СОДЕРЖАНИЕ

введение

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО КУРСА

ЛИТЕРАТУРА

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № I

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

А. ЭЛЕКТРОСТАТИКА

Б. ПОСТОЯННЫЙ ТОК

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 2

ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 3

Приложение 1 введение

Изучение курса физики преследует цель выработать у студентов научное мировоззрение на основе диалектико-материалистических представлений о явлениях, происходящих в природе, облегчить вос­приятие более узких курсов, поскольку физика является базовой дисциплиной для большого числа общеинженерных и специальных дисцип­лин. Законы и методы физики широко используются в этих дисциплинах. Кроме того, знание физических основ необходимо инженеру в его пов­седневной практике, ввиду все более тесного переплетения современ­ного производства с физикой. В свою очередь курс физики использует ряд материалов, изложенных в курсах математики и химии.

Изучение физики продолжается в течение четырех семестров, на первом и втором курсах. Всего в процессе изучения физики студенты выполняют шесть контрольных работ, восемь лабораторных работ и сдают два зачета и два экзамена. В соответствии с этим, основной учебный материал в пособии распределен на ряд разделов. В каждом из них содержатся методические указания к самостоятельной работе с учебником И.В.Савельева "Курс общей физики", примеры решения за­дач, и контрольное задание. Кроме того, в пособии даны общие мето­дические указания и некоторые справочные таблицы.

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Работа студента-заочника по изучению курса физики складывается из следующих видов работ: самостоятельного изучения физики по учеб­ным пособиям, работы в контакте с преподавателями кафедры физики, решения задач, выполнения контрольных и лабораторных работ, сдачи зачетов и экзаменов.

Самостоятельное изучение курса физики по учебным пособиям

Самостоятельная работа с учебными пособиями является главным видом работы студента-заочника. Здесь рекомендуется следующее:

1. Изучать курс физики систематически в течение всего учебного процесса. Изучение физики в сжатые сроки перед экзаменом не даст глубоких и прочных знаний.

2. В качестве основного учебного пособия студенты могут исполь­зовать курс общей физики И.В.Савельева изд. 1989-1992 гг. как наи­более строгий в рамках втуза и наиболее распространенный. Кроме того, в каждом разделе настоящего УМД содержатся методические ука­зания по работе с этим учебником. Однако курс физики можно изучать и по другим учебным пособиям, охватывающим все вопросы приведенной ниже рабочей программы. При этом важно, выбрав какое-нибудь посо­бие за основное по определенной части курса, придерживаться данного пособия, пока не будет изучена эта часть курса. Замена одного по­собия другим в процессе изучения может привести к утрате логической связи между отдельными вопросами. С другой стороны,если выбранное пособие не дает полного или ясного ответа на некоторые вопросы программы, необходимо обращаться к другим учебным пособиям.

3. При чтении учебного пособия составлять конспект, в котором записывать законы и формулы, выражающие эти законы, определения физических величин и единиц их измерения, делать чертежи и решать типовые задачи. При решении задач следует пользоваться системой единиц СИ.

4. Самостоятельную работу по изучению курса физики подвергать систематическому самоконтролю. Для этого после изучения очередного раздела курса следует ставить вопросы и отвечать на них. Вопросы для самоконтроля и ответы на них должны касаться основных физичес­ких законов, математической записи этих законов и границ их примени­мости, определения физических величин и единиц их измерения. При этом надо использовать рабочую программу курса.

Решение задач

Систематическое решение задач - необходимое условие успешного изучения курса физики. Решение задач помогает уяснить смысл физи­ческих законов, закрепляет в памяти формулы, прививает навыки практического применения теоретических знаний. При решении задачи рекомендуется следующее:

I. После слова "дано" выписать все величины с их числовыми зна­чениями, которые будут использованы в процессе решения задачи. Числовые значения, исключая те случаи, когда определяются безраз­мерные отношения, тут же переводить в систему СИ, проставляя рядом

соответствующие наименования. После слова "найти" выписать все искомые величины (или отношения величин) со знаком вопроса.

