Физика колебаний и волн
Понятие колебания и волны. Примеры колебаний. Колебания периодические и непериодические. Гармонические колебания. Амплитуда, частота, период колебаний. Единицы измерения этих величин. Фаза колебаний (полная и начальная). Единицы измерения фазы. Векторное представление гармонических колебаний
Скорость и ускорение при гармонических колебаниях. Максимальные значения скорости и ускорения в колебательном процессе.
Период и частота собственных колебаний. Период собственных колебаний пружинного маятника, зависимость периода от массы тела и коэффициента жесткости пружины.
Сложение гармонических колебаний. Векторное сложение когерентных гармонических колебаний одного направления.
Сложение двух взаимно перпендикулярных когерентных колебаний.
Распространение волн в упругой среде. Продольные и поперечные волны.
Уравнение плоской гармонической волны. Амплитуда и фаза волны. Фазовая скорость, волновое число, длина волны.
Электрические колебания в колебательном контуре. Частота собственных колебаний (Формула Томсона).
Полное сопротивление в цепи переменного тока. Его зависимость от частоты. Напряжение на элементах контура.
Понятие об электромагнитной волне (ЭМВ). Уравнение плоской гармонической ЭМВ. Длина волны. Основные свойства электромагнитных волн. Скорость электромагнитной волны в вакууме и в среде. Показатель преломления.
Шкала электромагнитных волн. Свойства и применение электромагнитных волн различных диапазонов.
Волновая и квантовая оптика
51.Условия когерентности электромагнитных волн. Оптическая длина пути и оптическая разность хода. Связь разности фаз двух волн и их оптической разности хода. Условия минимума и максимума амплитуды волны при интерференции ЭМВ.
52.Общий принцип получения когерентных волн от естественных источников света. Опыт Юнга.
53. Интерференция в тонких пленках и в клине. Кольца Ньютона. Цвета тонких пленок. Просветление оптики.
54. Дифракция в параллельных лучах. Дифракционная решетка, принцип ее действия. Зависимость угла дифракции от длины волны. Разложение белого света в спектр с помощью дифракционной решетки. Разрешающая способность дифракционной решетки.
Квантовая физика
55.Энергетическая светимость нагретых тел. Испускательная и поглощательная способность тела. Единицы их измерения. Абсолютно черное тело (АЧТ).
56. Энергетическая светимость АЧТ. Закон Стефана-Больцмана.
57. Распределение энергии в спектре излучения АЧТ. Закон смещения максимума спектра излучения с температурой. (Закон Вина). Применение законов теплового излучения.
58. Квантовая природа излучения. Гипотеза Планка.
59. Энергия, импульс и масса фотона. Корпускулярно-волновой дуализм излучения.
60.Корпускулярно-волновой дуализм микрочастиц. Гипотеза де Бройля. Длина волны де Бройля. Волновая функция и ее статистический смысл.
61.Опыт Резерфорда. Ядерная модель атома Резерфорда.
Водородоподобные атомы и ионы. Постулаты Бора. Энергетические уровни электрона в атоме водорода. Объяснение спектров излучения водорода.
62.Спектр излучения атома водорода. Серии линий. Обобщенная формула Бальмера.
63.Состав атомного ядра. Нуклоны, их характеристики. Массовое и зарядовое числа. Изотопы.
64."Дефект массы" и энергия связи ядра, ее зависимость от массового числа. Ядерные силы и их основные свойства.
65. Радиоактивные излучения. Закон радиоактивного распада. Постоянная распада. Активность радиоактивного вещества. Единицы измерения. Период полураспада, его связь со временем жизни ядра.
66. Радиоактивные излучения. Закономерности альфа- и бета- распадов. Ионизирующие излучения, их проникающая способность, взаимодействие с веществом и биологическими объектами. Методы и защита от радиоактивных излучений.
