ЭлектрикаОптикаЗадачи2013

40

25.Уравнения магнитостатики в веществе. Сравнение магнитного и электрического полей.

26.Явление электромагнитной индукции. ЭДС индукции. Закон Фарадея. Направление индукционного тока. Правило Ленца. Токи Фуко.

27.Самоиндукция. Индуктивность.

28.Магнитное поле длинного соленоида. Энергия соленоида. Энергия магнитного поля.

29.Переменный ток. Активное, емкостное, индуктивное сопротивления в цепи переменного тока. Закон Ома для цепи переменного тока. Сдвиг фаз между током и напряжением. Резонанс напряжений.

30.Мощность в цепи переменного тока. Трансформатор. Получение переменного тока. Передача электрической энергии на расстояние.

31.Вихревое электрическое поле. Ток смещения. Уравнения Максвелла.

32.Волновые процессы. Продольные и поперечные волны. Монохроматическая волна. Фронт волны. Амплитуда, фаза, частота, длина волны. Уравнение плоской волны. Волновое уравнение и его смысл.

33.Принцип Гюйгенса. Отражение и преломление волн.

34.Электромагнитные волны. Вывод электромагнитных волн из уравнений Максвелла. Скорость света. Свет – электромагнитная волна.

35.Свойства электромагнитных волн. Энергия электромагнитных волн. Давление электромагнитных волн.

36.Давление света. Опыты Лебедева.

37.Предмет оптики. Геометрическая, волновая, квантовая оптика.

38.Основы фотометрии. Световой поток, сила света, освещенность. Законы освещенности.

39.Законы геометрической оптики. Принцип Ферма. Отражение и преломление света.

40.Зеркала. Плоское и сферическое зеркало. Построение изображения в зеркалах. Формула сферического зеркала.

41.Ход лучей в плоскопараллельной пластинке и призме.

42.Линза. Ход лучей в линзе. Формула тонкой линзы. Построение изображения в линзах. Погрешности линз.

43.Оптические системы: глаз, лупа, фотоаппарат, микроскоп.

44.Интерференция света. Когерентность. Оптическая разность хода лучей. Интерференция от двух источников.

45.Методы наблюдения интерференции: опыт Юнга, зеркала Френеля, бипризма и билинза Френеля.

46.Интерференция в тонких пленках. Полосы равного наклона и равной толщины. Кольца Ньютона. Применение интерференции. Просветление оптики.

47.Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля.

48.Дифракция на щели.

49.Дифракционная решетка. Спектральные характеристики дифракционной решетки. Применение дифракции.

50.Поляризация света. Закон Малюса. Поляризация света при отражении.

41

51.Дисперсия света. Нормальная и аномальная дисперсия. Разложение света в спектр.

52.Поглощение света. Закон Бугера. Рассеяние света. Закон Рэлея.

53.Оптические явления в атмосфере: мираж, радуга, мерцание звезд, голубой цвет неба, алый цвет зари.

54.Тепловое излучение и люминесценция. Энергетическая светимость, спектральная плотность излучения. Абсолютно черное тело. Закон Кирхгофа для теплового излучения.

55.Закон Стефана-Больцмана. Закон смещения Вина. Формула Планка для излучательной способности абсолютно черного тела.

56.Квантовая оптика. Фотоны. Фотоэффект. Опыты Столетова. Законы фотоэффекта.

57.Эффект Комптона. Тормозное рентгеновское излучение.

58.Спектры. Спектральные серии водорода.

59.Строение атома. Опыты Резерфорда. Постулаты Бора. Теория атома водорода по Бору.

60.Элементы квантовой механики. Волновые свойства микрочастиц. Гипотеза де-Бройля. Экспериментальное подтверждение гипотезы. Корпускулярноволновой дуализм. Соотношение неопределенностей.

61.Квантование физических величин. Квантовые числа. Принцип Паули. Периодическая система элементов Менделеева.

62.Атомная физика. Строение ядра. Протоны и нейтроны. Взаимодействие нуклонов в ядре. Энергия связи.

63.Радиоактивный распад. Закон радиоактивного распада. Естественная радиоактивность. Радиация в биологии.

64.Ядерные реакции. Деление ядер урана. Цепная реакция.

65.Ядерный реактор. Проблемы охраны окружающей среды.

3.4.Критерии оценивания знаний

Основой для оценки академических достижений студентов по курсу “Физика” является уровень овладения студентами материалом курса. Согласно модульному принципу организации учебного процесса содержание курса “Физика” состоит из двух зачетных модулей в каждом семестре.

