен поверхностно;
3) стараться пользоваться каким-то одним учебником или учебным пособием (или ограниченным числом пособий), чтобы не утрачивалась логическая связь между отдельными вопросами изучаемого раздела курса.
Контрольная работа позволяет закрепить теоретический материал. Решение задач в контрольной работе является проверкой степени усвоения студентом теоретического курса, а рецензии на работу помогают ему доработать и правильно освоить изучаемый раздел курса физики. Перед выполнением контрольной работы студенту необходимо внимательно ознакомиться с примерами решения задач по данной контрольной работе, уравнениями и формулами, а также со справочными материалами. Прежде чем приступить к решению той или иной задачи, студент должен хорошо понять ее содержание и поставленные в ней вопросы.
В данное методическое пособие включена одна контрольная работа по разделу курса физики «Электричество и магнетизм». Вариант контрольной работы соответствует двум последним цифрам студенческого билета (зачетной книжки). Определение задач, соответствующих варианту, проводится по предстваленной ниже таблице вариантов.
| Вариант | Номера задач в контрольной работе | |||||||||
| 1 | 1 | 11 | 21 | 31 | 41 | 51 | 61 | 71 | 81 | 91 |
| 2 | 2 | 12 | 22 | 32 | 42 | 52 | 62 | 72 | 82 | 92 |
| 3 | 3 | 13 | 23 | 33 | 43 | 53 | 63 | 73 | 83 | 93 |
| 4 | 4 | 14 | 24 | 34 | 44 | 54 | 64 | 74 | 84 | 94 |
| 5 | 5 | 15 | 25 | 35 | 45 | 55 | 65 | 75 | 85 | 95 |
| 6 | 6 | 16 | 26 | 36 | 46 | 56 | 66 | 76 | 86 | 96 |
| 7 | 7 | 17 | 27 | 37 | 47 | 57 | 67 | 77 | 87 | 97 |
| 8 | 8 | 18 | 28 | 38 | 48 | 58 | 68 | 78 | 88 | 98 |
| 9 | 9 | 19 | 29 | 39 | 49 | 59 | 69 | 79 | 89 | 99 |
| 10 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 |
| 11 | 10 | 12 | 23 | 34 | 45 | 56 | 67 | 78 | 89 | 100 |
| 12 | 2 | 13 | 24 | 35 | 46 | 57 | 68 | 79 | 90 | 91 |
| 13 | 3 | 14 | 25 | 36 | 47 | 58 | 69 | 80 | 81 | 92 |
| 14 | 4 | 15 | 26 | 37 | 48 | 59 | 70 | 71 | 82 | 93 |
| 15 | 5 | 16 | 27 | 38 | 49 | 60 | 61 | 72 | 83 | 94 |
| 16 | 6 | 17 | 28 | 39 | 50 | 51 | 62 | 73 | 84 | 95 |
| 17 | 7 | 18 | 29 | 40 | 41 | 52 | 63 | 74 | 85 | 96 |
| 18 | 8 | 19 | 30 | 31 | 42 | 53 | 64 | 75 | 86 | 97 |
| 19 | 9 | 20 | 21 | 32 | 43 | 54 | 65 | 76 | 87 | 98 |
| 20 | 1 | 11 | 22 | 33 | 44 | 55 | 66 | 77 | 88 | 99 |
При выполнении контрольной работы необходимо соблюдать следующие правила:
1) контрольную работу выполнять в тетради;
2) на титульном листе указывать номер контрольной работы, номер варианта (последняя цифра номера студенческого билета), наименование дисциплины, фамилию и инициалы студента, шифр специальности и номер группы;
3) контрольную работу следует выполнять аккуратно, оставляя поля для замечаний рецензента;
4) задачу своего варианта переписывать полностью без сокращений, а заданные физические величины выписать отдельно, при этом все числовые величины должны быть переведены в систему СИ;
5) для пояснения решения задачи, где это нужно, аккуратно сделать чертеж;
6) решение задач и используемые формулы должны сопровождаться краткими пояснениями, в пояснениях к задаче необходимо указывать те основные формулы и законы, на которых базируется решение данной задачи;
7) решение задачи необходимо сначала сделать в общем виде, т. е. только в буквенных обозначениях, поясняя применяемые при написании формул буквенные обозначения; при получении расчетной формулы, которая нужна для решения конкретной задачи, обязательно приводить ее вывод;
8) вычисления следует проводить путем подстановки заданных числовых величин в расчетную формулу; все числовые значения величин, необходимые для решения данной задачи, должны быть выражены в системе СИ;
