Б2.В.ОД.1Физика2
.pdfсогласования с лектором. В ином случае, в выставлении итоговой оценки участвует лектор или дополнительный экзаменатор, назначенный лектором. Все оценки «неудовлетворительно» согласуются с лектором.
6. Перечень учебно-методического обеспечения для самостоятельной работы обучающихся по дисциплине
6.1 План график выполнения самостоятельных работ по дисциплине.
1.На каждом практическом занятии для закрепления материала дается несложная задача для самостоятельного решения – выполнение проверяется на следующем занятии и в случае необходимости разбирается тема дополнительно.
2.Задания выполняются и сдаются по мере прохождения тем в дополнительное время (обычно раз через одну-две недели). Последнее время сдачи 1-го задания (3 семестр) – середина декабря, 2-го задания (4 семестр) – середина мая.
3.Контрольная работа проводится на 11 неделе.
6.2Характеристика и описание заданий на СРС.
(Примеры заданий приведены в разделе 7.3 Типовые контрольные и задания) В задании даются наиболее характерные задачи (по одной-две на
каждую тему). Решения задач с необходимыми пояснениями и рисунками сдается студентом в личной беседе с преподавателем. В результате процесса сдачи задачи, в случае правильного решения она засчитывается. В случае обнаружения ошибок и неточностей преподаватель делает замечания, которые студент, при небольших погрешностях, исправляет, пока сдают задачи другие студенты. В случае серьёзных недоработок исправления приносит на следующую сдачу.
6.3Примерные нормы времени на выполнение внеаудиторной СРС по каждому заданию.
1.Первое задание по модулям 1-3 - 7час.
2.Второе задание по темам 4-6 - 7 час.
6.4Рекомендуемая литература
1.В.П. Замураев, А.П. Калинина Типовые методы решения задач по термодинамике и статистической физике. НГУ 2014г.
2. В.П. Замураев, А.П. Калинина Задачи с решениями по
21
электродинамике. Части 1-3. НГУ 2014
Перечень учебно-методического обеспечения для самостоятельной работы обучающихся по дисциплине
6.5 Требования к представлению и по оформлению результатов СРС
Решения задач с необходимыми пояснениями и рисунками сдается студентом в личной беседе с преподавателем.
6.6 Оценка выполнения СРС
1.Задания сдаются до полного выполнения.
2. Оценки за контрольную работу выставляются в соответствии с числом набранных баллов. В начале контрольной работы объявляется цена каждой задачи в баллах. Отличная оценка выставляется студентам набравшим более 80% от максимального количества баллов, оценка «хорошо» – студентам с количеством баллов от 60% до 80% от максимального количества баллов, Оценка «удовлетворительно» – студентам, набравшим от 40% до 60% от максимального количества баллов. Студент имеет право на апелляцию в случае недоразумений.
7. Фонд оценочных средств для проведения текущей и промежуточной аттестации обучающихся по дисциплине
Вопросы к дифференцированному зачёту (модули «Молекулярная
физика», «Термодинамика», «Электромагнетизм»):
Термодинамика и молекулярная физика
1.Параметры идеального газа
2.Термическое уравнение состояния газа. Эмпирические законы
3.Квазистатические процессы для идеального газа
4.Первое начало термодинамики
5.Теплоемкость
6.Работа идеального газа в термодинамических процессах
7.Политропические процессы
8.Циклические процессы. Цикл Отто
9.Цикл Карно
10.Холодильная машина, тепловой насос
11.Второе начало термодинамики
22
12. Энтропия 13.Модель газа Ван дер Ваальса. Изотермы реального газа
14.Фазовые превращения и фазовые равновесия
15.Уравнение Клапейрона-Клаузиуса
16.Зависимость давления насыщенного пара от температуры
17.Закон Стефана-Больцмана
18.Давление идеального газа с молекулярной точки зрения
19.Распределение Максвелла
20.Средняя, среднеквадратичная и наиболее вероятная скорости молекул
21.Барометрическая формула. Распределение Больцмана
22.Центрифугирование, разделение изотопов
23.Столкновение молекул. Длина свободного пробега
24.Рассеяние молекулярного пучка в газе
25.Диффузия. Вязкость. Теплопроводность
Электромагнетизм
1.Закон Кулона. Принцип суперпозиции электростатических полей
2.Напряженность электрического поля. Силовые линии поля.
3. . Поток вектора и электростатическая теорема Гаусса.
4.Потенциал электрического поля.
5.Вычисление потенциала по напряженности поля.
6.Электрическое поле Земли.
7.Проводники в электрическом поле.