2. Указать те основные законы и формулы, на которых базируется решение данной задачи, и привести их словесную формулировку.. Разъяс­нить смысл буквенных обозначений, входящих в исходную формулу. Если такая формула является частным случаем фундаментального зако­на, то ее необходимо вывести из этого закона, используя граничные условия.

3. Сделать чертеж или график, поясняющий содержание задачи (в тех случаях, когда это возможно). Выполнить его надо аккуратно, желательно размером на полстраницы, при помощи карандаша, циркуля, линейки, лекал. На чертеже или графике чернилами должны быть нане­сены обозначения всех буквенных величин, которые используются в расчетных формулах и могут быть пояснены чертежом.

4. Каждый этап решения задачи сопровождать краткими, но исчерпы­вающими пояснениями.

5. Физические задачи весьма разнообразны, и дать единый рецепт их решения невозможно. Однако, как правило, физические задачи сле­дует решать в общем виде, т.е. выразить искомую величину в буквен­ных обозначениях величин, заданных в условиях задачи и взятых из таблицы. При этом способе не производятся вычисления промежуточных величин; числовые значения подставляются только в окончательную (рабочую) формулу, выражающую искомую величину. Рабочая формула должна быть записана в рационализованной форме, все величины, входящие в нее, выражены в единицах СИ.

6. Подставить в рабочую формулу наименования единиц (в которых выражены заданные числовые значения) и, путем упрощающих действий с ними, убедиться в правильности наименования искомой величины.

7. Подставить в рабочую формулу числовые значения, выраженные в единицах одной системы, рекомендуется - в СИ. Несоблюдение этого правила приводит к неверному результату. Исключение из этого правила допускается лишь для тех однородных величин, которые вхо­дят в виде сомножителей в числитель и знаменатель формулы с одина­ковыми показателями степени. Такие величины можно выразить в любых единицах, но обязательно в одинаковых.

8. Произвести расчетные действия с величинами, подставленными в рабочую формулу, записать в ответе числовое значение и сокращен­ное наименование единиц измерения искомой величины.

9. При подстановке в рабочую формулу, а также при выражении ответа числовые значения величин записывать как произведение де­сятичной дроби с одной значащей цифрой перед запятой на десять в соответствующей степени. Например, вместо 3520 надо записать 3,52*10³, вместо 0,00129 записать 1,29*10^-3 и т.д. Рекомендуемая запись числовых значений облегчает расчетные действия с ними, яв­ляется более компактной и наглядной.

10. Оценить правдоподобность числового ответа. В ряде случаев такая оценка помогает своевременно обнаружить ошибочность получен­ного результата и устранить ее. Например, коэффициент полезного действия тепловой машины не может быть больше единицы, электричес­кий заряд не бывает меньше электронного заряда l= 1,6*10^-19 Кл, скорость тела не может превзойти скорость света в вакууме l=З*10⁸ м/с и т.д.

Чтобы приобрести необходимые навыки в решении задач и подгото­виться к выполнению контрольной работы, следует после изучения очередного раздела курса физики внимательно разобрать помещенные ниже примеры решения типовых задач.

Выполнение контрольных работ

Студенты в процессе изучения курса физики выполняют шесть кон­трольных работ по следующим разделам курса:

контрольная работа № I "Механика";

контрольная работа № 2 "Электростатика и постоянный ток";

контрольная работа № 3 "Электромагнетизм";

контрольная работа № 4 "Колебания и волны";

контрольная работа № 5 "Волновые процессы, волновая и квантовая оптика";

контрольная работа № 6 "Элементы квантовой физики и физики твердого тела". "Статистическая физика и термодинамика".

При выполнении контрольных работ студенту необходимо руководст­воваться следующим:

I. Контрольные работы от первой до последней выполняются только по условиям задач данного пособия. Замена какой-либо контрольной работы другой, взятой из аналогичного пособия, но другого года из­дания, не допускается.

2. Контрольные работы выполняются в обычной школьной тетради в клетку, на первой странице которой наклеивается специальный бланк, выдаваемый деканатом.

