Перелік питань з фізики 02

Додаток 1

Перелік теоретичних питань з фізики

5. Перелік питань для першого модульного контролю

«Коливання та хвилі»

Механічні коливання

1. Вільні механічні незгасаючі гармонічні коливання та їх основні характеристики.

1.1. Які коливання називаються вільними незгасаючими коливаннями.

1.2. Які коливання називаються гармонічними.

1.3. Записати рівняння миттєвої швидкості вільних незгасаючих гармонічних коливань.

1.4. Записати рівняння миттєвого прискорення вільних незгасаючих гармонічних коливань.

1.5. Записати диференціальне рівняння вільних механічних незгасаючих гармонічних коливань.

1.6. Записати рівняння циклічної частоти вільних механічних коливань тіла масою на пружині.

1.7. Що називається періодом коливань.

1.8. Записати рівняння, за яким визначається період коливань пружинного маятника.

1.9. Записати рівняння, за яким визначається період коливань математичного маятника.

1.10. Чому дорівнює частота коливань і в яких одиницях вимірюється.

2. Згасаючі (затухаючі) механічні коливання та їх основні характеристики.

2.1. Записати рівняння, за яким визначається квазіпружна сила.

2.2. Записати рівняння, за яким визначається сила опору згасаючих механічних коливань.

2.3. Записати диференціальне рівняння згасаючих механічних коливань.

2.4. Записати рівняння для згасаючих механічних коливань (розв’язок диференціального).

2.5. Записати рівняння, яке визначає коефіцієнт згасання (затухання) механічних коливань.

2.6. Записати рівняння, яке визначає циклічну частоту згасаючих механічних коливань.

2.7. Записати рівняння, за яким визначається умовна амплітуда згасаючих механічних коливань.

2.8. Записати рівняння, яке визначає декремент згасання механічних коливань.

2.9. Записати рівняння, яке визначає логарифмічний декремент згасання коливань через час релаксації та число коливань .

2.10. Записати рівняння, за яким визначається добротність механічної коливальної системи.

2.11. Записати рівняння, за яким визначається умовний період згасаючих механічних коливань через параметри та .

2.12. Записати рівняння, за яким визначається хвильовий (характеристичний) опір механічних коливань системи для коливання вантажу масою на пружині.

3. Вимушені механічні коливання та їх основні характеристики (резонанс).

3.1. Що таке вимушені механічні коливання.

3.2. Диференціальне рівняння руху коливальної точки для вимушених механічних коливань.

3.3. Записати розв’язок диференціального рівняння вимушених механічних коливань, тобто рівняння руху коливальної точки для вимушених механічних коливань, де А – амплітуда усталених вимушених коливань, – фазове зміщення резонатора відносно збурюючої сили (зсув фаз між зміщенням і вимушуючою силою); – циклічна частота вимушуючої сили.

3.4. Записати рівняння амплітуди А усталених вимушених механічних коливань: .

3.5. Записати рівняння фазового зміщення вимушених механічних коливань: .

3.6. Що таке резонанс вимушених механічних коливань.

3.7. Амплітуда усталених вимушених коливань, які описуються рівнянням є рівною , Знайти (визначити) рівняння знайти, яким визначається резонансна циклічна частота .

3.8. Визначити (записати рівняння) резонансну амплітуду для вимушених механічних коливань, якщо визначається співвідношенням , а амплітуда А усталених вимушених коливань дорівнює .

3.9. Визначити (записати рівняння) фазове зміщення при резонансі для вимушених механічних коливань, якщо визначається співвідношенням , а фазове зміщення дорівнює .

4. Кінетична, потенціальна та повна енергія тіла, що здійснює вільні гармонічні коливання.

5. Спосіб векторних діаграм як графічне зображення гармонічного руху.

Додавання коливань

6. Додавання двох однаково спрямованих гармонічних коливань та з однаковими частотами .