9) проверить единицы измерения величин по расчетной формуле и тем самым подтвердить правильность ее;
10) константы (постоянные) физических величин и другие справочные данные выбираются из таблиц;
11) при вычислениях используйте калькулятор, точность расчета определяется числом значащих цифр исходных данных;
12) в контрольной работе следует указывать учебники и учебные пособия, которые использовались при решении задач;
13) если контрольная работа преподавателем не зачтена, то необходимые дополнения и исправления следует выполнять в той же тетради в конце работы; исправления в тексте незачтенной задачи не допускаются;
14) буквенные обозначения величин, используемые при решении задач, должны соответствовать общепринятым;
15) контрольная работа сдается на проверку не позднее, чем за месяц до начала экзаменационной сессии; сдача работ в период сессии не допускается.
Контрольные работы, представленные без соблюдения указанных правил, а также работы, выполненные не по своему варианту, рассматриваться не будут.
При возвращении работы на повторное рецензирование обязательно представлять работу с первой рецензией.
Во время экзаменационно-лабораторных сессий проводятся лабораторные работы. Цель лабораторного практикума заключается в приобретении соответствующих навыков в проведении физических экспериментов, в обращении с физическими приборами, в опытной проверке основных физических законов, что способствует более глубокому овладению теоретическим материалом.
На экзаменах и зачетах в первую очередь выясняется усвоение основных теоретических положений программы и умение творчески применять полученные знания к решению практических задач. Физическая сущность явлений, законов, процессов должна излагаться четко и достаточно подробно; решать задачи необходимо без ошибок и уверенно. Любая графическая работа должна быть выполнена аккуратно и четко. Только при выполнении этих условий знания по курсу физики могут быть признаны удовлетворительными.
Литература
Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высш. шк., 1985 и др.
Шубин А.С. Курс общей физики. М.: Высш. шк., 1976.
Савельев И.В. Курс общей физики. В 3-х т. М.: Наука, 1989 и др.
Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. М.:Высш. шк., 1989 и др.
Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике. М.: Высш. шк., 1981 и др.
Трофимова Т.И. Сборник задач по курсу физики. М.: Высш. шк., 1996 и др.
Фирганг Е.В. Руководство к решению задач по курсу общей физики. М.: Высш. шк., 1978.
Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. М.: Наука, 1985.
Кибец И.Н., Кибец В.И. Физика: Справочник. Харьков: Фолио; Ростов н/Д: Феникс, 1997.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
Содержание рабочей программы определено Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования Российской Федерации.
Электростатика
Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона. Электростатическое поле и его напряженность. Принцип суперпозиции полей. Поток вектора напряженности. Теорема Остроградского – Гаусса для электростатического поля в вакууме и ее применение для расчета полей.
Работа сил поля при перемещении заряда. Понятие циркуляции вектора напряженности поля. Потенциальность электростатического поля. Потенциальная энергия заряда и потенциал поля в некоторой точке. Разность потенциалов. Связь между напряженностью и разностью потенциалов.
Электростатическое поле в веществе. Диэлектрики и их типы. Электронная и ориентационная поляризации. Вектор поляризации. Напряженность поля в диэлектрике. Теорема Остроградского – Гаусса для электростатического поля в диэлектрике. Электрическое смещение. Диэлектрическая проницаемость среды.
