Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Контрольная по физике № 3 декабрь 2013г

..pdf
Скачиваний:
25
Добавлен:
26.02.2016
Размер:
454.75 Кб
Скачать

Негосударственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Камский институт гуманитарных и инженерных технологий»

Факультет нефти и газа Кафедра «Математические и естественнонаучные дисциплины»

Е.Л. Бусыгина

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению контрольной работы

по дисциплине «ФИЗИКА» Часть 3: Оптика. Квантовая физика. Физика ядра

Для студентов заочной формы обучения направления подготовки

131000.62 «Нефтегазовое дело»

Ижевск 2012

Рецензент: доцент кафедры «Математический анализ» ГОУ ВПО «Удмуртский государственный университет» кандидат физикоматематических наук, доцент А.Е. Ирисов

Рассмотрена и утверждена на заседании кафедры Математических и естественнонаучных дисциплин Протокол № 2 от «10» октября 2012 года

Рекомендовано к изданию УМС

Протокол № 2 от «30» ноября 2012г.

Бусыгина Е.Л. Методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине «Физика». Часть 3: Оптика. Квантовая физика. Физика ядра. – Ижевск: Изд-во НОУ ВПО КИГИТ, 2012. – 36 с.

Методические указания к выполнению контрольной работы рекомендованы для студентов заочной формы обучения направления подготовки 131000.62 «Нефтегазовое дело» для полного срока обучения

© Е.Л. Бусыгина, 2012

2

ВВЕДЕНИЕ

Для студента заочного отделения основной формой обучения является самостоятельная работа над учебным материалом. Для облегчения этой работы в течение всего семестра организуется чтение лекций, проведение практических занятий и лабораторных работ. Поэтому процесс изучения физики состоит из следующих этапов:

1)проработка лекционного материала;

2)самостоятельная работа над учебниками и учебными пособиями;

3)выполнение домашних контрольных работ;

4)выполнение и защита работ лабораторного практикума;

5)сдача зачетов и экзаменов.

При самостоятельной работе над учебным материалом необходимо:

1)составлять конспект, в котором записывать законы и формулы, выражающие эти законы, определения основных физических понятий и сущность физических явлений и методов исследования;

2)изучать курс физики систематически, т.к. в противном случае материал будет усвоен поверхностно;

3)стараться пользоваться каким-то одним учебником или учебным пособием (или ограниченным числом пособий), чтобы не утрачивалась логическая связь между отдельными вопросами изучаемого раздела курса.

Контрольная работа позволяет закрепить теоретический материал. Решение задач в контрольной работе является проверкой степени усвоения студентом теоретического курса, а рецензии на работу помогают ему доработать и правильно освоить изучаемые модули курса физики. Перед выполнением контрольной работы студенту необходимо внимательно ознакомиться с примерами решения задач по данной контрольной работе, уравнениями и формулами, а также со справочными материалами. Прежде чем приступить к решению той или иной задачи, студент должен хорошо понять ее содержание и поставленные в ней вопросы.

ПРАВИЛА ОФОРМЛЕНИЯ РАБОТЫ

При выполнении контрольной работы необходимо соблюдать следующие правила:

необходимо правильно выбрать вариант контрольной работы: номер варианта соответствует двум последним цифрам студенческого билета (зачетной книжки);

контрольную работу выполнять в тетради либо на листах формата А4;

на титульном листе указывать номер контрольной работы, номер варианта, наименование дисциплины, фамилию и инициалы студента, шифр специальности и номер группы;

контрольную работу следует выполнять аккуратно, оставляя поля для замечаний рецензента;

3

задачу своего варианта переписывать полностью без сокращений, а заданные физические величины выписать отдельно, при этом все числовые величины должны быть переведены в систему СИ;

для пояснения решения задачи, где это нужно, аккуратно сделать чертеж;

решение задач и используемые формулы должны сопровождаться краткими пояснениями, в пояснениях к задаче необходимо указывать те основные формулы и законы, на которых базируется решение задачи;

решение задачи необходимо сначала сделать в общем виде, т.е. только в буквенных обозначениях, поясняя применяемые при написании формул буквенные обозначения; при получении расчетной формулы, которая нужна для решения конкретной задачи, обязательно приводить ее вывод;

вычисления следует проводить путем подстановки заданных числовых величин в расчетную формулу; все числовые значения величин, необходимые для решения данной задачи, должны быть выражены в системе СИ;

