МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ ЗАКЛАД

«ПРИДНІПРОВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ»

КАФЕДРА ФІЗИКИ

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до виконання модульних завдань з розділів курсу фізики

«Коливання та хвилі», «Оптика», «Атомна та ядерна фізика»

Дніпропетровськ – 2010

Методичні вказівки до виконання модульних завдань з розділів курсу фізики «Коливання та хвилі», «Оптика», «Атомна та ядерна фізика». / Укладачі: Б.М Дікарєв, Р.Г Романець, Г.Г. Карасьов, С.І. Веселова, В.В. Подолінський, І.П. Волнянська, С.П. Мартиненко, М.П Побединська – Дніпропетровськ: ПДАБА, 2010 р. – 13с.

Пропоновані методичні вказівки призначені для використання в умовах упровадження кредитно-модульної системи навчання. Вони включають матеріали для вивчення курсу фізики в другому семестрі двосеместрового курсу фізики, і розбиті на три навчальні модулі. Відмітна особливість даних методичних вказівок полягає в тому, що основну увагу приділено конкретній модульно-рейтинговій навчальній технології проведення занять з курсу фізики для інженерних спеціальностей. Методичні вказівки дають змогу використовувати їх студентами денної форми навчання як в аудиторній, так і в самостійній роботі.

Укладачі: Б.М Дікарєв, , кандидат фізико-математичних наук, професор; професор кафедри фізики ПДАБА;

Р.Г.Романець, кандидат фізико-математичних наук, доцент, професор кафедри фізики ПДАБА;

Г.Г.Карасьов, кандидат фізико-математичних наук, доцент кафедри фізики ПДАБА;

С.І. Веселова, кандидат фізико-математичних наук, доцент кафедри фізики ПДАБА;

В.В.Подолінський, кандидат фізико-математичних наук, доцент кафедри фізики ПДАБА;

І.П.Волнянська, асистент кафедри фізики ПДАБА;

С.П. Мартиненко, асистент кафедри фізики ПДАБА;

М.П.Побединська, асистент кафедри фізики ПДАБА.

Відповідальний за випуск: Б.М.Дікарєв, кандидат фізико-математичних

наук, професор, зав. кафедри фізики ПДАБА.

Рецензент: І.П.Гаркуша, професор, зав. кафедри фізики НГУ.

Затверджено на засіданні

кафедри фізики

Протокол № 5 від 1.04.2010р.

Зав. кафедрою фізики Дікарєв Б.М.

Затверджено на засіданні

Президії методичної ради ПДАБА

Протокол № 5(65) від 20.04.2010р.

Пропоновані методичні вказівки призначені для використання в умовах упровадження кредитно-модульної системи навчання. Він включає матеріали для вивчення курсу фізики в другому семестрі двосеместрового курсу фізики. Вивчення курсу фізики відбувається на протязі 18 тижнів і розподіляється на три модулі.

Першому модулю відповідає розділ «Коливання та хвилі» і він розрахований на 6 учбових тижнів. На протязі цього відрізку навчання студенти розв’язують задачі циклу 1 на розділ курсу фізики «Механічні гармонічні коливання»; циклу 2 на розділ «Механічні і електромагнітні коливання і хвилі». На останньому тижні першого модуля за результатами поточної успішності і контрольної роботи студенту виставляється модульна рейтингова оцінка.

Другому модулю відповідає розділ «Хвильова оптика» і цей модуль теж розрахований на 6 учбових тижнів. На протязі цього відрізку навчання студенти розв’язують задачі циклу 3 на розділ курсу фізики «Інтерференція світла»; циклу 4 на розділ «Дифракція світла» і циклу 5 на розділ «Поляризація світла». На останньому тижні другого модуля за результатами поточної успішності і контрольної роботи студенту виставляється модульна рейтингова оцінка.

