Geum.ru

Профессор Борис Александрович Луговцов программа курса

Вид материалаПрограмма курса

Содержание


Электромагнетизм и оптика
Курсовая контрольная работа (30.10).
Электромагнетизм и оптика
Электромагнетизм и оптика
Подобный материал:
ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ И ОПТИКА

(2-й курс, 3-й семестр)

Профессор Борис Александрович Луговцов

Программа курса лекций
  1. Электрический заряд. Закон Кулона. Электрическое поле. Принцип суперпозиции. Силовые линии электрического поля. Интегральная форма уравнений электростатики. Теорема Гаусса и теорема о циркуляции. Дифференциальные уравнения электростатического поля в вакууме.
  2. Потенциал. Основное уравнение электростатики – уравнение Пуассона и его общее решение в безграничном пространстве. Электрическое поле на больших расстояниях от системы зарядов. Диполь. Квадруполь. Понятие о мультиполях.
  3. Проводники в электростатическом поле, граничные условия. Электроемкость. Конденсатор. Энергия конденсатора. Энергия электрического поля.
  4. Электрическое поле в среде. Диэлектрики. Поляризация, электростатическая индукция, диэлектрическая проницаемость, граничные условия. Энергия поля в среде. Силы в электрическом поле в среде.
  5. Электрический ток. Закон сохранения заряда. Уравнение непрерывности. Ток в проводниках. Проводимость. Дифференциальный закон Ома. Граничные условия. Линейные проводники. Сопротивление. Закон Ома и правила Кирхгофа. Электродвижущая сила.
  6. Ток в вакууме. Ток в газе и жидкости. Подвижность ионов и электронов.
  7. Постоянное магнитное поле. Закон Ампера. Закон Био-Савара. Принцип суперпозиции. Силовые линии магнитного поля. Интегральная форма уравнений магнитостатики. Поток и циркуляция магнитного поля. Дифференциальные уравнения магнитостатики в вакууме.
  8. Вектор-потенциал. Основное уравнение магнитостатики и его общее решение в безграничном пространстве. Магнитное поле на больших расстояниях от системы токов. Магнитный (дипольный) момент.
  9. Магнитное поле в среде. Намагничивание. Магнитная индукция. Магнитная проницаемость. Типы магнетиков. Ферромагнетизм, гистерезис. Граничные условия.
  10. Закон электромагнитной индукции. Самоиндукция и взаимоиндукция. Индуктивность. Силы в магнитном поле. Энергия магнитного поля.
  11. Сверхпроводимость, эффект Мейснера, критическое магнитное поле. Граничные условия.
  12. Интегральная и дифференциальная формы уравнений квазистационарных электромагнитных процессов. Токи Фуко и скин-эффект.
  13. Цепи переменного тока, комплексное сопротивление. Колебательный контур.
  14. Ток смещения. Уравнения Максвела в интегральной и дифференциальной форме. Граничные условия. Поток энергии поля, вектор Пойнтинга. Импульс электромагнитного поля.
  15. Электромагнитные волны. Волновое уравнение. Плоская монохроматическая волна. Поляризация. Отражение и преломление электромагнитной волны. Формулы Френеля. Давление света.
  16. Фурье-разложение электромагнитного поля. Соотношение неопределенностей. Закон дисперсии. Фазовая и групповая скорость. Волновой пакет. Расплывание волнового пакета.
  17. Волноводы. Электромагнитное поле в волноводе. Типы волн, критическая частота. Резонаторы. Собственные частоты.

ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ И ОПТИКА

(2-й курс, 3-й семестр)

профессор Генрий Викторович Меледин

профессор Валерий Семенович Черкасский
Программа семинарских занятий

Электростатика
  1. Информация о курсе (учебники, задания, контрольные, зачет, экзамен) – 0,5часа. Поле и потенциал точечного заряда. Суперпозиция. (Задачи 1.3, 1.4, 1.14, 1.15 из сборника [10]). Найти  снаружи и внутри однородного заряженного шара интегрированием уравнения Пуассона – 1,5 часа.
  2. Теорема Гаусса (1.19–1.25). Диполь (1.27, 1.28, 1.31–1.33) – 2 часа.
  3. Дивергенция в сферических и цилиндрических координатах. Уравнения Пуассона и Лапласа (1.47, 1.48) – 2 часа.
  4. Разделение переменных в уравнениях Пуассона и Лапласа в декартовых координатах. Найти , если . (1.49). Найти в слое , если на границах: , – 2 часа.
  5. Разделение переменных в уравнении Лапласа в сферических координатах. Квадрупольный потенциал и тензор квадрупольного момента. Мультиполи. (1.42, 1.44, 1.45, 1.51) – 4 часа.
  6. Поле в диэлектриках. Граничные условия. (2.1–2.6, 2.8б) – 2 часа.
  7. Емкость. Потенциальные и емкостные коэффициенты. (2.10–2.12, 2.14, 2.15, 2.18, 2.19, 2.21, БТ 182, 183) – 4 часа.
  8. Метод изображений. (2.22, 2.23, 2.25–2.28, 2.32, 2.37, 2.39, 2.40, 2.43) – 4 часа.
  9. Энергия поля. Давление. Силы. (2.46–2.48, 2.50, 2.51, 2.54, 2.59, 2.60) – 2 часа.

