|
УЗБЕКСКОЕ АГЕНТСТВО ПОЧТЫ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ
ТАШКЕНТСКИЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ СВЯЗИ
Кафедра физики
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
ПО ФИЗИКЕ ДЛЯ СТУДЕНТОВ
ЗАОЧНОГО ОТДЕЛЕНИЯ
Ташкент 2002
|
Рабочая программа по физике для студентов заочного отделения. Специальности «Телекоммуникаций».
Рабочая программа составлена в соответствии с учебной программой по физике, утвержденной
Составители: Эгамов У. доцент.
Степанова Е.А. стар.преп.
Харитонова Н.Ф. стар.преп.
Рабочая программа обсуждена и одобрена на заседании кафедры ф и з и к и
(протокол № _______ от « »_________________200 ______ г)
Зав. кафедрой ___________________________
Рассмотрена и утверждена учебно -методической комиссией________________
_____________________________________________________________________ ( протокол № _______от « » ___________200____г.)
Председатель __________________________
Декан факультета________________________
По семестрам
II III
Общий объем работы студента: ___________284 часов; _____132__ _____152_
В.т.ч. лекция ____________32 часов; _____14___ _____18__
Практические (семинарские) занятия ________8 часов;______4 ___ _____4 __
Лабораторные работы_____________________12 часов; ______6__ ______6__
Курсовой(ая) проект (работа) ________________часов; __________ _________
Самообразование __________________________ часов; __________ _________
Самостоятельная работа __________________232 часов; ______108_ _____124_
ВВЕДЕНИЕ
Физика – фундаментальная дисциплина, база для теоретической и практической подготовки будущего специалиста в области телекоммуникаций. Явления и закономерности физики лежат в основе развития практически всех общетехнических и специальных дисциплин.
Обучение в институте построено так, что знания о физических процессах и явлениях закрепляются и уточняются, углубляются и получают дальнейшее развитие в определенном направлении и с учетом конкретной специализации при изучении других последующих курсов. Это обеспечивает преемственность в обучении и в формировании у студентов глубоких профессиональных знаний, умений и навыков.
Специфика заочного обучения заключается в том, что основным видом учебных занятий студентов-заочников является самостоятельная работа над учебным материалом. На самостоятельную работу отводится 80 % всего времени, отведенного на изучение дисциплины. На аудиторные занятия, которые проводятся во время экзаменационной сессии отводится 20 % процентов всего учебного времении. Целью этих занятий является помочь студентам обобщить и закрепить самостоятельно пройденный материал, уточнить отдельные вопросы, а также расширить и углубить материал учебника.
Рабочая программа является не только руководством для преподавателей по содержанию аудиторных занятий, но и руководством для студентов по организации самостоятельной работы в межессионный период. На заочном факультете физика изучается в течение 2 и 3 семестров. Лабораторно-экзаменационные сессии проводятся по окончании 2 семестра I курса в июне и по окончании 3 семестра II курса в январе согласно графику учебного процесса, утвержденному деканатом заочного факультета и доведенного до сведения студентов.
В межсессионный период студенты могут получить консультации на кафедре физики по телефону 138-64-50.
Литература для изучение теоретического материала
1. Савельев И. В. Курс общей физики, М.: Наука, 1977, т. I
2. Савельев И. В. Курс общей физики, М.: Наука, 1978, т. 2
3. Савельев И. В. Курс общей физики, М.: Наука, 1979, т. 3
4. Савельев И. В. Курс физики, М.: Наука, 1989, т. I
5. Савельев И. В. Курс физики, М.: Наука, 1989, т. 2
6. Савельев И. В. Курс физики, М.: Наука, 1989, т. 3
7. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики, М.: Высшая школа, 1989.
8. Трофимова Т. И. Курс физики, М.: Высшая школа, 1985 г.
После плана каждого вида занятий указана литература к нему. Цифры в квадратных скобках указывают номер учебника по приведенному списку, остальные цифры – номера параграфов по этому учебнику.
СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИЙ
II семестр
Лекция 1. Структура и задачи курса физики. Механическое движение. Физические модели: материальная точка, абсолютно твердое тело. Кинематическое описание движения. Скорость и ускорение. Нормальное и тангенциальное ускорения. Угловая скорость и угловое ускорение. Законы динамики для поступательного и вращательного движения. Импульс и момент импульса.
[1] §§ 1-5, 7-11, 29, 36, 38. [4] §§ 1-5, 7-14, 26-30. [7] §§ 1,1-1.5, 2.1-2.3, 4.1-4.2. [8] §§ 1-7, 16, 17.
Лекция 2. Закон изменения и сохранения импульса. Закон изменения и сохранения момента импульса. Работа силы. Мощность. Кинетическая и потенциальная энергия. Консервативные и неконсервативные силы. Закон изменения и сохранения механической энергии. Общефизический закон сохранения энергии. Границы применимости классической механики.
[1] §§ 19-25, 37, 39, 62-70 [4] §§ 15-23, 31,32,36-38, 44-54 [7] §§ 2.4-2.6, 3.1-3.4, 4.3, 5.2-5.6, 7.1-7.7. [8] §§ 9-13, 18, 19, 34-40.
Лекция 3. Термодинамический и статистический методы исследования. Термодинамические параметры состояния. Изопроцессы в газах и их законы. 1 закон термодинамики и его применение к изопроцессам. Зависимость теплоемкости газа от вида процесса. Адиабатический процесс. Основные положения молекулярно-кинетической теории. Модель идеального газа. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа и его сравнение с уравнением состояния Менделеева-Клапейрона. Молекулярно-кинетический смысл температуры.
[1] §§ 79-92, 95 [4] §§ 59-71 [7] §§ 8.1-8.4, 9.1-9.6, 10.1-10.1 [8] §§ 41-43, 51-56.
Лекция 4. Распределение энергии молекул по степеням свободы. Классическая молекулярно-кинетическая теория теплоемкости идеальных газов. Цикл Карно. 2 закон термодинамики. Энтропия. Среднее число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул. Явления переноса: диффузия, вязкость, теплопроводность. Молекулярно-кинетическая теория этих явлений.
[1] §§ 95-97, 102-106, 128-132 [4] §§ 72-73, 79-86. [7] §§ 10.6-10.9, 10.11-10.12, 11.1-11.6 [8] §§ 46, 48, 50-53, 56-59.
Лекция 5. Электрический заряд и его свойства. Закон Кулона. Электрическое поле. Напряженность и потенциал электрического поля. Принцип суперпозиции полей. Поток вектора напряженности поля. Теорема Остроградского-Гаусса. Циркуляция напряженности электростатического поля. Диэлектрики и проводники в электрическом поле. Электроемкость проводников. Энергия электрического поля.
[2] §§1,2,5,6,8,9,11,13-19,21-23,24,30 [5] §§ 1-20 [7] §§ 13.1-13.5,14.2,15.1-15.4,16.1-16.3 [8] §§ 77-90.
Лекция 6. Электрический ток. Условия существования электрического тока. Закон Ома. Сопротивление проводников. ЭДС источника. Закон Джоуля-Ленца. Правила Кирхгофа. Магнитное поле. Силы, действующие на движущиеся заряды и токи. Закон Ампера. Сила Лоренца. Индукция магнитного поля. Контур с током в магнитном поле. Закон Био-Савара-Лапласа.
