Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Омский государственный университет путей сообщения

__________________________

С. Н. Крохин, Ю. М. Сосновский

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №3

ПО ФИЗИКЕ ДЛЯ СТУДЕНТОВ

ЗАОЧНОГО ФАКУЛЬТЕТА

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве методических указаний к решению задач и

выполнению контрольных работ для студентов заочного факультета

Омск 2012

УДК 531(075.8)

ББК 22.2я73

К83

Контрольная работа №3 по физике для студентов заочного факультета: Методические указания к решению задач и выполнению контрольных работ для студентов заочного факультета / С. Н. Крохин, Ю. М. Сосновский; Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2012. 36 c.

Содержатся методические рекомендации по изучению физики, приведены программы разделов «Волновая оптика», «Квантовая и атомная физика», «Элементы ядерной физики и физики элементарных частиц» и «Физика твердого тела», правила выполнения контрольных работ, примеры решения задач, задания к контрольной работе и библиографический список.

Методические указания предназначены для студентов заочного факультета университета.

Библиогр.: 11 назв. Табл. 1. Рис. 3. Прил. 1.

Рецензенты: доктор техн. наук, профессор В. А. Нехаев;

канд. физ.-мат. наук, доцент В. В. Дмитриев.

_________________________

© Омский гос. университет

путей сообщения, 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

1.РАБОЧАЯ ПРОГРАММА 6

1.1.ВОЛНОВАЯ ОПТИКА 6

1.2.КВАНТОВАЯ И АТОМНАЯ ФИЗИКА 6

1.3.ЭЛЕМЕНТЫ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ И ФИЗИКИ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ 7

1.4.ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА 7

2.ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ 8

3. КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 3 21

4.ЗАДАЧИ 22

4.1.ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА 22

4.2.ДИФРАКЦИЯ СВЕТА 23

4.3.ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА 25

4.4.ФОТОЭФФЕКТ 26

4.5.ВОЛНЫ ДЕ БРОЙЛЯ 27

4.6.АТОМНАЯ ФИЗИКА 28

4.7.ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ 29

4.8.ФИЗИКА ТВЁРДОГО ТЕЛА 30

Библиографический список 32

ВВЕДЕНИЕ

Учебная работа студента-заочника по изучению физики складывается из следующих основных этапов: самостоятельное изучение основных теоретических положений курса по учебным пособиям, приобретение навыков решения типовых практических задач, выполнение контрольных работ, сдача экзаменов (зачетов).

Для успешного усвоения курса физики необходимо изучать теорети-ческий материал систематически в течение всего учебного процесса, так как подготовка к экзамену в сжатые сроки не даст глубоких и прочных знаний.

Для изучения какой-либо части курса (или, по крайней мере, ее раздела) следует в качестве основного выбрать одно учебное пособие. Замена одного пособия другим в процессе изучения определенной темы может привести к утрате логической связи между отдельными вопросами. Однако если выбранное пособие не дает полного или ясного ответа на некоторые вопросы программы, необходимо обращаться к другим учебникам.

При изучении нового материала рекомендуется составлять конспект, в который следует записывать законы и формулы, выражающие эти законы, определения физических величин и их единицы, делать рисунки и решать типовые задачи, используя Международную систему единиц (СИ).

Самостоятельную работу по изучению физики необходимо систематически контролировать. Для этого после изучения очередного раздела следует отвечать на вопросы рабочей программы физики.

При самостоятельном изучении дисциплины «Физика», прежде всего следует ознакомиться с методическими рекомендациями к оформлению и решению задач, выполнению контрольной работы.

При решении задачи требуется указывать основные законы и формулы, на которых базируется решение, с разъяснением буквенных обозначений формул. Если применяется формула, полученная для частного случая, не выражающая какой-нибудь физический закон или не являющаяся определением какой-нибудь физической величины, то ее необходимо вывести.

Следует приводить рисунок, поясняющий содержание задачи (в тех случаях, когда это возможно), выполнять его нужно аккуратно с помощью чертежных принадлежностей.

Решать задачу рекомендуется сначала в общем виде, т. е. выразить искомую величину в буквенных обозначениях, заданных в условии задачи. При таком способе решения не производятся вычисления промежуточных величин.

Решение задачи следует сопровождать краткими, но исчерпывающими пояснениями.

По полученной рабочей формуле требуется проверить размерность и произвести вычисления (в единицах системы СИ). При этом следует руководствоваться правилами приближенных вычислений.

При подстановке в рабочую формулу, а также при записи ответа числовые значения величин записываются как произведение десятичной дроби с одной значащей цифрой перед запятой на соответствующую степень десяти. Например, вместо 3520 следует записать 3,52∙10³, вместо 0,00129 – 1,29∙10^–3.

При решении задачи необходимо оценивать, где это целесообразно, правдоподобность численного ответа. В ряде случаев такая оценка поможет обнаружить ошибку в полученном результате. Например, коэффициент полезного действия тепловой машины не может быть больше 100 %, электрический заряд не может быть меньше элементарного заряда, скорость тела не может быть больше скорости света в вакууме и т. д.