3. Контрольная работа выполняется чернилами темного цвета (черного или синего). Для замечаний преподавателя на страницах тетради оставляются поля. Каждая следующая задача должна начинать­ся с новой страницы. Условия задач переписываются полностью без сокращений. Задачи нумеруются теми же номерами, которые указаны в контрольном задании.

4. Решение задач выполняется в соответствии с правилами, изло­женными в разделе "Решение задач" (см. с. 4-6). В задачах, отме­ченных звездочкой, необходимо сделать поясняющий черте» или график.

5. После получения из института прорецензированной работы сту­дент обязан выполнить все указания рецензента.

6. Во избежание одних и тех же ошибок очередную работу следует высылать в институт только после внимательного ознакомления с рецензией на предыдущую работу.

7. Если контрольная работа после рецензирования не зачтена, студент представляет ее на повторную рецензию, исправив решения тех задач, которые оказались выполненными неверно.;При этом все исправления, дополнения, повторные решения задач, вытекающие из требований рецензента, выполняются в этой же тетради на свободных страницах. Нельзя делать исправления в том же месте, где допущены ошибки. Если исправления выполняются в отдельной тетради, то эта тетрадь обязательно представляется вместе с незачтенной работой.

8. Если контрольная работа зачтена, но рецензентом указано на необходимость внести какие-либо дополнения, пояснения или исправ­ления в решения задач, то все они должны быть выполнены до экзамена.

9. При получении экзаменационного билета экзаменатору предъяв­ляются зачтенные работы. Студент должен быть готов дать во время экзамена пояснения по существу решения задач, входящих в его кон­трольные работы.

10. Срок действия зачтенных контрольных работ, по тематике ко­торых не сдан экзамен - два года, считая с момента зачтения первой контрольной работы.

Использование программируемых микрокалькуляторов при решении физических задач

Применение программируемых микрокалькуляторов (ПМК) позволяет существенно сократить время, затраченное на решение задач за счет автоматизации расчетов.

Работа с ПМК предполагается как в автоматическом режиме, так и в режиме "Программирование". Режим "Программирование" рекомендует­ся использовать в тех случаях, когда необходимо провести серию вычислений по одной рабочей формуле, меняя значения входящих в нее параметров с целью построения графиков для анализа исследуемых зависимостей физических величин.

Для всех задач, объем вычислений в которых делает целесообраз­ным использование ПМК в режиме "Программирование", в приложении приведены соответствующие программы и инструкции работы с ними.

Программы составлены для ПМК "Электроника МК-56". Они могут быть также использованы и при работе с ПМК "Электроника МК-54", "Электроника MK-6I", "Электроника Б3-34". Помните, что примене­ние ПМК экономит Ваше время!

Выполнение лабораторных работ

Лабораторные работы служат связующим звеном теории и практики. Они позволяют углублять и закреплять теоретические знания, проверять физические положения и законы экспериментальным путем, приобретать навыки в обращении с оборудованием, приборами и материалами, изу­чать на практике методы научных исследований.

Выполнение лабораторных работ является обязательным для всех студентов МТУСИ.

Лабораторные занятия проводятся преподавателями кафедры физи­ки с группами студентов из расчета 10-15 человек на одного пре­подавателя .

Каждый студент выполняет лабораторные работы в соответствии с индивидуальным графиком, сообщаемым ему преподавателем на первом занятии. Все исполняемые студентом лабораторные работы оформляются в отдельной тетради, с которой он после завершения работ приходит, сдавать зачет. После сдачи зачета эта тетрадь у студента отбирается.

Каждый студент обязан являться на очередное лабораторное заня­тие, имея в тетради заранее подготовленный конспект к той работе, которая будет им выполняться. Кроме того, он обязан быть подготов­ленным для предварительного собеседования с преподавателем по тео­рии и методике, связанными с выполнением данной работы. Конспект к лабораторной работе составляется по сборнику описаний лабораторных работ. Он должен содержать краткое изложение теоретического введе­ния к ней, схематический чертеж лабораторной установки, расчетные формулы, поясняющие графики, таблицы, в которые будут заноситься результаты измерений и расчетов. Теоретическая подготовка студента заключается в проработке им рекомендуемых параграфов курса физики по приводимым в конце описания к работе литературным источникам, в ознакомлении по сборнику описаний лабораторных работ с содержа­нием, методикой и принципами измерений, касающимися данной работы. Неподготовленные студенты к выполнению лабораторных работ не до­пускаются .