Третьому модулю відповідають розділи: «Квантова оптика, атомна та ядерна фізика» і цей модуль розрахований на 6 тижнів. На протязі цього відрізку навчання студенти розв’язують задачі циклу 6 на розділ «Квантова оптика -1»; циклу 7 на розділ «Квантова оптика -2»; задачі циклу 8 на розділ «Атомна та ядерна фізика». На останньому тижні третього модуля за результатами поточної успішності і контрольної роботи студенту виставляється модульна рейтингова оцінка.

Дані методичні вказівки дають змогу студентам планувати свій навчальний процес, орієнтуватися у різних розділах курсу фізики. Перед використанням задач з відповідних циклів студентам пропонуються основні фізичні формули, які вони можуть застосовувати при розв’язанні задач як в аудиторній, так і в самостійній роботі.

Коливання та хвилі

Рівняння гармонічних коливань: , А  амплітуда коливань;  фаза коливань; ₀  початкова фаза для часу t=0. Циклічна частота , де Т  період коливань. Частота , .

Швидкість коливань ; , коли .

Прискорення коливань ; ; коли .

В загасаючих коливаннях амплітуда з часом зменшується за законом , де   коефіцієнт загасання.

Рівняння загасаючих коливань .

Логарифмічний декремент загасання .

Рівняння біжучої хвилі , або , де хвильове число . Довжина хвилі .

Період коливань фізичного маятника: , де l – довжина маятника.

Період коливань пружинного маятника: , де m – маса тіла, k – жорсткість пружини.

Кінетична енергія тіла, яке здійснює коливання: .

Потенціальна енергія тіла, яке здійснює коливання: .

Повна енергія: , де .

Формула Томсона: , де L – індуктивність коливального контуру; C – ємність контуру.

Закон зміни заряду на конденсаторі:

Різниця потенціалів між його обкладками визначається за законом: .

Закон зміни струму в колі: .

Оптика та квантова фізика

Довжина світлової хвилі визначається за формулами, як і довжина звичайної хвилі, тільки використовується швидкість світлових хвиль с = 310⁸ м/с. .

Показник заломлення світла . Оптична довжина щляху . Оптична різниця ходу . Умова інтерференційних максимумів , ( . Умова інтерференційних мінімумів , ( . Умови головних максимумів дифракційної решітки , ( .

Закон Малюса . Закон Брюстера: tgi_B = n.

Енергетична світність , де W  енергія, S  площа випромінювання, N  потужність, потік випромінювання Ф= , закон Стефана-Больцмана , де стала Стефана-Больцмана =5,6710^-8 Вт/(м²К⁴), - абсолютна температура. Закон зміщення Віна , стала Віна b =2,910^-3 мК.

Енергія фотона  = h, де стала Планка h = 6,6310^-34 Джс, або , – маса фотона. Імпульс фотона . Довжина хвилі де Бройля . Робота по переміщенню електрона в електричному полі з напругою U витрачається на надання йому кінетичної енергії: eU = .

Рівняння Ейнштейна для фотоефекту h=A+ , де A  робота виходу електрона. Червона границя фотоефекту А=h₀ = , де ₀ і ₀ відповідають частоті і довжині хвилі червоної границі фотоефекту. Зміна довжини хвилі в ефекті Комптона - маса електрона віддачі. Серіальна загальна формула Бальмера: , де стала Рідберга =1,1 м . , - частота спектральних ліній атома водню, стала Рідберга с визначає серію , визначає окремі лінії відповідної серії (серія Лаймана), (серія Бальмера),

(серія Пашена).

Символи, які використовуються в ядерних реакціях: , Х  символ ядра або елементарної частинки, Z  зарядове число, A  масове число. Нейтрон  , протон  , електрон  , позитрон  , -частника це є ядро гелія  . Закон радіоактивного розпаду . початкова кількість ядер, стала розпаду. Ядерні реакції відбуваються у відповідності до виконання закону збереження електричного заряду і закону збереження маси.