【Учебник Народного образования】Физика старшей школы, профильный обязательный курс, вторая часть

📚 Краткое содержание

Данный курс основан на учебнике по физике для старших классов средней школы и охватывает продвинутые знания по электромагнетизму, включая силу Ампера, силу Лоренца, электромагнитную индукцию, переменный ток и датчики — ключевые физические концепции и законы.

Глубокое исследование электромагнитных тайн, освоение основных закономерностей школьной физики.

Автор: Центр исследования и разработки учебников по физике, Институт учебников и программ, издательство «Народное образование»

Благодарности: Утверждено экспертным комитетом Комитета по учебникам при государственном совете (2019)

🎯 Цели обучения

1. Уметь точно использовать правило левой руки для определения направления силы Ампера и силы Лоренца, а также понимать особенность направления силы на отрицательно заряженные частицы.
2. Владеть формулой для расчета величины силы Лоренца, а также самостоятельно выводить формулы радиуса и периода движения заряженной частицы по окружности в однородном магнитном поле.
3. Уметь анализировать и объяснять принцип работы масс-спектрометра, циклотрона, скоростного селектора и генератора магнитогидродинамики.
4. Студенты могут точно излагать содержание закона Ленца и закона Фарадея об электромагнитной индукции, а также применять правило правой руки для определения направления тока при пересечении проводником магнитных силовых линий.
5. Гибко применять формулы E = n \frac{\Delta \Phi}{\Delta t} и E = Blv \sin \theta для расчета ЭДС в различных физических ситуациях.
6. Уметь анализировать сложные электромагнитные явления, такие как самоиндукция, вихревые токи, электромагнитное демпфирование, с точки зрения преобразования энергии, и решать связанные с ними практические задачи.
7. Уметь анализировать процесс возникновения переменного тока при вращении катушки, уверенно записывать выражения мгновенных значений и выполнять перевод между пиковой и эффективной (среднеквадратичной) величинами.
8. Владеть основными принципами идеального трансформатора и использовать пропорциональность напряжения и числа витков для решения задач по электрическим цепям.
9. Понимать механизмы потерь мощности при передаче электроэнергии на большие расстояния, уметь рассчитывать потерю напряжения и потери мощности в линиях электропередачи, а также объяснить экономическую целесообразность высоковольтной передачи.
10. Уметь описывать периодические изменения заряда, тока, энергии электрического и магнитного полей в колебательном контуре LC.

🔹 Урок 1: Сила Ампера и сила Лоренца — действие магнитного поля на вещество

Обзор: Данный курс направлен на изучение закономерностей действия магнитного поля на макроскопические проводники с током (сила Ампера) и микроскопические движущиеся заряды (сила Лоренца). Через изучение правила левой руки, формулы силы Лоренца и кругового движения заряженных частиц в однородном магнитном поле студенты освоят базовые физические принципы современных научных приборов, таких как масс-спектрометры, циклотроны, а также поймут микроскопическую связь между силой Ампера и силой Лоренца.

Результаты обучения:

• Уметь точно применять правило левой руки для определения направления силы Ампера и силы Лоренца, а также понимать особенность направления силы на отрицательно заряженные частицы.
• Владеть формулой расчета величины силы Лоренца, а также самостоятельно выводить формулы радиуса и периода кругового движения заряженной частицы в однородном магнитном поле.
• Уметь анализировать и объяснять принцип работы масс-спектрометра, циклотрона, скоростного селектора и генератора магнитогидродинамики.

🔹 Урок 2: Электромагнитная индукция — законы, суть и применение

Обзор: Данный учебный план охватывает основные законы электромагнитной индукции и их применение. Основное внимание уделяется экспериментальному исследованию, которое раскрывает суть закона Ленца и закона Фарадея об электромагнитной индукции, а также углубленному анализу микроскопической природы движущейся и индуцированной ЭДС. Кроме того, через изучение явлений самоиндукции, взаимной индукции, вихревых токов и электромагнитного демпфирования показывается роль электромагнитной индукции в преобразовании энергии и её практическом применении в современных технологиях.