Проводники в электростатическом поле. Распределение зарядов в проводнике, поле внутри проводника и у его поверхности. Электроемкость уединенного проводника. Конденсаторы. Энергия системы неподвижных точечных зарядов, заряженного проводника, электрического поля. Объемная плотность энергии.
Постоянный электрический ток
Постоянный электрический ток и его характеристики: сила тока, плотность тока. Условия существования электрического тока. Классическая электронная теория электропроводности металлов. Вывод закона Ома и закона Джоуля - Ленца в дифференциальной форме из электронных представлений. Обобщенный закон Ома в интегральной форме. Разность потенциалов, электродвижущая сила, напряжение. Ток в газах. Плазма. Работа выхода электронов из металла. Термоэлектронная эмиссия.
Магнетизм
Магнитное поле и его характеристики: магнитная индукция, напряженность магнитного поля. Закон Ампера. Контур с током в магнитном поле. Закон Био-Савара-Лапласа и его применение к расчету полей. Вихревой характер магнитного поля. Теорема о циркуляции вектора магнитной индукции (закон полного тока). Понятие о магнитном потоке. Работа перемещения проводника и контура с током в магнитном поле. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Сила Лоренца. Ускорители заряженных частиц. Эффект Холла.
Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея - Ленца и его вывод из электронных представлений. Явление самоиндукции. Индуктивность соленоида. Токи при замыкании и размыкании цепи. Энергия магнитного поля. Объемная плотность энергии магнитного поля.
Описание магнитного поля в веществе. Классификация материалов по магнитным свойствам. Магнитные моменты атомов. Намагниченность. Элементарная теория диамагнетизма. Парамагнетики. Классическая теория Ланжевена. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость вещества. Ферромагнетики и их основные свойства. Доменная природа ферромагнетизма.
Основы теории Максвелла для электромагнитного поля. Обобщение закона электромагнитной индукции. Первое уравнение Максвелла. Ток смещения. Обобщение закона полного тока. Второе уравнение Максвелла. Система уравнений Максвелла и их физическое содержание. Следствия из уравнений Максвелла. Значение электромагнитной теории Максвелла.
Электромагнитные колебания и волны
Электрический колебательный контур. Свободные незатухающие и затухающие электромагнитные колебания в колебательном контуре. Дифференциальное уравнение затухающих колебаний, его решение и анализ. Вынужденные электромагнитные колебания. Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний и его решение. Амплитуда и фаза вынужденных колебаний. Явление резонанса.
Электромагнитные волны и их свойства. Дифференциальное уравнение электромагнитной волны. Энергия электромагнитных волн. Поток энергии. Вектор Умова-Пойнтинга.
Примерная схема решения задач
К сожалению, не существует единого алгоритма, который позволил бы решить любую физическую задачу. Однако, можно рекомендовать определенную последовательность при решении задач.
Приступая к решению задач по какому-либо разделу, необходимо ознакомиться по учебной литературе и данному методическому пособию с конкретными понятиями и соотношениями этого раздела. Разобрать приведенные в пособии примеры решения задач изучаемого раздела.
При решении задач целесообразно придерживаться следующей схемы:
1) по условию задачи представьте себе физическое явление, о котором идет речь. Сделайте краткую запись условия, выразив исходные данные в единицах СИ;
2) сделайте, если это необходимо чертеж, схему или рисунок, поясняющий описанный в задаче процесс;
3) напишите уравнения или систему уравнений, отображающие физический процесс;
4) используя чертежи и условие задачи, преобразуйте уравнения так, чтобы в них входили лишь исходные данные и табличные величины;
5) решив задачу в общем виде, проверьте ответ по равенству размерностей величин, входящих в расчетную формулу;
6) произведите вычисления и, получив числовой ответ, оцените его реальность.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 199; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!