8.Емкость плоского, цилиндрического и шарового конденсаторов
9.Последовательное и параллельное соединения конденсаторов.
10.. Энергия электрического поля.
11.Электрическое поле в диэлектриках.
12.Граничные условия на границе двух диэлектриков.
13.Поляризуемость и диэлектрическая проницаемость.
14.Постоянный ток. Закон Ома.
15.. Силы, действующие в магнитном поле. Закон Ампера.
16.Магнитное поле равномерно движущегося заряда. Закон Био и Савара.
17.Расчет магнитных полей с помощью закона Био и Савара.
18.Циркуляция вектора магнитной напряженности. Теорема Стокса.
19.Расчет магнитных полей с помощью теоремы Стокса.
20.Дифференциальная форма теоремы о циркуляции.
21.. Магнитное поле в веществе. Вектор намагничивания
22.Граничные условия для векторов 
и 
.
23.Магнитные свойства вещества.
24.Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость.
25.Электромагнитная индукция. Закон Фарадея.
23
26.Индуктивность проводов. Взаимная индукция
27.Энергия магнитного поля токов.
Вопросы к экзамену:
1.Сформулировать закон электромагнитной индукции Фарадея.
2.Записать систему уравнений Максвелла.
3.Дать определение скин-эффекта.
4.Для чего служат комплексные сопротивления?Записать выражения для импеданса ёмкости и индуктивности.
5.Что такое резонанс в электрической цепи с реактивными элементами?
6.Сформулировать правила Кирхгофа.
7.Записать выражение для полей в плоской монохроматической электромагнитной волне.
8.Как связаны E и H в электромагнитной волне? Как они ориентированы?
9.Как связаны частота, длина волны и волновой вектор электромагнитной волны в вакууме?
10.Что такое показатель преломления? Как он связан с диэлектрической и магнитной проницаемостью?
11.Сформулировать законы отражения и преломления, принцип Ферма. 12.Что такое явление полного внутреннего отражения? Записать выражение
для угла полного внутреннего отражения.
13.Что такое поляризация света, какие существуют основные виды поляризации света? Что такое ТЕ и ТМ волна?
14.Что такое угол Брюстера?
15.Привести формулу тонкой линзы. Оптическая сила линзы. Описать построение изображения в линзе.
16.Описать явление интерференции.
17.Записать выражение для распределения интенсивности на экране в опыте Юнга. Нарисовать пояснительный рисунок.
18.Дать определение когерентности. Что такое временная и пространственная когерентность?
19.Описать явление дифракции. Принцип Гюйгенса-Френеля. 20.Чем отличаются дифракции Френеля и Фраунгофера?
21.Дать определение разрешающей способности. Сформулировать критерий Рэлея.
22.Записать уравнения фотоэффекта.
23.Записать уравнение Шрёдингера.
24
24.Сформулировать гипотезу де Бройля. Записать выражение для длины волны де Бройля.
25.Сформулировать соотношение неопределённости.
26.Что такое волновая функция? Каков физический смысл волновой функции?
27.Записать оператор координаты и импульса в координатном пространстве. 28.Записать выражение для среднего значения физической величины. 29.Цепи постоянного тока. Методы их расчета. Цепи с нелинейными
элементами. Конденсаторы и индуктивности в цепях постоянного тока. 30.Переходные процессы в электрических цепях.
31.Цепи синусоидального переменного тока. Комплексное сопротивление.
32.Колебательный контур. Резонанс. Добротность.
33.Фильтры в электрических цепях. Широтно-импульсная модуляция. 34.Трансформаторы.
35.Длинные линии, согласование сопротивлений.
36.Квазистационарные явления. Скин-эффект.
37.Вектор Пойнтинга. Волновое уравнение.
38.Плоская электромагнитная волна. Монохроматическая волна. Поляризация.
39.Законы отражения и преломления света. Формулы Френеля. 40.Геометрическая оптика.
41.Интерференция световых волн. Получение когерентных волн. Схема Юнга.
42.Когерентность.
43.Дифракция света. Принцип Гюйгенса–Френеля.
44.Дифракция Френеля и дифракция Фраунгофера.
45.Дисперсия света. Групповая и фазовая скорости.
46.Электронная теория дисперсии.
47.Оптическая спектроскопия. Призма.
48.Оптическая спектроскопия. Дифракционные решетки.
49.Равновесное тепловое излучение. Фотоэффект.
50.Опыты Резерфорда. Постулаты Бора и модель атома Бора.
51.Гипотеза де Бройля. Волновая функция. Физический смысл волновой функции. Соотношение неопределенностей.
52.Уравнение Шрёдингера. Операторы в квантовой механике.
