МИНОБРНАУКИ РОССИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Алтайский государственный университет»

Общий физический практикум (электричество и магнетизм)
рабочая программа дисциплины

Закреплена за кафедройКафедра общей и экспериментальной физики
Направление подготовки03.03.02. Физика
Форма обученияОчная
Общая трудоемкость3 ЗЕТ
Учебный план03_03_02_Ф-3-2020
Часов по учебному плану 108
в том числе:
аудиторные занятия 54
самостоятельная работа 54
Виды контроля по семестрам
зачеты: 3

Распределение часов по семестрам

Курс (семестр) 2 (3) Итого
Недель 19
Вид занятий УПРПДУПРПД
Лабораторные 54 54 54 54
Сам. работа 54 54 54 54
Итого 108 108 108 108

Программу составил(и):
канд. техн. наук, доцент, С.Ф. Дмитриев

Рецензент(ы):
канд. физ.-мат. наук, доцент, Д.Д. Рудер

Рабочая программа дисциплины
Общий физический практикум (электричество и магнетизм)

разработана в соответствии с ФГОС:
Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования по направлению подготовки 03.03.02 ФИЗИКА (уровень бакалавриата) (приказ Минобрнауки России от 07.08.2014г. №937)

составлена на основании учебного плана:
03.03.02 Физика
утвержденного учёным советом вуза от 30.06.2020 протокол № 6.

Рабочая программа одобрена на заседании кафедры
Кафедра общей и экспериментальной физики

Протокол от 15.06.2020 г. № 11
Срок действия программы: 2020-2021 уч. г.

Заведующий кафедрой
д-р физ.-мат. наук, профессор Плотников Владимир Александрович

Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году

Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2020-2021 учебном году на заседании кафедры

Кафедра общей и экспериментальной физики

Протокол от 15.06.2020 г. № 11
Заведующий кафедрой д-р физ.-мат. наук, профессор Плотников Владимир Александрович

1. Цели освоения дисциплины

1.1.Целью курса является создание фундаментальной базы знаний о природе физических явлений, на основе которой в дальнейшем можно развивать более углубленное и детализированное изучение данного раздела физики. Неотъемлемой частью курса физики является Общий Физический практикум.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.Б.03

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ПК-2: способностью проводить научные исследования в избранной области экспериментальных и (или) теоретических физических исследований с помощью современной приборной базы (в том числе сложного физического оборудования) и информационных технологий с учетом отечественного и зарубежного опыта
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.Знать:
3.1.1.знать определение основных физических величин, их смысл,способы и единицы измерения; представлять себе фундаментальные физические опыты электромагнетизма и их роль в развитии науки; знать назначение и принципы действия основных электроизмерительных приборов
3.2.Уметь:
3.2.1.эксплуатировать и обслуживать существующую электроизмерительную аппаратуру
3.3.Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.навыками работы с приборами и оборудованием современной лаборатории электричества и магнетизма навыками использования различных методик физических измерений и обработки экспериментальных данных; навыками проведения адекватного физического и математического моделирования, а также применения методов физико-математического анализа к решению конкретных естественнонаучных и технических проблем.

