1. Цели освоения дисциплины
| 1.1. | Целью преподавания дисциплины “Электричество и магнетизм” является получение студентами основополагающих представлений об электромагнитном взаимодействии. Курс должен способствовать формированию у студентов современного естественнонаучного мировоззрения, развитию научного мышления и расширению их научно-технического кругозора. |
|---|
2. Место дисциплины в структуре ООП
| Цикл (раздел) ООП: Б1.О.04 |
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
| ОПК-1 | Способен применять базовые знания в области физики и радиофизики и использовать их в профессиональной деятельности, в том числе в сфере педагогической деятельности; |
| ОПК-1.1 | Обладает базовыми знаниями, полученными в областях физики, радиофизики, а также в областях математических и естественных наук |
| ОПК-1.2 | Умеет применять и синтезировать знания из различных областей физики и радиофизики в профессиональной деятельности. |
| ОПК-1.3 | Имеет навыки выбора математических и/или физических методов решения задач профессиональной деятельности, в том числе в сфере педагогической деятельности. |
| ОПК-2 | Способен проводить экспериментальные и теоретические научные исследования объектов, систем и процессов, обрабатывать и представлять экспериментальные данные; |
| ОПК-2.1 | Обладает знаниями об основных особенностях постановки и проведения экспериментов с использованием теоретического материала и методических рекомендаций в профессиональной деятельности. |
| ОПК-2.2 | Умеет проводить теоретические расчеты в рамках научного исследования отдельных объектов, систем и процессов. |
| ОПК-2.3 | Владеет навыками обработки, анализа и представления экспериментальных данных. |
| В результате освоения дисциплины обучающийся должен | |
| 3.1. | Знать: |
|---|---|
| 3.1.1. | электромагнитную теорию, высшую математику и основы математического моделирования, и их применение для исследования и моделирования электромагнитных явлений и процессов |
| 3.2. | Уметь: |
| 3.2.1. | формулировать и формализовывать электромагнитную часть при изучении любых физических теоретических и экспериментальных задач, сформулировать, записать и решить задачу по любому разделу электромагнитных явлений |
| 3.3. | Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть): |
| 3.3.1. | электромагнитной теорией и навыками ее применения при изучении теоретических и экспериментальных проблем современной физики, навыками работы со стандартной оптической аппаратурой и экспериментальными установками |
4. Структура и содержание дисциплины
| Код занятия | Наименование разделов и тем | Вид занятия | Семестр | Часов | Компетенции | Литература |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Раздел 1. | ||||||
| 1.1. | Закон Кулона. Электрическое поле заряда. Принцип суперпозиции. Потенциал. | Лекции | 3 | 6 | ОПК-2.1, ОПК-2.2, ОПК-2.3, ОПК-1.1, ОПК-1.2, ОПК-1.3 | Л2.1, Л1.2, Л2.2, Л1.1, Л2.3 |
| 1.2. | Силовые линии и эквипотенциальные поверхности Теорема Гаусса. Диэлектрики | Лекции | 3 | 8 | ОПК-2.1, ОПК-2.2, ОПК-2.3, ОПК-1.1, ОПК-1.2, ОПК-1.3 | Л2.1, Л1.2, Л2.2, Л1.1, Л2.3 |