По завершении лабораторного практикума на первом и втором кур­сах студенты сдают зачет. Во время сдачи зачета студентам предлага­ется ответить на ряд вопросов, тематика которых соответствует раз­делам курса, изучаемым при прохождении практикума, методики и принципам измерений, при выполнении работ, устройству лабораторных установок. По усмотрению преподавателя студенту могут быть предложе­ны задачи на тему выполненных им работ, а также на определение пог­решности измерения.

Срок действия выполненных лабораторных работ, не завершенных зачетом - один год, считая с момента выполнения последней лабора­торной работы.

Сдача зачетов и экзаменов

К сдаче зачета или экзамена допускаются студенты, выполнившие установленное число контрольных и лабораторных работ. Контрольные работы, зачтенные рецензентом с подписью преподавателя, проверив­шего исправления, предъявляются экзаменатору.

При сдаче экзамена или зачета студент должен обнаружить знание курса физики в объеме, установленном программой, и умение решать физические задачи, а также готовность дать пояснения по существу решений задач, входящих в его контрольные работы.

В соответствии с учебным планом студенты МТУСИ сдают два зачета и два экзамена. Зачет в конце первого семестра первого курса сдается по разделу "Механика". В конце второго семестра первого курса сдается экзамен по разделам "Электростатика, постоянный ток" и "Электромагнетизм". В конце третьего семестра (на втором курсе) сдается экзамен по разделам "Колебания и волны", "Волновая и квантовая оптика". Завершается изучение курса физики в четвертом семестре сдачей зачета по разделам "Элементы квантовой физики и физики твердого тела", "Статистическая физика и термодинамика".

СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО КУРСА .

ВВЕДЕНИЕ

Предмет физики и ее связи со смежными науками. Общие методы исследования физических явлений. Развитие физики и техники и их взаимное влияние друг на друга. Успехи физики в течение последних десятилетий и характеристика ее современного состояния. Многооб­разие и значение практических применений физики.

I. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ

Механика, ее разделы и основные этапы развития. Учение диалек­тического материализма о формах движения материи. Физическое содержание механики. Классическая механика.

1. Основные законы движения. Меха­ническое движение. Системы отсчета и системы координат. Понятие материальной точки. Движение материальной точки. Перемещение и путь, скорость, ускорение, тангенциальная и нормальная составляю­щие ускорения. Движение материальной точки по окружности. Связь между векторами линейных и угловых скоростей и ускорений.

Инерция, масса, импульс (количество движения), сила. Законы Ньютона, их физическое содержание и взаимная связь.Понятие об инерциальных и неинерциальных системах отсчета. Сложение скоростей в классической механике. Механический принцип относительности. Преобразование координат Галилея. Границы применимости классичес­кой механики.

2. Законы сохранения. Закон сохранения импульса. Работа и мощность. Работа переменной силы. Кинетическая и потенциальная энергии. Закон сохранения энергии в механике. Консервативные и диссипативные системы. Применение законов сохране­ния импульса и энергии к упругому и неупругому ударам.

3. Твердое тело как система час­тиц. Понятие абсолютно твердого тела. Поступательное и враща­тельное движение твердого тела. Применимость законов кинематики и динамики материальной точки к поступательному движению твердого тела. Угол поворота, угловая скорость, угловое ускорение - кинема­тические характеристики вращательного движения твердого тела. Центр инерции (массы) твердого тела. Вращение твердого тела вокруг неподвижной оси, его момент инерции и кинетическая энергия. Основ­ной закон динамики вращательного движения. Закон сохранения момента импульса для системы тел. Работа и мощность при вращательном дви­жении.