[2] §§ 31-43, 48 [5] §§ 24-28, 35-37, 41-45 [7] § 19.1-19.3, 21.1-21.3, 22.4, 23.1. [8] §§ 95-99, 110-114, 119-122.
Лекция 7. Магнитный поток. Теорема Гаусса для магнитного поля. Работа магнитных сил. Теорема о циркуляции вектора магнитной индукции. Магнитное поле в магнетиках. Явление электромагнитной индукции. Основной закон электромагнитной индукции. Правило Ленца. Индуктивность проводника. Явление самоиндукции. Энергия магнитного поля. Фарадеевская и максвелловская трактовка явления электромагнитной индукции. Вихревое электрическое поле. Ток смещения.
[2] §§ 42, 43, 48, 50-59, 60-71. [5] §§ 36, 38, 39, 41-45, 50-62 [7] §§ 22.1-22.4, 24.1-24.6, 25-.1-25.6, 26.1-26.5, [8] §§ 111, 115, 116, 119-139.
III СЕМЕСТР
Лекция 8. Кинематика гармонических колебаний. Векторные диаграммы. Колебательные системы: физический, математический и пружинный маятники, колебательный контур. Энергия гармонических колебаний. Свободные затухающие механические и электромагнитные колебания. Вынужденные механические и электромагнитные колебания. Резонанс токов и резонанс напряжений.
[1] §§ 49-60. [2] §§ 90-91. [5] § 63-71. [7] §§ 27.1-27.4, 28.1-28.3. [8] §§ 140-148.
Лекция 9. Волновые процессы. Уравнение волны. Фазовая скорость волны. Энергия волны. Вектор Умова. Электромагнитные волны. Изучение диполя. Энергия электромагнитных волн. Вектор Умова-Пойнтинга. Принцип суперпозиции волн. Групповая скорость волн. Стоячие волны.
[2] §§ 93-99, 104-109. [5] § 73-82. [7]§§ 29.1-29.6, 30.1-30.3. [8] §§153-157, 161-164.
Лекция 10. Электромагнитная теория света. Интерференция волн. Пространственная и временная когерентность. Способы получения когерентных световых волн. Интерференция в тонких пленках. Дифракция волн. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция Френеля. Дифракция Фраунгофера. Дифракционная решетка.
[2] §§ 110,118-122, 125-131 [5] § 84-94. [7] §§ 31.1-31.3, 32.1-32.4. [8] §§ 171-184.
Лекция 11. Распространение света в веществе. Дисперсия света. Поглощение и рассеяние света. Поляризация света. Закон Малюса. Поляризация света при отражении. Закон Брюстера. Элементы кристаллооптики. Двойное лучепреломление. Тепловое излучение. Законы теплового излучения абсолютно черного тела. Закон Киргхофа для теплового излучения. Гипотеза Планка о световых квантах.
[2] §§ 134-136,142-146 [3] §§ 1-7 [5] § 98-103 [6] § 1-6
[7] §§ 33.1-33.5, 34.1-34.4, 35.1-35.2 [8] §§ 157,186-188, 191-200
Лекция 12. Фотоэффект. Законы внешнего фотоэффекта. Квантовая теория внешнего фотоэффекта. Фотоны. Эффект Комптона. Давление света. Корпускулярно-волновой дуализм. Гипотеза де Бройля. Дифракция микрочастиц. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Волновая функция и ее статистический смысл. Уравнение Шредингера. Микрочастица в потенциальной яме. Квантование энергии и импульса.
[3] §§ 9-11,18-27 [6] §§ 7-19 [7] § 36.1-36.5, 37.1-37.8 [8] §§ 202-207, 213-221
Лекция 13. Линейчатые спектры атомов. Постулаты Бора. Атом водорода. Квантовые числа. Структура электронных оболочек в многоэлектронных атомах. Принцип Паули. Периодическая система элементов Менделеева. Основные положения классической статистики. Функция распределения. Распределение Максвелла-Больцмана. Основные положения квантовой статистики Ферми-Дирака. Распределение электронов по энергиям. Уровень Ферми.
[1] §§ 79,92,93,98-100. [3] §§ 12,15,17,28,36,37,51,52. [4] §§ 73-77. [6] §§ 21,24, 27, 34,38. [7] § 10.3-10.6, 38.1-38.4, 39.5-39.6,41.2-41.5. [8] §§ 43-45, 208,209,223-225,234-236.
Лекция 14. Твердое тело. Кристаллическая решетка. Силы связи структурных элементов в кристаллической решетке. Энергетические зоны в кристаллах. Валентная зона и зона проводимости. Металлы, полупроводники и диэлектрики в зонной теории. Движении электрона в периодическом поле кристалла. Эффективная масса электрона.
[3] §§ 53,54,58. [6] §§ 39,42. [7] §§ 43.1-43.3. [8] §§ 239-242.
Лекция 15. Электропроводность металлов. Недостаточность классической электронной теории проводимости. Электронный Ферми – газ в металле. Электропроводность собственных и примесных полупроводников. Носители тока - электроны и дырки. Фотопроводимость полупроводников. Магнитные свойства твердых тел. Природа диа-, пара-, и ферромагнетизма.
[3] §§ 32, 33, 55-63. [6] § 40-43, 46. [7] §§ 24.1-24.5,41.6, 42.1-42.8, 43.5. [8] §§ 238-245
Лекция 16. Строение и основные свойства атомных ядер. Дефект массы и энергия связи атомных ядер. Ядерные силы. Радиоактивность. Закон радиоактивного распада. a, b и g - излучения, их свойства. Ядерные реакции. Элементарные частицы. Четыре типа фундаментальных взаимодействий.
[3] §§ 66-77. [6] §§ 48-58 [7] §§ 45.1-45.3. [8] §§ 250-258, 261-274.
ПЛАН ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
На практические занятия во время экзаменационной сессии отводится всего по 4 часа в каждую сессию. Поэтому практические занятия являются завершением самостоятельной работы в семестре.
Занятие 1. Консультация по решению задач, выполняемых в плане самостоятельной работы.
Занятия 2. Контрольная работа за семестр.
ПЛАН ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ
В каждом семестре студент – заочник во время экзаменационной сессии должен выполнить и сдать 3 лабораторные работы. В целях экономии времени во время экзаменационной сессии студенту рекомендуется начать подготовку к выполнению лабораторных работ в межсессионный период в рамках самостоятельной работы. Для этого студент, пользуясь описаниями лабораторных работ, должен подготовить конспект по лабораторной работе и ознакомиться с основными теоретическими сведениями. Конспект представляется преподавателю, ведущему лабораторные занятия. При защите лабораторной работы студент должен представить правильно оформленый отчет по работе и показать понимание проверяемой в работе теории. Для облегчения самоподготовки к каждой лабораторной работе имеются контрольные вопросы.
ЛИТЕРАТУРА
к лабораторным занятиям
1. Лабораторный практикум по физике для студентов заочного отделения, ТЭИС, 2002 г.
НАЗВАНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
II СЕМЕСТР
Работа № 1. Определение кинетической и потенциальной энергии падающего шарика.
Работа № 2. Изучение распределения потенциала в электростатическом поле.
Работа № 3. Исследование магнитного поля на оси соленоида.
III СЕМЕСТР
Работа № 4. Изучение стоячих волн.
Работа № 5. Изучение законов фотоэффекта.
Работа № 6. Исследование зависимости сопротивления полупроводника от температуры и определение ширины запрещенной зоны.
