Методические указания к выполнению контрольной работы для студентов заочной формы обучения (стр. 1 )

Федеральное агентство по образованию

Югорский государственный университет

Инженерный факультет

Кафедра физики и общетехнических дисциплин

Методические указания к выполнению

контрольной работы для студентов

заочной формы обучения

Дисциплина: Физика

Специальность: 280100 «Безопасность технологических процессов и производств»

Курс: 2

Семестр: осенний

Учебный год:

2007

Содержание

1. Содержание теоретического раздела дисциплины

2. Методические указания к выполнению и оформлению контрольной работы

3. Тема «5. Оптика» 3.1. Основные формулы 3.2. Примеры решения задач 3.3. Задачи для контрольной работы по теме «5. Оптика»

4. Тема «6. Элементы квантовой механики и атомной физики. Физика твердого тела. Атомное ядро и элементарные частицы» 4.1. Основные формулы 4.2. Примеры решения задач 4.3. Задачи для контрольной работы по теме 6. Элементы квантовой механики и атомной физики. Физика твердого тела. Атомное ядро и элементарные частицы»

5. Справочные данные

6. Литература

1. Содержание теоретического раздела

5. Оптика.

5.1. Волновая оптика. Световая волна. Шкала электромагнитных волн. Интенсивность света. Отражение и преломление света.

5.2. Интерференция света. Расчет интерференционной картины от двух когерентных ис­точников. Оптическая длина пути. Интерференция света в тонких пленках Интерферометры.

5.3. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция Френеля на круглом отверстии и диске. Дифракция Фраунгофера на одной щели и на дифракционной решётке. Разрешающая способность спектральных приборов. Принцип голографии.

5.4. Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Поляризаторы.

5.6. Дисперсия света. Электронная теория дисперсии света.

5.7. Квантовая оптика. Тепловое излучение. Абсолютно черное тело. Закон Кирхго­фа, закон Стефана-Больцмана, закон смещения Вина. Кван­товая гипотеза.

5.8. Фотоэлектрический эффект. Основные законы фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна. Фотоны. Энергия и импульс фотона.

5.9. Эффект Комптона. Законы сохранения энергии и импульса в эффекте Комптона. Электрон отдачи.

6. Элементы квантовой механики и атомной физики. Физика твердого тела. Атомное ядро и элементарные частицы.

6.1. Элементы квантовой механики. Корпускулярно-волновой дуализм в микромире. Гипотеза де Бройля. Волновые свойства микрочастиц. Принцип неопределенности. Квантовые состояния. Волновая функция (пси-функция), ее статистический смысл. Амплитуда вероятности. Уравнение Шрёдингера. Стационарные состояния и их пси-функции.

6.2. Строение атома. Развитие представлений о строении атома. Опыты Резерфорда. Теория Бора для атома водорода. Спектры атома водорода. Обобщен­ная формула Бальмера.

6.3. Квантовая теория атома. Операторы физических величин и формулы квантования. Теория атома водорода, энергетический спектр атома. Понятие собственного магнитного момента частицы и спина. Квантование магнитного момента частицы и спина. Полный момент импульса частицы и полный магнитный момент Теория многоэлектронного атома. Периодическая система элементов .

6.4. Молекулы. Типы связей атомов в молекулах, природа химической связи. Энергетический спектр молекул. Молекулы с ионной связью. Ковалентная связь и понятие об обменном взаимодействии.

6.5. Элементы квантовой теории излучения. Вынужденное и спонтанное излучение. Коэффициенты Эйнштейна. Тепловое равновесное излучение. Принцип работы квантового генератора. Спектры молекул (электронные, колебательные и вращательные).

6.6. Основы квантовой статистической физики. Микросостояние и макросостояние. Фазовое пространство и функция распределения. Функция распределения равновесной системы. Принцип тождественности частиц. Бозоны и фермионы. Распределения Бозе-Эйнштейна и Ферми-Дирака.

6.7. Элементы квантовой физики твердого тела. Распределение электронов по энергиям при различных температурах. Зависимость уровня Ферми от температуры. Энергетические зоны в кристаллах. Распределение электронов по энергетическим зонам. Металлы, диэлектрики и полупроводники.

6.8. Свойства твердых тел. Электропроводность металлов. Собственная (электронная и дырочная) проводимости полупроводников. Примесная проводимость полупроводников. Фотопроводимость полупроводников. Тепловые свойства твердых тел.

6.9. Атомное ядро. Состав атомного ядра. Энергия связи ядер. Магнитные и электрические свойства ядер. Изотопы. Механический и магнитный моменты ядер. Составные части ядра - нуклоны (протоны и нейтроны). Основные характеристики нукло­нов: масса, спин. Взаимодействие нуклонов, понятие о ядерных силах. Дефект массы.

6.10. Радиоактивные превращения ядер. Естественная радиоактивность. Радиоактивное излучение. Закон радиоактивного распада. Ядерные реакции.

6.11. Элементарные частицы. Элементарные частицы. Взаимопревращения частиц. Четыре типа фундаментальных взаимодействий. Современная физическая картина мира. Иерархия структур материи. Эволюция Вселенной.

2. Методические указания к выполнению и оформлению контрольной работы

2.1. В осеннем семестре студент должен выполнить 1 контрольную работу по физике.

