4486

11

4.2. Волновое движение. Плоская гармоническая волна. Длина волны, волновое число, фазовая скорость. Уравнение волны. Одномерное волновое уравнение. Упругие волны в газах жидкостях и твердых телах. Плоские и сферические электромагнитные волны. Поляризация волн. Волновое уравнение в пространстве. Волновой вектор. Волновое уравнение для электромагнитного поля. Основные свойства электромагнитных волн. Энергетические характеристики электромагнитных волн. Вектор Пойнтинга.

Раздел 5. Волновая оптика.

5.1.Волновая оптика. Интерференция волн. Интерференционное поле от двух точечных источников. Опыт Юнга. Интерферометр Майкельсона. Интерференция в тонких пленках. Многолучевая интерференция. Основное уравнение интерференции, роль когерентности. Временная (продольная) когерентность. Пространственная (поперечная) когерентность.

5.2.Дифракция волн. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция Френеля на простейших преградах. Метод зон Френеля. Дифракция Фраунгофера. Дифракция Фраунгофера на щели. Дифракционная решетка как спектральный прибор. Разрешающая способность дифракционной решетки. Дифракция Брэгга. Понятие о голографическом методе получения и восстановления изображений.

5.3.Поляризация волн. Форма и степень поляризации монохроматических волн. Получение и анализ линейно-поляризованного света. Линейное двулучепреломление. Отражение и преломление света на границе раздела двух диэлектриков. Брюстеровское отражение. Полное отражение и его применение в технике. Волноводы и световоды.

5.4.Поглощение и дисперсия волн. Феноменология поглощения и дисперсии света. Нормальная и аномальная дисперсия.

Раздел 6. Квантовая физика.

6.1.Квантовые свойства электромагнитного излучения. Излучение нагретых тел. Спектральные характеристики теплового излучения. Законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана и Вина. Абсолютно черное тело. Формула Релея-Джинса и «ультрафиолетовая катастрофа». Гипотеза Планка. Квантовое объяснение законов теплового излучения. Корпускулярноволновой дуализм света. Фотоэффект и эффект Комптона. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

6.2.Планетарная модель атома. Модель атома Томсона. Опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц. Эмпирические закономерности в атомных спектрах. Формула Бальмера.

6.3.Квантовая механика. Гипотеза де Бройля. Опыты Дэвиссона и Джермера. Дифракция микрочастиц. Принцип неопределенности Гейзенбер-

12

га. Волновая функция, ее статистический смысл и условия, которым она должна удовлетворять. Уравнение Шредингера. Квантовая частица в одномерной потенциальной яме. Одномерный потенциальный порог и барьер. Состояние микрочастицы в квантовой механике.

6.4. Квантово-механическое описание атомов. Стационарное уравнение Шредингера для атома водорода. Волновые функции и квантовые числа. Правила отбора для квантовых переходов. Опыт Штерна и Герлаха. Эффект Зеемана.

Раздел 7. Ядерная физика.

7.1.Элементы квантовой микрофизики. Состав атомного ядра. Характеристики ядра: заряд, масса, энергия связи нуклонов. Радиоактивность. Виды и законы радиоактивного излучения. Ядерные реакции. Деление ядер. Синтез ядер. Детектирование ядерных излучений. Понятие о дозиметрии и защите.

7.2.Элементарные частицы. Фундаментальные взаимодействия и основные классы элементарных частиц. Частицы и античастицы. Лептоны и адроны. Кварки. Электрослабое взаимодействие.

Раздел 8. Физическая картина мира.

Особенности классической и неклассической физики. Методология современных научно-исследовательских программ в области физики. Основные достижения и проблемы субъядерной физики. Попытки объединения фундаментальных взаимодействий и создания «теории всего». Современные космологические представления. Достижения наблюдательной астрономии. Теоретические космологические модели. Антропный принцип. Революционные изменения в технике и технологиях как следствие научных достижений в области физики. Физическая картина мира как философская категория.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ОРГАНИЗАЦИИ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

Методические указания студентам по организации самостоятельной работы в соответствии с рабочей программой дисциплины включают в себя:

методические рекомендации по работе над конспектом лекций;

методические рекомендации по подготовке к практическим занятиям;

методические рекомендации по выполнению индивидуальных заданий;

методические рекомендации по подготовке к лабораторным занятиям;

методические рекомендации по изучению рекомендованной литературы;

методические рекомендации по подготовке рефератов;

методические рекомендации по подготовке к экзаменам (зачетам).

13

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАБОТЕ НАД КОНСПЕКТОМ ЛЕКЦИЙ

В ходе лекционных занятий необходимо вести конспектирование учебного материала. При этом надо обращать внимание на категории, формулировки, раскрывающие содержание тех или иных явлений и процессов, научные выводы и практические рекомендации, выделять важные моменты, усваивать положительный опыт в ораторском искусстве.