Электрический ток
  1. Электрический ток в проводнике. Граничные условия. Закон Ома. (3.1–3.5, 3.9, 3.18, 3.19, 3.21, 3.23–3.25) – 4 часа.
  2. Закон «3/2». (3.32, 3.34, 3.38, 3.39) – 2 часа.

Магнитостатика
  1. Закон Био-Савара. Теорема Стокса. Суперпозиция. (4.1–4.5, 4.8, 4.10, 4.13) – 2 часа.
  2. Векторный потенциал. Магнитный диполь. Прецессия магнитного момента. Скалярный магнитный потенциал. Аксиально-симметричное магнитное поле – описание через поле на оси (то же для электрического поля). (4.15, 4.18, 4.21, 4.22, 4.26, 4.30, 4.32, 4.33) – 3 часа.
  3. Магнитное поле в среде. Граничные условия. Метод изображений. Магнитные цепи. Постоянные магниты. (5.1–5.5, 5.7, 5.8, 5.10–5.12, 5.14–5.16, 5.19, 5.24) – 5 часов.

Квазистационарные явления
  1. Индуктивность. Энергия и давление магнитного поля. Взаимодействие токов с полем. (6.1, 6.2, 6.4–6.9, 6.11, 6.13, 6.15, 6.16, 6.22, 5.28, 5.29, 5.33) – 4 часа.
  2. Сохранение магнитного потока. (6.23–6.29, 6.33, 6.34) – 2 часа.
  3. Электромагнитная индукция. Трансформатор (6.35–6.37, 6.39, 6.42, 6.44, 6.47–6.50, 6.55). Цепи (6.58, 6.59, 6.63, 6.64, 6.67, 6.68) – 2 часа.
  4. Скин-эффект (6.76–6.78, 6.80–6.83, 6.85, 6.86, 6.92, 6.97) – 4 часа.
  5. Поток энергии. Ток смещения. (6.102, 6.103, 6.106, 6.107) – 1 час.
  6. Движение заряженных частиц в электромагнитном поле. Дрейфовые движения. (7.1–7.3, 7.7) – 2 часа.
Задания

Оценка на экзамене по курсу электромагнетизм и оптика выставляется после устного ответа с учетом трех предварительных отметок:
  • оценки за курсовую письменную работу, которая обычно выполняется за день-два до устного экзамена;
  • оценки, выставляемой преподавателем за работу в семестре с учетом своевременной сдачи заданий, активности на семинарах и результатов групповых контрольных работ;
  • оценки за курсовую контрольную работу, которая проводится в середине семестра.

При проверке задач на всех этапах существенными будут следующие факторы:
  • понимание физической сущности задач, области применимости решения, контроль получения решения по размерности, с помощью предельных или частных случаев, где найти решение особенно просто;
  • рациональное использование математического аппарата, нахождение наилучшего из возможных путей к решению с указанием вариантов решения;
  • получение как точного результата, так и, в необходимом случае, оценки;
  • умение довести решение до конца, грамотно и разумно использовать системы единиц.

Задание № 1

(сдать с 18 по 23 сентября или раньше)

1.(1.4), 2.(1.11), 3.(2.55), 4. Мы живем в электрическом поле напряженности E 100 В/м. 1) Найти заряд Земли. 2) Оценить силу, действующую на голову босого человека, рассматривая силу в модели маленького шарика, помещенного в плоский конденсатор с полем E  100 В/м и соединенного проводником-телом с заземленной нижней пластиной. 3) Оценить собственную электроемкость, моделируя собственное тело, например, шаром равной массы. 5.(1.17), 6.(1.18), 7.(1.26), 8.(1.42).

Задание № 2

(сдать с 16 по 21 октября или раньше)

1.(2.8б), 2.(2.14), 3.(2.29), 4.(2.33), 5.(2.51), 6.(3.5), 7.(3.29)

Курсовая контрольная работа (30.10).


