Пояснення до робочої програми. Електричні та магнітні явища пов’язані з особливою формою існування матерії – електричними і магнітними полями і їхньою взаємодією

Електричні та магнітні явища пов’язані з особливою формою існування матерії – електричними і магнітними полями і їхньою взаємодією. Електромагнітні взаємодії не тільки пояснюють всі електромагнітні явища, але і забезпечують сили, що обумовлюють існування речовини на атомному і молекулярному рівнях як єдиного цілого. Важливість теорії електромагнітного поля пов’язана з тим, що вона містить у собі всю оптику, тому що світло являє собою електромагнітне випромінювання. Основою теорії електромагнітного поля є теорія Максвелла. Рівняння Максвелла встановили тісний зв’язок між цими явищами, що раніше розглядалися як незалежні. Максвелл сформулював таке найважливіше поняття фізики, як електромагнітне поле.

Приступаючи до вивчення цього розділу, студент повинен приділити особливу увагу такому закону електродинаміки, як закон Ампера. Знати і вміти застосовувати закон Біо-Савара-Лапласа для розрахунку магнітної індукції або напруженості магнітного поля прямолінійного і кругового струмів, а також закон повного струму (циркуляція вектора магнітної індукції) для розрахунку магнітного поля тороїда і довгого соленоїда. При вивченні питання, пов’язаного з дією магнітного поля на заряди, що рухаються, потрібно вміти застосовувати силу Лоренца для визначення напрямку руху заряджених частинок у магнітному полі, мати уявлення про принцип дії циклічних прискорювачів заряджених частинок, а також визначати роботу переміщення провідника і контуру із струмом у магнітному полі.

При вивченні явища електромагнітної індукції необхідно засвоїти, що механізм виникнення ЕРС індукції має електронний характер. Вивчивши основний закон електромагнітної індукції Фарадея-Максвелла, студент на його основі повинен вміти вивести і застосувати для розрахунків формули ЕРС самоіндукції, взаємної індукції, енергії магнітного поля. Студент при цьому повинен усвідомити, що, виходячи з виразу для циркуляції вектора магнітної індукції, магнітне поле, на відміну від електричного, є вихровим.

При вивченні теми «Коливання» слід паралельно розглядати механічні й електромагнітні коливання, що сприяє виробленню у студента єдиного підходу до коливань різної фізичної природи. Тут треба чітко усвідомити поняття фази, різниці фаз, амплітуди, частоти, періоду коливань, і там, де це необхідно, використовувати графічний метод представлення гармонічного коливання. Потрібно усвідомити, що будь-які коливання лінійної системи завжди можна представити у вигляді суперпозиції гармонічних коливань, що відбуваються одночасно, але з різними частотами, амплітудами і початковими фазами.

Вивчення теми «Хвилі» доцільно починати з механічних хвиль, що поширюються в пружних середовищах. Тут слід звернути увагу на картину миттєвого розподілу зміщень і швидкостей у хвилі, що біжить, а також на розходження між біжучою і стоячою хвилями, на залежність фазової швидкості від частоти коливань, знайти зв’язок між груповою і фазовою швидкостями, і показати їхню рівність під час відсутності дисперсії хвиль. Особливу увагу студент повинен приділити умові інтерференції хвиль, енергетичному співвідношенню при інтерференції хвиль, зрозуміти і пояснити перерозподіл енергії при утворенні мінімумів і максимумів інтенсивності. Переходячи до вивчення електромагнітних хвиль, студенту необхідно уяснити фізичний зміст рівнянь Максвелла (в інтегральній формі) і, спираючись на них, розглянути властивості цих хвиль. Потрібно чітко уявляти, що змінні електричні і магнітні поля взаємозалежні, вони підтримують одне одного і можуть існувати незалежно від джерела, що їх породило, поширюючись у просторі у вигляді електромагнітної хвилі. Іншими словами, електромагнітна хвиля – це змінне електромагнітне поле, яке поширюється в просторі. Під енергією електромагнітного поля слід розуміти суму енергій електричного і магнітного полів. Найпростішою системою, що випромінює електромагнітні хвилі, є коливний електричний диполь. Варто пам’ятати, якщо диполь робить гармонічні коливання, то він випромінює монохроматичну хвилю.

Хвильова оптика є частиною загального вчення про розповсюдження хвиль. При вивченні явищ інтерференції та дифракції, які пояснюються з позицій хвильової природи світла, треба звернути увагу на загальність цих явищ для хвиль будь-якої природи та пам’ятати, що світлові хвилі мають такі особливості, як когерентність, монохроматичність, обумовлені скінченною тривалістю свічення окремого атома.

При вивченні інтерференції світла слід звернути увагу на питання, пов’язані з кольором тонких плівок, смуги однакового нахилу і однакової товщини.

Розглядаючи явище дифракції треба розібратися в методі зон Френеля, вивчити дифракцію світла на одній щілині, дифракційній ґратці, усвідомити дифракцію на просторовій ґратці, користуватися формулою Вульфа-Брегга, яка є основною у рентгеноструктурному аналізі, що має важливе практичне застосування.

При вивченні явища поляризації була експериментально встановлена поперечність світлових хвиль. Особливу увагу треба звернути на способи отримання поляризованого світла, на застосування законів Брюстера і Малюса, на явище обертання площини поляризації у кристалах та розчинах.

Контрольна робота № 4 включає такі задачі, що допоможуть студентові перевірити свої знання з таких питань, як застосування закону Біо-Савара-Лапласа для розрахунку магнітної індукції (або напруженості) магнітного поля, створюваного провідниками різної конфігурації зі струмом, навчитися застосовувати принцип суперпозиції при визначенні індукції або напруженості найпростіших полів, визначати траєкторію руху зарядженої частинки, її питомий заряд і силу, яка діє на частинку, що рухається в магнітному полі, обчислювати роботу, чинену силами як при русі прямолінійного провідника зі струмом, так і при обертанні контурів різної конфігурації зі струмом у магнітному полі, знаходити намагніченість, енергію й об’ємну густину енергії магнітного поля соленоїда і тороїда.

Задачі на гармонічні коливання охоплюють такі питання, як визначення амплітуди, швидкості, прискорення, енергії при механічних коливаннях, періоду, електроємності, індуктивності, сили струму, напруги, енергії при електромагнітних коливаннях. Хвильові процеси представлені задачами, у яких визначаються період, довжина, швидкість поширення, енергія й об’ємна густина енергії механічних і електромагнітних хвиль.

В задачах з оптики треба вміти розраховувати картину інтерференції від двох когерентних джерел, інтерференцію у тонких плівках, дифракцію у паралельних променях на одній щілині, на пласкій та просторовій дифракційній ґратці. У задачах на тему «Поляризація світла» треба вміти застосовувати закони Брюстера та Малюса.