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия Наименование разделов и тем Вид занятия Семестр Часов Компетенции Литература
Раздел 1.
1.1. Цепи переменного тока. Закон Ома для переменного тока Лабораторные 3 6 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.2. Определение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли Лабораторные 3 4 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.3. Переходные процессы в системе с конденсатором Лабораторные 3 4 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.4. Измерение сопротивлений с помощью моста Уитстона Лабораторные 3 4 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.5. Изучение газоразрядной лампы и релаксационных колебаний в схеме с газоразрядной лампой Лабораторные 3 4 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.6. Изучение полупроводникового диода Лабораторные 3 4 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.7. Изучение работы транзистора Лабораторные 3 4 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.8. Вынужденные электрические колебания Лабораторные 3 4 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.9. Изучение работы осциллографа Лабораторные 3 4 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.10. Определение удельного заряда электрона Лабораторные 3 4 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.11. Исследование процессов затухания в колебательном контуре Лабораторные 3 4 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.12. Исследование источника переменного тока с падающей характеристикой Лабораторные 3 4 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.13. Изучение явления гистерезиса в ферромагнетиках Лабораторные 3 4 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.14. Физические измерения и обработка их результатов Сам. работа 3 2 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.15. Изучение сопротивлений с помощью мостовых схем. Сам. работа 3 2 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.16. Исследование электростатических полей с помощью электростатической ванны. (+моделирование на ПЭВМ) Сам. работа 3 2 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.17. Определение плотности энергии электрического поля в плоскости конденсатора. (+моделирование на ПЭВМ) Сам. работа 3 2 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.18. Исследование магнитных свойств ферромагнитных материалов. Сам. работа 3 2 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.19. Определение точки Кюри Сам. работа 3 2 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.20. Феррорезонансный стабилизатор напряжения. Сам. работа 3 2 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.21. Изучение вакуумного диода и определение удельного заряда электрона Сам. работа 3 2 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.22. Изучение процессов, протекающих при зарядке и разрядке конденсатора. Сам. работа 3 2 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.23. Основные законы переменного тока. Изучение цепей переменного тока с индуктивным, емкостным и активным сопротивлением. Сам. работа 3 2 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.24. Исследование законов электромагнитной индукции Сам. работа 3 2 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.25. Взаимодействие токов Сам. работа 3 2 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.26. Закон Био-Савара-Лапласа Сам. работа 3 2 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.27. Теорема о циркуляции вектора Сам. работа 3 2 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.28. Гипотеза Ампера Сам. работа 3 2 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.29. Механизмы намагничивания Сам. работа 3 2 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.30. Молекулярные токи Сам. работа 3 2 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.31. Природа диамагнетизма, ларморова прецессия Сам. работа 3 2 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.32. Индукция токов в движущихся проводниках. ЗЭДС индукции. Сам. работа 3 3 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.33. Программируемые логические интегральные схемы Сам. работа 3 2 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.34. Энергия магнитного поля контура с током. Сам. работа 3 2 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.35. Плотность энергии магнитного поля. Энергия магнетика во внешнем поле Сам. работа 3 3 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.36. Переменный ток Сам. работа 3 2 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.37. Электрические колебания в цепях квазистационарного переменного тока Сам. работа 3 2 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.38. Метод векторных диаграмм Сам. работа 3 2 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.39. Работа и мощность Сам. работа 3 2 ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л2.2