ПЛАН САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
Самостоятельная работа для студентов-заочников является основным видом работы. На нее отводится 80% всего времени, отведенного на изучени дисциплины. Для самостоятельной работы материал курса физики разбит по темам. После каждой темы указана литература для изучения теоретического материала по списку, приведенному перед планом лекций. К каждой теме даны контрольные вопросы и указаны задачи для самостоятельного решения. При изучении каждой темы курса физики студенту необходимо ознакомиться с ее программой, изучить по учебнику соответствующий материал и решить самостоятельно задачи, указанные в плане самостоятельной работы. Для облегчения самоконтроля при самостоятельной работе студенту нужно попытаться ответить на вопросы к данной теме. Для этого он может воспользоваться методическими пособиями, приведенными ниже. В качестве отчета о самостоятельной работе студент представляет во время сессии преподавателю тетрадь с решенными задачами своего варианта. Для равномерного распределения самостоятельной работы в межсессионный период студентам заочного отделения рекомендуется придерживаться следующего графика самостоятельной работы.
ЛИТЕРАТУРА
для самостоятельной работы
Список литературы для изучения теоретического материала приведен перед планом лекционных занятий. Кроме этого, рекомендуются следующие пособия:
1. Методические указания и контрольные задания по физике для студентов заочного отделения. ТЭИС, 1996.
2. Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике. М.: Высшая школа, 1981-1989.
3. Методическое пособие для самообучения и самоконтроля при подготовке к практическим занятиям по физике, ч 1,2,3,4. 1993-2000.
ГРАФИК САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
II CЕМЕСТР
Экзаменационная сессия проводится в конце мая или в первой половине июня.
|
Месяц |
Тема теорет материала |
Решение задач |
Подготовка к лаборатор. работам |
|
февраль |
Темы № 1,2,3. |
Задачи к темам № 1,2,3 |
- |
|
Март |
Темы № 4,5,6. |
Задачи к темам № 4,5,6. |
Подготовка к лабор. работе № 1 |
|
Апрель |
Темы № 7,8,9. |
Задачи к темам № 7,8,9. |
Подготовка к лабор. работе № 2. |
|
Май |
Темы № 10,11,12. |
Задачи к темам № 10,11,12. |
Подготовка к лабор. работе № 3 |
III СЕМЕСТР
Экзаменационная сессия проводится в январе.
|
Месяц |
Тема теорет материала |
Решение задач |
Подготовка к лаборатор. работ |
|
Сентябрь |
Темы № 13,14,15. |
Задачи к темам № 13,14,15. |
- |
|
Октябрь |
Темы № 16,17,18. |
Задачи к темам № 16,17,18. |
Подготовка к лабор. работе № 4 |
|
Ноябрь |
Темы № 19,20,21. |
Задачи к темам № 19,20,21. |
Подготовка к лабор. работе № 5. |
|
Декабрь |
Темы № 22,23,24,25. |
Задачи к темам № 22,23,24,25. |
Подготовка к лабор. работе № 6. |
СОДЕРЖАНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
II семестр
Механика
Тема 1. Предмет физики. Роль физики в развитии техники. Механическое движение. Пространство и время. Физические модели: материальная точка, абсолютно твердое тело. Кинематика материальной точки. Траектория, перемещение, путь, ускорение. Движении точки по окружности. Скорость и ускорение при криволинейном движении. Нормальное и тангенциальное ускорение. Кинематика вращательного движения. Угловая скорость и угловое ускорение. Связь линейных и угловых характеристик движения.
[1] §§ 1-5 [4] §§ 1-5 [7] §§ 1.1-1.5 [8] §§ 1-4.
Вопросы к теме 1
1. Что называется системой отчета? Перечислите способы описания положения материальной точки. В чем различие средней и мгновенной скорости?
2. Что такое ускорение? Когда возникают касательное и нормальное ускорения? Покажите на рисунке их направление. Как определяется их величина?
3. Дайте определение угла поворота, угловой скорости и углового ускорения. Объясните, как они направлены.
4. Проведите аналогию между характеристиками вращательного и поступательного движения и получите аналитические связи между ними.
Решение задач: контрольное задание №1 задача № 1 своего варианта.
Тема 2. Динамика материальной точки. Сила. Масса. Импульс. Первый закон Ньютона и инерциальные системы отсчета. Второй закон Ньютона как уравнение движения. Третий закон Ньютона. Динамика вращательного движения. Момент силы, момент инерции, момент импульса относительно оси вращения. Основной закон динамики вращательного движения.
[1] §§ 7-11, 29,36,38. [4] §§ 7-14, 26-30. [7] §§ 2.1-2.3, 4.1-4.2. [8] §§ 5-7, 16,17
Вопросы к теме 2.
1. Дайте определение динамических характеристик поступательного движения (силы, массы, импульса).
2. Сформулируйте три закона Ньютона. В каких системах отсчета они справедливы?
3. От чего зависит вращающее действие силы? Как определяется направление момента силы?
4. Что характеризует момент инерции?
5. Что такое момент импульса материальной точки? Твердого тела? Как определяется его направление?
6. Сформулируйте основной закон динамики вращательного движения. Проведите аналогию между динамическими характеристиками поступательного и вращательного движения.
Решение задач: контрольное задание №1 задача № 4 своего варианта.
Тема 3. Закон изменения и сохранения импульса. Центр инерции. Теорема о движении центра инерции. Закон изменения и сохранения момента импульса. Гироскопический эффект. Гироскопы и их применение. Работа силы и ее выражение через криволинейный интеграл. Мощность. Кинетическая энергия и ее связь с работой. Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальная энергия и ее связь с работой и силой. Закон изменения и сохранения механической энергии. Общефизический закон сохранения энергия. Границы применимости классической механики.
[1] §§ 19-25, 37,39,62-70. [4] §§ 15-23, 31, 32,36-38,44-54. [7] §§ 2.4-2.6, 3.1-3.4, 4.3, 5.2-5.6, 7.1-7.7. [8] §§ 9-13,18,19,34-40.
Вопросы к теме 3.
1. Сформулируйте закон изменения и сохранения импульса. При каких условиях выполняется закон сохранения импульса? Приведите примеры его выполнения.
2. В чем заключается закон изменения и сохранения момента импульса? При каких условиях момент импульса сохраняется? Приведите примеры выполнения закона сохранения момента импульса.
3. Что такое работа? Мощность? Найдите работу и мощность при вращательном движении. Что такое энергия?
4. Дайте определение кинетической и потенциальной энергии.
5. Как связаны работа равнодействующей силы и кинетическая энергия? Получите выражение кинетической энергии при поступательном движении. Получите выражение кинетической энергии вращающегося тела.
6. Что такое консервативные силы? Как связана работа консервативных сил с потенциальной энергией? Приведите примеры таких сил. Как связаны потенциальные силы и потенциальная энергия?
7. Сформулируйте закон сохранения механической энергии. Что происходит с механической энергией, если в системе тел действуют неконсервативные силы?
Решение задач: контрольное задание №1 задачи № 2 и №5 своего варианта.
Тема 4. Термодинамические параметры. Температура. Уравнение состояния идеального газа. Изопроцессы в газах и их законы. Работа газа. Количество теплоты. Первый закон термодинамики, его применение к изопроцессам. Теплоемкость. Зависимость теплоемкости газа от вида процесса. Адиабатический процесс. Уравнение Пуассона. Работа при адиабатическом процессе.
[1] §§ 82-92 [4] §§ 59,60,65-71 [7] § 8.1-8.4, 9.1-9.6 [8] §§ 51-56.