проверить единицы измерения величин по расчетной формуле и тем самым подтвердить ее правильность;

константы (постоянные) физических величин и другие справочные данные выбираются из таблиц;

при вычислениях используйте калькулятор, точность расчета определяется числом значащих цифр исходных данных;

в контрольной работе следует указывать учебники и учебные пособия, которые использовались при решении задач;

если контрольная работа преподавателем не зачтена, то необходимые дополнения и исправления следует выполнять в той же тетради в конце работы; исправления в тексте незачтенной задачи не допускаются;

буквенные обозначения величин, используемые при решении задач, должны соответствовать общепринятым;

контрольная работа сдается на проверку не позднее, чем за месяц до начала экзаменационной сессии; сдача работ в период сессии не допускается.

Контрольные работы, представленные без соблюдения указанных правил, а также работы, выполненные не по своему варианту, рассматриваться не будут. При возвращении работы на повторное рецензирование обязательно представлять работу с первой рецензией.

4

ВАРИАНТЫ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

ВАРИАНТ 1

1.На плоскопараллельную стеклянную пластинку (n =1,5) толщиной 6 см падает под углом 35° луч света. Определить боковое смещение луча, прошедшего сквозь эту пластинку.

2.Определить постоянную дифракционной решетки, если она в первом

порядке разрешает две спектральные линии калия (λ1=578 нм и λ2=580 нм). Длина решетки 1 см.

3.Определите, во сколько раз уменьшится интенсивность естественного света, прошедшего через два поляризатора, расположенные так, что угол между их главными плоскостями равен 45°, а в каждом из николей теряется 5% интенсивности падающего на него света.

4.Фотон с длиной волны 100 пм рассеялся под углом 180° на свободном электроне. Определите в электрон-вольтах кинетическую энергию электрона отдачи.

5.Используя теорию Бора, определите изменение орбитального механического момента электрона при переходе его из возбужденного

состояния (n = 2) в основное с испусканием фотона с длиной волны λ = 1,212·10-7 м.

6.Электрон движется в атоме водорода по первой боровской орбите. Принимая, что допускаемая неопределенность скорости света составляет 1% от ее числового значения, определите неопределенность координаты электрона. Применимо ли в данном случае для электрона понятие траектории?

7.Заполненной электронной оболочке соответствует главное квантовое число n = 3. Определите число электронов в этой оболочке, которые имеют следующие одинаковые квантовые числа: ms = -½ и ml = 0.

8.Определите в электрон-вольтах максимальную энергию Е фотона, который может возбуждаться в кристалле KCl, характеризуемом температурой Дебая TD = 227 К. Фотон какой длины волны λ обладал бы такой энергией?

9.Определите длину волны, при которой в примесном полупроводнике еще возбуждается фотопроводимость.

10.В процессе осуществления реакции γ10 e++10e энергия фотона была равна 2,02 МэВ. Определите полную кинетическую энергию позитрона и электрона в момент их возникновения.

11.Определите, какие законы сохранения нарушаются в приведенном ниже способе распада: p + p p +π + .

5

ВАРИАНТ 2

1.Необходимо изготовить плосковыпуклую линзу с оптической силой 6 дптр. Определить радиус кривизны выпуклой поверхности линзы, если показатель преломления материала линзы равен 1,6.

2.Узкий параллельный пучок монохроматического рентгеновского излучения падает на грань кристалла с расстоянием 0,28 нм между его атомными плоскостями. Определить длину волны рентгеновского излучения, если под углом 30° к плоскости грани наблюдается дифракционный максимум второго порядка.

3.Предельный угол полного отражения для пучка света на границе кристалла каменной соли в воздухом равен 40,5°. Определите угол Брюстера при падении света из воздуха на поверхность этого кристалла.

4.Черное тело нагрели от температуры T1 = 500 К до Т2 = 2000 К. Определите: 1) во сколько раз увеличилась его энергетическая светимость;

2)как изменилась длина волны, соответствующая максимуму спектральной плотности энергетической светимости.

5.Определите максимальную и минимальную энергии фотона в ультрафиолетовой серии спектра атома водорода (серии Лаймана).

6.ψ-функция некоторой частицы имеет вид ψ = Ar ear , где r – расстояние до этой частицы от силового центра, а – постоянная. Определите среднее расстояние r частицы от силового центра.

7.Определите, сколько различных волновых функций соответствует главному квантовому числу n = 5.