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания
Билет №1 1. Понятие точечного заряда. Закон Кулона. Зависимость силы от расстояния. Зависимость силы от величины зарядов. 2. Векторный потенциал: определение, калибровка, уравнение для векторного потенциала, векторный потенциал поля объемных и прямолинейных токов.
Билет №2 1. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции. Поле системы точечных зарядов. Поле системы распределенных зарядов. 2. Классическая теория свободных электронов (теория Друде). Число Лоренца.
Билет №3 1. Теорема Остроградского-Гаусса. Поле заряженной поверхности. 2. Магнитное поле в веществе: механизмы намагничивания, понятие намагниченности веще- ства, объемные и поверхностные молекулярные токи, теорема о циркуляции вектора намагниченности.
Билет №4 1. Дивергенция электрического поля. Пограничное условие для нормальных составляющих напряженности. 2. Напряженность магнитного поля, граничные условия для магнитного поля.
Билет №5 1. Работа сил электрического поля. Теорема Стокса. Пограничное условие для тангенциаль- ных составляющих напряженности. 2. Диамагнетизм: ларморова прецессия, диамагнитная восприимчивость. Билет №6 1. Теорема Ирншоу. Потенциал электростатического поля. Уравнения Лапласа и Пуассона. 2. Развитие представлений о магнетизме. Вектор индукции магнитного поля. Закон Био- Савара-Лапласа. Закон Ампера.
Билет №7 1. Электрический диполь и его поле (потенциал, напряженность, уравнение силовых линий). 2. Парамагнетизм.
Билет №8 1. Сила и момент силы, действующие на диполь во внешнем поле. 2. Индукция тока в движущихся проводниках. Закон электромагнитной индукции в инте- гральной и дифференциальной формах. Вихревое электрическое поле.
Билет №9 1. Электростатическое поле при наличии проводников: понятие проводника, математиче- ская формулировка закона сохранения заряда, микроскопическое и макроскопическое по- ле, напряженность поля внутри проводника. 2. Термоэлектрические явления.
Билет №10 1. Электрическое поле вблизи поверхности проводника. Поверхностная плотность заряда на искривленных поверхностях. Проводящие экраны. 2. Электрический ток в газах: процессы ионизации и рекомбинации, несамостоятельный ток в газах.
Билет №11 1.Теорема о единственности решения уравнения Лапласа. Метод изображений. 2.Понятие об индуктивности и взаимной индукции. Энергия магнитного поля. Плотность энергии магнитного поля.
Билет №12 1. Емкость уединенного проводника. Система проводников: потенциальные и емкостные ко- эффициенты. Примеры. 2. Сторонние электродвижущие силы. Закон Ома для полной цепи. Правила Кирхгофа для цепей постоянного тока.
Билет №13 1. Понятие о конденсаторе. Примеры вычисления емкостей конденсаторов. 2. Преобразования энергии, связанные с поляризацией диэлектрика.
Билет №14 1. Энергия электростатического взаимодействия системы точечных зарядов. Обобщение на случай непрерывного распределения зарядов. Примеры: энергия точечного заряда и дипо- ля во внешнем поле, непосредственный расчет электростатической энергии заряженного конденсатора. 2. Теорема о циркуляции вектора магнитной индукции (интегральная и дифференциальная форма). Теорема о потоке вектора магнитной индукции (интегральная и дифференциаль- ная форма).
Билет №15 1. Вывод выражения для энергии электростатического поля. Плотность энергии электроста- тического поля. Примеры: полная энергия системы двух точечных зарядов, энергия си- стемы проводников. 2. Твердотельные диэлектрики. Пьезоэффект (прямой и обратный). Пироэлектричество.
Билет №16 1. Определение диэлектрика. Его свойства и характеристики: электрический дипольный мо- мент молекулы, потенциал поля электронейтральной молекулы, вектор поляризации ди- электрика. 2. Самостоятельный ток в газах. Теория Таунсенда.
Билет №17 1. Потенциал электростатического поля при наличии диэлектриков. 2. Полупроводники. Собственная и примесная проводимость. Свойства p-n перехода.
Билет №18 1. Поляризуемость диэлектрика. Вектор электрического смещения. Граничные условия для электрического поля при наличии диэлектриков. 2. Магнитное поле элементарного контура с током. Понятие магнитного момента.
Билет №19 1. Основные уравнения электростатики при наличии диэлектриков. Непосредственный рас- чет поля при наличии однородного диэлектрика. 2. Виды разрядов в газах.
Билет №20 1. Связь между локальным и внешним полем в диэлектрике: микро- и макроскопические значения физических величин, усреднение микроскопического поля в диэлектриках, вы- числение напряженности локального поля (построение Лоренца). 2. Сила и момент силы, действующие на магнитный момент в магнитном поле.
Билет №21 1. Неполярные диэлектрики. Формула Клаузиуса-Моссотти. 2. Основные особенности металлического состояния. Экспериментальное определение но- сителей тока в металлах. Образование свободных электронов.
Билет №22 1. Полярные диэлектрики. Теория Ланжевена. 2. Работа и мощность переменного тока.
Билет №23 1. Ферромагнетизм: основные свойства ферромагнетиков, обменное взаимодействие, закон Кюри-Вейсса. Антиферромагнетизм. 2. Цепи переменного тока. Емкость в цепи переменного тока. Индуктивность в цепи пере- менного тока.
Билет №24 1. Энергия электростатического поля в диэлектриках. 2. Последовательный колебательный контур.
Билет №25 1. Сегнетоэлектричество: поляризационная катастрофа, закон Кюри, фазовый переход в се- гнетоэлектрическое состояние. Антисегнетоэлектрики. 2. Закон сохранения энергии для электромагнитного поля. Вектор Умова-Пойнтинга.
Билет №26 1. Электрическое поле внутри проводника. Плотность тока. Закон Ома. Потенциал поля внутри проводника с током. Закон Джоуля-Ленца. 2. Ток смещения. Система уравнений Максвелла
5.2. Темы письменных работ (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)
1. Стационарное электрическое поле.
2. Постоянный электрический ток.
3. Стационарное магнитное поле.
4. Электромагнитная индукция.
5. Квазистационарные электромагнитные процессы Закон Кулона.
6. Принцип суперпозиции.
7. Теорема Гаусса. Потенциал.
8. Метод 4 изображений.
9. Энергия электрического поля.
10. Закон Ома.
11. Закон Джоуля Ленца.
12. Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа.
13. Закон Био Савара.
14. Принцип суперпозиции.
15.Закон Фарадея.
16.Электрические колебания.
17. Переходные процессы.
18. Переменный ток
19.Уравнения Максвелла.
20. Ток смещения.
21. Свойства уравнений Максвелла.
22. Электромагнитные волны.
5.3. Фонд оценочных средств
Приведены в Приложении
Приложения

