Кафедра физики

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению контрольной работы по физике

для студентов инженерных специальностей

заочного отделения

Ч.II.

Электричество и магнетизм, волновая и квантовая оптика, атомная и ядерная физика

САНКТ – ПЕТЕРБУРГ

2010

Составители:

доцент кафедры физики СПбГАУ Л.П.Глазова

доцент кафедры физики СПбГАУ Г.М.Федорова

Ответственная за выпуск: Г.М.Фёдорова

Рецензент: доцент кафедры Общей физики 1 физического факультета СПбГУ А.И. Канцеров

Методические указания рекомендованы к изданию учебно-методической комиссией энергетического факультета и методическим советом СПбГАУ.

Методические указания содержат задачи по физике (электричество и оптика) для контрольной работы студентов инженерных специальностей заочного отделения и примеры решения задач.

Предназначены для студентов инженерных специальностей заочного отделения.

Оглавление

Введение…………………………………………………………2

1. Основные вопросы программы по физике (разделы «Электричество и магнетизм», «Волновая и квантовая оптика» и «Атомная и ядерная физика»)…………………… 2

2. Организация учебного процесса……………………………5

3. Методические указания по выполнению и оформлению контрольной работы……………………………………...…….6

4. Примеры решения задач…………………………….............9

5. Задачи для контрольной работы……………………………32

6. Рекомендуемая литература………………………………...57

7. Приложение………………………………………………….57

Введение0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

Основной составляющей процесса обучения на заочном отделении в вузе является самостоятельная работа студентов в течение семестра. Самостоятельная работа по физике в межсессионный период включает в себя изучение теоретического материала по учебникам и выполнение контрольных работ. Эффективный результат учебной деятельности студента предполагает усвоение за время учебы предлагаемого учебного материала до степени его активного и осознанного использования.

1. Основные вопросы программы по физике (разделы «Электричество и магнетизм», «Волновая и квантовая оптика» и «Атомная и ядерная физика»)

«Электростатика». Понятие электрического поля, как вида материи. Закон Кулона. Определение силовой характеристики поля – вектора напряженности, единица напряженности. Напряженность поля точечного заряда. Силовые линии. Принцип суперпозиции полей. Поток вектора напряженности. Теорема Остроградского – Гаусса. Применение теоремы Остроградского – Гаусса к расчету напряженности электрического поля: а) равномерно заряженной бесконечной прямолинейной нити; б) равномерно заряженной бесконечной плоскости; в) между двумя бесконечными параллельными разноименно заряженными плоскостями. Работа по перемещению заряда в электрическом поле. Потенциальная энергия взаимодействия двух точечных зарядов. Потенциал поля точечного заряда. Физический смысл потенциала. Эквипотенциальные поверхности. Связь между потенциалом и напряженностью. Разность потенциалов. Поляризация диэлектриков. Диэлектрическая проницаемость. Явление электростатической индукции. Определение электроемкости изолированного проводника, электроемкость шара. Конденсаторы. Электроемкость плоского конденсатора. Последовательное и параллельное соединение конденсаторов. Энергия заряженного плоского конденсатора, объемная плотность энергии электростатического поля.

«Постоянный ток». Электрический ток. Сила тока. Закон Ома в интегральной и дифференциальной форме для участка цепи. Напряжение. Сопротивление проводника. Удельная проводимость. Температурная зависимость сопротивления. Соединение проводников. Работа тока. Закон Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной форме. Ток в замкнутой цепи. Сторонние силы и их природа. Электродвижущая сила (ЭДС). Закон Ома для замкнутой цепи. Мощность тока – полная и полезная. Разветвленные электрические цепи. Правила Кирхгофа. Основные положения классической электронной теории проводимости металлов. Контактная разность потенциалов. Законы Вольта. Термоэлектрический эффект. Явление Пельтье. Термоэлектронная эмиссия. Основные свойства полупроводников. Собственная проводимость. Примесная проводимость полупроводников. p-n – переход. Полупроводниковый диод.

«Электромагнетизм». Магнитное поле как вид материи. Индукция и напряженность магнитного поля, единицы их измерения. Магнитная постоянная. Магнитная проницаемость среды. Силовые линии. Правило правого буравчика. Закон Био-Савара-Лапласа и его применение для расчета напряженности магнитного поля: а) конечного прямолинейного проводника с током; б) бесконечного прямолинейного проводника с током; в) в центре кругового тока. Сила Ампера. Взаимодействие параллельных токов. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Поток вектора магнитной индукции. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле. Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея для электромагнитной индукции. Правило Ленца. Явление взаимной индукции. Явление самоиндукции. Индуктивность. Энергия магнитного поля в катушке с током. Магнитные свойства тел. Диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики. Петля гистерезиса. Точка Кюри. Применение ферромагнетиков. Идеальный электрический колебательный контур. Генератор незатухающих электрических колебаний. Шкала электромагнитных волн.

«Оптика». Развитие представлений о природе света, корпускулярно-волновой дуализм. Законы геометрической оптики: закон прямолинейного распространения света, закон отражения, закон преломления света. Абсолютный и относительный показатель преломления. Полное внутреннее отражение. Дисперсия света, спектральный анализ. Тонкие линзы. Фотометрические величины: световой поток, сила света источника. Закон освещенности. Светотехнические единицы. Определение интерференции света. Условия интерференционных максимумов и минимумов. Определение дифракции света. Принцип Гюйгенса и принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракционная решетка. Формула дифракционной решетки. Дифракционные спектры. Понятие о поляризации света. Свет естественный, частично поляризованный, полностью поляризованный. Поляризация света при отражении и преломлении, закон Брюстера. Явление двойного лучепреломления, призма Николя. Поляризатор и анализатор, закон Малюса. Оптически активные вещества, вращение плоскости поляризации.

«Физика атома, атомного ядра и элементарных частиц». Определение теплового излучения. Лучеиспускательная и лучепоглощательная способность тела. Определение абсолютно черного тела. Закон Кирхгофа и следствия из него. Спектр излучения абсолютно черного тела. Закон Стефана-Больцмана. Закон смещения Вина. Формула Рэлея – Джинса. “Ультрафиолетовая катастрофа”. Гипотеза Планка о квантах энергии, формула Планка. Определение внешнего фотоэффекта. Экспериментальные законы внешнего фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна. Внутренний фотоэффект. Опыты Резерфорда. Планетарная модель атома. Постулаты Бора. Спектр атома водорода. Формула Бальмера-Ридберга. Уравнение Шредингера. Волновая функция. Состав атомного ядра. Основные характеристики нуклонов. Понятие о ядерных силах. Энергия связи ядер. Дефект масс. Виды радиоактивного распада. Закон радиоактивного распада. Законы смещения при радиоактивном распаде. Период полураспада. Реакция деления тяжелых ядер. Цепная реакция, коэффициент размножения нейтронов. Классификация элементарных частиц. Фотоны, лептоны, адроны. Кварки. Глюоны.