Результаты обучения:

• Уметь точно излагать содержание закона Ленца и закона Фарадея об электромагнитной индукции, а также применять правило правой руки для определения направления тока при пересечении проводником магнитных силовых линий.
• Гибко применять формулы E = n \frac{\Delta \Phi}{\Delta t} и E = Blv \sin \theta для расчета ЭДС в различных физических ситуациях.
• Уметь анализировать сложные электромагнитные явления, такие как самоиндукция, вихревые токи, электромагнитное демпфирование, с точки зрения преобразования энергии, и решать связанные с ними практические задачи.

🔹 Урок 3: Переменный ток — принципы возникновения, трансформация и передача энергии

Обзор: Данный курс охватывает весь процесс от возникновения переменного тока до его передачи на большие расстояния. Студенты сначала изучают физическую модель прямоугольной катушки, вращающейся в однородном магнитном поле, чтобы понять принцип образования синусоидального переменного тока и его математическое описание (мгновенные значения, пиковые и эффективные значения); затем рассматриваются специфические препятствия, оказываемые индуктивностью и емкостью на переменный ток; наконец, переходят к практическому применению, изучая закономерности трансформации в идеальном трансформаторе и способах снижения потерь мощности при передаче электроэнергии на большие расстояния с помощью высокого напряжения.

Результаты обучения:

• Уметь анализировать процесс возникновения переменного тока при вращении катушки, уверенно записывать выражения мгновенных значений и выполнять перевод между пиковой и эффективной (среднеквадратичной) величинами.
• Владеть основными принципами идеального трансформатора и использовать пропорциональность напряжения и числа витков для решения задач по электрическим цепям.
• Понимать механизмы потерь мощности при передаче электроэнергии на большие расстояния, уметь рассчитывать потерю напряжения и потери мощности в линиях электропередачи, а также объяснить экономическую целесообразность высоковольтной передачи.

🔹 Урок 4: Электромагнитные колебания и электромагнитные волны — теория Максвелла и вещественная природа

Обзор: Данный курс призван помочь студентам понять переход от макроскопических цепей к распространению электромагнитных явлений в пространстве. Сначала рассматривается процесс возникновения электромагнитных колебаний в контуре LC и закономерности преобразования энергии, затем глубоко анализируются два ключевых предположения теории электромагнитного поля Максвелла, и, наконец, раскрываются принципы излучения и приема электромагнитных волн, их вещественные свойства и широкий спектр.

Результаты обучения:

• Уметь описывать периодические изменения заряда, тока, энергии электрического и магнитного полей в колебательном контуре LC.
• Владеть формулами периода и частоты электромагнитных колебаний и уметь выполнять соответствующие количественные расчеты.
• Понимать основные положения теории электромагнитного поля Максвелла, уметь объяснить вещественную природу электромагнитных волн и распознавать электромагнитный спектр.

🔹 Урок 5: Датчики — ключевые элементы, принципы применения и проектирование схем

Обзор: Данный курс направлен на глубокое изучение определения, состава и моделей применения датчиков, чтобы студенты могли освоить принципы работы основных чувствительных элементов, таких как светочувствительные, термочувствительные, магниточувствительные (элемент Холла). Через анализ емкостных, индуктивных датчиков перемещения, а также системы управления температурой в электроприборах для приготовления пищи студенты поймут, как физические величины преобразуются в электрические сигналы. В конце, на примерах схем сигнализации против взлома и световых выключателей, студенты развивают инженерное мышление для решения реальных практических задач.

Результаты обучения:

• Точно описывать определение датчика, структуру (чувствительный элемент и преобразующий элемент) и общие модели применения.
• Владеть физическими механизмами преобразования физических величин в электрические сигналы для фотосопротивлений, термисторов, элементов Холла, емкостных/индуктивных датчиков.
• Уметь анализировать принцип регулирования температуры в электроприборах для приготовления пищи и проектировать простые автоматические схемы управления (например, сигнализацию от взлома, световые выключатели) в соответствии с требованиями эксперимента.