Физика (стр. 1 )

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

ГОУ ВПО «НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

,

ФИЗИКА

Часть 2

учебно-методический комплекс для студентов

факультета технологии и предпринимательства НГПУ

Новосибирск

2010

УДК 53(075.8) Печатается по решению

ББК 22.3я73–1 Редакционно-издательского совета НГПУ

А 471

Рецензенты:

доктор физико-математических наук, профессор,
заведующий кафедрой общей и теоретической физики НГПУ

;

доктор физико-математических наук, профессор кафедры общей физики НГТУ

А 471 Физика: учебно-методический комплекс для студентов факультета технологии и предпринимательства / , . –Новосибирск: Изд. НГПУ, 2010. Ч. 2 – 237 с.

Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальностям: 030600 «Технология и предпринимательство»; 230700 «Сервис»; 030500.08 «Профессиональное обучение». Содержит полный объем материалов для самостоятельного освоения курса физики по разделам: «Оптика», «Элементы атомной физики», «Элементы физики атомного ядра и элементарных частиц»; расширенный анализ решения физических задач; перечень тестовых заданий для проверки знаний; вопросы к экзамену; варианты контрольных работ, а также список рекомендуемой литературы.

Адресован студентам факультета технологии и предпринимательства.

УДК 53(075.8)

ББК 22.3я73–1

© , , 2010

© ГОУ ВПО «Новосибирский государственный

педагогический университет», 2010

СОДЕРЖАНИЕ

1. ОСНОВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ УМК.. 6

1.1. Состав УМК.. 6

1.2. Содержание разделов физики «Оптика» и «Элементы атомной физики». 6

1.2.1. Тематический план. 6

1.2.2. Содержание отдельных тем. 6

1.3. Информационное обеспечение учебной дисциплины.. 8

1.3.1. Вопросы к экзамену. 8

1.3.2. Варианты контрольных работ. 10

1.3.3. Список рекомендуемой литературы.. 16

2. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ... 18

3. ОПТИКА.. 19

Приложение Ф…………………………………………………………..

3.1. Геометрическая оптика. 19

3.1.1. Основные законы.. 19

3.1.2. Полное внутреннее отражение. 22

3.1.3. Принцип Ферма. 23

3.1.4. Тонкая линза. 25

3.1.5. Получение изображений с помощью зеркал. 29

3.1.6. Оптические приборы.. 33

3.2. Волновые процессы.. 39

3.2.1. Основные определения. 39

3.2.2. Уравнение волны.. 40

3.2.3. Энергия, переносимая волной. 42

3.2.4. Электромагнитные волны.. 45

3.3. Волновая природа света. 48

3.3.1. Интерференция световых волн. 48

3.3.2. Дифракция. 64

3.3.3. Взаимодействие электромагнитных волн с веществом. 77

3.3.4. Поляризация света. 85

3.4. Квантовая оптика. 94

3.4.1. Тепловое излучение. 94

Приложение П……………………………

3.4.2. Коротковолновая граница тормозного рентгеновского излучения. 102

3.4.3. Фотоэффект. 104

3.4.4. Фотоны. Световое давление. 109

3.4.5. Эффект Комптона. 111

4. ЭЛЕМЕНТЫ АТОМНОЙ ФИЗИКИ.. 115

4.1. Боровская теория атома. 115

4.1.1. Модели строения атома. Опыт Резерфорда. 115

4.1.2. Спектры излучения атомов. 117

4.1.3. Постулаты Бора. 119

4.1.4. Опыты Франка и Герца. 120

4.1.5. Радиусы боровских орбит. 122

4.1.6. Энергия электрона. 123

4.1.7. Энергетические уровни в атоме водорода. 124

4.2. Основы квантовой механики. 127

4.2.1. Гипотеза де Бройля. 127

4.2.2. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. 130

4.2.3. Общие положения квантовой механики. 132

4.2.4. Принцип Паули. 136

4.2.5. Многоэлектронные атомы.. 137

4.2.6. Периодическая система элементов. 138

4.3. Спонтанное и вынужденное излучения. 140

4.3.1. Поглощение, излучения. 140

4.3.2. Использование вынужденного излучения. 143

5. ЭЛЕМЕНТЫ ФИЗИКИ АТОМНОГО ЯДРА И ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ.. 148