7. Додавання двох однаково спрямованих гармонічних коливань та з різними але близькими частотами та , де (явище биття).

8. Додавання двох взаємо-перпендикулярних гармонічних коливань та однакової частоти .

9. Додавання двох взаємо-перпендикулярних гармонічних коливань та частоти яких відрізняються на малу величину .

10. Модульовані коливання.

Механічні пружні хвилі

6. Механічні пружні хвилі та їх основні характеристики.

   0. Які пружні хвилі називаються поперечними.

   1. Які пружні хвилі називаються поздовжніми.

   2. Яким рівнянням визначається довжина пружної хвилі.

   3. Що являє собою фронт пружної хвилі.

6. Розрахунок швидкості поширення хвилі у суцільному пружному середовищі.

1. Записати рівняння, яким визначається імпульс пружної хвилі, що переноситься через площину за час .

2. Записати рівняння, яким визначається швидкість поширення пружної хвилі у суцільному середовищі.

6. Рівняння плоскої та сферичної пружних хвиль.

   0. Рівняння плоскої пружної хвилі.

   1. Рівняння сферичної пружної хвилі.

   2. Розрахунок фазової швидкості пружної хвилі.

   3. Диференціальне рівняння пружної хвилі (хвильове рівняння пружної хвилі).

6. Миттєвий розподіл швидкостей і деформацій в пружній хвилі.

   0. Миттєвий розподіл швидкостей коливання частинок пружної хвилі.

   1. Миттєвий розподіл деформацій середовища пружної хвилею.

   2. Нормальне механічне напруження середовища, викликане пружної хвилею (рівняння).

6. Кінетична, потенціальна та повна енергія пружної хвилі.

   0. Кінетична енергія пружної хвилі.

   1. Потенціальна енергія пружної хвилі.

   2. Повна енергія пружної хвилі.

   3. Об’ємна густина повної енергії пружної хвилі.

   4. Середнє значення об’ємної густини повної енергії пружної хвилі за період коливання (рівняння).

   5. Потік енергії пружної хвилі (рівняння).

   6. Густина потоку енергії пружної хвилі (рівняння).

   7. Густина потоку енергії пружної хвилі, записана через вектор Умова (рівняння).

6. Інтерференція пружних хвиль. Умова максимуму та умова мінімуму. Принцип Гюйгенса. Дифракція пружних хвиль.

6. Стоячі пружні хвилі та їх основні характеристики. Умова пучності та умова вузла. Поширення пружних хвиль у середовищі. Принцип Гюйгенса. Дифракція пружних хвиль.

Елементи акустики. Природа звуку. Звук у твердих тілах рідинах та газах

6. Швидкість поширення звуку в твердих тілах. Повздовжня і поперечна хвиля (рівняння).

7. Швидкість поширення звуку у рідинах (рівняння).

8. Швидкість поширення звуку в газах (рівняння).

   0. Рівняння Пуассона. Формула Лапласа.

   1. Залежність швидкості поширення звуку в повітрі від температури (вивести рівняння).

9. Гучність звуку. Діаграма слуху.

10. Явище Доплера.

Електромагнітні коливання та хвилі

6. Вільні незгасаючі електромагнітні коливання та їх основні характеристики (коливальний контур, диференціальне рівняння коливань та його розв’язок, основні характеристики та параметри коливань).

7. Згасаючі електромагнітні коливання та їх основні характеристики (коливальний контур, диференціальне рівняння коливань та його розв’язок, основні характеристики та параметри коливань).

8. Вимушені електромагнітні коливання та їх основні характеристики (коливальний контур, диференціальне рівняння коливань та його розв’язок, основні характеристики та параметри коливань).

9. Електромагнітна теорія світла. Хвильове рівняння та його розв’язок.

10. Формула Максвелла. Швидкість світла , фазова швидкість , групова швидкість , показник заломлення .