4. Силы упругости и трения. Упругое тело. Закон Гука для основных видов деформаций. Потенциальная энергия упруго деформированного тела. Сила трения.

5. Силы тяготения. Понятие о поле тяготения. Закон всемирного тяготения. Центральные силы. Понятие о напряжен­ности и потенциале гравитационного поля.

6. Элементы теории относительноcти.Постулаты теории относительности. Преобразования Лоренца. Релятивистское изменение длин и промежутков времени. Релятивистс­кий закон сложения скоростей. Понятие о релятивистской механике. Закон изменения массы со скоростью. Взаимосвязь массы и энергии.

2. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ

А. Электростатика

1. Электрическое поле в вакууме. Атомистичность заряда. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона. Поле и вещество как две основные формы материи. Напряженность электрического поля. Силовые линии поля. Поток век­тора напряженности. Теорема Гаусса и ее применение к вычислению напряженности полей. Принцип суперпозиции полей. Работа сил поля при перемещении зарядов. Циркуляция вектора напряженности. Потен­циальный характер электростатического поля. Потенциальная энергия взаимодействия точечного заряда с электростатическим полем. Потен­циал электростатического поля. Эквипотенциальные поверхности. Градиент потенциала. Связь между напряженностью и потенциалом. Потенциал поля точечного заряда, системы точечных зарядов, заряжен­ной сферы.

2. Электрическое поле в диэлек­триках . Проводники и диэлектрики. Свободные и связанные заряды. Полярные и неполярные диэлектрики. Ориентационная и дефор­мационная поляризация диэлектриков. Вектор поляризации. Напряжен­ность поля в диэлектрике. Теорема Гаусса для поля в диэлектрике. Электрическое смещение. Диэлектрическая проницаемость и ее физи­ческий смысл. Электрическое поле на границе двух диэлектриков. Понятие о пьезоэлектрическом эффекте и сегнетоэлектриках.

3. Проводники в электростатичес­ком поле. Распределение зарядов в проводниках. Связь между напряженностью поля у поверхности проводника и поверхностной плотностью зарядов. Электроемкость проводников. Конденсаторы.

4. Энергия электростатического поля. Энергия системы неподвижных точечных зарядов, заряжен­ного проводника, электростатического поля. Объемная плотность энергии электростатического поля.

Б. Постоянный ток

I. Законы постоянного тока. Сила тока. Вектор плотности тока. Разность потенциалов, электродвижущая сила и напряжение. Законы Ома и Джоуля-Ленца. Дифференциальная форма законов Ома и Джоуля-Ленца. Закон Ома для полной цепи и для неод­нородного участка цепи. Законы Кирхгофа для разветвленных цепей.

8. Электропроводность металлов. Классическая теория электропроводности. Экспериментальные доказа­тельства электронной природы тока в металлах. Вывод законов Ома и Джоуля-Ленца из классической теории электропроводности. Зависи­мость сопротивления металлов от температуры. Сверхпроводимость.

Трудности классической теории электропроводности.

3. Термоэлектронная эмиссия и контактные явления. Термоэлектронная эмиссия и ее практическое применение. Контактная разность потенциалов. Термоэлектричество. Термопара.

В. Электромагнетизм

1. Магнитное поле. Магнитное взаимодействие токов. Закон Ампера. Вектор индукции магнитного поля. Сила Лорен­ца. Эффект Холла. Закон Био-Савара-Лапласа для элемента тока. Магнитное поле движущегося заряда. Применение закона Био-Савара-Лапласа для расчета магнитных полей прямолинейного и кругового токов. Магнитный момент кругового тока. Магнитный поток. Работа перемещения контура с током в магнитном поле.

2. Магнитные свойства веществ. Магнитные моменты атомов. Атом в магнитном поле. Намагничивание вещества. Напряженность магнитного поля. Циркуляция напряженности магнитного поля. Закон полного тока. Вихревой характер магнитного поля. Поле соленоида. Магнитная восприимчивость и магнитная прони­цаемость. Деление вещества на диамагнетики, парамагнетики и ферро­магнетики. Зависимость намагничивания маг нетиков от напряженности магнитного поля и температуры. Точка Кюри. Гистерезис.

