1. Организационно-методический раздел

1.1. Пояснительная записка

Учебный курс "Электричество и магнетизм" разработан в рамках проекта "Развитие образовательных учреждений, ведущих заочную учебную работу со школьниками".

Требования ГОС по данному курсу не сформулированы, поэтому курс является авторским. Он может рассматриваться Он может рассматриваться как самостоятельная учебная дисциплина и, вместе с тем, как один из модулей программы обучения одаренных детей.

Курс "Электричество и магнетизм" рассчитан на углубленное изучение электрических и магнитных явлений и включает в себя основные вопросы базового курса физики и отдельные вопросы программы факультативных курсов, что позволяет строить процесс с учетом индивидуальных способностей и интересов учащихся.

Курс рассчитан на 60 часов обучения, в том числе 29 часов работы с преподавателем с использованием технологий дистанционного обучения и 31 час самостоятельной работы слушателей с учебно-методическими материалами.

1.2. Цель и задачи изложения и изучения курса

Целью курса является углубление знаний учащихся и привитие навыков самостоятельной работы. Математическая строгость изложения и включение в курс практических задач и лекционного эксперимента делает изложение материала более глубоким. Особенностью курса является большое количество задач различной степени трудности. Задачи тесно связаны с текстом, часто являются его развитием и дополнением.

В результате изучения курса учащиеся должны иметь представление:

- фундаментальных явлениях, изучаемых в электродинамике;

- теоретических и экспериментальных методах физических исследований;

- границах применимости физических моделей и теорий.

В результате изучения курса учащиеся должны уметь:

- правильно выражать физические идеи;

- количественно формулировать и решать физические задачи.

1.3. Содержание деятельности учащихся

Познавательная деятельность учащихся предполагает:

- изучение основных электрических и магнитных явлений;

- использование полученных знаний для решения физических задач;

- анализ результатов, полученных при решении задач, с точки зрения их физического смысла.

1.4. Принципы построения программы курса

Курс предназначен для учащихся старших классов, обучающихся по программе открытой физико-математической школы, ориентированных на изучение физико-математических дисциплин и проявивших склонность к их изучению, а также может быть использован в средних школах и средних специальных учебных заведениях, работающих в системе дистанционного образования, и для повышения квалификации преподавателей.

2. Содержание курса

2.1. Содержание программы

Тема 1. Электростатика. Электрическое поле в вакууме

Свойства электрических зарядов. Закон Кулона. Системы единиц.

Электрическое поле. Напряженность поля. Принцип суперпозиции полей.

Теорема Гаусса для электрических полей.

Потенциал электрического поля. Связь между напряженностью и потенциалом.

Условия равновесия зарядов на проводнике. Проводники во внешнем электрическом поле. Электрическая индукция.

Конденсаторы. Соединение конденсаторов.

Электрическая энергия системы зарядов. Энергия заряженного конденсатора. Энергия электрического поля.

Поляризация диэлектриков, типы диэлектриков. Поле внутри диэлектриков.

Тема 3. Постоянный электрический ток

Плотность тока, сила тока. Электродвижущая сила.

Закон Ома для однородного участка цепи.

Закон Ома для неоднородного участка цепи. Закон Джоуля - Ленца.

Тема 4. Магнитное поле в вакууме

Магнитное поле постоянного тока. Индукция магнитного поля.

Сила Лоренца. Сила Ампера.

Закон Био - Савара.

Виток с током в магнитном поле. Работа в магнитном поле.

Теорема Гаусса для магнитных полей. Теорема о циркуляции магнитного поля в вакууме.

Тема 5. Магнитное поле в веществе

Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость.

Виды магнетиков: диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики.

Тема 6. Электромагнитная индукция

Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея. Правило Ленца. Объяснение явления по электронной теории.

Универсальный закон электромагнитной индукции.

Явление самоиндукции. Энергия магнитного поля.

Квазистационарные переменные токи.

Цепь с емкостью, индуктивностью, сопротивлением и источником ЭДС.

Векторные диаграммы. Работа и мощность переменного тока.

