Программа, методические указания и контрольные задания для студентов заочников инженерно-технических специальностей по курсу «Физика» (бакалавриат) 2 часть

Министерство образования и науки РФ Северо-Кавказская государственная гуманитарно-технологическая академия Кафедра физики ФИЗИКА Программа, методические указания и контрольные задания для студентов – заочников инженерно-технических специальностей по курсу «Физика» (бакалавриат) 2 часть 2012 г. Рекомендовано к публикации кафедрой физики, протокол № ____ от ________________________ Публикуется по решению учебно-методического совета СКГГТА, протокол №_______ от ____________ Составители: Лафишева Фатима Зулкарнаевна, к.п.н., доцент, Докумова Любовь Шамсудиновна, к.ф-м.н., доцент Рецензенты: Мамбетов А.Д., профессор, Борлаков Х.Ш., профессор, д.ф-м.н. Редактор: Шидаков Токмак Магометович, к.ф-м.н., доцент Предисловие Цель настоящего учебно-методического указания – оказать помощь студентам –заочникам инженерно-технических специальностей высших учебных заведений в изучении курса физики. Основной учебный материал программы курса в методическом указании распределен на 5 разделов. В каждом из них даны основные формулы, примеры решения задач, задачи для самостоятельного решения, контрольные задания и некоторые справочные таблицы. В указании учтены особенности учебных планов инженерных специальностей для программы бакалавриат. Дана таблица вариантов контрольных работ для студентов, выполняющих 2 контрольные работы. ^ ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Основной формой обучения студента-заочника является само­стоятельная работа над учебным материалом. Для облегчения этой работы кафедры физики вузов организуют чтение лекций, практические занятия и лабораторные работы. Поэтому процесс изучения физики состоит из следующих этапов: проработка установочных и обзорных лекций; самостоятельная работа над учебниками и учебными пособиями; выполнение контрольных работ; лабораторный практикум; зачеты и экзамены. При самостоятельной работе над учебным материалом необходимо: составлять конспект, записывая в нем законы и формулы, выражающие эти законы, определения основных физических понятий и сущность физических явлений и методов исследования; изучать курс физики систематически, так как в противном случае материал будет усвоен поверхностно; пользоваться каким-то одним учебником или учебным пособием (или ограниченным числом пособий), чтобы не утрачивалась логическая связь между отдельными вопросами, по крайней мере внутри какого-то определенного раздела курса. Контрольные работы позволяют закрепить теоретический материал курса. В процессе изучения физики студент должен выполнить 2 контрольные работы. Решение задач контрольных работ является проверкой степени усвоения студентом теоретического курса, а рецензии на работу помогают ему доработать и правильно освоить различные разделы курса физики. Перед выполнением контрольной работы необходимо внимательно ознакомиться с примерами решения задач по данной контрольной работе, уравнениями и формулами, а также со справочными материалами, приведенными в конце методических указаний. Две контрольные работы, предусмотренные учебными планами для инженерно-технических специальностей, распределены следующим образом: l, 2- физические основы механики, молеку­лярной физики и термодинамики; 3, 4 физические основы электродинамики; 5- волновая оптика, квантовая природа излучения; элементы атомной, ядерной физики. В данное пособие включены 1,2 контрольные работы для инженерно-технических специальностей. Контрольные работы содержат по 16 задач. Вариант задания контрольной работы определяется в соответствии с последней цифрой шифра по таблице для контрольных работ. Если, например, последняя цифра 5, то в контрольных работах студент решает задачи 5, 15, 25, 35, 45, 55, 65, 75, 85, 95, 105, 115, 125, 135, 145, 155. При выполнении контрольных работ необходимо соблюдать сле­дующие правила: указывать на титульном листе номер контрольной работы, наименование дисциплины, фамилию и инициалы студента, шифр и домашний адрес; контрольную работу следует выполнять аккуратно, оставляя поля для замечаний рецензента; задачу своего