Вопросы к теме 4.
1. В чем заключаются термодинамический и статистический методы описания тепловых явлений? Что такое термодинамические параметры? Дайте описание равновесного состояния и равновесного процесса. Запишите уравнение состояния идеального газа.
2. Что такое количество теплоты? Дайте определение теплоемкости, удельной теплоемкости, молярной теплоемкости. Как определяется работа расширения газа при произвольном процессе? Что такое внутренняя энергия? Сформулируете 1 закон термодинамики.
3. Что такое изотермический процесс? Запишите закон Бойля-Мариотта. Нарисуйте график процесса в координатах P-V, P-T, V-T. Чему равна работа расширения газа при изотермическом процессе? Чему равны изменение внутренней энергии и теплоемкость при изотермическом процессе? Примените 1 закон термодинамики к изотермическому процессу.
4. Что такое изохорический процесс? Запишите закон Шарля. Нарисуйте график процесса в координатах P-V, P-T, V-T. Чему равны работа, изменение внутренней энергии и теплоемкость при изохорическом процессе? Примените 1 закон термодинамики к изохорическому процессу.
5. Что такое изобарический процесс? Запишите закон Гей-Люссака. Нарисуйте график процесса в координатах P-V, P-T, V-T. Чему равны работа, изменение внутренней энергии и теплоемкость при изобарическом процессе? Примените 1 закон термодинамики к изобарическому процессу.
6. Как связаны Сv и Ср? Получите уравнение Р.Майера?
7. Что такое адиабатический процесс? Получите уравнение Пуассона. Нарисуйте график процесса в координатах P-V. Чему равны работа, изменение внутренней энергии и теплоемкость при адиабатическом процессе. Примените 1 закон термодинамики к адиабатическому процессу.
Решение задач: контрольное задание №5 задачи № 3 ,4 своего варианта.
Тема 5. Статистический метод исследования микроскопических свойств системы. Основные положения молекулярно-кинетической теории. Силы взаимодествия между молекулами. Модель идеального газа. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа и его сравнение с уравнением состояния. Молекулярно – кинетический смысл температуры. Степени свободы молекулы. Распределение энергии по степеням свободы. Молекулярно – кинетическая теория теплоемкости идеальных газов.
[1] §§ 79,81,95-97 [4] §§ 61-64, 72 [7] § 10.1, 10.2, 10.11, 10.12. [8] §§ 41-43, 50, 53.
Вопросы к теме 5.
1. Сформулируйте основные положения молекулярно-кинетической теории. В чем сущность статистического метода рассмотрения свойств макроскопических тел?
2. Какой характер имеют силы взаимодействия между молекулами? Как они определяют свойства газов, жидкостей и твердых тел?
3. Сформулируйте положения модели идеального газа. Как объясняется давление газа с молекулярно-кинетической точки зрения?
4. Выведите основное уравнение молекулярно -кинетической теории идеального газа.
5. Сопоставьте основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов с уравнением состояния идеального газа. В чем состоит молекулярно-кинетический смысл температуры?
6. Что такое степени свободы молекул? Как определеяется их число для молекул с различным числом атомов?
7. Как определяются теплоемкости газов Сv и Сp через число степеней свободы?
Решение задач: контрольное задание №5 задачи № 3,4 своего варианта.
Тема 6. Циклы. Цикл Карно. Второй закон термодинамики. Энтропия. Среднее число столкновений между молекулами и средняя длина свободного пробега молекул. Явления переноса: диффузия, вязкость, теплопроводность. Молекулярно-кинетическая теория этих явлений.
[1] §§ 102-106, 128-132 [4] §§ 79-86 [7] § 10.8, 10.9, 11.1-11.6. [8] §§ 56-59,46, 48.
Вопросы к теме 6.
1. Что такое обратимые процессы? Что такое циклы? Разберите принцип действия тепловых и холодильных машин.
2. Чему равен КПД тепловой машины?
3. Рассмотрите идеальную машину, работающую по циклу Карно. Чему равен ее КПД? Почему КПД любой тепловой машины не может быть равным 1?
4. В чем заключается недостаточность первого закона термодинамики? Сформулируйте второй закон термодинамики.
5. Что такой энтропия системы? Как меняется энтропия в тепловых процессах? Как она связана с термодинамической вероятностью? Объясните статический смысл 2 закона термодинамики?
6. Что такое средняя длина свободного пробега? Эффективный диаметр молекулы? Как вычисляется среднее число столкновений молекул?
7. В чем сущность явлений переноса? Когда они возникают?
8. Что такое диффузия? Запишите уравнение диффузии Фика. Когда возникает диффузия?
9. Что такое вязкость? Когда она возникает? Запишите уравнение вязкости Ньютона.
10. Что такое теплопроводность? Когда она возникает? Запишите уравнение теплопроводности Фурье.
11. Какой смысл имеют коэффициенты диффузии, вязкости и теплопроводности? Как они связаны между собой? Каков механизм явлений переноса?
Решение задач: контрольное задание №5 задача №5 своего варианта.
Тема 7. Центральные силы. Электрические взаимодействия. Электрический заряд, его свойства. Закон Кулона. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции. Применение принципа суперпозиции к рассмотрению поля диполя. Линии вектора напряженности. Поток вектора напряженности. Теорема Остроградского-Гаусса для напряженности электростатического поля. Применение теоремы Остроградского-Гаусса для расчета простейших полей. Работа сил электростатического поля. Потенциал. Cвязь потенциала и напряженности поля. Циркуляция вектора напряженности. электростатического поля.
[2] §§ 1-14 [5] §§ 1-11 [7] §§ 13.1-13.5, 14.2 [8] §§ 77-86
Вопросы к теме 7.
1. Что характеризует заряд? Каковы его свойства? Опишите взаимодейсвие зарядов. Всегда ли при оценке взаимодействия можно использовать закон Кулона? Как описывается взаимодействие протяженных тел?
2. Как осуществляется взаимодействие заряженных тел? Как вы представляете понятие «поле»? Каковы способы его обнаружения? Чем определяется сила, действующая на заряд, помещенный в ту или иную точку поля? В чем особенность электростатического поля?
3. Что называется напряженностью поля? Как её можно определить по величине и направлению? От чего она зависит?
4. В чем заключается принцип суперпозиции полей? Какова его роль в электростатике?
5. Как графически изображается электростатическое поле? Приведите примеры графического изображения электрических полей? Что такое поток вектора напряженности электрического поля?
6. Как формулируется теорема Остроградского-Гаусса? От чего зависит и от чего не зависит поток вектора напряженности поля сквозь замкнутую поверхность? Какие выводы следуют из этой теоремы? Как применяется эта теорема для расчета полей?
7. К какому классу сил относятся электрические силы? Как определяется работа этих сил? От чего она зависит? Какая величина характеризует энергию поля? От чего зависит потенциал в данной точке поля? Разность потенциалов? Как связаны напряженность и потенциал электрического поля?
8. Что такое циркуляция вектора напряженности? В чем ее физический смысл? Чему равна циркуляция вектора Е? Почему теорема о циркуляции является критерием потенциальности электростатического поля?
Решение задач: контрольное задание №2 задачи № 1,2 своего варианта.