| 1.3. | Силовые линии и эквипотенциальные поверхности Теорема Гаусса. Диэлектрики | Практические | 3 | 4 | ОПК-2.1, ОПК-2.2, ОПК-2.3, ОПК-1.1, ОПК-1.2, ОПК-1.3 | Л2.1, Л1.2, Л2.2, Л1.1, Л2.3 |
| 1.4. | Постоянный электрический ток. Сопротивление. Закон Ома. Сторонняя эдс. Источники тока. | Лекции | 3 | 6 | ОПК-2.1, ОПК-2.2, ОПК-2.3, ОПК-1.1, ОПК-1.2, ОПК-1.3 | Л2.1, Л1.2, Л2.2, Л1.1, Л2.3 |
| 1.5. | Магнитное поле. Теорема Стокса. Ток смещения. Полная система уравнений Максвелла. | Лекции | 3 | 8 | ОПК-2.1, ОПК-2.2, ОПК-2.3, ОПК-1.1, ОПК-1.2, ОПК-1.3 | Л2.1, Л1.2, Л2.2, Л1.1, Л2.3 |
| 1.6. | Постоянный электрический ток. Магнитное заимодействие. | Практические | 3 | 4 | ОПК-2.1, ОПК-2.2, ОПК-2.3, ОПК-1.1, ОПК-1.2, ОПК-1.3 | Л2.1, Л1.2, Л2.2, Л1.1, Л2.3 |
| 1.7. | Электродинамика. Закон Фарадея. Энергия магнитного поля. Индуктивность. | Практические | 3 | 4 | ОПК-2.1, ОПК-2.2, ОПК-2.3, ОПК-1.1, ОПК-1.2, ОПК-1.3 | Л2.1, Л1.2, Л2.2, Л1.1, Л2.3 |
| 1.8. | Электромагнитная индукция. Полная система уравнений Максвелла. | Практические | 3 | 4 | ОПК-2.1, ОПК-2.2, ОПК-2.3, ОПК-1.1, ОПК-1.2, ОПК-1.3 | Л2.1, Л1.2, Л2.2, Л1.1, Л2.3 |
| 1.9. | Закон Кулона. Электрическое поле заряда. Принцип суперпозиции. Потенциал. | Сам. работа | 3 | 30 | ОПК-2.1, ОПК-2.2, ОПК-2.3, ОПК-1.1, ОПК-1.2, ОПК-1.3 | Л2.1, Л1.2, Л2.2, Л1.1, Л2.3 |
| 1.10. | Электростатика | Лабораторные | 3 | 6 | ОПК-2.1, ОПК-2.2, ОПК-2.3, ОПК-1.1, ОПК-1.2, ОПК-1.3 | Л2.1, Л1.2, Л2.2, Л1.1, Л2.3 |
| 1.11. | Магнитостатика | Лабораторные | 3 | 6 | ОПК-2.1, ОПК-2.2, ОПК-2.3, ОПК-1.1, ОПК-1.2, ОПК-1.3 | Л2.1, Л1.2, Л2.2, Л1.1, Л2.3 |
| 1.12. | Переменный ток | Лабораторные | 3 | 8 | ОПК-2.1, ОПК-2.2, ОПК-2.3, ОПК-1.1, ОПК-1.2, ОПК-1.3 | Л2.1, Л1.2, Л2.2, Л1.1, Л2.3 |
| 1.13. | Полупроводниковые приборы | Лабораторные | 3 | 8 | ОПК-2.1, ОПК-2.2, ОПК-2.3, ОПК-1.1, ОПК-1.2, ОПК-1.3 | Л2.1, Л1.2, Л2.2, Л1.1, Л2.3 |
| 1.14. | Силовые линии и эквипотенциальные поверхности Теорема Гаусса. Диэлектрики | Сам. работа | 3 | 26 | ОПК-2.1, ОПК-2.2, ОПК-2.3, ОПК-1.1, ОПК-1.2, ОПК-1.3 | Л2.1, Л1.2, Л2.2, Л1.1, Л2.3 |
| 1.15. | Постоянный электрический ток. Сопротивление. Закон Ома. Сторонняя эдс. Источники тока. | Сам. работа | 3 | 26 | ОПК-2.1, ОПК-2.2, ОПК-2.3, ОПК-1.1, ОПК-1.2, ОПК-1.3 | Л2.1, Л1.2, Л2.2, Л1.1, Л2.3 |
| 1.16. | Магнитное поле. Теорема Стокса. Ток смещения. Полная система уравнений Максвелла. | Сам. работа | 3 | 26 | ОПК-2.1, ОПК-2.2, ОПК-2.3, ОПК-1.1, ОПК-1.2, ОПК-1.3 | Л2.1, Л1.2, Л2.2, Л1.1, Л2.3 |
5. Фонд оценочных средств
| 5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины |
| 1. Закон Кулона. 2. Потенциал точечного заряда. 3. Поле точечного заряда. 4. Потенциал равномерно заряженной сферы. 5. Связь поля и потенциала. 6. Потенциал системы зарядов. 7. Поле равномерно заряженной сферы. 8. Энергия электрического поля. 9. Энергия и емкость заряженного конденсатора. 10. Теорема Гаусса. 11. Условие потенциальности электрического поля. 12. Уравнения Максвелла в дифференциальной форме для электростатики. 13. Уравнения электростатики для диэлектриков. 14. Граничные условия для электрического поля, вектора индукции и потенциала. 15. Сила Лоренца. 16. Закон Био – Савара. 17. Поле витка с током в центре. 18. Поле прямого провода. 19. Связь магнитного поля и векторного потенциала. 20. Векторный потенциал системы токов. 21. Энергия магнитного поля. 22. Энергия индуктивности с током. 23. Связь магнитного потока и индуктивности. 24. Индуктивность соленоида. 25. Теорема о циркуляции магнитного поля. 26. Теорема Гаусса для магнитного поля. 27. Уравнения Максвелла в дифференциальной форме для магнитостатики. 28. Уравнения магнитостатики в присутствии магнетиков. 29. Граничные условия для магнитного поля и вектора индукции. 30. Закон Фарадея. |
| 5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.) |
| 1. Закон Кулона. 2. Потенциал точечного заряда. 3. Поле точечного заряда. 4. Потенциал равномерно заряженной сферы. 5. Связь поля и потенциала. 6. Потенциал системы зарядов. 7. Поле равномерно заряженной сферы. 8. Энергия электрического поля. 9. Энергия и емкость заряженного конденсатора. 10. Теорема Гаусса. 11. Условие потенциальности электрического поля. 12. Уравнения Максвелла в дифференциальной форме для электростатики. 13. Уравнения электростатики для диэлектриков. 14. Граничные условия для электрического поля, вектора индукции и потенциала. 15. Сила Лоренца. 16. Закон Био – Савара. 17. Поле витка с током в центре. 18. Поле прямого провода. 19. Связь магнитного поля и векторного потенциала. 20. Векторный потенциал системы токов. 21. Энергия магнитного поля. 22. Энергия индуктивности с током. 23. Связь магнитного потока и индуктивности. 24. Индуктивность соленоида. 25. Теорема о циркуляции магнитного поля. 26. Теорема Гаусса для магнитного поля. 27. Уравнения Максвелла в дифференциальной форме для магнитостатики. 28. Уравнения магнитостатики в присутствии магнетиков. 29. Граничные условия для магнитного поля и вектора индукции. 30. Закон Фарадея. |
| 5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации |
| Электростатика в вакууме 1. Закон Кулона. 2. Потенциал точечного заряда. 3. Поле точечного заряда. 4. Потенциал равномерно заряженной сферы. 5. Связь поля и потенциала. 6. Потенциал системы зарядов. 7. Энергия электрического поля. 8. Энергия и емкость заряженного конденсатора. 9. Теорема Гаусса. Электростатика в среде 1. Уравнения электростатики для диэлектриков. 2. Граничные условия для электрического поля, вектора индукции и потенциала. Магнитостатика 1. Силы Лоренца и Ампера. 2. Закон Био – Савара. 3. Поле витка с током в центре и прямого провода. 4. Связь магнитного поля и векторного потенциала. 5. Векторный потенциал системы токов. 6. Энергия магнитного поля. 7. Теорема о циркуляции магнитного поля. 8. Теорема Гаусса для магнитного поля. Электромагнитные явления 1. Закон Фарадея. 2. Уравнения Максвелла в интегральной и дифференциальной формах. 3. Граничные условия для магнитного поля и вектора индукции. 3. Материальные уравнения. |
| Приложения |
|
Приложение 1.