11. Електромагнітні хвилі. Рівняння плоскої електромагнітної хвилі і . Шкала електромагнітних хвиль. Світло. Вектор Умова-Пойтінга .

«Оптика»

Фотометрія

6. Загальні (енергетичні) величини, які характеризують електромагнітне випромінювання та їх одиниці.

7. Фотометричні величини світлового випромінювання та їх одиниці (енергія, потік, сила світла, освітленість, світність, яскравість).

Геометрична (променева) оптика

6. Закони відбивання світла та закони заломлення світла (закон Снеліуса).

7. Повне внутрішнє відбивання. Вивід формули повного внутрішнього відбивання.

8. Плоске дзеркало. Побудова зображення світної точки та предмета в плоскому дзеркалі.

9. Вгнуте сферичне дзеркало, побудова зображення, формула дзеркала.

10. Опукле сферичне дзеркало, побудова зображення, формула дзеркала.

11. Проходження світла через прозору пластинку з паралельними гранями. Вивід формули пластинки.

12. Тонка призма. Виведення формули тонкої призми.

13. Лінзи. Типи лінз, основні характеристики лінз. Аберацїї. Оптична сила лінзи. Головна фокусна відстань лінзи.

14. Побудова зображень світної точки в лінзі (4 випадки).

15. Побудова зображень предмета в лінзі (6 випадків).

16. Око, як оптична система.

17. Лупа. Мікроскоп. Оптична схема. Коефіцієнт збільшення лупи та мікроскопа.

18. Зорова труба. Оптична схема. Коефіцієнт збільшення зорової труби.

«Хвильова оптика»

Інтерференція світла

6. Принцип суперпозиції. Когерентність. Інтерференція. Оптична різниця ходу променів. Різниця фаз. Обгрунтування умов максимуму та мінімуму.

7. Інтерференція світлових хвиль та методи одержання когерентних пучків поділом хвильового фронту (метод Юнга, бідзеркала Френеля, біпризма Френеля, білінза Біє).

8. Виведення формули оптичної різниці ходу променів та ширини інтерференційної смуги для двох когерентних коливань (метод Юнга, Френеля).

9. Інтерференція світла в плоскопаралельній пластинці (клині). Виведення формули оптичної різниці ходу променя.

10. Кольори тонких плівок. Смуги рівної товщини (клин). Умови інтерференційного максимуму та мінімуму.

11. Кільця Ньютона. Виведення формули радіуса кільця Ньютона.

12. Кольори тонких плівок. Смуги рівного нахилу (пластинка). Умови інтерференційного максимуму та мінімуму.

Дифракція світла

6. Явище дифракції світла. Досліди Френеля. Принцип Гюйгенса-Френеля.

7. Метод зон Френеля. Формула радіуса зони Френеля та виведення формули площі зони Френеля.

8. Дифракція на малому круглому отворі та на малому круглому екрані. Зонна пластинка Френеля. Дифракція на вузькій щілині. Виведення формули дифракції на щілині.

9. Дифракційна решітка. Формула дифракційної решітки. Роздільна здатність дифракційної решітки. Спектральна ширина щілини дифракційної решітки.

10. Площинні, просторові дифракційні решітки. Виведення формули Вульфа-Брегга.

Поляризація світла.

Природне і поляризоване світло

6. Лінійно, циркулярно та еліптично поляризоване світло. Поляризатори.

7. Поляризація світла при відбиванні та заломленні. Аналіз формул Френеля (залежність ).

8. Закон Брюстера. Виведення формули.

9. Закон Малюса. Виведення формули.

Поляризація світла при подвійному променезаломленні

6. Подвійне променезаломлення. Міра подвійного променезаломлення .

7. Поляризаційні прилади на основі подвійного променезаломлення (призма Ніколя, Волластона, Рошона).

8. Еліптично поляризоване світло. Розрахунок товщини фазових пластинок (). (Формули для розрахунку товщини фазових пластинок).