Примерная тематика практических занятий

1. Электростатическое поле в вакууме. Закон Кулона.
2. Напряженность. Теорема Гаусса.
3. Потенциал. Работа в электрическом поле.
4. Конденсаторы. Соединения конденсаторов.
5. Электрический ток. Законы Ома и Джоуля - Ленца. Электрические цепи.
6. Магнитное поле. Закон Био - Савара. Теорема о циркуляции.
7. Электромагнитная индукция.
8. Переменный ток.

2.2. Описание содержания

Материал курса "Электричество и магнетизм" является дополнением к обычному школьному учебнику. Программа курса включает вопросы, которые традиционно изучаются в физико-математических школах.

Изучение основ электродинамики начинается с электрического поля в вакууме. Силовой характеристикой электрического поля является напряженность. Центральный характер электростатических взаимодействий определяет потенциальный характер электростатического поля и делает возможным его описание при помощи скалярной функции, являющейся энергетической характеристикой поля - потенциала. Особое внимание уделяется связи между этими двумя величинами.

В рамках классической электродинамики исчерпывающее описание электрических взаимодействий между неподвижными зарядами может быть построено на базе двух утверждений - закона Кулона и принципа суперпозиции. Для расчета полей систем электрических зарядов необходимо применять принцип суперпозиции, методическое значение которого для понимания физических законов трудно переоценить. Введение электрического поля как переносчика взаимодействия между зарядами (концепция близкодействия) привело к появлению весьма изящных методов расчетов электростатических взаимодействий в сложных системах заряженных частиц. Для вычисления напряженностей полей, созданных симметричными протяженными распределениями зарядов (заряженной нитью, плоскостью и т.д.), применяется теорема Гаусса.

Рассмотрение вещества как совокупности заряженных частиц, расположение которых определяется их взаимодействиями друг с другом и с внешними зарядами, позволяет дать удовлетворительное описание электрических свойств проводников и диэлектриков.

Описание любых явлений в физике с энергетической точки зрения всегда приводит к более глубокому осмыслению их сути. Материальность электрического и магнитного поля может быть более глубоко осознана, если продемонстрировать учащимся, что обусловленная электрическими взаимодействиями энергия может быть приписана тем точкам пространства, где присутствует электрическое.поле.

При изучении темы "Постоянный ток" необходимо рассмотреть во всех формах законы Ома и Джоуля - Ленца. Для решения многих задач полезно знать правила Кирхгофа.

При изучении темы "Магнетизм" особо подчеркивается, что магнитное поле порождается движущимися зарядами и действует на движущиеся заряды. Для расчета магнитных полей необходимо знать закон Био - Савара - Лапласа, а для расчета магнитных полей, созданных симметричными конфигурациями токов - теорему о циркуляции. Особое внимание следует обратить на движение заряженных частиц в магнитном поле под действием сил Лоренца и Ампера.

Изучение явления электромагнитной индукции приводит к пониманию глубокой связи, существующей между электрическими и магнитными явлениями. При изучении явления электромагнитной индукции необходимо знать, как вычисляется магнитный поток, электродвижущая сила индукции. Для понимания процессов, связанных с возникновением индукционного тока в проводниках, следует усвоить, что механизм возникновения ЭДС индукции имеет электронный характер.

Программа с углубленным изучением физики предусматривает более широкое использование математических знаний учащихся. Достаточная математическая подготовка учащихся облегчает использование индуктивного способа установления основных законов природы на основе эксперимента и дедуктивного пути получения следствий из фундаментальных теоретических положений.

Изложение учебного материала ориентировано на отработку общих методов решения задач, так как именно решение задач является лучшим способом изучения физики. В содержание курса внесены некоторые задачи, которые можно рассматривать как своего рода "эталонные".

3. Распределение учебного времени

3.1. Распределение часов курса по темам и видам работ

3.2. Форма итогового контроля

Зачет.

