[ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК
ПРОГРАММЫ И ЗАДАНИЯ
ФЕН
2 курс, 3 семестр
специальность «химия»
Новосибирск
2004
РАБОЧИЙ ПЛАН
Дисциплины Количество часов в неделю № лекции лаборатор. семинары 1 Английский язык 4 2 Философия 2 2 3 Аналитическая химия 2 4 Физика 3 2 5 Математический анализ 2 6 Органическая химия 3 7 Охрана окружающей среды 8 Химические основы жизни 9 ФизвоспитаниеЗАЧЕТЫ
1. Английский язык (диф) 2. Физика. (лабораторные) 3. Аналитическая химия.4. Математический анализ.
5. Охрана окружающей среды.
6. Химические основы жизни. (диф) 7. Физвоспитание. (диф.) 8. Философия. (диф.)
ЭКЗАМЕНЫ
2. Аналитическая химия.
3. Математический анализ.
4. Органическая химия.
Физика
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО, МАГНЕТИЗМ, НАЧАЛА ОПТИКИ
С.В. Анищик 1. Электрический заряд, закон сохранения заряда. Точечный заряд, взаимодействие точечных зарядов. Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции полей электрических зарядов. Поток вектора напряженности электрического поля. Теорема Гаусса. Поле заряженной плоскости, плоского слоя, бесконечного цилиндра. Дивергенция вектора напряженности электрического поля.2. Работа электрических сил. Циркуляция вектора напряженности электрического поля. Потенциал электрического поля. Связь между напряженностью и потенциалом. Нули отсчета потенциала. Потенциал поля точечного заряда, сферы, системы точечных зарядов, распределенного заряда, заряда распределенного на плоскости.
Уравнения Пуассона и Лапласа. Электростатическая энергия системы распределенных и точечных зарядов.
3. Проводники. Условия равновесия зарядов в проводнике. Поле вблизи поверхности заряженного проводника. Проводник во внешнем поле. Емкость проводника. Плоский конденсатор. Энергия заряженного проводника. Энергия конденсатора. Плотность энергии электрического поля. Давление электрического поля.
4. Электрический диполь. Потенциал диполя. Поле диполя.
Потенциальная энергия взаимодействия диполя с полем.
Взаимодействие двух диполей. Силы, действующие на диполь во внешнем электрическом поле.
5. Диэлектрики. Электрическое поле в диэлектриках. Поляризация диэлектриков. Поляризационные заряды. Вектор поляризации. Вектор электрической индукции. Поляризуемость. Тензор диэлектрической проницаемости. Плоский конденсатор, заполненный однородным диэлектриком. Диэлектрическая постоянная.
6. Теорема Гаусса для диэлектриков. Поле точечного заряда в диэлектрике. Закон Кулона для бесконечного однородного диэлектрика.
Условия на границе раздела двух диэлектриков во внешнем электрическом поле. Уравнение Пуассона для однородных диэлектриков. Энергия системы электрических зарядов в диэлектрике.
Поле в щели и сферической полости.
7. Электрический ток в проводниках. Плотность тока. Уравнение неразрывности. Закон Ома для плотности тока. Удельная проводимость, удельное сопротивление. Закон Ома для однородного проводника.
Закон Джоуля-Ленца. Примитивная электронная теория протекания тока через металл. Ток в газах, жидких и твердых телах.
Электродвижущая сила. Закон Ома для произвольного участка цепи.
Правила Кирхгофа.
8. Магнитное поле постоянного тока в вакууме. Закон Био-Савара.
Магнитное поле движущегося заряда. Магнитное поле прямого тока.
Магнитное поле на оси кругового тока.
9. Циркуляция вектора индукции магнитного поля. Магнитное поле соленоида. Дивергенция и ротор вектора индукции магнитного поля.
Уравнения магнитостатики и электростатики в вакууме.
10. Векторный потенциал магнитного поля. Связь вектора B и векторного потенциала.
11. Магнитный момент прямоугольного контура с током, произвольного контура, системы токов. Магнитный момент системы движущихся зарядов. Гиромагнитное отношение.
12. Сила, действующая на движущийся заряд в магнитном поле (сила Лоренца). Закон Ампера. Силы и момент сил, действующие на магнитный момент во внешнем магнитном поле. Потенциальная энергия магнитного момента в магнитном поле. Движение электрона в магнитном поле. Ларморовская частота. Диамагнетизм и парамагнетизм.
13. Магнитное поле в веществе. Вектор намагниченности. Магнитная восприимчивость. Магнитная проницаемость. Векторы B и H, соотношение между ними. Граничные условия на векторы B и H.