СОДЕРЖАНИЕ
1. ИНФОРМАЦИЯ О ДИСЦИПЛИНЕ.......................................................... |
3 |
1.1. Предисловие............................................................................................... |
3 |
1.2. Содержание дисциплины и виды учебной работы................................ |
5 |
1.2.1. Содержание дисциплины по ГОС........................................................ |
5 |
1.2.2. Объём дисциплины и виды учебной работы....................................... |
6 |
1.2.3. Перечень видов занятий и контроля…………………………………. |
6 |
2. РАБОЧИЕ УЧЕБНЫЕ МАТЕРИАЛЫ....................................................... |
7 |
2.1. Рабочая программа.................................................................................... |
7 |
Введение............................................................................................................ |
7 |
Раздел 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ...................................... |
7 |
Раздел 2. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА............... |
8 |
Раздел 3. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ............................................ |
9 |
Раздел 4. ФИЗИКА КОЛЕБАНИЙ И ВОЛН………………………………. |
10 |
Раздел 5. ВОЛНОВАЯ И КВАНТОВАЯ ОПТИКА………………………. |
11 |
Раздел 6. КВАНТОВАЯ ФИЗИКА…………………………………………. |
11 |
Заключение........................................................................................................ |
11 |
2.2. Тематический план дисциплины............................................................. |
12 |
2.2.1. Тематический план дисциплины для студентов очно-заочной формы обучения............................................................................................... |
12 |
2.2.2. Тематический план дисциплины для студентов заочной формы обучения............................................................................................... |
13 |
2.2.3. Тематический план дисциплины для студентов заочно-ускоренной формы обучения……………………………………………………………... |
14 |
2.3. Структурно-логическая схема дисциплины........................................... |
15 |
2.4. Временной график изучения дисциплины.............................................. |
16 |
2.5. Практический блок.................................................................................... |
16 |
2.5.1. Практические занятия………………………………………………… |
16 |
2.5.2. Лабораторные занятия………………………………………………... |
17 |
3. ИНФОРМАЦИОННЫЕ РЕСУРСЫ ДИСЦИПЛИНЫ.............................. |
18 |
3.1. Библиографический список...................................................................... |
18 |
3.2. ОПОРНЫЙ КОНСПЕКТ.......................................................................... |
20 |
ВВЕДЕНИЕ....................................................................................................... |
20 |
Раздел 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ...................................... |
20 |
1.1. Элементы кинематики материальной точки и вращательного движения твёрдого тела......................................................................................... |
21 |
1.1.1. Скорость.................................................................................................. |
23 |
1.1.2. Ускорение................................................................................................ |
24 |
1.1.3. Кинематика вращательного движения................................................. |
27 |
1.2. Динамика материальной точки и системы материальных точек.......... |
25 |
1.2.1. Законы Ньютона………………………………………………………. |
25 |
1.2.2. Силы в природе и технике..................................................................... |
27 |
1.2.3. Закон сохранения импульса.................................................................. |
28 |
1.2.4. Работа силы. Мощность......................................................................... |
30 |
1.2.5. Механическая энергия........................................................................... |
31 |
1.2.6. Закон сохранения механической энергии............................................ |
32 |
1.3. Элементы динамики вращательного движения твёрдого тела............. |
33 |
1.3.1. Момент силы........................................................................................... |
33 |
1.3.2. Момент импульса................................................................................... |
34 |
1.3.3. Основное уравнение динамики вращательного движения................. |
34 |
1.3.4. Момент инерции..................................................................................... |
35 |
1.3.5. Закон сохранения момента импульса................................................... |
36 |
1.3.6. Работа и кинетическая энергия при вращательном движении…….. |
36 |
1.4. Элементы механики жидкости и газа…………………………………. |
37 |
1.5. Элементы релятивистской механики………………………………….. |
37 |
Раздел 2. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА............... |
37 |
Введение............................................................................................................ |
37 |
2.1. Кинетические явления и теория идеальных газов................................. |
39 |
2.1.1. Уравнение состояния идеального газа. Изопроцессы........................ |
39 |
2.1.2. Основное уравнения молекулярно-кинетической теории.................. |
43 |
2.2. Основы классической статистической физики....................................... |
43 |
2.3. Явления переноса в неравновесных состояниях……………………… |
43 |
2.4. Основы термодинамики............................................................................ |
43 |
2.4.1. Внутренняя энергия................................................................................ |
44 |
2.4.2. Работа...................................................................................................... |
44 |
2.4.3. Теплота. Теплоёмкость.......................................................................... |