5.1. Атомное ядро. 148

5.1.1. Состав ядра. 148

5.1.2. Энергия связи. 150

5.1.3. Ядерные силы.. 152

5.1.4. Модели ядра. 154

5.1.5. Изотопы.. 155

5.1.6. Радиоактивность. 155

5.1.7. Основной закон радиоактивного распада. 157

5.1.8. Правила смещения при радиоактивном распаде. 160

5.1.9. Радиоактивный ряд урана. 161

5.2. Ядерные реакции. 163

5.2.1. Определение ядерной реакции. 163

5.2.2. Реакции под действием нейтронов. 166

5.2.3. Цепная реакция. 168

5.2.4. Термоядерные реакции. 170

5.3. Элементарные частицы.. 173

5.3.1. Космическое излучение. 173

5.3.2. Методы регистрации элементарных частиц. 174

5.3.3. Виды взаимодействия элементарных частиц. 178

5.3.4. Частицы и античастицы.. 179

5.3.5. Странные частицы.. 182

5.3.6. Классификация элементарных частиц. 183

5.3.7. Кварковая модель структурирования элементарных частиц. 184

6. ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ ПО РАЗДЕЛАМ «ОПТИКА» И «ЭЛЕМЕНТЫ АТОМНОЙ ФИЗИКИ». 186

Приложение 1. 233

Приложение 2. 235

1. ОСНОВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ УМК

1.1. Состав УМК

В основу второй части учебно-методического комплекса положены материалы следующих учебных пособий для студентов высших учебных заведений: «Краткий курс лекций по общей физике»: часть 2. «Электричество и магнетизм. Оптика»; часть 3. «Элементы атомной физики. Элементы физики атомного ядра и элементарных частиц» (Новосибирск, НГПУ, 2005). Использованы также основные положения учебной программы по курсу общей физики, составленной Л. А. Борыняком и (Новосибирск, НГПУ, 2001).

1.2. Содержание разделов физики
«Оптика» и «Элементы атомной физики»

1.2.1. Тематический план

№ п/п	Тема	Лекции (ч)	Семинары (ч)	Самост. работа (ч)
1	Геометрическая оптика	2	4	8
2	Волновые процессы	1	–	4
3	Волновая природа света	3.5	4	10
4	Квантовая оптика	3.5	4	10
5	Боровская теория атома	1	3	10
6	Основы квантовой механики	1	–	4
7	Спектры. Спонтанное и вынужденное излучение	1	–	4
8	Атомное ядро	2	4	10
9	Ядерные реакции	2	3	8
10	Элементарные частицы	1	–	4
	Итого	18	22	72

1.2.2. Содержание отдельных тем

Тема 1. Геометрическая оптика. Основные законы геометрической оптики. Абсолютный и относительный показатели преломления прозрачных веществ. Полное внутреннее отражение. Принцип Ферма. Тонкая линза. Получение изображений с помощью линз и зеркал. Оптические приборы.

Тема 2. Волновые процессы. Основные определения. Уравнение волны. Энергия, переносимая волной. Интенсивность волны. Электромагнитные волны. Следствия из уравнений Максвелла.

Тема 3. Волновая природа света. Интерференция световых волн. Условия светового минимума и максимума при наложении когерентных световых волн. Дифракция Френеля и дифракция Фраунгофера. Расчет дифракции на круглом отверстии и на круглом диске. Взаимодействие электромагнитных волн с веществом. Поглощение света веществом. Закон Бугера. Поляризация света. Закон Малюса. Двойное лучепреломление.

Тема 4. Квантовая оптика. Тепловое излучение. Закон Кирхгофа. Закон Стефана–Больцмана. Закон смещения Вина. Формула Планка. Коротковолновая граница тормозного рентгеновского излучения. Фотоэффект. Законы фотоэффекта и их объяснение. Фотоны. Световое давление. Эффект Комптона. Двойственная корпускулярно-волновая природа света.

Тема 5. Боровская теория атома. Модели строения атома. Опыт Резерфорда. Атомные спектры. Спектр атома водорода. Обобщенная формула Бальмера. Постулаты Бора. Опыты Франка и Герца. Дискретность энергетических уровней атома. Расчет радиусов боровских орбит и энергии электрона. Энергетические уровни в атоме водорода.

Тема 6. Основы квантовой механики. Гипотеза де Бройля. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Общие положения квантовой механики. Уравнение Шредингера. Квантовые числа. Принцип Паули. Расположение электронов в многоэлектронном атоме. Периодическая система элементов .

Тема 7. Спектры. Спонтанное и вынужденное излучения. Виды спектров. Спектральный анализ. Спектры поглощения. Рентгеновские спектры. Молекулярные спектры. Спонтанное и вынужденное излучения. Принцип действия лазера. Использование лазерного излучения.

Тема 8. Атомное ядро. Состав ядра. Энергия связи. Ядерные силы. Модели ядра. Изотопы. Радиоактивность. Виды радиоактивного излучения. Основной закон радиоактивного распада. Постоянная распада. Период полураспада. Правило смещения при радиоактивном распаде. Радиоактивный ряд урана.

Тема 9. Ядерные реакции. Определение ядерной реакции. Составление уравнения ядерной реакции. Реакции под действием нейтронов. Цепная реакция. Управляемая цепная реакция. Термоядерные реакции.

Тема 10. Элементарные частицы. Космическое излучение. Методы регистрации элементарных частиц. Виды взаимодействия элементарных частиц. Классификация элементарных частиц. Кварковая модель структурирования элементарных частиц.

1.3. Информационное обеспечение учебной дисциплины

1.3.1. Вопросы к экзамену

Оптика