8.Покажите, что при малом параметре вырождения распределения БозеЭйнштейна и Ферми-Дирака переходят в распределение МаксвеллаБольцмана.

9.Германиевый образец нагревают от 0 до 17 ºС. Принимая ширину запрещенной зоны кремния 0,72 эВ, определите, во сколько раз возрастет

его удельная проводимость.

10.Определите в %, какая часть начального количества ядер радиоактивного изотопа останется нераспавшейся по истечение времени t, равного трем средним временам жизни τ радиоактивного ядра.

11.Определите, какие законы сохранения нарушаются в приведенном ниже способе распада: π +n → Λ0 + K .

6

ВАРИАНТ 3

1.Определить, на какую высоту необходимо повесить лампочку мощностью 300 Вт, чтобы освещенность расположенной под ней доски была равна 50 лк. Наклон доски составляет 35°, а световая отдача лампочки равна 15 лм/Вт. Принять, что полный световой поток, испускаемый изотропным точечным источником света, Ф0 = 4πI.

2.Плоская световая волна с длиной волны 0,6 мкм падает нормально на диафрагму с круглым отверстием диаметром 1 см. Определить расстояние от точки наблюдения до отверстия, если отверстие открывает: 1) две зоны Френеля; 2) три зоны Френеля.

3.Определите, во сколько раз уменьшится интенсивность естественного света, прошедшего через два поляризатора, расположенные так, что угол между их главными плоскостями равен 45°, а в каждом из николей теряется 5% интенсивности падающего на него света.

4.Фотон с длиной волны 100 пм рассеялся под углом 180° на свободном электроне. Определите в электрон-вольтах кинетическую энергию электрона отдачи.

5.Основываясь на том, что энергия ионизации атома водорода Еi = 13,6 эВ, определите в электрон-вольтах энергию фотона, соответствующую самой длинноволновой линии серии Лаймана.

6.Свободная частица движется со скоростью u. Докажите, что выполняется соотношение vфазu = с2.

7.Минимальная длина волны рентгеновского излучения, полученного от трубки, работающей при напряжении 50 кВ, равна 24,8 пм. Определите по этим данным постоянную Планка.

8.Глубина потенциальной ямы металла составляет 11 эВ, а работа выхода 4 эВ. Определите полную энергию электрона на уровне Ферми.

9.В чистый кремний введена небольшая примесь бора. Пользуясь Периодической системой элементов Д.И. Менделеева, определите и объясните тип проводимости примесного кремния.

10.Определите удельную энергию связи для ядра 126 C , если масса его

нейтрального атома равна 19,9272·10-27 кг.

11.Принимая, что энергия релятивистских мюонов в космическом излучении составляет 3 ГэВ, определите расстояние, проходимое мюонами за время их жизни, если собственное время жизни мюона 2,2 мкс, а энергия покоя

100МэВ.

7

ВАРИАНТ 4

1.Определить, какую длину пути s1 пройдет фронт волны монохроматического света в вакууме за то же время, за которое он проходит путь s2=1,5 мм в стекле с показателем преломления n2=1,5.

2.Дифракционная картина наблюдается на расстоянии 1 м от точечного источника монохроматического света (λ=0,5 мкм). Посередине между источником света и экраном находится диафрагма с круглым отверстием. Определить радиус отверстия, при котором центр дифракционной картины на экране будет наиболее темным.

3.Предельный угол полного отражения для пучка света на границе кристалла каменной соли в воздухом равен 40,5°. Определите угол Брюстера при падении света из воздуха на поверхность этого кристалла.

4.Давление монохроматического света с длиной волны 600 нм на зачерненную поверхность, расположенную перпендикулярно падающему

излучению, равно 0,1 мкПа. Определите число фотонов, падающих на поверхность площадью 10 см2 за 1 с.

5.Основываясь на том, что энергия ионизации атома водорода Еi = 13,6 эВ, определите второй потенциал возбуждения этого атома.

6.Запишите уравнение Шредингера для стационарных состояний электрона, находящегося в атоме водорода.

7.Определите самую длинноволновую линию К-серии характеристического рентгеновского спектра, если анод рентгеновской трубки изготовлен из платины. Постоянную экранирования принять равной единице.

8.Покажите, что при малом параметре вырождения распределения БозеЭйнштейна и Ферми-Дирака переходят в распределение МаксвеллаБольцмана.