45 |
2.4.4. Первый закон термодинамики............................................................. |
46 |
2.4.5. Второй закон термодинамики............................................................. |
48 |
2.4.6. Тепловые машины.................................................................................. |
49 |
2.5. Реальные газы и жидкости……………………………………………... |
51 |
Раздел 3. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ............................................ |
51 |
3.1. Электрическое поле в вакууме................................................................. |
51 |
3.1.1. Напряжённость электростатического поля.......................................... |
51 |
3.1.1. Потенциал электростатического поля……………………………….. |
54 |
3.1.3. Теорема Гаусса и её применение для расчёта электростатических полей.................................................................................................................. |
57 |
3.2. Электрическое поле в диэлектриках........................................................ |
59 |
3.3. Проводники в электрическом поле.. ....................................................... |
61 |
3.4. Стационарные токи................................................................................... |
63 |
3.4.1. Электрический ток и его характеристики............................................ |
63 |
3.4.2. Закон Ома для однородного участка цепи........................................... |
64 |
3.4.3. Электродвижущая сила источника тока. Закон Ома для неоднородного участка цепи........................................................................... |
64 |
3.4.4. Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца................................... |
67 |
3.5. Магнитное поле в вакууме и в веществе................................................. |
68 |
3.5.1.Вектор магнитной индукции.................................................................. |
68 |
3.5.2.Магнитное поле постоянного тока........................................................ |
70 |
3.5.3. Частицы и токи в магнитном поле…………………………………… |
72 |
3.6. Электромагнитная индукция.................................................................... |
74 |
3.6.1. Явление и основной закон электромагнитной индукции................... |
74 |
3.6.2. Энергия магнитного поля...................................................................... |
76 |
3.7. Уравнение Максвелла. …………………………………………………. |
76 |
Раздел 4. Физика колебаний и волн………………………………………… |
77 |
4.1. Механические колебания………………………………………………. |
77 |
4.1.1. Гармонические колебания……………………………………………. |
77 |
4.1.2. Сложение колебаний………………………………………………….. |
78 |
4.2. Электромагнитные колебания и переменный ток……………………. |
79 |
4.2.1. Свободные электромагнитные колебания…………………………... |
80 |
4.3. Волновые процессы…………………………………………………….. |
82 |
4.3.1. Упругие волны………………………………………………………… |
82 |
4.3.2. Электромагнитные волны…………………………………………….. |
84 |
Раздел 5. ВОЛНОВАЯ И КВАНТОВАЯ ОПТИКА……………………….. |
85 |
5.1. Волновые свойства света……………………………………………….. |
86 |
5.1.1. Понятие об интерференции. Когерентность волн………………….. |
86 |
5.1.2. Условия нтерференционных максимумов и минимумов…………... |
87 |
5.1.3. Интерференция при отражении от тонких пластинок……………… |
88 |
5.1.4. Дифракция света………………………………………………………. |
89 |
5.2. Квантовая теория излучения…………………………………………… |
92 |
5.2.1. Характеристики теплового излучения………………………………. |
92 |
5.2.2. Законы Стефана-Больцмана и Вина…………………………………. |
95 |
5.2.3. Квантовая гипотеза Планка. Формула Планка……………………… |
96 |
Раздел 6. КВАНТОВАЯ ФИЗИКА…………………………………………. |
96 |
6.1. Элементы квантовой механики………………………………………… |
97 |
6.2. Элементы атомной физики……………………………………………... |
98 |
6.2.1. Опыты, доказывающие сложное строение атома…………………… |
99 |
6.2.2. Теория водородоподобных атомов…………………………………... |
99 |
6.3. Элементы физики атомного ядра………………………………………. |
101 |
6.3.1. Состав и характеристики атомного ядра…………………………….. |
101 |
6.3.2. Ядерные реакции……………………………………………………… |
103 |
Заключение…………………………………………………………………… |
106 |
3.3. ГЛОССАРИЙ............................................................................................ |
107 |
4. БЛОК КОНТРОЛЯ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ.................................. |
113 |
4.1. Методические указания к выполнению контрольных работ................ |
113 |
4.2. Контрольная работа № 1……………………………………………….. |
115 |
4.2.1. Примеры решения задач........................................................................ 4.2.2. Задание на контрольную работу № 1………………………………... |
115 129 |
4.3. Контрольная работа № 2.......................................................................... 4.3.1. Примеры решения задач……………………………………………… |
137 137 |
4.3.2. Задание на контрольную работу № 2................................................... |
152 |
4.4. Некоторые сведения, необходимые для решения задач..................... |
159 |
4.5. Текущий контроль (тестовые задания).................................................... |
162 |
4.5.1. Тренировочный тест № 1 (к разделам 1 и 2) ……………………….. |
162 |
4.5.2. Тренировочный тест № 2 (к разделу 3) .............................................. |
165 |
4.5.3. Тренировочный тест № 3 (к разделам 4, 5, 6) ..................................... 4.5.4. Правильные ответы на тренировочные тесты……………………… |
168 170 |
4.6. Вопросы для подготовки к экзамену..................................................... |
170 |
Цаплев Валерий Михайлович
Дзекановская Валентина Павловна
Физика.
Учебно-методический комплекс
Редактор
Сводный темплан 2009-06-14 г.
Лицензия ЛР № 020308 от 14.02.97
Санитарно-эпидемиологическое заключение
№ 78.01.07.953. П. 005641.11.03 от 21.11. 2003 г.
Подписано в печать Формат 60х84 1/16
Б.кн.-журн. П.л. Б.л. Изд - во СЗТУ
Тираж экз. Заказ
Северо-Западный государственный заочный технический университет
Издательство СЗТУ, член Издательско-полиграфической ассоциации университетов России