4. Рекомендуемая литература

Основная литература

1. Бутиков Е.И., Кондратьев А.С. Физика. Электродинамика. Оптика. - Т. 2. - М.: Физматлит, 2001. - 352 с.
2. Кабардин О.Ф. Основы физики. - М.: Просвещение, 1991. - 367 с.
3. Касьянов В.А. Физика. 10 кл.: Учебник для общеобразовательных учреждений. - 5-е изд., дораб. - М.: Дрофа, 2003. - 416 с.
4. Касьянов В.А. Физика. 11 кл.: Учебник для общеобразовательных учреждений. - 4-е изд., дораб. - М.: Дрофа, 2004. - 416 с.: ил.
5. Пинский А.А., Яворский Б.М. Основы физики. - М.: Наука, 1981. - 447 с.
6. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. - М.: Мир, 1965. - 266 с.
7. Фейнман Р. Характер физических законов. - М.: Наука, 1987. - 158 с.
8. Физика: Электричество. 10 кл.: Учебник для углубленного изучения физики / Под ред. Г.Я. Мякишева. - М.: Дрофа, 2001.
9. Элементарный учебник физики / Под ред. Г.С. Ландсберга. В 3 кн. - М.: Физматлит, 2000 и предшествующие издания.

Дополнительная литература

1. Балаш В.А. Задачи по физике и методы их решения. - М.: Просвещение, 1964.
2. Бендриков Г.А., Буховцев Б.Б., Керженцев В.Г., Мякишев Г.Я. Физика для поступающих в вузы: Учеб. пособие для подготовительных отделений вузов. - М.: Физматлит, 2000 и предшествующие издания.
3. Буховцев Б.Б., Кривченков В.Д., Мякишев Г.Я., Сараева И.М. Задачи по элементарной физике. - М.: Физматлит, 2000 и предшествующие издания.
4. Гольдфарб Н.И. Физика. Задачник. 9-11 кл.: Пособие для общеобразовательных учебных заведений. - М.: Дрофа, 2000 и предшествующие издания.
5. Задачи по физике / Под ред. О.Я. Савченко. - М.: Наука, 1988.
6. Кобушкин В.К. Методика решения задач по физике. - Л., 1972. - 247 с.
7. Меледин Г.В. Физика в задачах: Экзаменационные задачи с решениями: Учеб. пособие. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Наука, 1989. - 272 с.
8. Мясников С.П., Осанова Т.Н. Пособие по физике: Учеб. пособие для подготовительных отделений вузов. - 5-е изд., исправл. и перераб. - М.: Высшая школа, 1988. - 399 с.: ил.
9. Павленко Ю.Г. Физика. Полный курс для школьников и поступающих в вузы: Учеб. пособие. - М.: Большая Медведица, 2002.
10. Парфентьева Н.А., Фомина М.В. Решение задач по физике. В помощь поступающим в вузы. Ч. 1. - М.: Мир, 1993. - 206 с.: ил.
11. Пособие по физике для поступающих в вузы / Под общ. ред. М.С. Цедрика. - 2-е изд., стереотипное. - Минск: Высшая школа, 1966. - 279 с.: ил.
12. Сборник задач по курсу физики с решениями: Учеб. пособие для вузов / Трофимова Т.И., Павлова З.Г. - 4-е изд., стереотипное. - М.: Высшая школа, 2003. - 591 с.
13. Сборник задач по физике / Под ред. С.М. Козела. - М.: Просвещение, 2000 и предшествующие издания.
14. Сборник задач по элементарной физике: Пособие для самообразования / Буховцев Б.Б., Кривченков В.Д., Мякишев Г.Я., Сараева И.М. - 5-е изд., перераб. - М.: Наука, 1987. - 416 с.: ил.
15. Физика: 3800 задач для школьников и поступающих в вузы / Авт.-сост. Н.В. Турчина, Л.И. Рудакова, О.И. Суров и др. - М.: Дрофа, 2000. - 672 с.: ил. (Большая библиотека "Дрофы").
16. Физика. Учебники для 10 и 11 классов школ и классов с углубленным изучением физики / Под ред. А.А. Пинского. - М.: Просвещение, 2000 и предшествующие издания.
17. Яворский Б.М., Селезнев Ю.Д. Физика. Справочное пособие для поступающих в вузы. - М.: Физматлит, 2000 и предшествующие издания.

5. Авторы (составители)

Анохина Ида Николаевна - кандидат физико-математических наук, доцент кафедры общей и экспериментальной физики физического факультета Томского государственного университета, заведующая "Музеем истории физики" ТГУ.

Нявро Вера Федоровна - кандидат физико-математических наук, доцент кафедры общей и экспериментальной физики физического факультета ТГУ.