Желательно оставить в рабочих конспектах поля, на которых следует делать пометки из рекомендованной литературы, дополняющие материал прослушанной лекции, подчеркивающие особую важность тех или иных теоретических положений, а также отмечать вопросы, вызвавшие затруднение, с целью дальнейшего их разрешения. В ходе лекции рекомендуется задавать преподавателю уточняющие вопросы с целью уяснения теоретических положений, разрешения спорных ситуаций.

Необходимо систематически прорабатывать лекционный материал в течение семестра, для этого надо изучать основную литературу, знакомиться с дополнительной литературой, при этом учитывать рекомендации преподавателя и требования учебной программы. Следует дорабатывать свой конспект лекций, делая в нем соответствующие записи из литературы, рекомендованной преподавателем и предусмотренной учебной программой.

Внимательная работа над лекционным конспектом поможет давать правильные ответы на вопросы текущего контроля, фронтальные опросы в конце лекций.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ СТУДЕНТАМ ПО ПОДГОТОВКЕ К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ

Важной составной частью изучения дисциплины «Физика» являются практические занятия, в ходе которых теоретический материал, изученный на лекциях закрепляется путем решения расчетных и качественных задач различного уровня сложности, в том числе задач, моделирующих различные практические ситуации.

Подготовка к практическому занятию делится два этапа:

1)организационный;

2)закрепление и углубление теоретических знаний.

На первом этапе студент планирует свою самостоятельную работу, которая включает:

1)уяснение задания на самостоятельную работу;

2)подбор рекомендованной литературы;

14

3) составление плана работы, в котором определяются основные пункты предстоящей подготовки.

Составление плана дисциплинирует и повышает организованность в работе.

Второй этап включает непосредственную подготовку студента к занятию, которую надо начинать с изучения пособия по практическим занятиям.

Задача практических занятий по физике заключается в:

овладении фундаментальными принципами и методами решения научно-технических задач;

формировании навыков по применению положений фундаментальной физики к грамотному научному анализу ситуаций, с которыми бакалавру придется сталкиваться при создании или использовании новой техники и новых технологий;

освоении основных физических теорий, позволяющих описать явления в природе, уяснении пределов применимости этих теорий для решения современных и перспективных профессиональных задач.

В результате этих занятий студент должен сформировать практические навыки:

– записи условия задачи, в котором выделяются известные данные и конкретизируется вопрос (в процессе конкретизации определяется физическая величина, значение которой необходимо найти);

– обоснования выбора пути решения, в котором приводится основная фундаментальная закономерность, позволяющая найти решение задачи;

– вывода основной формулы решения, получения по ней численного значения, анализа полученного результата;

– формулировки ответа на вопрос, поставленный в задаче.

Для формирования перечисленных навыков студент должен самостоятельно разобрать примеры решений, приводимые в пособии (для заочной формы обучения) или в конспекте практического занятия, и самостоятельно решить несколько задач различного уровня сложности на пройденные разделы физики. При необходимости следует обращаться за консультацией к преподавателю.

В процессе подготовки к практическим занятиям рекомендуется обсуждение материала с другими студентами, во время которого закрепляются знания, а также приобретается практика изложения и обсуждения полученных знаний, развиваются коммуникативные навыки.

В ходе практических занятий по физике студенты знакомятся с алгоритмом и типовыми приемами решения задач. Полученные знания закрепляются путем выполнения индивидуальных заданий по теме практического за-

15

нятия. Каждый студент получает свой вариант индивидуального задания. Темы практических занятий приведены в таблице 1.

17

В пособии по решению задач в начале каждой темы приводятся особенности выполнения третьего и четвертого пунктов «Общего алгоритма». Этим учитывается специфика решения задач по каждой теме. Кроме того, при решении конкретной задачи какие-то этапы «Общего алгоритма» могут отсутствовать, но следовать единому алгоритму решения необходимо.

Представленная последовательность действий может быть полезной при решении как расчетных, так и качественных задач.

Пример оформления решения задачи

Условие задачи:

Оцените относительную населенность зоны проводимости полупроводника при комнатной температуре, если длина волны излучения п/п лазера 700 нм.

Здесь h=6,63∙10-34 – постоянная Планка, c=3∙108 – скорость света в вакууме, Дж / к – постоянная Больцмана, λ – длина волны, излучаемая двухуровневой системой, Т – температура. Считая п/п лазер двухуровневой

системой, определим из этого выражения относительную населенность зоны проводимости полупроводника. Подставляем численные значения:

Ответ: Относительная населенность зоны проводимости полупроводника при комнатной температуре и длине волны излучения п/п лазера 700 нм составляет 3,02∙10-29 %.

18

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ

Каждое индивидуальное задание представляет собой набор нескольких задач, относящихся к определенному разделу физики. Цель индивидуального задания – практическое освоение теоретического курса и приобретение навыков решения задач, имеющих как учебный, так и прикладной характер.