3. Электромагнитная индукция. Воз­никновение индукционного тока. Электродвижущая сила индукции. За­коны Фарадея и Ленца.Вывод ЭДС индукции из закона сохранения энергии. Электронный механизм возникновения ЭДС индукции. Самоин­дукция и взаимоиндукция. Индуктивность. Энергия магнитного поля. Объемная плотность энергии магнитного поля. Вихревые токи.

4. Уравнения Максвелла. Токи смещения. Уравнения Максвелла в интегральной форме, их связь с эксперимен­тально установленными законами электричества и магнетизма. Мате­риальность электромагнитного поля.

3. КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ

I. Колебания (механические и электромагнитные). Об­щий признак колебательного движения. Колебательные системы с одной степенью свободы: пружинный маятник, математический и физический маятники, контур Томсона. Гармонические колебания, их общая харак­теристика. Дифференциальное уравнение гармонически колеблющихся систем и его решение. Определение периодов колебаний. Энергия гармонического колебательного движения. Затухающие колебания. Диф­ференциальное уравнение затухающих колебаний и его решение. Зави­симость амплитуды от времени. Логарифмический декремент затухания. Частота затухающих колебаний. Апериодическое движение. Вынужденные колебания. Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний. Резонанс и резонансная частота.

Сложение одинаково направленных гармонических колебаний с рав­ными и мало отличающимися частотами (биения). Сложение взаимно перпендикулярных гармонических колебаний с равными и кратными час­тотами. Фигуры Лиссажу.

2. Волны (упругие и электромагнитные). Волны в упругой среде, механизм их образования. Продольные и поперечные волны. Скорость распространения упругих волн. Уравнение волны.

Электромагнитные волны. Уравнение электромагнитной волны как решение уравнений Максвелла. Скорость распространения электромаг­нитных волн.

Фазовая и групповая скорости. Перенос энергии волнами. Вектор Умова-Пойнтинга.

4. ВОЛНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ. ВОЛНОВАЯ И КВАНТОВАЯ ОПТИКА

I. Элементы волновой теории света. Корпускулярная и волновая теории света. Электромагнитная природа света. Принцип Гюйгенса и его применение для вывода за­конов отражения и преломления света. Показатель преломления. Полное внутреннее отражение.

2. Интерференция волн. Когерентные волны. Разность фаз и условия усиления и ослабления волн. Распределение энергии в интерференционных явлениях. Стоячие волны. Уравнение стоячей волны. Узлы и пучности. Особенности отражения волн на гра­нице двух сред. Способы получения когерентных световых волн: щели Юнга, зеркала и би-призмы Френеля. Принцип суперпозиции волн. Интерференционная картина, образуемая двумя когерентными источни­ками света. Интерференция в тонких пленках. Геометрическая, опти-

ческая и полная разность хода. Полосы равной толщины и равного наклона.

3. Дифракция света. Дифракция и условия ее наблюдения. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Прямоли­нейное распространение света. Дифракция света на одиночных отверс­тиях и экранах. Дифракция в параллельных лучах: щель и дифракцион­ная решетка. Применение дифракционной решетки. Дифракция на прост­ранственной решетке. Формула Брегга-Вульфа. Исследование структуры кристаллов.

4.Дисперсия света. Призматический и дифрак­ционный спектры. Понятие об электронной теории дисперсии. Нормаль­ная и аномальная дисперсии,

5. Поляризация света. Естественный и поля­ризованной свет. Поляризация при отражении и преломлении. Закон Брюстера (без вывода). Двойное лучепреломление и его объяснение. Призма Николя. Закон Малюса. Поляроиды и их применение. Искусствен­ная анизотропия. Эффект Керра.

6. Тепловое излучение. Тепловое излучение среди других типов излучения. Равновесное излучение. Лучеиспуска­тельная и поглощательная способности тел. Абсолютно черное тело. Закон Кирхгофа. Закон Стефана-Больцмана. Распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела. Закон смещения Вина. Квантовая гипотеза и формула Планка. Связь между формулой Планка и законами Стефана-Больцмана и Вина. Оптическая пирометрия.