Каждый зачетный модуль состоит из теоретического материала, практических задач и лабораторных работ, выполнение которых требует овладения теорией в указанном в модуле объеме. Темы занятий, которые входят в содержательный модуль имеют завершенную логическую структуру.

Максимальное число баллов, которое может получить студент за овладение материалом по каждому из зачетных модулей, составляет 25. Из них:

контрольная работа - 8 баллов; лабораторные работы - 8 баллов; тестирование - 9 баллов;

самостоятельная работа - 4 балла (дополнительно).

Оценивание текущих знаний студентов проводится по каждому из видов работы отдельно по следующим критериям.

42

Контрольная работа содержит 4 задачи и оценивается в 8 баллов. Каж-

дая задача оценивается в 2 балла. Студент получает за задачу:

2 балла – задача решена полностью, описан ход решения, получена конечная формула, проведены расчеты;

1,5 балла - решение задачи не завершено полностью или содержит непринципиальные ошибки;

1 балл - рассмотрен физический смысл задачи, выяснены физические законы, которые необходимо применять при решении данной задачи, записаны определяющие уравнения;

0,5 балла - задача не решена, но приведены основные законы, которые отвечают постановке задачи;

0 баллов - задача вообще не решена.

Лабораторная работа оценивается в 4 балла. За лабораторную работу студент получает:

4 балла - работа выполнена в полном объеме, получены теоретические формулы и правильные результаты, выполнены все необходимые расчеты, графики, сделаны выводы, даны ответы на контрольные вопросы;

3 балла – работа выполнена в полном объеме, но допущены несущественные ошибки;

2 балл – работа выполнена с существенными пробелами в теории и практике, показана низкая теоретическая и практическая подготовка.

1 балл – работа выполнена с очень большими пробелами в теории и практике, показана очень низкая теоретическая и практическая подготовка.

Тестирование оценивается максимально в 9 баллов. Количество баллов за тестирование определяется пропорционально количеству правильных ответов на 50 заданий теста.

Экзамен оценивается в 50 баллов. Для оценки экзамена преподаватель руководствуется следующими принципами:

-50 баллов - показаны систематические и глубокие знания при ответе на теоретические вопросы билета, выполнена практическую часть билета в полном объеме;

-40 баллов - показаны систематические и глубокие знания при ответе на теоретические вопросы билета, выполнена практическую часть билета в полном объеме, но при ответе допущены несущественные ошибки;

-30 баллов - показаны не систематические и не глубокие знания при ответе на теоретические вопросы билета, практическую часть билета выполнена не в полном объеме, при ответе допущено немного существенных ошибок;

-20 баллов – показаны поверхностные знания при ответе на теоретические вопросы билета, практическую часть билета не выполнена, при ответе допущено много существенных ошибок;

43

-10 баллов – показаны очень поверхностные знания, даны частичные ответы на простые вопросы по знанию основных определений и формул, воспроизведены отдельные фрагменты материала с помощью экзаменатора.

-0 – полное незнание материала.

3.5. Образцы типовых заданий для контроля

Контрольные работы

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО ЭЛЕКТРИЧЕСТВУ

1.Кольцо радиусом R = 3 см заряжено равномерно зарядом q = 2 нКл. Найти напряженность электрического поля E на оси кольца на расстоянии x = 4 см от его центра. Построить примерный график зависимости Е(х).

2.Элемент с ЭДС ε = 2 В имеет внутреннее сопротивление r = 0,5 Ом. Найти

напряжение U1 и U2 на внутреннем и внешнем участках цепи при токе в цепи I = 0,25 А. Чему равно внешнее сопротивление R и какая на нем выделяется мощность N?

3.Два прямолинейных длинных проводника расположены параллельно на расстоянии a = 10 см друг от друга. По проводникам текут токи I = 5 А в противоположных направлениях. Найти величину и направление индукции магнитного поля B в точке, находящейся на расстоянии a = 10 см от каждого проводника.

4.Найти ЭДС индукции ε, которая возникает на концах крыльев самолета, летящего горизонтально со скоростью v = 720 км/час. Вертикальная состав-

ляющая индукции магнитного поля Земли Вв = 5 10-5 Тл, размах крыльев самолета l = 20 м.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО ОПТИКЕ

1. Показатель преломления стекла для красного луча n = 1,51. Найти предельный угол αпр полного внутреннего отражения при падении этого луча на

границу раздела стекло-воздух.

