birmaga.ru
добавить свой файл

1 2 ... 11 12


ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ВОЛОГОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ФИЗИКИ



Физика
Часть II
Волновая оптика. Квантовая физика.

Статистическая физика.
Методическое пособие

для студентов всех технических специальностей

заочного отделения

Вологда

2008


УДК
Физика: Методическое пособие для студентов всех технических специальностей заочного отделения. – Вологда: ВоГТУ, 2008, с.
Утверждено редакционно-издательским советом ВоГТУ.
Составители:

Богданов, В.И., профессор, доктор физ.-мат. наук

Корнейчук, С.К., доцент, канд. физ.-мат. наук

Попов В.А., ассистент

Штрекерт О.Ю., канд. физ.-мат. наук







Содержание


Введение 4
Программа учебного курса (часть вторая) 4
Электромагнетизм 8
Контрольная работа № 4 36


Волновая оптика 43
Квантовая физика 45
Контрольная работа № 2 67
Статистическая физика 73
Контрольная работа № 3 90
Библиографический список 96


Введение


Курс общей физики студенты заочного отделения изучают на втором и третьем курсах. Занятия по расписанию проводятся в форме лекций, практических и лабораторных занятий, а также в виде консультаций.

Контроль знаний осуществляется при защите контрольных работ, в виде отчетов за проделанные лабораторные работы, а также в виде зачетов и экзаменов. Содержание курса изложено в рабочей программе. Рабочая программа курса составлена на основе требований Государственного стандарта для рассматриваемых специальностей. В программе даны: тематика лекций, темы практических занятий, список лабораторных работ.

Программа учебного курса (часть вторая)
Цель курса: раскрыть содержание основных законов и понятий физики; обеспечить понимание и усвоение физических закономерностей и явлений, которые необходимы для изучения общетехнических и специальных дисциплин (физические основы электроники, общая химия, электротехника, материаловедение и технология конструкционных материалов, энергетика и т.д.).

Содержание курса

Тема 5:
Электромагнетизм.
5.1. Магнитное поле и его характеристики. Вектор магнитной индукции. Закон Био-Савара-Лапласа. Магнитное поле проводника с током и витка с током. Сила Ампера.

5.2. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Принцип действия ускорителей. Контур с током в магнитном поле. Циркуляция вектора индукции магнитного поля. Закон полного тока.

5.3. Магнитный поток. Теорема Гаусса для магнитного поля. Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея. Правило Ленца. Самоиндукция. Индуктивность соленоида и тороида. Магнитная энергия тока. Плотность магнитной энергии.

5.4. Статическое поле в веществе. Плоский конденсатор с диэлектриком. Энергия диполя во внешнем электростатическом поле. Поляризация диэлектрика. Электрическое смещение. Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектрике.

Молекулярные токи. Намагниченность. Напряженность магнитного поля. Магнитная проницаемость. Виды магнетиков.

5.5. Уравнения Максвелла. Ток смещения. Система уравнений Максвелла в интегральной форме записи.

5.6. Электромагнитные колебания. Превращение энергии в колебательном контуре. Переменный ток.


Тема 6. Волновая оптика.
6.1. Интерференция света. Способы получения когерентных волн и интерференционных картин. Интерферометры.

6.2. Дифракция волн. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция Фраунгофера. Дифракционная решетка.

Тема 7. Квантовая физика.

7.1. Абсолютно черное тело. Законы теплового излучения. Виды фотоэффекта. Законы внешнего фотоэффекта. Экспериментальное обоснование основных идей квантовой физики. Опыты Франка и Герца, Штерна и Герлаха.

7.2. Постулаты Бора. Линейчатые спектры атомов. Энергия и импульс фотона. Давление света. Эффект Комптона.

7.3. Корпускулярно-волновой дуализм. Гипотеза де Бройля. Соотношения неопределенностей Гейзенберга. Квантовое состояние. Волновая функция и ее статистический смысл. Уравнение Шредингера. Стационарные состояния. Частица в одномерной прямоугольной потенциальной яме. Прохождение частицы над барьером. Объяснение туннельного эффекта.

7.4. Водородоподобные атомы. Энергетические уровни.. Потенциалы возбуждения и ионизации. Принцип Паули. Периодическая система элементов Д.И Менделеева.

7.5. Атомное ядро. Строение и феноменологические модели ядра. Ядерные реакции. Радиоактивные превращения ядер. Цепная реакция деления. Термоядерная реакция. Реакция синтеза.
Тема 8. Статистическая физика.
8.1. Статистический и термодинамический методы. Макроскопические параметры. Уравнение состояния. Давление с точки зрения молекулярно-кинетической теории. Молекулярно-кинетический смысл температуры.

8.2. Функции распределения. Распределение Максвелла. Средняя кинетическая энергия частицы. Распределение Больцмана.