Контрольные работы выполняются чернилами в обычной школьной тетради, на обложке которой приводятся следующие сведения: номер контрольной работы, фамилия, имя и отчество (полностью) студента, номер курса, шифр и адрес студента, а также название и год издания используемых методических указаний.

Условия задач в контрольной работе переписываются полностью без сокращений. Для замечаний преподавателя на страницах тетради оставляются поля (4 см).

В конце контрольной работы требуется указать учебник или учебное пособие, которым студент пользовался при изучении физики (название учебника, автор, год издания), чтобы рецензент в случае необходимости мог указать, какие теоретические вопросы студенту следует изучить для завершения контрольной работы.

Если контрольная работа при рецензировании не зачтена, студент обязан представить ее на повторную проверку, включив в нее те задачи, решения которых оказались неверными. Исправленная работа представляется вместе с незачтенной.

В контрольной работе студент должен решить восемь задач, номера которых определяются по табл. 1. Номер варианта студент выбирает по двум пос-ледним цифрам шифра в зачетной книжке. Студенты, имеющие две последние цифры шифра 51, 52, …, выполняют соответственно вариант 1, 2, ... . Если две последние цифры 00, то выполняется вариант 50.

Допущенные к защите контрольные работы предъявляются экзаменатору. Студент должен быть готов до или во время экзамена (зачета) дать пояснения по существу решения задач, входящих в контрольные работы.

1. Рабочая программа

   1. Волновая оптика

Показатель преломления света. Законы отражения и преломления света. Полное внутреннее отражение. Дисперсия света и ее электронная теория.

Принцип суперпозиции волн. Монохроматичность и когерентность световых волн. Метод Юнга. Интерференция света от двух точечных источников. Интерференция света в тонких пленках. Интерферометры.

Дифракция световых волн. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция света на круглом отверстии и диске. Дифракционная решетка.

Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Поляризация света при отражении и преломлении. Закон Брюстера. Поляризация света при двойном лучепреломлении. Закон Малюса. Искусственная оптическая анизотропия.

2. Квантовая и атомная физика

Противоречия классической физики. Тепловое излучение и его основные законы. Энергетическая светимость. Поглощательная и излучательная способности. Закон Кирхгофа. Закон Стефана-Больцмана. Закон смещения Вина. Формула Рэлея-Джинса. Квантовая гипотеза и формула Планка.

Корпускулярные свойства излучения. Фотоны. Энергия, импульс и масса фотона. Тормозное рентгеновское излучение. Фотоэффект и его основные законы. Уравнение Эйнштейна. Эффект Комптона. Давление света.

Гипотеза и формула де Бройля. Дифракция электронов. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Границы применимости классической механики.

Волновая функция и ее статистический смысл. Плотность вероятности. Уравнение Шредингера. Свободная частица. Туннельный эффект. Частица в «потенциальной яме». Квантование энергии и импульса частицы. Спектр энергий. Квантовый гармонический осциллятор. Нулевые колебания.

Атом водорода в квантовой механике. Энергетические уровни. Потенциалы возбуждения и ионизации атома. Спектральные серии линий. Квантовые числа. Спин электрона. Правила отбора. Многоэлектронные атомы. Принцип Паули. Распределение электронов в атоме по состояниям. Периодическая система элементов Менделеева.

Поглощение, спонтанное и вынужденное излучение. Инверсная населенность уровней. Лазер. Конструкция и принцип работы лазера. Свойства лазерного излучения. Практическое использование лазеров.

3. Элементы ядерной физики и физики элементарных частиц

Заряд, размер и масса атомного ядра. Массовое и зарядовое числа. Состав ядра. Нуклоны. Взаимодействие нуклонов и понятие о свойствах и природе ядерных сил. Дефект массы и энергия связи ядра. Удельная энергия связи.

Радиоактивность. Закон радиоактивного распада.

Ядерные реакции и законы сохранения. Энергия реакции. Деление тяжелых ядер. Цепная реакция деления. Атомный реактор. Реакция синтеза атомных ядер. Проблема управляемых термоядерных реакций.

Элементарные частицы, их классификация и взаимные превращения. Типы фундаментальных взаимодействий. Лептоны, адроны, кварки и кванты фундаментальных полей – переносчиков взаимодействий. Частицы и античастицы. Единая теория взаимодействий.

4. Физика твердого тела

Зонная теория твердых тел. Распределение электронов в кристалле по квантовым состояниям (распределение Ферми-Дирака). Металлы, диэлектрики и полупроводники.

Тепловые свойства кристаллов. Закон Дюлонга-Пти. Фононы. Распределение фононов по энергиям (распределение Бозе-Эйнштейна). Квантовая теория теплоемкости кристаллов. Теплопроводность твердых тел.

Электропроводность металлов. Зависимость сопротивления металла от температуры. Сверхпроводимость. Высокотемпературные сверхпроводники.

Собственные и примесные полупроводники. Проводимость полупроводников и ее температурная зависимость. Терморезисторы.

Фотопроводимость полупроводников. Красная граница фотопроводимости. Полупроводниковые фотоэлементы.

Контакт электронного и дырочного полупроводников. Полупроводниковый диод, транзистор.

Термоэлектронная эмиссия и ее практической применение. Контакт двух металлов. Термопара.