Уравнения магнитостатики.
14. Электромагнитная индукция. Закон Фарадея. rot E= - дB/дt.
15. Взаимная индукция. Самоиндукция. Коэффициенты взаимной и самоиндукции. Индуктивность. Плотность энергии магнитного поля.
Энергия катушки с током.
16. Токи смещения. Уравнения Максвелла.
17. Существование электромагнитной волны. Волновое уравнение.
18. Плоские волны. Монохроматические волны. Поляризация электромагнитных волн. Длина волны, волновой вектор, волновое число. Энергия электромагнитного поля. Поток энергии. Вектор УмоваПойнтинга. Отражение и преломление плоской волны на границе диэлектрика.
19. Когерентные и некогерентные источники света. Длина и время когерентности. Интерференция двух плоских волн, распространяющихся под углом друг к другу. Интерференция света от двух точечных когерентных источников. Максимальный порядок интерференции света из цугов электромагнитных волн длительности и немонохроматического света с полосой частот. Связь между этими представлениями.
20. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракционная решетка.
Разрешающая способность дифракционной решетки. Дифракционная расходимость параллельных пучков света. Дифракция на круглом отверстии. Понятие о разрешающей способности оптических систем.
Литература 1. Савельев И.В. “Курс общей физики т. 2”, Москва, Наука, 1977.
2. Сивухин Д.В. “Общий курс физики т. 2”, Москва, Наука, 1983.
3. Тамм И.Е. “Основы теории электричества”, Москва, Физматлит, 2003.
4. Парселл Э. “Электричество и магнетизм”, Москва, Наука, 1975.
5. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. “Фейнмановские лекции по физике выпуск 5, 6”, Москва, Мир, 1977.
6. Иродов И.Е. "Основные законы электромагнетизма", Москва, Высшая школа, 1991.
Закон Кулона. Теорема Гаусса. Потенциал. Принцип суперпозиции.
1. Поток вектора напряженности электрического поля через замкнутую поверхность (теорема Гаусса).
2. Дивергенция вектора напряженности электрического поля.
3. Потенциал электрического поля системы зарядов.
4. Уравнения Пуассона и Лапласа.
1.1. Тонкий прямой стержень длины 2а заряжен с линейной плотностью. Для точек, лежащих на прямой, перпендикулярной к оси стержня и проходящей через его середину, найти напряженность электрического поля как функцию расстояния r от центра стержня.
Пользуясь теоремой Гаусса, найти ту же величину для бесконечного стержня. Сравнить и проанализировать результаты.
1.2. Равномерно заряженная бесконечная нить с плотностью заряда + перпендикулярна равномерно заряженной бесконечной плоскости, плотность заряда которой +. Найти величину электрического поля в пространстве.
1.3. Определить потенциал и напряженность электрического поля внутри и вне равномерно заряженного по объему шара радиуса R.
Объемная плотность заряда. Нарисовать графики.
1.4. Внутри шара радиуса R, равномерно заряженного по объему с плотностью, имеется незаряженная сферическая полость радиуса R1.
Центр полости находится на расстоянии а от центра шара (а + R1 < R ).
Найти электрическое поле в полости.
Потенциал некоторого поля имеет вид = ( xy - z2 ), где – 1.5.
константа. Найти модуль вектора Е в точке (1,-2,1).
1.6. Найти распределение плотности зарядов, при котором напряженность электрического поля равна E = r2r.
1.7. Найти зависимость плотности зарядов от координат x, y, z, при которой напряженность поля описывалась бы функцией Е= xi + 2y2j+ 3z3k. Найти потенциал этого поля в точке (1,1,0), если (0,0,0)=0.
1.8. Частица массы m с зарядом q и скоростью v приближается с очень большого расстояния к заряженному кольцу, двигаясь по eго оси.
Радиус кольца R, масса M, заряд Q. При какой наименьшей скорости v частица пройдет через кольцо в случаях: а) кольцо закреплено; б) кольцо не закреплено и начальная скорость кольца равна нулю.
Энергия электрического поля. Условия равновесия зарядов в проводнике. Электрический диполь.
1. Электростатическая энергия системы распределенных зарядов.
Плотность энергии электрического поля.
2. Граничные условия на поверхности проводника.
3. Емкость проводника. Емкость плоского конденсатора. Энергия плоского конденсатора.
4. Потенциал диполя. Поле диполя. Потенциальная энергия взаимодействия диполя с полем.