Обертання площини поляризація світла

6. Природне обертання площини поляризації світла. Закон Біо.

7. Магнітне обертання площини поляризації світла в оптично неактивних речовинах (ефект Фарадея).

Оптика анізотропних середовищ

Штучна анізотропія

6. Анізотропія тіл при деформації. Формули для визначення міри подвійного променезаломлення , різниці ходу променів та різниці фаз .

7. Лінійний електрооптичний ефект Поккельса. Квадратичний електрооптичний ефект Керра. Формули для визначення міри подвійного променезаломлення , різниці ходу променів та різниці фаз .

8. Квадратичний магнітооптичний ефект Коттона-Муттона. Формули для визначення міри подвійного променезаломлення , різниці ходу променів та різниці фаз .

Перелік питань для другого модульного контролю

Молекулярна оптика

Дисперсія і абсорбція світла

6. Дисперсія світла. Нормальна та аномальна дисперсія світла. Фазова та групова швидкість світла. Абсорбція.

7. Дисперсія світла. Формула Коші.

8. Призма. Виведення формули тонкої призми. Розрахунок показника заломлення призми. Розрахунок дисперсії призми.

9. Електронна теорія дисперсії світла. Рівняння дисперсії світла . (Вивід формули Зельмеєра).

10. Відбивання, пропускання та поглинання світла. Закон Ламберта-Бугера-Бера. Зв’язок коефіцієнта поглинання () з показником поглинання ().

Теплове випромінювання

6. Теплове випромінювання. Закон Кірхгофа.

7. Теплове випромінювання. Закон Планка.

8. Теплове випромінювання. Закон Релея-Джинса.

9. Теплове випромінювання. Закони Віна.

10. Теплове випромінювання. Закон Стефана-Больцмана.

11. Теплове випромінювання реальних тіл. Лампочка розжарювання.

Квантова природа світла (Дуалізм – хвиля-частинка)

6. Гіпотеза Планка і поняття про кванти світла. Фотон та його характеристики.

Фотоелектричне явище

6. Фотоелектричний ефект. Зовнішній фотоелектричний ефект. Схема досліду. Закони зовнішнього фотоелектричного ефекту (закон Столєтова, закон Ейнштейна). Червона межа фотоефекту.

7. Фотоелектричний ефект. Внутрішній фотоелектричний ефект. Фотопровідність.

8. Фотоелектричний ефект. Вентильний фотоелектричний ефект.

Явище Комптона

6. Ефект Комптона. Схема досліду. Квантова теорія ефекту Комптона.

7. Тиск світла на поверхню.

Рентгенівське випромінювання

6. Рентгенівське випромінювання. Межа випромінювання рентгенівського спектру (межа Дьюена-Ханта). Частоти характеристичного рентгенівського випромінювання. Закон Мозлі.

7. Люмінесценція (визначення, типи збудження, основні характеристики люмінесцентного свічення).

Модель атома. Досліди та теорія Резерфорда з розсіювання -частинок

6. Модель атома Томсона. Розрахунок розміру атома.

7. Досліди Резерфорда по розсіюванню -частинок (схема досліду та її пояснення). Ядерна модель атома.

8. Елементи кількісної теорії Резерфорда розсіювання -частинок (b – прицільна відстань -частинки та формула для її розрахунку).

9. Елементи кількісної теорії Резерфорда розсіювання -частинок (D – відстань максимального наближення -частинки до ядра, формула для її розрахунку та розрахунок).

10. Елементи кількісної теорії Резерфорда розсіювання -частинок (формула Резерфорда та її інтерпретація).

Планетарна модель та теорія Бора атома водню

6. Планетарна модель атома водню за Бором (яка сила утримує електрон на орбіті в атомі і чому вона дорівнює).

7. Планетарна модель атома водню за Бором (рівняння руху електрона на орбіті, доцентрове прискорення).