7. Фотоэлектрический эффект, эф­фект Комптона, давление света. Фотоэлектрический эффект (внешний и внутренний). Основные экспери­ментальные законы внешнего фотоэффекта. Фотоны. Уравнение Эйнштей­на. Фотоэлементы и их применение.

Эффект Комптона и его теория. Масса и импульс фотона.

Давление света. Электромагнитное и корпускулярное объяснение давления света (последнее с выводом формулы).

5. ЭЛЕМЕНТЫ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ, КВАНТОВОЙ СТАТИСТИКИ И ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Краткий очерк развития представлений о строении атомов. Опыт Резерфорда по рассеянию веществом быстрых -частиц. Ядерная модель атома.

1. Теория Бора. Несостоятельность классической теории атома. Постулаты Бора и происхождение линейчатых спектров. Квантование как способ отбора стационарных состояний электронов атома. Атом водорода и его спектр по теории Бора. Затруднения тео­рии Бора.

2 . Элементы квантовой механики. Опытное обоснование корпускулярно-волнового дуализма материи. Фор­мула де-Бройля. Границы применимости классической механики. Соотно­шение неопределенностей. Волновая функция и ее статистический смысл. Уравнение Шредингера и его применение к свободному электро­ну и к "электрону в ящике".

3 . Периодическая система элемен­тов и спектры. Опыт Штерна и Герлаха. Спин электрона. Квантовые числа. Принцип Паули. Распределение электронов в атоме.

4. Элементы зонной теории твер­дых тел. Распределение энергетических уровней электронов и возникновение энергетических зон при образовании кристаллической решетки из атомов. Возможное перекрытие зон. Принцип Паули и заполнение энергетических зон электронами. Вырождение электронного газа в металле. Понятие о статистике Ферми. Энергия Ферми. Деление твердых тел на изоляторы, металлы и полупроводники. Квантовая теория электропроводности.

Проводимость полупроводников. Собственная электронная и дырочная проводимости. Примеси и их влияние на механизм проводимости. Зави­симость сопротивления полупроводников от температуры.

6. СТАТИСТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА

Термодинамический и молекулярно-кинетический методы изучения макроскопических тел. Термодинамические параметры (давление, объем, температура).

А. Физические основы молекулярно-кинетической теории

Понятие о реальном и идеальном газах. Уравнение состояния иде­ального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона). Смеси газов.

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа. Средняя энергия молекулы, молекулярно-кинетическое толкова-

ние температуры, абсолютная температура. Постоянная Больцмана. Степени свободы молекул. Распределение энергии по степеням свободы. Внутренняя энергия идеального газа.

Понятие о функции распределения. Максвелловское распределение молекул по скоростям. Опыт Штерна. Больцмановское распределение частиц в потенциальном поле. Эффективный радиус молекулы. Число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул.

Б. Физические основы термодинамики

I. Первое начало термодинамики. Внутренняя энергия системы как функция состояния. Количество теп­лоты. Эквивалентность теплоты и работы. Первое начало термодина­мики и его применение к изотермическому, изобарическому и изохорическому процессам. Уравнения и графики этих процессов. Изменение внутренней энергии, работа и количество теплоты, переданное в этих процессах. Молярная и удельная теплоемкости идеальных газов при постоянном объеме и постоянном давлении. Адиабатический процесс. Уравнение Пуассона.

2 . Второе начало термодинамики. Энтропия. Круговые, обратимые и необратимые процессы. Принцип действия тепловой и холодильной машин. Идеальная тепловая машина Карно и ее КПД. Абсолютная шкала температур.

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. Савельев И.В. Курс общей физики. Т. I, 2, 3. - М.: Наука, I977-I98I.

2. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. Высшая школа, 1989.

3. Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики. Т. I, 2, 3. -М.: Наука, 1972.

4. Трофимова Т.И..Курс физики. - М.: Высшая школа, 1990.