ФОС 03_03_03 Электричество и магнетизм КЭТ.docx
|
6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
| 6.1. Рекомендуемая литература | ||||
| 6.1.1. Основная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л1.1 | А.С. Кингсеп, Г.Р. Локшин, О.А. Ольхов | Основы физики.Курс общей физики. Том 1. Механика,электричество и магнетизм,колебания и волны,волновая оптика [Электронный ресурс]: учебник | М.: Физматлит, 2007 | e.lanbook.com |
| Л1.2 | Ландсберг Г.С. | Элементарный учебник физики. Т.2 Электричество и магнетизм [Электронный ресурс]: учебник | М.: Физматлит, 2011 | e.lanbook.com |
| 6.1.2. Дополнительная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л2.1 | Тамм И.Е | Основы теории электричества [Электронный ресурс]: учебное пособие | М: Издательская группа URSS, 2003 | e.lanbook.com |
| Л2.2 | Гринберг Я.С. | Электричество и магнетизм [Электронный ресурс]: учебное пособие | Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2017 | www.studentlibrary.ru |
| Л2.3 | С.П. Стрелков, Д.В. Сивухин, С.Э. Хайкин, И.А. Эльцин ; под ред. И.А. Яковлева | Сборник задач по общему курсу физики. В 5 т. Кн. III. Электричество и магнетизм [Электронный ресурс]: учебное пособие | М.: Физматлит, 2006 | e.lanbook.com |
| 6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" | ||||
| Название | Эл. адрес | |||
| Э1 | ЭБС "Лань" | e.lanbook.com | ||
| Э2 | Интернет-портал "Университетская библиотека онлайн" | biblioclub.ru | ||
| Э3 | ЭБС "Юрайт" | www.biblio-online.ru | ||
| Э4 | Электричество и магнетизм, автор К.В. Соломатин | portal.edu.asu.ru | ||
| 6.3. Перечень программного обеспечения | ||||
| Microsoft Windows7, №лицензии 60674416 (бессрочная) Microsoft Office 2010 №лицензии 60674416 (бессрочная) OriginLab Origin Pro 8.0 (OriginLab), 2008-2012 г. - бесплатный софт MatLAB 7 (MathWorks), 2010-2012 г. - бесплатный софт MathCAD 14/15 (Parametric Technology Corporation), 2007-2012 гг. - бесплатный софт Mathematica (Wolfram Research, Inc www.wolfram.com.)- бесплатный софт Google SketchUp - бесплатный софт 3DCrafter - бесплатный софт Art of Illusion - бесплатный софт Creo Elements / Direct - ранее CoCreate - бесплатный софт DrawPlus Starter Edition - бесплатный софт FreeCAD - бесплатный софт GLC Player - бесплатный софт 7-Zip AcrobatReaderMicrosoft Office 2010 (Office 2010 Professional, № 4065231 от 08.12.2010), (бессрочно); Microsoft Windows 7 (Windows 7 Professional, № 61834699 от 22.04.2013), (бессрочно); Chrome (http://www.chromium.org/chromium-os/licenses), (бессрочно); 7-Zip (http://www.7-zip.org/license.txt), (бессрочно); AcrobatReader (http://wwwimages.adobe.com/content/dam/Adobe/en/legal/servicetou/Acrobat_com_Additional_TOU-en_US-20140618_1200.pdf), (бессрочно); ASTRA LINUX SPECIAL EDITION (https://astralinux.ru/products/astra-linux-special-edition/), (бессрочно); LibreOffice (https://ru.libreoffice.org/), (бессрочно); Веб-браузер Chromium (https://www.chromium.org/Home/), (бессрочно); Антивирус Касперский (https://www.kaspersky.ru/), (до 23 июня 2024); Архиватор Ark (https://apps.kde.org/ark/), (бессрочно); Okular (https://okular.kde.org/ru/download/), (бессрочно); Редактор изображений Gimp (https://www.gimp.org/), (бессрочно) | ||||
| 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. http://www.biblioclub.ru/ интернет-портал «Университетская библиотека онлайн» www.tests.specialist.ru/ Центр компьютерного обучения МГТУ им. Н.Э.Баумана. www.intuit.ru/ Образовательный сайт | ||||
7. Материально-техническое обеспечение дисциплины
| Аудитория | Назначение | Оборудование |
|---|---|---|
| Учебная аудитория | для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик | Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска, мультимедийное оборудование стационарное или переносное) |
| 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 |