Тема 8. Диполь во внешнем электрическом поле. Поляризация диэлектриков. Поляризационные заряды. Вектор поляризаци. Электрическое смещение. Диэлектрическая восприимчивость и проницаемость. Теорема Гаусса для диэлектриков. Проводники в электростатическом поле. Индуцированые заряды. Напряженность поля и потенциал внутри заряженного проводника и вблизи его поверхности вне проводника. Электроемкость проводника. Конденсаторы. Электроемкость конденсаторов различной конфигурации. Энергия заряженного конденсатора. Энергия электрического поля.
[2] §§ 19-30 [5] §§ 12-20 [7] § 15.1-15.4, 16.1-16.3. [8] §§ 86-90.
Вопросы к теме 8.
1. Как ведут себя диэлектирики в электрическом поле? Что такое полярные и неполярные диэлектрики?
2. Что такое вектор поляризации? Как его величина связана с поверхностной плотностью связанных зарядов? С напряженностью внешнего электрического поля?
3. Дайте определение вектора электрического смещения. Как он связан с напряженностью электрического поля?
4. Как связаны поверхностные плотности связанных и свободных зарядов?
5. Как ведут себя проводники в электрическом поле? Чему равна напряженность электрического поля внутри заряженного проводника? Каковы условия равновесия зарядов в проводнике? Как распределен потенциал?
6. Что такое электроемкость проводника? От чего она зависит?
7. Как определяется электроемкость уединенного шара?
8. Как определяется электроемкость конденсаторов различной формы?
9. Как определяется электроемкость системы конденсаторов соединенных а) последовательно, б) параллельно?
Решение задач: контрольное задание №2 задача № 3 своего варианта.
Тема 9. Электрический ток. Сила и плотность тока. Условия существования тока. Источники тока. Электродвижущая сила источников. Сопротивление проводников. Закон Ома в интегральной и дифференциальной формах. Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа. Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной формах. Классическая электронная теория проводимости металлов. Электрический ток в газах. Несамостоятельный и самостоятельный газовый разряд. Механизм образования носителей тока. Виды самостоятельного газового разряда.
[2] §§ 31-38 §§ 77-78 §§ 80-87 [2] §§ 24-34 [7] §§ 18.1-18.3, §§ 19.1-19.3, §§ 20.1-20.7
[8] §§ 95-109.
Вопросы к теме 9
1. Что такое электрический ток? Дайте определение силы и плотности тока?
2. При каких условиях возникает электрический ток? Что такое электродвижущая сила
источника тока, разность потенциалов и напряжение?
3. Сформулируйте закон Ома в интегральной и дифференциальной форме.
4. Что такое сопротивление проводника? От чего оно зависит? Как определяется
сопротивление при последовательном и паралельном соединении проводников?
5. Сформулируйте правила Кирхгофа для разветвленных цепей.
6. Как определяется работа и мощность тока? Сформулируйте закон Джоуля-Ленца в
интегральной и дифференциальной форме.
7. Как получить законы Джоуля-Ленца и Ома из классической электронной теории
проводимости металлов?
8. Как можно создать носители тока в газах? Что такое несамостоятельный газовый
разряд? Какой вид имеет его вольтамперная характеристика?
9. Какие процессы могут привести к возникновения самостоятельного газового разряда? Назовите виды самостоятельного газового разряда.
Решение задач: контрольное задание №2 задача №4 своего варианта.
Тема 10. Магнитное поле. Силы, действующие на движущиеся заряды и токи в магнитном поле. Закон Ампера. Вектор магнитной индукции. Контур с током в магнитном поле. Магнитный момент контура с током. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Эффект Холла. Магнитное поле движущейся заряженной частицы. Закон Био-Савара-Лапласа. Применение закона Био-Савара-Лапласа для расчета магнитных полей прямого и кругового токов.
[2] §§ 39-46, 72-76, § 79. [5] §§ 35—37, 42-45 [7] §§ 22.4, 23.1 [8] §§ 110-114, 119-122.
Вопросы к теме 10
1. Когда возникает магнитное поле? Как она себя проявляет?
2. Какая сила действует на движущийся заряд со стороны магнитного поля? От чего зависит она по величине и направлению?
3. Каковы возможные траектории движения частицы в магнитном поле?
4. Какая сила действует со стороны магнитного поля на проводник с током? От чего она зависит? Как направлена? Как ее можно обнаружить?
5. Как ведет себя контур с током в магнитном поле? Чем это объясняется?
6. Чему равен магнитный момент контура с током? Как он направлен? Как определяется направление механического вращающего момента?
7. Какая величина является силовой характеристикой магнитного поля? Каков ее физический смысл? Как определяется направление вектора В по действию магнитного поля на ток? Дайте все три определения физического смысла вектора В. Сравните и проанализируйте выражения для напряженности электрического поля и индукции магнитного поля.
8. Как можно определить величину индукции магнитного поля движущейся заряженной частицы? Как в этом случае определяется направление вектора В?
9. В чем заключается принцип суперпозиции магнитных полей? Как с помощью закона Био-Савара-Лапласа осуществляется расчет магнитных полей при различной конфигурации источников?
Решение задач: контрольное задание №2 задача №5 своего варианта.
Тема 11. Линии вектора магнитной индукции и их замкнутость. Магнитный поток. Теорема Гаусса для магнитного поля. Работа перемещения проводника с током в магнитном поле. Теорема о циркуляции вектора магнитной индукции (закон полного тока). Применение теоремы о циркуляции к расчету полей соленоида и тороида. Магнитное поле в веществе. Молекулярные токи. Вектор намагничения. Закон полного тока для магнитного поля в веществе. Напряженность магнитного поля. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость. Диа-, пара- и ферромагнетики.
[2] §§ 49-59 [5] §§38-41, §§ 47-52
Вопросы к теме 11
1. Как графически представляют магнитные поля? Что такой магнитный поток? В чем отличие в изображениях электрического и магнитного полей?
2. Как записывается теорема Остроградского-Гаусса для магнитного поля? Сравните ее с записью для электростатического поля.
3. Как вычисляется работа сил магнитного поля?
4. Как записывается теорема о циркуляции вектора В? Сформулируете закон полного тока. Сравните с записью теоремы о циркуляции вектора напряженности электростатического поля. Какое отличие в свойствах этих полей отсюда следует?
5. Как применить теорему о циркуляции вектора магнитной индукции к расчету полей соленоида и тороида.
6. Что такое вектор намагничености вещества? Как записывается закон полного тока для магнитного поля в веществе? Что такое напряженность магнитного поля?
7. Что такое магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость? На какие группы можно разделить все вещества по их магнитным свойствам? В чем отличие их магнитных свойств?
Решение задач: контрольное задание №2 задача №6 своего варианта.
Тема 12. Явление электромагнитной индукции. Основной закон электромагнитной индукции. Правило Ленца. Связь ЭДС индукции с силой Лоренца. Индуктивность проводника. Явление самоиндукции. Токи при замыкании и размыкании цепи. Взаимная индукция. Магнитная энергия тока. Энергия магнитного поля. Вихревое электрическое поле. Ток смещения. Система уравнений Максвелла в интегральной форме.
[2] §§ 60-71 [5] §§ 53-62 [7] §§ 25.1-25.6, 26.1-26.5 [8] §§ 123-131, 137-139
Вопросы к теме 12
1. Какова идея опытов Фарадея по обнаружению явления электромагнитной индукции?
2. В чем сущность явления электромагнитной индукции? От чего зависит ЭДС индукции?
3. Какой физический смысл имеет знак «минус» в законе Фарадея-Максвелла? Как определяется направление индукционного тока?