варианта переписывать полностью, а заданные физические величины выписать отдельно, при этом все числовые величины должны быть переведены в одну систему единиц; для пояснения решения задачи там, где это нужно, аккуратно сделать чертеж; решение задачи и используемые формулы должны сопровождаться пояснениями; в пояснениях к задаче необходимо указывать те основные законы и формулы, на которых базируется решение данной задачи; при получении расчетной формулы для решения конкретной задачи приводить ее вывод; задачу рекомендуется решить сначала в общем виде, т. е. только в буквенных обозначениях, поясняя применяемые при написании формул буквенные обозначения; вычисления следует проводить с помощью подстановки заданных числовых величин в расчетную формулу. Все необходимые числовые значения величин должны быть выражены в СИ ; проверить единицы полученных величин по расчетной формуле и тем самым подтвердить ее правильность; константы физических величин и другие справочные данные выбирать из таблиц; при вычислениях, по возможности, использовать микрокалькулятор, точность расчета определять числом значащих цифр исходных данных; в контрольной работе следует указывать учебники и учебные пособия, которые использовались при решении задач. Контрольные работы, оформленные без соблюдения указанных правил, а также работы, выполненные не по своему варианту, не засчитывают. При отправлении работы на повторное рецензирование обязательно представлять работу с первой рецензией. ^ I. Магнетизм 1.1.Магнитное поле Сила Лоренца и сила Ампера. Вектор магнитной индукции. Ос­новные уравнения магнитостатики в вакууме. Магнитное поле прос­тейших систем. Движение заряженной частицы в электрическом и магнитном полях. Виток с током в магнитном поле. Потенциальная энергия витка с током во внешнем магнитном поле. Рамка с током в однородном магнитном поле. Момент сил, действующий на рамку. Индуктивность длинного соленоида. Коэффициент взаимной индукции. Закон Био - Савара. Принцип суперпозиции. Магнитное поле кругового тока. Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца. Магнитная энергия тока. Плотность магнитной энергии. Энергия и силы. ^ 1.2. Уравнения Максвелла Фарадеевская и максвелловская трактовка явления электромагнитной индукции. Ток смещения. Система уравнений Максвелла в интегральной и дифференциальной формах. Векторный и скалярный потенциалы поля. Скорость распространения электромагнитных возмущений. Волновое уравнение. Плотность энергии. Плотность потока энергии. II. Колебания и волны ^ 2.1. Физика колебаний и волн Понятие о колебательных процессах. Единый подход к колебаниям различной физической природы. 2.2. Кинематика гармонических колебаний Амплитуда, круговая частота, фаза гармонических колебаний. Сложение скалярных и векторных колебаний. Комплексная форма представления колебаний. Векторные диаграммы. ^ 2.3. Гармонический осциллятор Маятник, груз на пружине, колебательный контур. Свободные затухающие колебания. Коэффициент затухания, логарифмический декремент, добротность. Фазовая плоскость осциллятора. Изохрон­ность. Энергетические соотношения для осциллятора. Понятие о связанных осцилляторах. Действие периодических толчков на гар­монический осциллятор. Резонанс. Осциллятор как спектральный прибор. Фурье-разложение. Физический смысл спектрального раз­ложения. Модулированные колебания. Спектр амплитудно-модулированного колебания. Вынужденные колебания осциллятора под действием синусоидальной силы. Амплитуда и фаза при вынужден­ных колебаниях. Резонансные кривые. Процесс установления коле­баний. Время установления и его связь с добротностью. Вынужден­ные колебания в электрических цепях. Метод комплексных амплитуд. Параметрические колебания осциллятора. Энергетические соотношения. Параметрический резонанс. ^ 2.4. Волновые процессы Волны. Плоская стационарная волна. Плоская синусоидальная волна. Бегущие и стоячие волны. Фазовая скорость, длина волны, волновое число. Эффект Допплера. Скалярные и векторные вол­ны. Поляризация. Интерференция синусоидальных волн. Распрост­ранение волн в средах с дисперсией. Групповая скорость и ее связь с фазовой скоростью. Нормальная и аномальная дисперсии. Одно­мерное волновое уравнение. Продольные волны в твердом теле. Вектор Умова. Упругие волны в газах и жидкостях. Ударные волны. Плоские электромагнитные волны. Поляризация волн. Вектор Пойнтинга. Излучение диполя. Сферические и цилиндрические волны. 