Дополнительная

5. Путилов К.А., Фабрикант В.А. Курс физики. Т. I, 2, 3, -М.: Физмтагиз, 1963.

По разделу "Физические основы механики"

6. Стрелков С.П. Механика. - М.: Наука, 1975.

7. Александров Н.В., Яшкин А.Я. Курс общей физики. Механика. -М.: Просвещение, 1978.

Но разделу "Молекулярная физика и термодинамика"

8. Кикоин А.К., Кикоин И.К. Молекулярная физика. - М.: Наука, 1976.

9. Телеснин Р.В. Молекулярная физика. - М.: Высшая школа, 1973.

По разделу "Электричество и магнетизм"

10. Гершензон Е.М., Малов Н.Н. Курс общей физики. Электричество и магнетизм. - М.: Просвещение, I960.

11. Калашников С.Г. Электричество. - М.: Наука, 1977.

По разделу "Колебания и волны"

12. Горелик Г.С. Колебания и волны. - М.: Физматгиз, 1959. По разделу "Волновые процессы, волновая и квантовая оптика"

13. Ландсберг Г.С. Оптика. - М.: Наука, 1976.

По разделу "Физика атома и ядра, элементарные частицы, квантовая теория твердых тел"

14. Гольдин Л.Л., Новикова Г.И. Введение в квантовую физику. -М.: Наука, 1988.

15. Шпольский Э.В. Атомная физика. - М.: Наука, 1974.

16. Фриш Д., Торндайк А. Элементарные частицы. - М.: Атомиздат, 1966.

Задачники и пособия по единицам физических величин

17. Фирганг Е.В. Руководство к решению задач по курсу общей физики. - М.: Высшая школа, 1978.

18. Волькенштейн B.C. Сборник задач по общему курсу физики. -М.: Наука, 1973.

19. Чертов А.Г., Воробьев А.А., Федоров М.Ф. Задачник по физике. М.: Высшая школа, 1993.

20. Сена Л.А. Единицы физических величин и их размерности. -М.: Наука, 1977.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЙ

Настоящие методические указания имеют своей целью облег­чить студенту-заочнику ориентацию и выбор необходимых материа­лов по [I] в соответствии с вопросами, сформулированными в ра­бочей программе курса физики, изучаемого во ВЗЗИС.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ ( [I] , т.1. ч. I)

Механика, ее разделы и основные этапы развития. Учение диалектического материализма о формах движения материи. Физи­ческое содержание механики. Классическая механика. Прочитать. Введение (с. 9-14) ; §6.

Дополнение. Механика - раздел физики, изучающий наиболее простой вид движения - перемещение материальных тел или их час­тей друг относительно друга. Основные разделы механики: стати­ка, изучающая законы сложения сил и условия равновесия твердых, жидких и газообразных тел; кинематика, изучающая механическое движение тел вне связи с определяющим его взаимодействием меж­ду телами; динамика, изучающая движение тел как результат вза­имодействия между ними.

Основные этапы развития механики. Начало развития механи­ки связано с именем Галилея, который впервые поставил изучение механики, на научную почву, связав ее с экспериментом. Он открыл закон инерции, механический принцип относительности, изучая эк­спериментально движения тел в различных условиях. Однако меха­ника как наука в смысле открытия ее основных законов начинает­ся с Ньютона, который в ХVII в. установил три закона механики (закон инерции известен как I-й закон Ньютона). Поело открытия Ньютоном закона всемирного тяготения положения механики успешно были применены для описания движения планет солнечной системы. Начиная с ХVIII в. законы механики находят широкое применение в различных областях науки и техники.

Большие успехи механики приводили к попыткам сведения всех физических явлений к механическим. Такой подход не всегда при­водил к успеху. Поэтому в XX в. механика продолжает свое разви­тие уже вне классической формы: создаются теория относительнос­ти (движение тел с около световыми скоростями) и квантовая ме­ханика (теория движения микрочастиц). Эта новая механика установила границы применимости законов классической механики, зало­женных Ньютоном.