53.Прохождение частицы через потенциальный барьер.
54.Частица в бесконечно глубокой потенциальной яме. Квантовый гармонический осциллятор.
55.Оператор момента импульса.
25
56.Опыт Штерна и Герлаха. Спин.
57.Движение в центральном поле. Атом водорода.
58.Рассмотрение заполнения таблицы химических элементов.
Примеры задач с решениями
1.Найти самоиндукцию единицы длины длинного коаксиального кабеля, жила которого имеет радиус R1 , а тонкая оболочка — R2 . Магнитная
проницаемость проводов равна
Решение:
1
, а изоляции между ними —
2.
Задачу проще всего решить, перейдя в цилиндрическую систему координат, ось которой совпадает с осью кабеля. Исходя из симметрии задачи, находим, что магнитное поле имеет только одну, угловую компоненту: 
,
. Величину этой компоненты можно найти, исходя из закона полного тока. Предполагаем, что ток I равномерно распределен внутри жилы. Тогда для 
:
, |
. |
Между жилой и оболочкой ( ): |
|
, |
. |
Снаружи оболочки магнитного поля нет — поле тока, текущего по оболочке в обратном направлении, полностью компенсирует поле тока, текущего по жиле.
Найдем энергию, запасенную в магнитном поле. Вспоминая, что плотность энергии выражается формулой
,
находим энергию поля внутри жилы на единицу длины:
.
В пространстве между жилой и оболочкой
.
Полная энергия магнитного поля есть сумма этих энергий, эта же энергия должна выражаться через величину самоиндукции согласно формуле
.
Отсюда окончательно находим величину самоиндукции
.
26
2.Найти зависимость тока в RL цепи от времени при переходном процессе.
Решение:
Как обычно, начнем с записи для этой цепи правил Кирхгофа. Так как имеется только один контур, то будет лишь одно уравнение, получаемое из второго правила:
,
где 
– ток в контуре. Напряжение на катушке индуктивности связано со скоростью изменения во времени протекающего через нее тока:
.
Получаем на неизвестную функцию 
линейное неоднородное дифференциальное уравнение первого порядка
.
Как известно, решением такого уравнения является сумма частного решения неоднородного уравнения и общего решения однородного уравнения. Как нетрудно увидеть, частным решением является
.
Однородное уравнение можно представить в виде
,
как хорошо известно, решением такого уравнения является функция
,
.
Итак, ток в цепи после замыкания ключа представим в виде
.
Для того, чтобы найти неизвестную константу 
, необходимо воспользоваться правилами коммутации, которые в данном случае гласят, что при замыкании ключа ток, текущий через катушку индуктивности, не может измениться мгновенно. До замыкания ключа ток в контуре не тек, следовательно, 
. Отсюда константа 
равна
.
Окончательно находим ток в RL-цепи |
|
|
|
||
|
|
|
. |
|
|
3. К последовательному колебательному контуру |
r |
L |
|||
подключили |
нагрузку |
как |
показано на |
|
|
рисунке. По |
известному |
сдвигу |
резонансной E |
|
C Rн |
частоты |
найти величину этой нагрузки. |
|
|
||
Величина |
нагрузки |
достаточно велика, |
|
|
|
остальные параметры контура считать известными.
27
Решение:
Воспользуемся следующим определением резонансной частоты – это та частота, при которой импеданс контура становится чисто действительным, т.е. исчезает его мнимая часть. Запишем этот импеданс
.
Преобразуем это выражение следующим образом
.
Приравнивая мнимую часть полученного выражения к нулю, получаем резонансную частоту контура
,
где 
–резонансная частота контура без нагрузки.
При малой нагрузке (
– большое) сдвиг частоты 
можно определить следующим образом
.
Отсюда находим неизвестную величину 
.
4. Найти угловое распределение интенсивности
излучения |
I ( ) |
системы из двух когерентных, |
одинаково ориентированных щелевых источников, |
E |
|
|
расположенных на расстоянии D друг от друга. |
|
Угловое распределение интенсивности излучения |
|
каждого из источников равно I0 ( ) . |
1 |
|
Решение:
Излучение когерентно и поляризовано в вертикальной плоскости, следовательно, складываются амплитуды колебаний электромагнитных Результирующая амплитуда колебаний равна:
2
D
волн E1иE2.
E( ) E ( ) E |
( ) |
8 I |
( ) |
|
8 I |
( ) |
Exp(i ( )) , |
|
0 |
|
0 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||
1 |
2 |
|
c |
|
|
c |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где – ( ) разность фазы между колебаниями в точке наблюдения.