2.5. Интерференция Интерференция монохроматических волн. Квазимонохромати­ческие волны. Функция когерентности. Интерференция квазимонохроматических волн. Интерферометры. Временное и спектральное рассмотрение интерференционных явлений. ^ 2.6. Дифракция волн Принцип Гюйгенса — Френеля. Приближение Френеля. Интеграл и дифракция Френеля. Приближение Фраунгофера. Простые за­дачи дифракции: дифракция на одной и на многих щелях. Дифрак­ционная решетка. Дифракция на круглом отверстии. Дифракция Фраунгофера и спектральное разложение. Дифракционная решетка с синусоидальной пропускаемостью. Принцип голографии. ^ 2.7. Электромагнитные волны в веществе Распространение света в веществе. Дисперсия диэлектрической проницаемости. Поглощение света. Прозрачные среды. Поляриза­ция волн при отражении. Элементы кристаллооптики. Электрооп­тические и магнитооптические явления. ^ III. КВАНТОВАЯ ФИЗИКА Противоречия классической физики. Проблемы излучения черно­го тела. Фотоэлектрический эффект, стабильность и размеры атома. Открытие постоянной Планка. 3.1. Фотоны Энергия и импульс световых квантов. Фотоэффект. Эффект Комптона. Образование и аннигиляция электронно-позитронных пар. Эле­ментарная квантовая теория излучения. Вынужденное и спонтанное излучение фотонов. Коэффициенты Эйнштейна. Тепловое равнове­сие излучения. ^ 3.2. Корпускулярно-волновой дуализм Гипотеза де Бройля. Дифракция электронов. Дифракция нейтро­нов. Микрочастица в двухщелевом интерферометре. Соотношения неопределенностей. Оценка основного состояния атома водорода и энергии нулевых колебаний осциллятора. Объяснение туннельного эффекта и устойчивости атома. Волновые свойства микрочастиц и соотношения неопределенностей. Наборы одновременно измери­мых величин. ^ 3.3. Уравнение Шредингера Временное уравнение Шредингера. Стационарное уравнение Шредингера; стационарное состояние. Частицы в одномерном и трехмерном ящиках. Частица в одномерной прямоугольной яме. Прохождение частицы над и под барьером. Гармонический осциллятор. 3.4. Атом Частица в сферически симметричном поле. Водородоподобные атомы. Энергетические уровни. Потенциалы возбуждения и ионизации. Спектры водородоподобных атомов. Пространственное распределение электрона в атоме водорода. Ширина уровней. Структура электронных уровней в сложных атомах. Типы связи электронов в атомах. Принцип Паули. Периодическая система элементов Д. И. Менделеева. ^ 3.5. Атомное ядро Строение атомных ядер. Феноменологические модели ядра. Ядерные реакции. Механизмы ядерных реакций. Радиоактивные превращения атомных ядер. Реакция ядерного деления. Цепная реакция деления. Ядерный реактор. Проблема источников энергии. Термоядерные реакции. Энергия звезд. Управляемый термоядерный синтез. ^ 3.6. Элементы квантовой электроники Коэффициенты Эйнштейна для индуцированных переходов в двухуровневой системе. Принцип работы квантового генератора. Твердотельные и газоразрядные лазеры. Радиоспектроскопия. Первый мазер. Метод трех уровней. Открытый резонатор. Первые лазеры. ^ Основные формулы Сила Лоренца Где v- скорость заряда q; В-индукция магнитного поля Сила Ампера Где I-сила тока в проводнике; dI-элемент длины проводника Магнитный момент контура с током где S-площадь контура Механический момент, действующий на контур с током в магнитном поле Закон Био –Савара –Лапласа где µ0- магнитная постоянная; µ-магнитная проницаемость среды. Магнитная индукция: В центре кругового тока Поля бесконечно длинного прямого тока Поля, созданного отрезком проводника с током, Поля бесконечно длинного соленоида где R- радиус кругового тока; r- кратчайшее расстояние до оси проводника; n- число витков на единицу длины соленоида; α1 и α2 – углы между отрезком проводника и линией, соединяющей концы отрезка с точкой поля. Сила взаимодействия двух прямолинейных бесконечно длинных параллельных проводников с током на единицу их длины где r- расстояние между токами I1 и I2 Работа по перемещению контура с током в магнитном