4. Какова причина появления индукции в проводнике, движущемся в постоянном магнитном поле, и в замкнутом контуре, находящемся в изменяющемся магнитном поле?
5. Каковы свойства индуцированного электрического поля?
6. В чем заключается явление самоиндукции? От чего зависит ЭДС самоиндукции?
7. Что характеризирует индуктивность и от чего она зависит? В каких единицах измеряется? Как вычисляется индуктивность соленоида?
8. Что происходит в электрической цепи при е¸ замыкании и размыкании? Как изменяется при этом ток в цепи?
9. Что такое ток смещения?
10. Что описывает система уравнений Максвелла?
Решение задач: контрольное задание №2 задачи №7,8 своего варианта
III СЕМЕСТР
Тема 13. Колебательные процессы. Кинематика гармонических колебаний, их характеристики. Закон гармонических колебаний. Скорость и ускорение гармонически колеблющегося тела. Векторные диаграммы. Графическое представление колебаний. Гармонические осцилляторы: физический и математический маятники, груз на пружине, колебательный контур. Сложение колебаний одинакового направления. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний.
[1] §§ 49-55 [2] § 89 [5] §§ 63-69 [7] §§ 27.1-27.4 [8] §§ 140, 141, 146.
Вопросы к теме 13
1. Что такое колебательные процессы? Какие колебания называются гармоническими? Дайте определение основных характеристик гармонического колебательного движения (смещения, амплитуды, фазы, периода, частоты, циклической частоты).
2. Как зависит смещение колеблющейся точки от времени? Запишите закон гармонических колебаний? Какое дифференциальное уравнение описывает гармоническое колебание? Как графически можно задать гармоничекое колебание? Как изобразить гармоническое колебание при помощи векторной диаграммы?
3. Как изменяются скорость и ускорение колеблющейся точки при гармонических колебаниях? Чему равны максимальные значения этих величин?
4. Что называется возвращающей силой? Какими свойствами она обладает? Какое условие необходимо для возникновения гармонических колебаний? Рассмотрите движение груза, прикрепленного к пружине.
5. Как определяется период собственных колебаний физического и математического маятников?
6. Как возникают колебания в колебательном контуре? Запишите дифференциальное уравнение этих колебаний. От чего зависит период колебаний в контуре? Запишите законы изменения заряда и тока в колебательном контуре? Каков сдвиг фаз между изменениями этих величин?
7. Как определяется энергия колебательной системы? От каких параметров она зависит? Как происходят взаимопревращения энергии при гармонических колебаниях? Проведите аналогию между характеристиками механических и электромагнитных колебаний и законами их изменений.
8. Каков результат сложения колебаний одинакового направления при одинаковых частотах складываемых колебаний? при разных частотах?
9. Какой вид имеет траектория движения тела при сложении взаимно перпендикулярных колебаний одинаковых частот? разных частот?
Решение задач: контрольное задание №1 задача №8 своего варианта.
Тема 14. Свободные затухающие механические и электромагнитные колебания. Коэффициент затухания, логарифмический декремент, добротность колебательной системы. Вынужденные механические колебания под действием синусоидальной силы. Амплитуда и фаза при вынужденных колебаниях. Резонанс. Вынужденные колебания в электрических цепях. Резонанс напряжений и резонанс токов.
[1] §§ 58, 60 [2] §§ 90-92. [5] §§ 70,71 [7] §§ 28.1-28.3 [8] §§ 146-148.
Вопросы к теме 14
1. В каком случае имеют место собственные, а в каком - свободные колебания? Чем они отличаются? Составьте дифференциальное уравнение свободных механических колебаний. Запишите закон свободных механических колебаний.
2. Что показывает коэффициент затухания? Что такое логарифмический декремент? Как определяется частота свободных колебаний? Что характеризует добротность колебательной системы?
3. Рассмотрите колебательный контур, содержащий сопротивление. Получите дифференциальное уравнение колебаний в таком контуре. Какой вид имеет решение этого уравнения?
4. Каковы фазовые соотношения между изменениями заряда, напряжения и тока при наличии затухания? Как определяется добротность колебательного контура?
5. Как избавиться от затухания? Чем отличаются вынужденные колебания от автоколебаний? Составьте дифференциальное уравнение вынужденных колебаний и нарисуйте векторную диаграмму их. От чего зависят амплитуда и фаза вынужденных колебаний? Опишите явление резонанса.
6. Разберите процесс возбуждения вынужденных электрических колебаний. Изобразите векторную диаграмму вынужденного колебательного процесса. Получите с помощью векторной диаграммы амплитуду и сдвиг фаз между вынуждающей ЭДС и колебаниями тока на активном сопротивлении, индуктивности и ёмкости.
7. Опишите явление резонанса напряжений. Каково условие его возникновения? Где оно применяется?
8. Опишите явление резонанса токов? Каково условие его возникновения? Где оно применяется?
Тема 15. Волновые процессы. Характеристики волновых процессов. Уравнение плоской синусоидальной волны. Фазовая скорость волн. Одномерное волновое уравнение. Энергия волны. Вектор Умова. Электромагнитные волны, их свойства. Излучение диполя. Уравнение плоской электромагнитной волны. Энергия электромагнитных волн. Вектор Умова-Пойнтинга. Принцип суперпозиции волн. Стоячие волны. Групповая скорость.
[2] §§ 93-102,104-109 [5] §§ 72-82 [7] §§ 29.1-29.6, 30.1-30.3. [8]§§ 153-164.
Вопросы к теме 15
1. Рассмотрите механизм возникновения волнового процесса. Дайте определение характеристик волнового процесса.
2. Что такое фазовая скорость волны? От чего она зависит?
3. Как записывается уравнение волны и волновое уравнение?
4. В чем состоит принцип суперпозиции волн?
5.
Что называют группой волн
(волновым пакетом)? Для получения групповой скорости рассмотрите суперпозицию
двух плоских синусоидальных волн с разными частотами и соответственно разными
волновыми числами. Сложив эти волны, получите
результирующую волну. Выделите переменную амплитуду результирующей волны, определяемую фазой. Продифференцировав зафиксированную
фазу, получите выражение для групповой скорости волн. Преобразуйте е¸ к
выражению: Игру=
vФ-
проанализируйте
результат.
6. Как получаются стоячие волны? Получите уравнение стоячей волны. Чему равна е¸ амплитуда? От чего она зависит? Получите координаты е¸ узлов и пучностей. Рассмотрите особенности образования стоячих волн при отражении от более плотной и менее плотной среды.
7. Чему равно длина стоячей волны? Перечислите все отличия стоячих волн от бегущих (их не меньше пяти).
8.
Как получаются электромагнитные
волны? Нарисуйте график электромагнитной волна. Как
происходят колебания векторов 
и 
в
электромагнитной волне?
9. Что показывает вектор Умова и вектор Умова-Пойнтинга?
Решение задач: контрольное задание №3 задача №1 своего варианта.
Тема 16. Электромагнитная теория света. Особенности излучения световых волн. Интерференция света. Пространственная и временная когерентность. Методы получения когерентных световых волн. Условия максимума и минимума интерференции. Ширина интерференционной полосы. Интерференция в тонких пленках. Полосы равной толщины и равного наклона. Кольца Ньютона.
[2] §§ 110,119-122 [5] §§ 84-89 [7] §§ 31.1-31.3, [8] §§ 171-176
Вопросы к теме 16
1. Рассмотрите свет как электромагнитную волну. В чем особенность получения световых волн? Как определяется интенсивность световой волны? Что такое световой вектор?