2.Свет от электрической лампочки с силой света I = 100 кд падает под углом

α= 45° на рабочее место, освещенность которого E = 141 лк. Найти на какой высоте h от рабочего места висит лампочка.

3.Пучок белого света падает нормально на стеклянную пластинку, толщина которой d = 0,4 мкм. Показатель преломления стекла n = 1,5. Какие длины волн

λ, лежащие в пределах видимого спектра (от 400 до 700 нм), усиливаются в отраженном пучке?

4. На дифракционную решетку нормально падает пучок света. Чему должен быть равен период дифракционной решетки d, чтобы в направлении ϕ = 41° совпадали максимумы двух линий: λ1 = 656,3 нм и λ2 = 410,2 нм?

44

Фрагменты тестов модульного контроля

Тест по электричеству (Модуль № 3)

1. В электрически изолированной системе а) заряд равен нулю, б) электрическое поле отсутствует,

в) заряд сохраняется, г) заряды движутся хаотически.

2.Заряд q перемещается в электрическом поле из точки с потенциалом ϕ1 в точку с потенциалом ϕ2. При этом полем совершается работа

а) A =(ϕ1 − ϕ2 )q , б) A =(ϕ2 − ϕ1 )q , в) A =(ϕ2 − ϕ1 )/ q , г) A =(ϕ1 − ϕ2 )/ q .

3.К концам проводника сопротивлением R = 10 Ом приложено напряжение U = 20 В. По проводнику протекает ток I силой

а) 0,5 А, б) 2 А, в) 0,2 А, г) 5 А.

4.На лампочке написано Р = 100 Вт, U = 220 В. Сопротивление R спирали этой лампочки равно

3. Для просветления оптики при помощи тонких пленок используется явление а) дифракции; б) интерференции; в) дисперсии; г) поляризации.

4.По закону Малюса интенсивность I плоско-поляризованного света, прошедшего через поляризатор, определяется выражением

а) I = I0 cosϕ; б) I = I0 sin ϕ, в) I = I0 sin2 ϕ, г) I = I0 cos2 ϕ.

5.Зависимость тока от напряжения в фотоэффекте правильно изображена на рисунке

45

Образцы экзаменационных билетов

Билет № 1

1.Электрические заряды. Закон сохранения заряда. Взаимодействие зарядов. Закон Кулона и его экспериментальная проверка.

2.Квантование физических величин. Квантовые числа. Принцип Паули. Периодическая система элементов Менделеева.

3.Чему равен период d дифракционной решетки, если расстояние между зеле-

ными линиями ртути (λ = 546 нм) в спектре второго порядка x = 100 мм. Расстояние от решетки до экрана а = 1 м.

Билет № 2

1.Проводники в электрическом поле. Особенности электрического поля в проводниках. Электростатическая защита. Емкость уединенного проводника. Емкость шара.

2.Основы фотометрии. Световой поток, сила света, освещенность. Основной закон освещенности.

3.Элемент с ЭДС ε = 1,5 В имеет внутреннее сопротивление r = 0,1 Ом. Найти напряжение U на внутреннем участке цепи, внешнее сопротивление R и КПД η источника при токе I = 0,2 А.

Билет № 3

1.Магнитное поле. Закон Био-Савара-Лапласа. Принцип суперпозиции. Магнитное поле прямого проводника.

2.Дифракция на щели. Вывод основной формулы для дифракции на щели.

3.В плоском горизонтальном конденсаторе заряженная капелька ртути находится в равновесии при напряженности электрического поля E = 60 кВ/м. Заряд

капли q = 8 нКл. Найти радиус R капли. Плотность ртути ρ = 13,6 г/см3.

Билет № 4

1.Самоиндукция. Индуктивность. Индуктивность длинного соленоида.

2.Закон Стефана-Больцмана. Закон смещения Вина. Гипотеза Планка. Формула Планка для излучательной способности абсолютно черного тела.

3.На дифракционную решетку нормально падает пучок монохроматического

света. Максимум третьего порядка наблюдается под углом φ = 36°48′ к нормали. Найти постоянную d решетки, выраженную в длинах волн падающего света.

46

Методические указания

Б.И. Бешевли, О.Б. Демина, А.Н. Семко

Под ред. А.Н. Семко

Методические указания для проведения практических занятий по физике для студентов биологического факультета (электричество и оптика)