Задание № 3

(сдать с 17 по 22 декабря)

1.(4.2), 2.(4.18), 3.(4.29), 4.(5.24), 5.(6.10), 6.(6.30), 7.(6.56), 8.(6.92), 9.(7.4)
Задачи терминального класса1
  1. Электрическое поле точечных зарядов и мультиполей (ELS).
  2. Формирование электростатических полей (LAP).
  3. Формирование аксиально-симметричного магнитного поля с помощью круговых витков (VIT).
Библиографический список
  1. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс И. Фейнмановские лекции по физике. Т.5–6. М.: Мир, 1977.
  2. Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т. 3. Электричество. М.: Наука.
  3. Мешков И. Н., Чириков Б. В. Электромагнитное поле. Новосибирск: Наука, 1987, ч.1.
  4. Тамм И. Е. Основы теории электричества. М.: Наука, 1978.
  5. Матвеев А. Н. Электричество и магнетизм. М.: Высш. шк., 1983.
  6. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Электродинамика сплошных сред. М.: Наука, 1982.
  7. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теория поля. М.: Наука, 1982.
  8. Жданова Т. А., Меледин Г. В. Задачи по электродинамике с решениями, ч. 1, 2. Новосибирск: НГУ, 1990.
  9. Электродинамика в задачах. Составители: Г. В. Меледин, Ю. И. Эйдельман. Новосибирск: НГУ, 1997
  10. Меледин Г. В., Росляков Г. В., Эйдельман Ю. И. Задачи по электродинамике частиц и полей. Новосибирск: НГУ, 1986.
  11. Батыгин В. В., Топтыгин И. Н. Сборник задач по электродинамике. М.: Наука, 1970.
  12. Практикум по электродинамике в терминальном классе. Новосибирск: НГУ, 1992.
  13. Меледин Г. В., Черкасский В.С. Электродинамика в задачах. Ч.1.Электродинамикак частиц и полей. Новосибирск: НГУ, 2003.



ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ И ОПТИКА

(2-й курс, 4-й семестр)

Профессор Борис Александрович Луговцов

Программа курса лекций
  1. Распространение волн в слабо неоднородной среде; приближение геометрической оптики. Дифференциальное уравнение луча. Принцип Ферма.
  2. Оптические системы. Параксиальное приближение. Элементы матричной оптики. Формула тонкой линзы.
  3. Интерференция электромагнитных волн. Понятие о когерентности. Продольная и поперечная длины когерентности.
  4. Корреляционная функция стационарного случайного сигнала. Спектр мощности и продольная длина когерентности излучения. Влияние на интерференционную картину размеров источника и поперечная длина когерентности. Видность интерференционной картины.
  5. Двухлучевая и многолучевая интерференция. Полосы равной толщины и полосы равного наклона. Интерферометры Майкельсона и Фабри-Перо.
  6. Дифракция. Принцип Гюйгенса-Френеля. Интеграл Кирхгофа. Дифракция Френеля. Зоны Френеля.
  7. Дифракция Фраунгофера. Дифракционная решетка и ее применение в спектроскопии. Разрешающая способность дифракционной решетки. Фазовые решетки.
  8. Принцип Гюйгенса-Френеля и геометрическая оптика. Учет дифракции в оптических системах (тонкая линза, призма). Дифракционные ограничения.
  9. Голография как метод полной регистрации оптической информации.
  10. Запаздывающие потенциалы. Потенциал Лиенара-Вихерта. Поле произвольно движущегося точечного заряда. Поле равномерно движущегося заряда.
  11. Излучение электромагнитных волн. Дипольное электрическое и магнитодипольное излучение. Торможение излучением.
  12. Антенны-излучатели в радиодиапазоне. Диаграмма направленности. Принцип создания направленных антенн.
  13. Рассеяние электромагнитной волны свободным и связанным зарядом, сечение рассеяния. Дифракция рентгеновских лучей в кристалле. Условие Вульфа-Брэгга.
  14. Релятивистски-инвариантное описание электромагнитного поля. Уравнение для 4-вектора потенциала. Тензор электромагнитного поля. Преобразование полей. Инварианты поля. Эффект Доплера.
  15. Уравнения Максвелла в инвариантной форме. Тензор плотности энергии-импульса и вектор энергии-импульса электромагнитного поля. Закон сохранения энергии-импульса поля.
  16. Излучение релятивистской частицы. Потери на излучение, угловое распределение излучения в ультрарелятивистском случае. Синхротронное излучение.
  17. Пределы применимости классической электродинамики.

ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ И ОПТИКА

(2-й курс, 4-й семестр)

профессор Генрий Викторович Меледин

профессор Валерий Семенович Черкасский
Программа семинарских занятий

Волны в пространстве-времени
  1. Кинематика электромагнитной волны. Формулы Френеля. (1.1, 1.3, 1.5–1.7, 1.16–1.18, 1.21, 1.23, 1.25) – 4 часа.
  2. Фурье-анализ. 2.2–2.7 – 3 часа.
  3. Волновой пакет. Фазовая и групповая скорости. (2.10–2.14, 2.17–2.20) – 3 часа.
  4. Соотношение неопределенностей. (2.21–2.25, 2.27–2.30, 3.86, 3.87) – 4 часа.
  5. Резонаторы и волноводы. (2.32–2.46) - 4 часа.

Когерентность, интерференция, дифракция
  1. Временная и пространственная когерентность. Видимость. Автокорреляционная функция. (3.1–3.5, 3.7, 3.11, 3.12, 3.17–3.19, 3.21, 3.23–3.25, 3.31) – 6 часов.
  2. Линии равного наклона и равной толщины. Интерферометры. (3.33–3.37, 3.44–3.46, 3.52) – 4 часа.
  3. Зоны Френеля. Дифракция Френеля. (3.53–3.59, 3.66–3.68, Б.Т. 472–474) – 4 часа.
  4. Дифракция Фраунгофера. Дифракционные решетки. (3.71–3.78, 3.80, 3.81, 3.83, 3.84, 3.98, 3.99, 3.101, 3.106) – 6 часов.
  5. Фурье-оптика. Голография. (3.95–3.103, 3.107–3.115, 3.120, 3.121) – 4 часа.

Излучение
  1. Дипольное излучение. (4.7–4.9, 4.10–4.13, 4.18, 4.19, 4.23, 4.27, 4.31, 4.34, 4.36) – 6 часов.
  2. Оценки мультипольного излучения. Антенны. (4.38–4.41, 4.46, 4.49, 4.51, 4.56, 4.57, 4.65) – 4 часа.
  3. Рассеяние волны. Давление света. (4.66, 4.67, 4.69–4.71, 4.75, 4.76, 4.80–4.82, 4.86, 4.87) – 2 часа.
  4. Преобразование полей. Инварианты поля. Эффект Доплера. (5.2–5.15, 1.10–1.12) – 4 часа.
  5. Излучение релятивистской частицы. Торможение излучением. (5.24, 5.25, 5.28, 5.30–5.34, 5.41, 5.44, 5.53–5.56) – 4 часа.
Задания

Задание № 1

(сдать к 10 марта или раньше)

1.(1.6), 2.(1.27), 3.(1.35), 4.(2.2), 5.(2.26). 6.(2.29), 7.(2.35)

Задание № 2

(сдать к 1 апреля или раньше)

1.(3.6), 2.(3.44), 3.(3.65), 4.(3.95), 5.(3.101), 6(3.102).

Курсовая контрольная работа (30.03)

Задание № 3

(сдать к 23 апреля или раньше)

1.(4.17), 2.(4.18), 3.(4.25), 4.(4.36), 5.(4.52), 6.(4.55).

Задание № 4

(сдать к 18 мая или раньше)

1.(4.73), 2.(5.20), 3.(5.23), 4.(5.41б), 5.(5.44).
Задачи терминального класса2
  1. Электромагнитная волна при прохождении через плоские границы слоев (REFLEX).
  2. Фурье-анализ сигналов (FOUR).
Библиографический список
  1. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс И. Фейнмановские лекции по физике. Т.5-6. М.: Мир, 1977.
  2. Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т.4. Оптика. М.: Наука, 1986.
  3. Мешков И. Н., Чириков Б. В. Электромагнитное поле. Новосибирск: Наука, 1987, ч.2.
  4. Лансберг Г. С. Оптика. М.: Наука, 1976.
  5. Тамм И. Е. Основы теории электричества. М.: Наука, 1978.
  6. Матвеев А. Н. Оптика. М.: Высш. шк., 1985
  7. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Электродинамика сплошных сред. М.: Наука, 1982.
  8. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теория поля. М.: Наука, 1982.
  9. Жданова Т. А., Меледин Г. В. Задачи по электродинамике с решениями, Ч. I,II. Новосибирск: НГУ, 1990.
  10. Меледин Г. В., Росляков Г. В., Эйдельман Ю. И. Задачи по электродинамике частиц и полей. Новосибирск: НГУ, 1986.
  11. Батыгин В. В., Топтыгин И. Н. Сборник задач по электродинамике. М.: Наука, 1970.
  12. Практикум по электродинамике в терминальном классе. Новосибирск: НГУ, 1992.




1 выполняются по специальному расписанию и являются неотъемлемой частью зачетной программы по электродинамике.

2 выполняются по специальному расписанию и являются неотъемлемой частью зачетной программы по электродинамике.