8. Планетарна модель атома водню за Бором (кінетична енергія електрона).

9. Планетарна модель атома водню за Бором (потенціальна енергія електрона).

10. Планетарна модель атома водню за Бором (повна енергія електрона в системі електрон-ядро).

11. Планетарна модель атома водню за Бором (розрахунок радіуса орбіти електрона в атомі водню, якщо енергія зв’язку електрона в атомі водню Е_зв=–13,6 еВ).

12. Планетарна модель атома водню за Бором (розрахунок частоти (f) обертання електрона на орбіті).

13. Планетарна модель атома водню за Бором (протиріччя планетарної моделі з класичною теорією).

14. Лінійчаті спектри атома водню (Формула Бальмера для атома водню, постійна Рідберга).

15. Лінійчаті спектри атома водню. (Узагальнена формула Бальмера або формула Рідберга).

16. Розрахунок та побудова енергетичної схеми атома водню.

17. Досліди Франка-Герца.

18. Постулати Бора.

19. Елементарна теорія Бора атома водню (розрахунок боровського радіуса орбіти електрона в атомі).

20. Елементарна теорія Бора атома водню (розрахунок повної енергії електрона в атомі).

21. Елементарна теорія Бора атома водню (розрахунок сталої Рідберга).

Елементи квантової механіки

Хвильові властивості частинки (речовини)

6. Гіпотеза де Бройля. Модель атома водню по де Бройлю.

7. Розрахунок довжини хвилі електронів прискорених напругою у дослідах Девісона.

8. Плоска монохроматична хвиля де Бройля (хвильова функція мікрочастинки). Властивості хвиль де Бройля.

   0. Хвильова функція мікрочастинки.

   1. Фазова швидкість мікрочастинки.

   2. Групова швидкість мікрочастинки.

   3. Добуток фазової та групової швидкостей мікрочастинки.

   4. Дисперсія хвилі де Бройля (залежність фазової швидкості від довжини швилі).

111. Принцип невизначеностей Гейзенберга

111.1. Сформулювати і записати принцип невизначеностей Гейзенберга для точних значень координат () та компонентів імпульсу ().

111.2. Сформулювати і записати принцип невизначеностей Гейзенберга для енергії і часу.

112. -функція та рівняння Шредінгера

1. Записати чому дорівнює імовірність знаходження частинки в об’ємі , хвильова функція якої .

2. Записати умову нормування для хвильової функції .

3. Записати імовірність знаходження частинки в інтервалі від до , хвильова функція якої .

4. Записати загальне рівняння Шредінгера для -функції.

5. Записати стаціонарне рівняння Шредінгера для функції, яка є рівна .

Елементи фізики атомів

112. Принцип Паулі. Періодична система елементів Менделєєва (квантові числа (n, l, m_l, s)).

113. Принцип Паулі. Періодична система елементів Менделєєва (заповнення оболонок електронами в атомі).

     1. Які квантові числа знаєте і що вони визначають (задають) в атомі?

     2. Головне квантове число =4. Знайти і записати інші квантові числа та скільки електронів розміщується на орбіталях.

     3. Сформулювати принцип Паулі.

     4. Яким рівнянням визначається кількість електронів в атомі?

114. Молекули. Енергія та спектри.

Елементи фізики твердого тіла

112. Елементи кристалографії. Метал, напівпровідник, ізолятор. Теорія зон.

113. Напівпровідники (, залежність опору від температури, енергія активації, ширина забороненої зони, термічний коефіцієнт, температурний коефіцієнт опору).

     1. Записати залежність електричного опору від температури для напівпровідника . Намалювати графік.

     2. Записати визначення енергії активації для напівпровідника.

     3. Записати визначення температурного коефіцієнта опору.

     4. Записати, чому дорівнює електричний опір елемента провідника та напівпровідника.

Питання склав доц. Тягур Ю.І.

Зав. кафедри приладобудування доц. Туряниця І.І.