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л1.1 Лозовский В.Н. Курс физики. В 2-х тт. Т.1 [Электронный ресурс]: учебник СПб. : Лань, 2009 https://e.lanbook.com/book/236
6.1.2. Дополнительная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л2.1 Б. В. Бондарев, Н. П. Калашников, Г. Г. Спирин Курс общей физики в 3 кн. Книга 2: электромагнетизм, оптика, квантовая физика [Электронный ресурс]: учебник для бакалавриата М. : Издательство Юрайт, 2017 https://biblio-online.ru/book/4799958B-AF0F-448D-A362-F09211AC56C0/kurs-obschey-fiziki-v-3-kn-kniga-2-elektromagnetizm-optika-kvantovaya-fizika
Л2.2 Савельев И.В. Курс физики (в 3 тт.). Том 2. Электричество. Колебания и волны. Волновая оптика [Электронный ресурс]: учебное пособие СПб.: Лань, 2018 https://e.lanbook.com/book/100927
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"
6.3. Перечень программного обеспечения
6.4. Перечень информационных справочных систем
www.gpntb.ru/ Государственная публичная научно-техническая библиотека
www.nlr.ru/ Российская национальная библиотека
www.nns.ru/ Национальная электронная библиотека
www.rsl.ru/ Российская государственная библиотека
www.microinform.ru/ Учебный центр компьютерных технологий «Микроинформ».
www.tests.specialist.ru/ Центр компьютерного обучения МГТУ им. Н.Э.Баумана.
www.intuit.ru/ Образовательный сайт
www.window.edu.ru/ Библиотека учебной и методической литературы
Открытая физика (часть I) http://physics.ru/courses/op25part1/content/content.html#.V80iwVuLTcs
Открытая физика (часть II) http://physics.ru/courses/op25part2/content/content.html#.V80jOVuLTcs