| 002К | лаборатория физического материаловедения - 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; доски меловые 1шт. лазер ЛТИ502; лазер ЛТН-103; лазерная установка HTS 300; микроскоп металлографический Метам РВ-23; микроскоп НЕОФОТ -32; моноблок RAMEC Gale Custom G1610/ H61M-DG3/4 Гб ОЗУ/500 Гб НЖМД; насадка для микроскопа VEC-535 цветная в/к ПЗС-матрица 1/1,8" 1700ТВ лин 1,0Iuх; ноутбук Acer TM424WXMi Cel-M(380) 1,6GHz/14,1" WXGA/512Mb/60Gb/DVD-RW/LAN/Wlan b; оптико-электронная система (сканирующий зондовый микроскоп) Солвер Некст; проектор: Epson EMP-TW10H (V11H164040); системный блок Celeron 1000/128/FDD/HDD; системный блок P IV - 1800 Celeron/ 256 Mb/60 Gb/AGP 32/CD/Net/SB/SPK; термостат; установка "Дрон-3"; блок БВЦ 97-04; блок БГА-2-97; блок БПВ2-90; блок Д3У2-91; блок питания БНН-43; блок УВЦ-2-95; вакуумный пост универсальный ВУП-5; компьютер Intel Core i3-4160 3600MHz/HDD 1Tb/DDR3 DIMM 16Gb(2x8Db); компьютер Intel Core i3-4160 3600MHz/HDD 1Tb/DDR3 DIMM 16Gb(2x8Db); компьютер Intel Pentinm G3420 3200 MHz/DDR3 DIMM 4Gb/монитор 22"LG 22MP55HQ-P; компьютер Intel Pentinm G3420 3200 MHz/DDR3 DIMM 4Gb/монитор 22"LG 22MP55HQ-P; компьютер Intel Pentium G3420 3200MHz 3Mb/DDR3 DIMM 4Gb/монитор 22"LG 22MP55HQ-P; компьютер Intel Pentium G3420 3200MHz 3Mb/DDR3 DIMM 4Gb/монитор 22"LG 22MP55HQ-P; компьютер Intel Pentium G3420 3200MHz3Mb/DDR3 DIMM 4Gb/монитор 22"LG 22MP55HQ-P; микрокомпьютер Tandy 1000HX; монитор 15" RoverScan 115GS 0.28 TCO95; монитор 15" Samsung 550 S.28; монитор 17" Philips TFT; ноутбук ASUS BU401LG 14"HD,Ci7-4500U, 8192Mb,1Tb,GT730M-2Gb,WiFi, BT, Cam, W8Pro; ноутбук Asus K50IN (2,2GHz/4Gb/320Gb/DVD-RW/Bluetooth/факс-модем/веб камера; преобразователь акустической эмиссии; прибор АМА-0,2ф1; принтер HP LJ 1150; самописец 62201; система магнетронного напыления МАГ-2000; системный блок Celeron 733 INTEL; системный блок P - IV 3000MHz/Плата ЛА-2USB/АЦП ЛА-н150-14PCI; сканер HP SJ 6300; сканер ч/б; спектрофонометр 6ф-20; усилитель напряжения сигналов преобразователей акустической эмиссии; учебные наглядные пособия: "Лабораторные работы по физическому материаловедению"; "Специальный физический практикум по сканирующей зондовой микроскопии"" "Специальный физический практикум. Акустическая эмиссия в физике конденсированного состояния" |
8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины
| Основной целью при изучении дисциплины является стремление показать области применения и формирование у будущих специалистов теоретических знаний и практических навыков по использованию законов физики для широкого спектра задач в различных областях. Для эффективного изучения теоретической части дисциплины «Электричество и магнетизм» необходимо: - построить работу по освоению дисциплины в порядке, отвечающим изучению основных этапов, согласно приведенным темам лекционного материала; - систематически проверять свои знания по контрольным вопросам и заданиям; - усвоить содержание ключевых понятий; - плотно работать с основной и дополнительной литературой по соответствующим темам. Для эффективного изучения практической части дисциплины «Электричество и магнетизм» рекомендуется: - систематически выполнять подготовку к практическим занятиям и лабораторным работам по предложенным преподавателем тема и методическим указаниям; - своевременно выполнять практические задания, лабораторные работы. - своевременно и систематически защищать результаты своих экспериментальных исследований. В течение семестра студенты выполняют: - домашние задания (Case-study - анализ конкретных ситуаций, ситуационный анализ), выполнение которых контролируется и обсуждается (групповое обсуждение)на практических занятиях или перед выполнением лабораторных работ (сократический диалог - подразумевающий постановку особых вопросов в процессе беседы, которые способствуют работе мышления, концентрации внимания, адекватной оценке текущей дискуссии и своей в ней роли); - промежуточные задания, во время практических или лабораторных работ (в форме дискуссий, дебатов)для выявления знаний по основным элементам новых разделов теории или методике проведения экспериментальных заданий; - построение "дерева решений" для проведения наиболее эфффективного анализа методики эксперимента, непосредственного выполнения экспериментальных исследований в ходе лабораторных работ; - обсуждают задания практических и лабораторных работ методом "Займи позицию", помогающем выяснить, какой спектр мнений может существовать по обсуждаемому вопросу и предоставляет возможность высказаться каждому, продемонстрировать различные мнения, а затем обосновать свою позицию, найти и выразить самые убедительные аргументы, сравнить их с аргументами других |