Решенные примеры не заменяют учебный и лекционный материал, поэтому перед выполнением задач следует ознакомиться с соответствующими разделами теоретического курса лекций или учебников, которые приведены в рекомендуемом списке литературы.

Впроцессе расчетов следует обратить внимание на согласованность единиц измерения величин, входящих в формулы. (Не забывайте писать, в каких единицах получен результат). Рекомендуемые единицы измерения приведены в перечне используемых обозначений. Все арифметические вычисления следует выполнять с точностью до трѐх значащих цифр, принятой для инженерных расчѐтов.

Индивидуальное задание оформляется в рукописном виде. Пример оформления решения задачи приведен в таблице 2.

После решения задач, входящих в задание, листы с решениями брошюруются и снабжаются титульным листом с обязательным указанием дисциплины, номера варианта задания и данных студента.

При представлении задач обязательными элементами являются:

–текст задачи и числовые исходные данные;

–расчѐтные формулы;

–проверка размерностей.

Впроцессе защиты индивидуального задания студентам могут быть предложены контрольные вопросы и задачи из соответствующего раздела курса.

Небрежно оформленные и выполненные не по своему варианту индивидуальное задания к защите не принимаются.

Выполнение индивидуальных заданий максимально приближает обучение к практическим интересам с учетом имеющейся информации и является результативным методом закрепления знаний.

19

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ПРИ ПОДГОТОВКЕ

К ЛАБОРАТОРНОМУ ПРАКТИКУМУ

Выполнение лабораторных работ по физике формирует у студентов важные компетенции по навыкам проведения стандартных испытаний согласно инструкциям, оформления отчета, анализа полученных результатов и формулировке вывода по проделанной работе, что является фундаментом для научно-исследовательской деятельности.

В процессе подготовки к выполнению лабораторной работы студент прежде всего овладевает способами постановки цели и выбора путей ее достижения. Для этого надо переписать из методического пособия по лабораторному практикуму в отчет название лабораторной работы и цель работы и

проанализировать цель работы по плану:

1)понять, какое физическое явление лежит в основе экспериментальных и теоретических методов предстоящего исследования;

2)определить, какие физические величины характеризуют рассматриваемое физическое явление;

3)выделить основные физические закономерности, которые связывают физические величины, характеризующие физические явление;

4)понять, какую физическую величину предстоит измерить в работе или какую закономерность необходимо доказать.

Далее надо переписать в отчет теоретический минимум.

Оформление теоретического минимума

Для оформления теоретических основ проводимых исследований в методических указаниях предусмотрен раздел «Теоретический минимум», в котором в доступной для восприятия форме представлена необходимая для выполнения работы информация. В процессе изучения раздела необходимо:

1)найти и выписать определение искомой физической величины, значение которой станет численным результатом выполнения работы;

2)найти и записать условия наблюдения физических явлений, лежащих

воснове экспериментальных и теоретических методов предстоящего исследования;

3)привести в отчете формулировку физического закона, который предстоит использовать в работе;

4)сделать рисунки, поясняющие формулировки, правила и закономер-

ности.

20

Проверкой качества восприятия информации послужат ответы на контрольные вопросы, приведенные в конце методических указаний по данной работе.

Оформление методики эксперимента

Для подготовки к экспериментальной части исследований предусмотрен раздел «Методика эксперимента», который поможет студенту применить методы математического анализа и моделирования для достижения цели работы. В процессе изучения раздела необходимо:

1)понять и записать в отчет вывод формульного выражения для получения значения физической величины, являющейся численным результатом работы (итоговое или расчетное выражение), особо отметив элементы моделирования (пренебрежение некоторыми физическими факторами) и сделав необходимые рисунки;

2)привести в отчете принципиальную схему испытаний с пояснениями, как и с какой точностью будут измерены физические величины, входящие в итоговое формульное выражение;

3)записать в отчет таблицу для испытаний и численные значения параметров установки и заданных физических величин, необходимых для начала эксперимента;

4)разобраться, из каких блоков состоит установка и какова роль каждого из них.

В некоторых лабораторных работах используются модульные учебные комплексы, оснащенные современной цифровой измерительной аппаратурой. Это является инновационным подходом в образовательных технологиях. Такой подход позволяет студенту научиться самостоятельно вырабатывать индивидуальные методы организации и проведения эксперимента.

Оформление результатов измерения

Результаты измерения являются важной частью любого научного исследования, поскольку несут основную информацию о проведенных исследованиях и могут быть использованы при решении огромного круга задач, обретение навыков их грамотного анализа является основой всех компетенций будущего профессионала. Поэтому студент внимательно изучает порядок проведения лабораторной работы и в отчете формирует таблицу результатов эксперимента, рекомендованную пособием по лабораторному практикуму, делает обработку результатов измерения и определяет погрешности измерений.