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Аудитория Назначение Оборудование
Помещение для самостоятельной работы помещение для самостоятельной работы обучающихся Компьютеры, ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», доступом в электронную информационно-образовательную среду АлтГУ
209аК лаборатория электричества и магнетизма - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации Учебная мебель на 10 посадочных мест; рабочее место преподавателя; анализатор С4-53; весы торсионные; вольтметр VM-70 (9 шт.); вольтметр Щ 1413; генератор (Г4-18); генератор Г3-118; генератор Г4-79; генератор Г5-54; генератор Г5-56; измеритель магнитной индукции Ш1-8; измеритель транзисторов Л2-54; измеритель универсальный Е7-11; источние питания постоянного тока Б5-49; источник 4209; источник питания "Агат"; компенсатор высокочастотный Фойспера; комплекс высокочастотный; М-н емкости Р-513; М-н сопр. Р33; М-н сопрот. МСР60-М; магазин емкостей Р5025; магазин емкости Р544; микроскоп МБС-9 (2 шт.); мост Е7-4; осциллограф ЕО-211; осциллограф ЕО-213; осциллограф С1-48П; осциллограф С1-68; осциллограф С1-70 (2 шт.); осциллограф С8-13 (2 шт.); прибор комбинированный цифровой Щ4310; прибор Ф206; самописец Н3037/2; самописец Н338/6; сейф; сетевой регулятор 220/20; сосуд Дьюара (2 шт.); стабилизатор 3217; стабилизатор 3218 (3217); стабилизатор 3221; стабилизатор 4205; стабилизатор напряжения 4208; станок намоточный; тензоусилитель "Топаз-3" (2 шт.); усилитель мощности LV-103; усилитель напряжения У5-9; усилитель У5-9; частотомер Ч3-24; частотомер Ч3-33; частотомер Ч3-34А; генератор Г3-104; генератор Г3-56/1; генератор Г5-48; источник питания ВРН-1; холодильник "Вега".
001вК склад экспериментальной мастерской - помещение для хранения и профилактического обслуживания учебного оборудования Акустический прибор 01021; виброизмеритель 00032; вольтметр Q1202 Э-500; вольтметр универсальный В7-34А; камера ВФУ -1; компьютер Турбо 86М; масспектрометр МРС -1; осциллограф ЕО -213- 2 ед.; осциллограф С1-91; осциллограф С7-19; программатор С-815; самописец 02060 – 2 ед.; стабилизатор 3218; терц-октавный фильтр 01023; шкаф вытяжной; шумомер 00026; анализатор АС-817; блок 23 Г-51; блок питания "Статрон" – 2 ед.; блок питания Ф 5075; вакуумный агрегат; весы; вольтметр VM -70; вольтметр В7-15; вольтметр В7-16; вольтметр ВУ-15; генератор Г-5-6А; генератор Г4-76А; генератор Г4-79; генератор Г5-48; датчик колебаний КВ -11/01; датчик колебаний КР -45/01; делитель Ф5093; измеритель ИМП -2; измеритель параметров Л2-12; интерферометр ИТ 51-30; источник "Агат" – 3 ед.; источник питания; источник питания 3222; источник питания ЭСВ -4; лабораторная установка для настройки газовых лазеров; лазер ЛГИ -21; М-кальк-р МК-44; М-калькул-р "Электроника"; магазин сопротивления Р4075; магазин сопротивления Р4077; микроскоп МБС -9; модулятор МДЕ; монохроматор СДМС -97; мост переменного тока Р5066; набор цветных стекол; насос вакумный; насос вакуумный ВН-01; осциллограф С1-31; осциллограф С1-67; осциллограф С1-70; осциллограф С1-81; осциллоскоп ЕО -174В – 2 ед.; пентакта L-100; пирометр "Промень"; пистонфон 05001; преобразователь В9-1; прибор УЗДН -2Т; скамья оптическая СО 1м; спектограф ДФС -452; спектограф ИСП -51; стабилизатор 1202; стабилизатор 3217 – 4 ед.; стабилизатор 3218; стабилизатор 3222 – 3 ед.; станок токарный ТВ-4; усилитель мощности ЛВ -103 – 4 ед.; усилитель У5-9; центрифуга ВЛ-15; частотомер Ч3-54А; шкаф металлический; эл.двигатель; электродинамический калибратор 11032

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

см. приложение (ФОС)