поле Где Ф- магнитный поток через поверхность контура. ^ Уравнение гармонического колебания где А-амплитуда колебания; ω-циклическая частота; φ0 – начальная фаза. ^ Период колебания маятников: пружинного ; физического где m-масса маятника; k – жесткость пружины; j-момент инерции маятника; g- ускорение свободного падения; - расстояние от точки подвеса до центра масс. ^ Период колебаний в электрическом колебательном контуре где L –индуктивность контура; С- емкость конденсатора. ^ Уравнение плоской волны, распространяющейся в направлении оси Ох где ν –скорость распространения волны ^ Длина волны где Т-период волны Скорость распространения электромагнитной волны где с- скорость света в вакууме; ε – диэлектрическая проницаемость среды; μ – магнитная проницаемость. ^ Скорость распространения звука в газах где γ – отношение теплоемкостей газа, при постоянном давлении и объеме; R- молярная газовая постоянная; Т- термодинамическая температура; М-молярная масса газа. ^ Вектор Пойнтинга Где Е и Н – напряженности электрического и магнитного полей электромагнитной волны. ^ Оптическая длина пути в однородной среде Где s – геометрическая длина пути световой волны; n-показатель преломления среды. , Оптическая разность хода где и - оптические пути двух световых волн. Условие интерференционного максимума и интерференционного минимума , , где - длина световой волны в вакууме Ширина интерференционных полос в опыте Юнга где d – расстояние между когерентными источниками света; - расстояние от источников до экрана. Оптическая разность хода в тонких пленках: в проходящем свете в отраженном свете где d – толщина пленки; n- показатель преломления пленки; i – угол падения света. , ^ Радиусы светлых колец Ньютона в проходящем свете или темных в отраженном и темных колец в проходящем свете или светлых в отраженном где R-радиус кривизны линзы; λ – длина световой волны в среде. , , Радиусы зон Френеля для сферической волновой поверхности , для плоской волновой поверхности , где -радиус волновой поверхности; - кратчайшее расстояние от волновой поверхности до точки наблюдения , ^ Направление дифракционных максимумов от одной щели и дифракционных минимумов где ширина щели. , ; , Направление главных максимумов дифракционной решетки где с – постоянная дифракционной решетки. , ^ Разрешающая способность дифракционной решетки где - минимальная разность длин двух волн, спектральных линий, разрешаемых, решеткой; m- порядок спектра; N-общее число щелей решетки. ^ Формула Вульфа –Брэгга где d – расстояние между атомными плоскостями кристалла; θm – угол скольжения рентгеновских лучей. , m=1,2,…, Степень поляризации где и - максимальная и минимальная интенсивность света. Закон Брюстера где -угол Брюстера; и - показатели преломлений первой и второй среды. , Закон Малюса где и - интенсивности плоско-поляризованного света, падающего и прошедшего через поляризатор;  – угол между плоскостью поляризации падающего света и главной плоскостью поляризатора. , ^ Угол поворота плоскости поляризации света в кристаллах и чистых жидкостях в растворах ; , где постоянная вращения; -удельная постоянная вращения; с- концентрация отптически активного вещества в растворе; ℓ- расстояние, пройденное светом в оптически активном веществе. ^ Фазовая скорость света где с –скорость света в вакууме; n- показатель преломления среды. , ^ Дисперсия вещества Групповая скорость света . ^ Направление излучения Вавилова –Черенкова где ν –скорость заряженной частицы. , ^ Закон Стефана –Больцмана где R- энергетическая светимость черного тела; Т- термодинамическая температура тела; -постоянная Стефана –Больцмана. , Закон смещения Вина Где - длина волны, на которую приходится максимум энергии излучения черного тела; b-постоянная Вина , ^ Давление света при нормальном падении на поверхность где I – интенсивность света; ρ- коэффициент отражения; w – объемная плотность энергии излучения. , ^ Энергии фотона Где h-постоянная Планка;  - частот света. , ^ Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта где А- работа выхода электронов из металла; Тmax- максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов. ^ Комптоновская длина волны частицы Где m0- масса покоя