2. Что такое интерференция волн? При каких условиях она осуществляется? Какие волны называются когерентными? В чем сущность временной и пространственной когерентности?
3. Произведите расчет интерференционной картины от двух источников. Получите условие максимума и минимума интенсивности, координаты максимумов и минимумов, ширину интерференционной полосы?
4. Рассмотрите методы получения интерференционной картины Юнга, Ллойда, Френеля. Что в них общего?
5. Рассмотрите интерференцию в тонких пленках. Когда возникают полосы равной толщины и когда полосы равного наклона?
6. Рассмотрите кольца Ньютона как частный случай полос равной толщины.
Решение задач: контрольное задание №3 задача №2 своего варианта.
Тема 17. Дифракция волн. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция Френеля на простейших преградах. Дифракция Фраунгофера на одной щели. Дифракционная решетка Распространение света в веществе. Дисперсия света. Классическая электронная теория дисперсии. Поглощение света. Закон Бугера-Ламберта. Поляризация света. Закон Малюса. Поляризация света при отражении и преломлении на поверхности диэлектрика. Закон Брюстера. Двойное лучепреломление света в кристаллах.
[2] §§ 125-136, 142-146 [5] §§ 90-103 [7] §§ 32.3-32.4, 33.1-33.5, 34.1-34.4 [8] §§ 180-188, 191-195.
Вопросы к теме 17
1. Что называется дифракцией? Сформулируйте принцип Гюйгенса-Френеля и объясните явление дифракции с его помощью.
2. В чем сущность метода зон Френеля?
3. Объсните дифракцию сферических волн от простейших преград: от круглого отверстия и диска.
4. Рассмотрите дифракцию плоских волн (дифракцию Фраунгофера) на одной щели.
5. Что такое дифракционная решетка?
6. Какая волна называется поляризованной? Чем отличается поляризованный свет от естественного?
7. В чем заключается закон Малюса?
8. Как возникает поляризация при отражении и преломлении? В чем сущность закона Брюстера?
9. Объяснить явление двойного лучепреломления? Когда она возникает? Чем отличаются обыкновенный и необыкновнный лучи?
10. Что такое дисперсия света? В чем заключается классическая электронная теория дисперсии?
11. В чем заключается закон Бугера-Ламберта?
Решение задач: контрольное задание №3 задачи №3,4 своего варианта.
Тема 18. Тепловое излучение. Абсолютно черное тело. Закон Кирхгофа. Смысл функции Кирхгофа. Законы теплового излучения абсолютно черного тела. Распределение энергии в спектре теплового излучения. «Ультрафиолетовая катастрофа».Гипотеза. Планка о квантовом характере излучения. Фотоэлектрический эффект. Законы внешнего фотоэффекта. Квантовая теория внешнего фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Фотоны. Энергия, импульс и масса фотона. Эффект Комптона. Давление света.
[3] §§ 1-11 [6] §§ 1-10 [7] § 35.1-35.2, 36.1-36.5. [8] §§ 197-207.
Вопросы к теме 18
1. Что такое тепловое излучение? Каковы его свойства и характеристики? Что такое абсолютно черное тело?
2. В чем заключается закон Кирхгофа для теплового излучения? Какой смыся имеет функция Кирхгофа?
3. Какой вид имеет график функции Кирхгофа? Сформулируйте законы теплового излучения Стефана-Больцмана и Вина.
4. В чем заключалась гипотеза Планка о световых квантах?
5. Что такое внешний фотоэффект? Сформулируйте его законы.
6. Запишите уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.
7. Что такое фотоны? Как определяются их характеристики?
8. В чем заключается эффект Комптона?
9. Чем объясняется возникновение давление света?
Решение задач: контрольное задание №3 задачи №5 и 7 своего варианта.
Тема 19. Гипотеза де-Бройля. Опытое Девисона и Джермера. Дифракция микрочастиц. Корпускулярно-волновой дуализм. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Границы применимости законов классической физики. Волновая функция и ее статистический смысл. Уравнение Шредингера. Решение уравнения Шредингера для микрочастицы в бесконечно глубокой потенциальной яме и в потенциальной яме конечной глубины. Прозрачность потенциального барьера. Туннельный эффект.
[3] §§ 18-27 [6] §§ 11-19 [7] § 37.1-37.8 [8] §§ 213-221.
Вопросы к теме 19
1. В чем состоит универсальный характер корпускулярно волновой двойственности микрообъектов?
2. Гипотеза де Бройля и е¸ опытное подтверждение. Чему равна длина волны де Бройля? Объясните статистический смысл волн де Бройля?
3. Можно ли состояние микрообъекта описывать так же как состояние классической частицы? Запишите соотношения неопределенностей Гейзенберга. В чем их смысл?
4. Что описывает волновая функция? Решением какого уравнения она является? Запишите уравнение Шредингера для свободного и связанного электрона?
5. Запишите уравнение Шредингера для электрона в бесконечно глубокой потенциальной яме. Проанализируйте его решение. Запишите правила квантования волнового числа, импульса и энергии.
6. Как ведет себя электрон в потенциальной яме конечной глубины? Что означает прозрачность потенциального барьера? В чем сущность туннельного эффекта?
Решение задач: контрольное задание №4 задачи №4,5 своего варианта.
Тема 20. Линейчатые спектры атомов. Сериальные закономерности в спектре атома водорода. Формула Бальмера. Опыты Резерфорда по рассеянию a-частиц. Модель атома по Резерфорду. Постулаты Бора. Решение уравнения Шредингера для атома водорода. Квантовые числа и их смысл. Структура электронных оболочек в многоэлектронных атомах. Принцип Паули. Периодическая система элементов Менделеева.
[3] §§ 12,15,17,28,36,37 [6] §§ 21-27 [7] § 38.1-38.4, 39.1-39.6 [8] §§ 208-209,223-225.
Вопросы к теме 20
1. Какие закономерности наблюдаются в спектре атома водорода? Запишите формулу Бальмера.
2. Сформулуйте постулаты Бора.
3. Как описывается состояние электрона в атоме водорода при помощи уравнения Шредингера?
4. От чего зависят собственные значения энергии и момента импульса? Объясните смысл квантовых чисел.
5. Сформулируйте принцип Паули.
6. Как распределяются электроны по состояниям в многоэлектронном атоме? Как влияет орбитальное квантовое число на энергию электрона? Понятие о вырождении энергетического уровня.
7. Как объсняется периодичность в свойствах химических элементов.
Решение задач: контрольное задание №4 задачи №1 своего варианта.
Тема 21. Основные положения классической статистики. Функция распределения, ее свойства. Распределение Максвелла молекул по скоростям. Распределение Больцмана молекул по потенциальным энергиям. Отличия квантовой статистики от классической. Функция распределения Ферми-Дирака. Электронный газ. Распределение электронов по энергиям. Уровень Ферми.
[1] §§ 79, 92-93, 98-100 [4] §§ 51,52 [4] §§ 73-77 [6] § 34,38 [7] §§ 10.3-10.7, 41.2-41.5 [8] §§ 43-45, 234-236.
Вопросы к теме 21
1. В чем заключаются основные положения классической статистики? Что показывает функция распределения?
2. Запишите распределение Больцмана молекул по потенциальным энергиям. Запишите барометрическую формулу.
3. Как записывается распределение Максвелла по кинетическим энергиям?