2.2. Номера задач, которые студент должен включить в свою контрольную работу, определяются по таблице вариантов. Номеру варианта соответствует последняя цифра номера Зачетной книжки студента.

Таблица для выбора варианта контрольной работы

Номер варианта	Номера задач
Тема 5	Тема 6
0	510	540	550	560	610	620	640	650	680
1	501	531	541	551	601	611	631	641	671
2	502	532	542	552	602	612	632	642	672
3	503	533	543	553	603	613	633	643	673
4	504	534	544	554	604	614	634	644	674
5	505	535	545	555	605	615	635	645	675
6	506	536	546	556	606	616	636	646	676
7	507	537	547	557	607	617	637	647	677
8	508	538	548	558	608	618	638	648	678
9	509	539	549	559	609	619	639	649	679

2.3. Контрольную работу нужно выполнять чернилами в школьной тетради, на обложке которой привести сведе­ния по следующему образцу:

2.4. Условия задач в контрольной работе надо перепи­сать полностью без сокращений. Для замечаний препода­вателя на страницах тетради оставлять поля.

2.5. Решения задач следует сопровождать краткими, но исчерпывающими пояснениями; в тех случаях, когда возможно, дать чертеж, выполненный с помощью чертеж­ных принадлежностей.

2.6. Решать задачу надо в общем виде, т. е. выразить искомую величину в буквенных обозначениях величин, заданных в условии задачи. При таком способе решения не производятся вычисления промежуточных величин.

2.7. После получения расчетной формулы для проверки правильности ее следует подставить в правую часть фор­мулы вместо символов величин обозначения единиц этих величин, произвести с ними необходимые действия и убе­диться в том, что полученная при этом единица соответ­ствует искомой величине. Если такого соответствия нет, то это означает, что задача решена неверно.

2.8. Числовые значения величин при подстановке их в расчетную формулу следует выражать только в едини­цах СИ. В виде исключения допускается выражать в любых, но одинаковых единицах числовые значения одно­родных величин, стоящих в числителе и знаменателе дроби и имеющих одинаковые степени.

2.9. При подстановке в расчетную формулу, а также при записи ответа числовые значения величин следует записывать как произведение десятичной дроби с одной значащей цифрой перед запятой на соответствующую степень десяти. Например, вместо 3520 надо записать 3,52*103, вместо 0,00129 записать 1,29*10-3 и т. п.

2.10. Вычисления по расчетной формуле надо проводить с соблюдением правил приближенных вычислений (см. в «Задачнике по физике» , А. А. Во­робьева, Приложение о приближенных вычислениях). Как правило, окончательный ответ следует записывать с тремя значащими цифрами.

2.11. Если контрольная работа при рецензировании не, зачтена, студент обязан представить ее на повторную рецензию, включив в нее те задачи, решения которых оказались неверными. Повторную работу необходимо представить вместе с незачтенной.

2.12. Зачтенные контрольные работы предъявляются экзаменатору. Студент должен быть готов во время экза­мена дать пояснения по существу решения задач, входя­щих в контрольные работы.

3. Тема «5. Оптика»

3.1. Основные формулы

Скорость света в среде

где с - скорость света в вакууме, п - показатель пре­ломления среды.

Оптическая длина пути световой волны

L = nl,

где l - геометрическая длина пути световой волны в среде с показателем преломления n.

Оптическая разность хода двух световых волн

Δ = L1 – L2.

Зависимость разности фаз от оптической разности хода световых волн

где λ - длина световой волны.

Условие максимального усиления света при интер­ференции

Δ = ± kλ (k = 0,1, 2,...).

Условие максимального ослабления света

Оптическая разность хода световых волн, возникаю­щая при отражении монохроматического света от тонкой пленки,

или

где d - толщина пленки; п - показатель преломления пленки; i1 - угол падения; i2 - угол преломления света в пленке.

Радиус светлых колец Ньютона в отраженном свете

( k = 1,2,3,…).

где k - номер кольца; R - радиус кривизны.

Радиус темных колец Ньютона в отраженном свете

, ( k = 0,1,2,3,…).

Радиусы зон Френеля

для сферической волновой поверхности

для плоской волной поверхности

Угол φ отклонения лучей, соответствующий макси­муму (светлая полоса) при дифракции на одной щели, определяется из условия

(k = 0, 1,2,3, ...),

где a - ширина щели; k - порядковый номер макси­мума.

Угол φ отклонения лучей, соответствующий макси­муму (светлая полоса) при дифракции света на дифрак­ционной решетке, определяется из условия

d sin φ = ± kλ (k = 0, 1,2,3, ...),

где d - период дифракционной решетки.

Разрешающая способность дифракционной решетки

где Δλ - наименьшая разность длин волн двух соседних спектральных линий (λ и λ + Δλ), при которой эти линии могут быть видны раздельно в спектре, полученном по­средством данной решетки; N - полное число щелей решетки.

Формула Вульфа - Брэгга

2dsinθ = kλ , k = 1,2,…

где θ - угол скольжения (угол между направлением параллельного пучка рентгеновского излучения, падаю­щего на кристалл, и атомной плоскостью в кристалле); d - расстояние между атомными плоскостями кристалла.