частицы; Е0 – энергия покоя частицы. , ^ Изменение длины волны рентгеновского излучения при эффекте Комптона где и - длина волны падающего и рассеянного излучения; - угол рассеяния. ^ Длина волны де Бройля где h – постоянная Планка; р- импульс частицы. ^ Соотношение неопределенностей Гейзенберга: для координаты и импульса где ∆х – неопределенность координаты частицы; ∆рх – неопределенность проекции импульса частицы на соответствующую координатную ось; для энергии и времени Где - неопределенность энергии частицы в некотором состоянии; -время нахождения частицы в этом состоянии ^ Плотность вероятности нахождения частицы в соответствующем месте пространства где -волновая функция частицы. Волновая функция, описывающая состояние частицы в бесконечно глубокой одномерной потенциальной яме где -ширина ямы; х – координата частицы в яме (0‹х‹ℓ); n-квантовое число (n=1,2,3,…) ^ Энергия частицы в бесконечно глубокой одномерной потенциальной яме где m-масса частицы ^ Сериальные формулы спектра водоподобных атомов где λ-длина волны спектральной линии; R-постоянная Ридберга; Z-порядковый номер элемента; n=1,2,3,…, k=n+1; n+2,… , ^ Спектральные линии характеристического рентгеновского излучения где а- постоянная экранирования. ^ Дефект массы ядра где тр - масса протона; тn - масса нейтрона; mn -масса атома ; mа и mя - масса атома и его ядра . Z и А — зарядовое и массовое числа. ^ Энергия связи ядра где с- скорость света в вакууме. ^ Удельная энергия связи Закон радиоактивного распада где No-начальное число радиоактив­ных ядер в момент времени t=0; N-число нераспавшихся радиоактивных ядер в момент времени t; — по­стоянная радиоактивного распада Активность радиоактивного вещества ^ Закон поглощения гамма-излучения веществом где I0 - интенсивность гамма-излуче­ния на входе в поглощающий слой вещества; I-интенсивность гамма-излучения после прохождения погло­щающего слоя вещества толщиной х; μ-линейный коэффициент погло­щения. ^ Энергия ядерной реакции где m1 и т2 — массы покоя частиц, вступающих в реакцию; -сум­ма масс покоя частиц, образовавших­ся в результате реакции. ^ Пороговая кинетическая энергия нале­тающей частицы, вызывающей ядерную реакцию где m1 -масса покоя налетающей час­тицы; т2- масса покоящейся частицы.

Похожие:

	В. А. Вилькоцкий Д. С. Доманевский Бумай Ю. А., Вилькоцкий В. А., Доманевский Д. С., Малаховская В. Э. Контрольные работы и методические указания по общей физике для...		Методические указания, программа и контрольные задания для студентов... Для студентов заочной формы обучения инженерно – педагогических и инженерно – технических (нехимических)
	Белорусская государственная политехническая академия С., Журавкевич Е. В., Малаховская В. Э., Новоселов А. М., Чапланов А. М., Черный В. В. Контрольные работы и методические указания...		В. А. Вилькоцкий Д. С. Доманевский В. А., Доманевский Д. С., Малаховская В. Э., Новоселов А. М. Контрольные работы и методические указания по общей физике для студентов...
	Р ство образования российской федерации Производство электроэнергии. Программа, методические указания и контрольные задания для студентов-заочников		Методические указания и задачи к практическим занятиям для студентов... Математика. Интегральное исчисление [Текст]+[Электронный ресурс]: методические указания и задачи к практическим занятиям для студентов...
	Методические указания, контрольные задания и вопросы для подготовки... Методические указания, контрольные задания и вопросы для подготовки к экзаменам для студентов – заочников. – Ижевск: Ижгту, 2002...		Методические указания по выполнению контрольной работы 31 Общие указания 31 Производственные технологии : программа, методические указания и контрольные задания для студентов специальностей 1-25 01 07 – Экономика...
	Методические указания и задания к лабораторным работам по курсу “одм... Приведены теоретические сведения, методические рекомендации, контрольные вопросы и задания для выполнения лабораторных работ по разделу...		Немецкий язык методические указания и контрольные задания для студентов... Немецкий язык : методические указания и контрольные задания для студентов 2 курса железнодорожных специальностей заочной формы обучения...