9.Определите длину волны, при которой в примесном полупроводнике еще возбуждается фотопроводимость.

10.Определите в %, какая часть начального количества ядер радиоактивного изотопа останется нераспавшейся по истечение времени t, равного трем средним временам жизни τ радиоактивного ядра.

11.Определите, какие из приведенных ниже процессов разрешены законом сохранения странности: 1) p +π → Σ+ K ; 2) p +π K + K + +n .

8

ВАРИАНТ 5

1.В опыте Юнга щели, расположенные на расстоянии 0,3 мм, освещались монохроматическим светом с длиной волны 0,6 мкм. Определить расстояние от щелей до экрана, если ширина интерференционных полос равна 1 мм.

2.На щель шириной 0,2 мм падает нормально монохроматический свет с длиной волны 0,5 мкм. Экран, на котором наблюдается дифракционная картина, расположен параллельно щели на расстоянии 1 м. Определить расстояние между первыми дифракционными минимумами, расположенными по обе стороны центрального фраунгоферова максимума.

3.Плоскополяризованный свет, длина волны которого в вакууме λ - 600 нм, падает на пластинку исландского шпата перпендикулярно его оптической оси. Принимая показатели преломления исландского шпата для

обыкновенного и необыкновенного лучей соответственно n0 = 1,66 и ne = 1,49, определите длины волн этих лучей в кристалле.

4.Определите в электрон-вольтах энергию фотона, при которой его эквивалентная масса равна массе покоя электрона.

5.Определите потенциал ионизации атома водорода.

6.Прямоугольный потенциальный барьер имеет ширину 0,1 нм. Определите в электрон-вольтах разность энергий U – E, при которой вероятность прохождения электрона сквозь барьер составит 0,99.

7.Определите, сколько различных волновых функций соответствует главному квантовому числу n = 5.

8.Определите в электрон-вольтах максимальную энергию Е фотона, который может возбуждаться в кристалле KCl, характеризуемом температурой Дебая TD = 227 К. Фотон какой длины волны λ обладал бы такой энергией?

9.Германиевый образец нагревают от 0 до 17 ºС. Принимая ширину запрещенной зоны кремния 0,72 эВ, определите, во сколько раз возрастет

его удельная проводимость.

10.Период полураспада радиоактивного изотопа составляет 24 ч. Определите время, за которое распадается ¼ начального количества ядер.

11.Определите, какие из приведенных ниже процессов запрещены законом сохранения лептонного числа: 1) K µ+ν~µ ; 2) K + e+ +π0 +νe .

9

ВАРИАНТ 6

1.На стеклянный клин (n=1,5) нормально падает монохроматический свет (λ=698 нм). Определить угол между поверхностями клина, если расстояние между двумя соседними интерференционными минимумами в отраженном свете равно 2 мм.

2.Определить число штрихов на 1 мм дифракционной решетки, если углу π/2 соответствует максимум пятого порядка для монохроматического света с длиной волны 0,5 мкм.

3.Определите наименьшую толщину кристаллической пластинки в полволны для λ = 589 нм, если разность показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей для данной длины волны n0 - ne = 0,17.

4.Черное тело нагрели от температуры T1 = 500 К до Т2 = 2000 К. Определите: 1) во сколько раз увеличилась его энергетическая светимость;

2)как изменилась длина волны, соответствующая максимуму спектральной плотности энергетической светимости.

5.Используя теорию Бора, определите изменение орбитального механического момента электрона при переходе его из возбужденного

состояния (n = 2) в основное с испусканием фотона с длиной волны λ = 1,212·10-7 м.

6.Свободная частица движется со скоростью u. Докажите, что выполняется соотношение vфазu = с2.

7.Минимальная длина волны рентгеновского излучения, полученного от трубки, работающей при напряжении 50 кВ, равна 24,8 пм. Определите по этим данным постоянную Планка.

8.Глубина потенциальной ямы металла составляет 11 эВ, а работа выхода 4 эВ. Определите полную энергию электрона на уровне Ферми.

9.В чистый кремний введена небольшая примесь бора. Пользуясь Периодической системой элементов Д.И. Менделеева, определите и

объясните тип проводимости примесного кремния.

10.Поглощается или выделяется энергия при ядерной реакции 12 H +23He11H +24He ? Определите эту энергию.

11.Определите, какие законы сохранения нарушаются в приведенном ниже способе распада: p + p p +π + .

10