Разность фаз определяется геометрической разностью хода между лучами от источников 1 и 2 в точку наблюдения:
28
|
|
|
( ) k l( ) |
2 |
D sin( ) . |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Теперь найдем I ( ) : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
I ( ) |
c |
| E( ) | |
|
c |
| |
8 I |
|
|
( ) |
|
|
8 I |
( ) |
Exp(i ( )) | |
|
|||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
8 |
|
|
8 |
|
c |
|
|
|
|
c |
|
|
|
|
|
||
I |
( ) (2 2cos( ( ))) 4I |
( )cos( |
( ) |
) 4I |
( ) cos( |
|
Dsin( )) . |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
0 |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
7.2. Описание показателей и критериев оценивания компетенций, описание шкал оценивания.
Уровень сформированности компетенций выясняются в процессе сдачи семестровых заданий, написании контрольной работы и окончательная оценка выставляемая на устном экзамене отражает уровень сформированности компетенций ОК-1,ОК-10. Выделяются три показателя уровня сформированности компетенции:
1. ОК-1-владеет культурой мышления, способен к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения
Уровень
пороговый
Показатели (что |
|
Оценочная шкала |
|
|
обучающийся |
|
|
|
|
должен |
|
|
|
|
удовлетворительно |
|
хорошо |
отлично |
|
продемонстриров |
|
|||
|
|
|
|
|
ать) |
|
|
|
|
Представление об |
Имеет фрагментарные |
|
Допускает |
Демонстрирует |
основных |
знания |
|
неточности в |
четкое и |
физических |
фундаментальных |
|
формулировке |
целостное |
законах |
законов. Затрудняется |
|
законов и области |
представление, |
Способность к |
в их использовании |
|
их применения |
об основных |
обобщению и |
при анализе явлений. |
|
Проявляет с |
фундаментальных |
анализу |
|
|
некоторыми |
законах механики |
окружающих нас |
|
|
неточностями |
и готовность к |
физических |
|
|
способность к |
адекватному |
явлений |
|
|
обобщению и |
применению при |
|
|
|
анализу явлений. |
решении |
|
|
|
|
практических |
|
|
|
|
задач… |
2. ОК-10 - использует основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применяет методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования.
Уро вень
Показатели (что обучающийся
Оценочная шкала
29
|
должен |
удовлетворительно |
хорошо |
отлично |
|
продемонстриров |
|
|
|
|
ать) |
|
|
|
|
Представление об |
Имеет фрагментарные |
Допускает |
Демонстрирует |
|
основных законах |
знания |
неточности в |
четкое и |
|
механики и |
фундаментальных |
формулировке |
целостное |
|
теории |
законов. Затрудняется |
законов и области |
представление, |
|
относительности, |
в их использовании в |
их применения. |
об основных |
|
Способность с их |
решении |
Допускает |
фундаментальных |
|
использованием |
практических задач. |
ошибки в их |
законах механики |
|
объяснять |
|
практическом |
и готовность к |
пороговый |
явления |
|
применении |
адекватному |
окружающего нас |
|
|
применению при |
|
мира |
|
|
решении |
|
|
|
|
практических |
|
|
|
|
задач… |
|
|
|
|
|
Если хотя бы одна из компетенций не сформирована, то положительной оценки по дисциплине быть не может.
8. Перечень основной и дополнительной учебной литературы, необходимой для освоения дисциплины
а) основная литература:
Рекомендованная литература к модулю «Электродинамика»:
1.Сивухин, Д.В. Общий курс физики: учебное пособие: в 5-х т./Д.В. Сивухин. - 5-е изд., стер. - М. : Физматлит, 2009. - Т. 3. Электричество. -
655 с. - ISBN 978-5-9221-0673-3 ; То же [Электронный ресурс]. - URL: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=82998
Рекомендованная литература к модулю «Оптика»:
2.Сивухин, Дмитрий Васильевич. Общий курс физики : [учебное пособие для физических специальностей вузов : в 5 т.] / Д.В. Сивухин .— Москва : Физматлит, 2005. - Т.4: Оптика. — 3-е изд. - 791 с. : ил. — Загл. корешка: Оптика.
Рекомендованная литература к модулю «Квантовая физика»:
3.Зелевинский, Владимир Григорьевич. Лекции по квантовой механике : [учеб. пособие для вузов] / В. Г. Зелевинский .— 2-е изд., испр. и доп. — Новосибирск : Сиб. унив. изд-во, 2002 .— 498 с.
б) дополнительная литература:
4.Фейнман Р. и др. Фейнмановские лекции по физике. М.: Мир, 1978.
5.Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Квантовая механика.
30