8.3. Экспериментальные данные о диффузии, внутреннем трении и теплопроводности в газах, жидкостях и твердых телах. Эффективное сечение рассеяния, средняя длина свободного пробега молекул в газе. Молекулярно-кинетическая теория явлений переноса в идеальном газе.

8.4. Статистическое описание квантовой системы. Принцип тождественности частиц. Распределение Бозе-Эйнштейна и Ферми-Дирака.

8.5. Электропроводность металлов. Носители тока в металлах. Недостаточность классической электронной теории. Электронный Ферми-газ в металле. Уровень Ферми. Элементы зонной теории кристаллов. Зонная структура энергетического спектра электронов. Заполнение зон. Металлы, диэлектрики и полупроводники с точки зрения зонной теории.


8.6. Колебания кристаллической решетки. Теплоемкость кристаллов при низких и высоких температурах. Модели Эйнштейна и Дебая.

Контрольные работы
Контрольные работы позволяют закрепить теоретический материал. В процессе изучения второй части курса физики студент должен выполнить три контрольные работы. Решение задач является проверкой степени усвоения студентами теоретического курса, а рецензии на работу помогают ему доработать и правильно усвоить различные разделы курса физики. Контрольные работы выполняются в период между сессиями и отдаются на кафедру физики для проверки не позднее, чем за 15 дней до начала сессии.

Перед выполнением контрольной работы необходимо внимательно ознакомиться с примерами решения задач по данной теме, уравнениями и формулами, а также со справочными материалами. Прежде, чем приступить к решению той или иной задачи, необходимо разобраться в ее содержании и поставленных вопросах.

Контрольные работы для инженерно-технических специальностей, включенных в данное пособие, распределены следующим образом:

№ 4 – электромагнетизм;

№ 5 – волновая оптика, квантовая физика;

№ 6 – статистическая физика.

Каждая контрольная работа содержит 8 задач. Номер варианта контрольной работы выбирается студентом по последней цифре в зачетной книжке. Таблица вариантов представлена после примеров задач по каждой рассмотренной теме.

Решенные задачи следует оформить так, как указано ниже.

Контрольные работы, оформленные без соблюдения правил, а также работы, выполненные не по своему варианту, зачтены не будут.

При наличии значительных ошибок и неправильных решений работа возвращается студенту для исправлений. После исправления работа отправляется на кафедру физики на повторное рецензирование. Защита контрольных работ происходит в виде собеседования по решенным задачам на консультациях во время сессии.

Требования к оформлению контрольной работы

1. Контрольная работа оформляется в отдельной тетради. Титульный лист оформляется следующим образом:

Контрольная работа по физике №…

Название к.р.”

Студент ----------- группы ----------

......................................Шифр………..

Фамилия, Имя, Отчество

Вариант №…………………..

Проверил……………………………

Фамилия, Имя, Отчество преподавателя

“Зачтено”дата…………….роспись……….
2. Каждая задача оформляется с начала нового листа. Записывается полностью текст задачи так, как он приведен в методичке.

3. Все, содержащиеся в задаче данные, которые могут быть представлены в виде математических соотношений, должны быть записаны в колонке под заголовком “Дано”.

4. Величины, выраженные через внесистемные единицы, должны быть выражены через единицы системы СИ. Численное значение всех величин должно быть представлено в нормализованном виде: n(1-10)10/

5. Решению задачи должно предшествовать изображение физических явлений и процессов, происходящих в данной задаче. На рисунке, чертеже или блок-схеме должны быть указаны характерные параметры данной задачи, известные и искомые величины.

6. Задачу рекомендуется решить сначала в общем виде, т.е только в буквенных обозначениях, поясняя при написании формул буквенные обозначения. Решение задачи должно содержать краткие пояснения основных этапов. Значение фундаментальных физических констант должно быть приведено с указанием численного значения размерности в системе СИ.

7. Далее необходимо провести проверку размерности полученного выражения. Для этого в конечную формулу для искомой величины необходимо подставить вместо буквенных параметров их размерности в системе СИ. Затем преобразовать эти размерности, используя связи и соотношения между самими величинами в виде физических законов и определяющих формул. Полученная в результате проверки размерность искомой величины должна совпадать с ее размерностью в системе СИ.


8. После проверки размерности в полученную формулу для искомой величины подставить численные значения каждого из параметров задачи и записать ответ.

9. Полученное значение искомой величины должно быть проанализировано с точки зрения вероятности ее попадания в интервал возможных значений.

Данный перечень требований должен быть применен к каждой из задач!

10. В конце контрольной работы, после решения всех указанных в маршруте задач, необходимо привести список использованной литературы.

Контрольные работы, оформленные без соблюдения правил, а также работы, выполненные не по своему варианту, зачтены не будут.



следующая страница >>