2.1. Четыре непроводящих шарика радиуса R, в центре каждого из которых находится заряд q, расположены вдоль прямой, касаясь друг друга. Какую работу нужно совершить,чтобы сложить из этих шариков пирамидку (правильный тетраэдр)? Вес шариков не учитывать.
b ). Центры сфер совпадают. Найти напряженность электрического поля и его потенциал 2.5. В плоском заряженном конденсаторе с зарядом q и зазором 2d находится металлическая пластина толщиной d параллельная обкладкам конденсатора. Площадь обкладки и пластины равна S. Найти работу, которую надо совершить, чтобы вынуть пластину из конденсатора.
2.6. Найти электрическую энергию системы, состоящей из двух концентрических проводящих сфер, радиусом R и R/2 и зарядами Q и q соответственно.
2.7. Определить силу, действующую на электрический диполь d в поле заряда q, когда диполь направлен на заряд, от заряда и перпендикулярно к направлению на заряд. Нарисовать графически зависимости силы и потенциальной энергии от расстояния для этих трех случаев.
2.8. Оценить (в кДж/моль) энергию взаимодействия:
1) двух частиц с зарядом е и -e;
2) частицы с зарядом е и частицы с дипольным моментом d=ea, где a=0,2A 3) двух частиц с дипольными моментами d.
Расстояние между частицами во всех случаях 4А. е-заряд электрона, 1А = 10–10 м.
2.9. Определить дипольный момент молекулы Н2О. Эффективный заряд атомов водорода 510-20 Кл, угол Н-О-Н равен 104,5о, длина О-Н связи 0,96А.
1. Вектор поляризации. Его связь со средним полем. Поляризуемость.
Связанные заряды. Связь поверхностных связанных зарядов с вектором поляризации. Диэлектрическая постоянная.
2. Вектор электростатической индукции, его связь с вектором поляризации. Теорема Гаусса для диэлектриков.
3. Граничные условия для векторов E и D в диэлектриках. Уравнение Пуассона.
4. Энергия системы электрических зарядов в диэлектрике.
3.1. Газообразный гелий находится в однородном электрическом поле Е. Найти наведенный дипольный момент атома гелия, если при концентрации газа n диэлектрическая проницаемость равна. Газ считать разреженным.
3.2. Пространство между обкладками плоского конденсатора с расстоянием между обкладками d заполнено двумя слоями диэлектрика.
Диэлектрические проницаемости этих слоев 1 и 2, а толщины d1 и d2, причем d1 + d2 = d. Определить емкость конденсатора.
1. Закон Био-Савара.
2. Магнитная индукция прямого и кругового тока (на оси).
3. Дивергенция и ротор вектора магнитной индукции.
4. Векторный потенциал (определение, принцип расчета). Связь векторного потенциала и вектора индукции магнитного поля. Расчет поля прямого тока через векторный потенциал.
4.1. Определить магнитное поле на оси цилиндрического соленоида конечной длины. Длина цилиндра h, радиус a, число витков на единицу длины n, сила тока I.
4.3. Атом водорода состоит из протона и электрона. Считая, что электрон движется вокруг протона по круговой орбите радиуса 0,53 А, определить:
1) напряженность электрического поля, создаваемого протоном в точке, где находится электрон;
2) скорость электрона v;
3) отношение скорости электрона к скорости света v/с;
4) силу тока, которой соответствует круговое движение электрона;
5) магнитную индукцию, которую создает электрон в месте расположения протона.
поверхностной плотностью зарядов + при rr>R1 вращается вокруг своей оси с цилиндрическому проводу радиуса R течет ток. Плотность тока i постоянна по сечению провода. Определить магнитное поле вне и внутри провода.
Силы в магнитном поле. Магнитное поле в веществе.
1. Сила Лоренца. Сила, действующая на проводник с током (закон Ампера).
2. Магнитный момент и магнитное поле контура с током.
3. Сила и момент сил, действующие на магнитный момент во внешнем магнитном поле. Потенциальная энергия магнитного момента в поле.
4. Токи намагничивания. Вектор намагниченности. Векторы В и Н, соотношение между ними. Уравнения магнитостатики в веществе.
Граничные условия на векторы В и Н.
5. Электромагнитная индукция. Закон Фарадея.
6. Коэффициенты взаимной и самоиндукции. Индуктивность.
7. Энергия магнитного поля.
B(t)=Bo[1-exp(t/)]. Найти угловую скорость вращения кольца.
Собственным полем кольца пренебречь; - константа.
1,410-26Дж/Тл. Определить энергию магнитного момента протона в поле движущегося электрона задачи 4.3, если момент протона ориентирован вдоль поля. Какую долю эта энергия составляет от кинетической энергии электрона?
«