4. В чем заключаются отличия классической и квантовой статистик? Какие микрочастицы подчиняются статистике Ферми-Дирака.
5. Запишите функцию распределения Ферми? Какие значения она имеет при абсолютном нуле температуры?
6. Какой смысл имеет уровень Ферми?
7. Запишите закон распределения Ферми электронов по энергиям.
Тема 22. Твердое тело. Кристаллическая решетка. Силы связи структурных элементов в кристаллической решетке (ван-дер-ваальсовские, ионные, обменные, металлические). Энергетические зоны в кристаллах. Распределение электронов по энергетическим зонам. Валентная зона и зона проводимости. Металлы, полупроводники и диэлектрики в зонной теории. Движение электрона в периодическом поле кристалла. Эффективная масса электрона.
[3] §§ 53,54,58 [6] §§ 39 [7] § 43.1-43.3 [8] §§ 239-242
Вопросы к теме 22
1. Как при образовании твердого тела происходит преобразование энергетических уровней в энергетические зоны? Чем определяется число уровней в зоне и возможное число электронов? Как поведеление валентных электронов описывается с помощью зонной модели? В чем смысл зоны валентной, зоны проводимости, запрещенной зоны?
2. Как различаются металлы, диэлектрики и полупроводники с точки зрения зонной теории? Как определить по распределению электронов по энергетическим уровням в изолированном атоме к какому классу будет относиться твердое тело, образованное из этих атомов?
3. Рассмотрите кристаллическую решетку, как периодическое потенциальное поле. Получите выражение для эффективной массы. Перечислите ее свойства и проанализируйте ее поведение в различных областях энергетической зоны.
Решение задач: контрольное задание №5 задача № 4 своего варианта.
Тема 23. Электропроводность металлов. Недостаточность классической электронной теории проводимости металлов. Электронный Ферми-газ в металле. Сверхпроводимость. Собственные полупроводники. Механизм образования носителей тока - электронов и дырок. Положение уровня Ферми собственного полупроводника. Проводимость собственных полупроводников, ее зависимость от температуры. Примесные полупроводники. Механизм образования носителей тока. Положение уровня Ферми примесного полупроводника. Зависимость проводимости примесных полупроводников от температуры. Фотопроводимость полупроводников.
[3]§§ 55,56,60-63. [6]§§ 40, 41,43. [7] §§ 41.6,42.1-42.8,43.5, 58,59. [8] §§ 218,241-246.
Вопросы к теме 23
1. В чем заключаются недостатки классической теории электропроводности металлов? Объсните движение электронов в металле, как движение в периодическом потенциальном поле.
2. Что такое подвижность носителей тока? Как зависит удельная проводимость металлов от температуры?
3. Что такое сверхпроводимость? Как объясняется явление сверхпроводимости с квантомеханической точки зрения?
4. В чем различие между электроном проводимости в полупроводнике и свободным электроном в металле? Дайте определение квазичастицы - дырки?
5. Как происходит генерация носителей тока в собственном полупроводнике? Найдите концентрацию собственных носителей тока (электронов и дырок).
6. Определите положение уровня Ферми в собственом полупроводнике. Как влияет температура на положение уровня Ферми? Как зависит проводимость собственных полупроводников от температуры?
7. Как влияют примеси на проводимость полупроводников? Как можно получить полупроводники n- и р- типа? Какие носители тока в них образуются? Изобразите примесные полупроводники обоих типов в зонной модели.
8. Определите концентрацию носителей тока в примесном полупроводнике. Найдите положение уровня Ферми в нем. Как влияет температура и концентрация примеси на положение уровня Ферми?
9. Объсните графики зависимости концентрации носителей и проводимости от температуры и концентрации примеси. Какие полупроводники называются вырожденными?
Решение задач: контрольное задание №5 задача №7 своего варианта.
Тема 24. Контактные явления на границе «металл-металл». Контактная разность потенциалов. Термоэлектричество. Контактные явления на границе «металл-полупроводник», «полупроводник-полупроводник». p-n переход. Магнитные свойства атомов. Результирующий магнитный момент атома. Природа диамагнетизма. Природа парамагнетизма. Природа ферромагнетизма. Роль обменного взаимодействия в возникновении ферромагнитизма.
[3] §§ 60-65. [6] §§ 44-46. [7] §§ 24.1-24.5, 44.1-44.4. [8] §§ 103-105, 246-249.
Вопросы к теме 24
1. Как возникает контактная разность потенциалов на границе двух металлов? Что такое работа выхода?
2. Что такое термо ЭДС?
3. Что происходит на границе металла и полупроводника? Как возникает р-n переход?
4. Как описывается состояние электрона в атоме с помощью квантовых чисел? Как связаны механический орбитальный и магнитный орбитальный моменты электрона? Как связаны собственные механический и магнитный моменты электрона?
5. Как находится внутреннее квантовое число всех электронов атома? Как находятся а) орбитальный момент сложного атома; б) спиновый момент сложного атома; в) полный момент атома?
6. Как определяется результирующий магнитный момент атома? Как он выражается через магнетон Бора?
7. Когда атом обладает постоянным магнитным моментом? Как в зависимости от величины и взаимодействия магнитных моментов атомов различаются магнитные свойства тел?
8. Дайте объяснение диамагнетизму.
9. В чем идея квантовой теории парамагнетизма?
10. Чем обусловлены особые свойства ферромагнетиков? Как объясняется ферромагнетизм обменным взаимодействием электронов внутренных недостроенных оболочек атомов? Почему возникают домены?
Решение задач: контрольное задание №5 задача №8 своего варианта.
Тема 25. Строение и основные свойства атомных ядер. Масса, заряд и размеры ядра. Дефект массы и энергия связи атомного ядра. Взаимодействие нуклонов, ядерные силы. Радиоактивность. Закон радиоактивного распада. a, b и g - излучения, их закономерности и объяснение. Ядерные реакции. Энергетический эффект ядерной реакции. Типы ядерных реакций. Реакции деления и синтеза. Цепная реакция. Элементарные частицы, их характеристики и классификация. Четыре типа фундаментальных взаимодействий.
[3] §§ 66-77. [6] §§ 48-58. [7] §§ 45.1-45.3. [8] §§ 250-274.
Вопросы к теме 25
1. Объясните структуру ядра атома. Что показывает зарядовое число? Массовое число? Что такое изотопы? Что доказывает существование изотопов в природе? Каков размер ядер?
2. Что такое дефект массы и энергия связи ядер? Объясните зависимость удельной энергии связи от массового числа.
3. Охарактеризуйте ядерные силы.
4. В чем состоит естественная и искусственная радиоактивность? В чем заключается закон радиоактивного распада? Что характеризует период полураспада?
5. Объясните a и b-распад ядер. Запишите правила смещения при a и b-распадах. Когда возникает g-излучение? Как оно взаимодействет с веществом?
6. Что называется ядерными реакциями? От чего зависит энергия ядерной реакции? Напишите и объясните типичные ядерные реакции по получению протонов, нейтронов, позитронов. Рассмотрите реакции деления и синтеза.
7. Дайте классификацию элементарных частиц.
Решение задач: контрольное задание №4 задачи №7,8 своего варианта.
Рабочая программа по физике для студентов заочного факультета.
Обсуждена и утверждена на заседании кафедры физики
Составители: ст.преп. Степанова Е.А.
ст.преп.Харитонова Н.Ф.
Редакционно – корректурная группа:
Редактор:
Корректор: