Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра физики

 

 

ФИЗИКА 2

Методические указания к расчетно-графическим работам для студентов

всех форм обучения специальности 5В071700 - Теплоэнергетика

 

 

Алматы, 2011

СОСТАВИТЕЛИ: Л.В. Завадская, А.И. Кенжебекова, Л.Х Мажитова. Физика 2. Методические указания к расчетно-графическим работам для студентов  всех форм обучения специальности  5В071700 - Теплоэнергетика. – Алматы: АУЭС, 2011. – 35 с. 

 

          Методические указания включают расчетно-графические задания (РГР), методические рекомендации и требования к оформлению и содержанию РГР, список необходимой литературы.

          Ил.19 , табл. 12, библиограф. – 15 назв. 

 

Рецензент: канд.физ.-мат.наук, доцент Л.А.Тонконогая 

 

Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет энергетики и связи» на 2011 год.

 

Ó НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2011 г.

 

Введение 

          Изучение курса физики создаёт фундаментальную базу инженерно – технических знаний, умений и навыков выпускников высшей технической школы, формирует их научное мировоззрение.

          Основными целями курса являются:

1. Формирование у студентов умений и навыков использования фундаментальных законов, теорий классической физики, а также методов физического исследования как основы системы профессиональной деятельности;

2.  Формирование у студентов творческого мышления и научного мировоззрения, навыков самостоятельной познавательной деятельности, умения моделировать физические ситуации.

В курсе «Физика 2» изучаются разделы: «Уравнения Максвелла», «Физика колебаний и волн», «Квантовая физика и физика атома», «Физика твердого тела, атомного ядра и элементарных частиц».

          Приобретённые при изучении физики знания и умения составляют ту основу, которая необходима при изучении технических дисциплин «Теоретическая механика», «Прикладная механика», «Техническая гидродинамика», «Гидравлика», «Теплотехнические измерения», «Теоретические основы электротехники» и другие.

          Курс «Физика 2» состоит из четырех кредитов (модулей), по каждому из которых студенты выполняют расчетно–графическое задание (РГР)  трех уровней сложности (А, В и С – по выбору).

          Номер варианта РГР выбирается студентом очной формы обучения самостоятельно и утверждается преподавателем, ведущим практическое занятие. Для студентов-заочников правила выбора варианта РГР приведены ниже.

         

1 Рекомендации к освоению дисциплины «Физика 2»

 

«Физика 2» является продолжением курса «Физика 1» и при  изучении этой дисциплины необходимо опираться  на знания, приобретенные ранее.  Завершая классическую физику разделом «Уравнения Максвелла» и переходя к изучению квантовой физики и квантовой механики, необходимо осмыслить достижения классической физики и те новые представления, которые легли  в основу современной физики, усвоить основные понятия, законы и принципы современной  (квантовой) физики и их важнейшие следствия.

В разделе «Уравнения Максвелла» очень важно знать явление электромагнитной индукции (закон Фарадея – Максвелла), его роль в развитии теории электромагнитного поля (теории Максвелла), обратить особое внимание на физический смысл уравнений Максвелла.

В разделе «Физика колебаний и волн» механические и электрические колебания и волны следует изучать параллельно, обращая внимание на их сходство и различие, характеристики и уравнения. Усвоить, наряду с аналитическим, графический метод представления гармонического колебания с помощью вращающегося вектора амплитуды.

В разделе « Квантовая физика и физика атома» следует понять:

- роль теплового излучения в развитии квантовой природы излучения;

- основные  закономерности теплового излучения, эффекта Комптона, фотоэффекта;

- свойства и характеристики фотона как кванта электромагнитного излучения;

- корпускулярно-волновой дуализм электромагнитного излучения и вещества как универсального закона природы.

Следует обратить внимание на физический смысл соотношений неопределенностей как квантового ограничения применимости понятий классической механики, необходимости задания состояния частицы с помощью волновой функции.

В разделе «Физика твердого тела, атомного ядра и элементарных частиц» следует понять различия в распределении электронов по энергетическим зонам между металлами, диэлектриками и полупроводниками; изучить собственную и примесную проводимость полупроводников, фотопроводимость, уяснить свойства р-n-перехода. Необходимо хорошо знать строение атомного ядра, особенности ядерных сил, физическую сущность реакции деления тяжелых ядер и термоядерной реакции, уяснить возможность практического использования внутриядерной энергии.

 

2 Общие требования к выполнению и оформлению расчетно-графических ра­бот

 

Из-за большого разнообразия физических задач не существует единого способа их решения, тем не менее, при решении учебных физических задач можно придерживаться следующего общего алгоритма:

- осмыслите и проанализируйте содержание задачи, установите, в каких условиях находится изучаемая система (объект), сделайте чертёж, график или рисунок, поясняющий физический смысл задачи и ход ее дальнейшего реше­ния;

- подумайте, какие физические законы следует применить в данной си­туации, запишите их уравнения в общем виде, затем – применительно к дан­ной задаче, поясните смысл каждого обозначения в уравнении;

- решите задачу в общем виде, получите рабочую (расчетную) формулу. Числовые значения, как правило, подставляются только в рабочую формулу, выражающую искомую величину;

- производя вычисления величин, руководствуйтесь правилами прибли­женных вычислений. Все, входящие в данную формулу величины, выражайте в одной и той же системе единиц (желательно в СИ);

- в некоторых случаях целесообразно оценить правдоподобность ответа, это поможет избежать ошибок в решении;

- в задачах по квантовой механике при вычислении неопределенностей величин (, ), обязательно следует сделать вывод о том, являются ли рассматриваемые частицы классическими или квантовыми.

Все  РГР  выполняются в тетради (школьной) или набираются на компьютере. На обложке или титульном листе приводятся сведения в соответствии с приведенным ниже примером.

 

Пример – образец титульного листа

РГР №5, по дисциплине «Физика 2»

студента  группы БТЭ – 10 – 4

Амирова И.Е.

Вариант 15 (Шифр 255327 – для студентов заочной формы обучения).

Каждая работа выполняется в отдельной тетради. Работа должна быть выполнена аккуратно, рисунки – карандашом при помощи линейки. Условие каждой задачи  переписываются полностью, без сокращений, затем оно должно быть записано с помощью общепринятых символических обозначений в краткой форме под заглавием «Дано».  Решение  необходимо сопровождать краткими пояснениями, раскрывающими смысл используемых обозначений, где возможно, дать схематически чертеж, поясняющий решение задачи. Необходимо указать какие физические законы лежат в основе данной задачи, решить ее в общем виде (в буквенных обозначениях), после чего подставить числовые данные и произвести вычисления, указать единицу искомой физической величины. При вычислениях рекомендуется пользоваться правилами приближенных вычислений и грамотно записывать ответ.

          Для замечаний преподавателя на странице оставляются поля.

В конце работы необходимо указать, каким учебником или учебным пособием студент пользовался при изучении физики.

Если расчетно-графическая работа студентами-заочниками пересылается по электронной почте, все требования, касающиеся её оформления, пояснения решений, также должны быть выполнены. В случае, если работа при рецензировании не была зачтена, студент обязан исправить ошибки и представить её на повторную рецен­зию. Повторная расчетно-графическая работа представляется вместе с незачтенной. Рецензент может пригласить студента для беседы по существу решения задач.

 

2.1 Правила выбора варианта  РГР для студентов-заочников

 

 В каждом кредите  (модуле) курса приведены две таблицы по 10 вариантов задач в каждой. Номер варианта выбирается по двум последним цифрам шифра (номера  зачетной книжки) студента следующим образом:

- если предпоследняя цифра шифра нечетная,  номера задач бе­рутся из таблицы 1, если четная или ноль – из таблицы 2;

      - последняя цифра шифра определяет номер варианта в соответствующей таблице.

2.2 РГР №5, М 5

 

Т а б л и ц а 1 – Варианты заданий для студентов очной формы обучения

Уровень

Вариант

Волькенштейн В.С.

«Сборник задач по

общему курсу физики». - М., 1990

Чертов А.Г.,

Воробьёв А.А.

«Задачник по

физике». - М., 2006

Физика: Задания к практическим занятиям / Под общ. ред. Ж.П. Лагутиной. – Мн.,1989

Приложение А

 

А

1

 

25.11, 25.18, 25.25,  25.42

 

 3;  35

2

 

25.7, 25.21(3), 25.26

25.43

 

 1;  37

3

 

25.3, 25.12, 25.17, 25.44,

 

 5;  33

4

 

25.4, 25.6, 25.19, 25.45

 

2;   29

5

 

25-21(2), 26.6

18.7, 18.27

4;  30

6

 

25.21(1), 26.7

18.4, 18.28

6;  28

7

11.93, 11.128

25.20, 26.14

 

7;  31

8

11.95, 11.108, 11.119, 11.127

 

 

8;  34

9

11.96, 11.110, 11.118,

 

18.35

9;  32

10

11.94, 11.113

25.2

18.17, 18.30

10;  36

В

11

 

25.9, 25.22, 25.37, 26.5

 

13;  39

12

 

25.8, 25.23, 25.32, 26.8

 

19;  43

13

 

25.27, 26.10

18.8, 18.16

18;  41

14

11.122, 11.126, 11.131

 

18.12

22;  49

15

11.103, 11.121, 11.129

26.12

 

21;  40

16

11.105, 11.117

 

18.15, 18.33

14; 44

17

11.106. 11.116

 

18.29, 18.34

20;  42

18

11.122, 11.129

25.8. 26.9

 

15;  45

19

11.105, 11.126

 

18.29. 18.31

16;  38

20

 

25.32, 26.10

18.15, 18.41

12;   46

21

 

25.22, 25.37

18.31, 18.42

11;  47

22

11.121, 11.131

 

18.12, 18.33

17;  48

С

23

 

25.24, 25.28

18.6. 18.38

23;  50

24

 

25.46

18.18, 18.23. 18.49

25;  54

25

 

25.28, 25.33

18.20, 18.44

26;  52

26

11.115, 11.125

 

18.10. 18.36

27;  53

27

 

25.28, 26.11

18.18. 18.46

24;  51

  

Т а б л и ц а  I – Варианты заданий (нечетные) для студентов заочной формы обучения

Вариант

Номера задач (Чертов А.Г., Воробьёв А.А.

«Задачник по физике». - М., 2006. – 640 с.)

Приложение А

0

25.9

25.17

25.44

26.5

6

38

1

25.11

25.21(1)

25.42

26.1

16

28

2

25.2

25.34

25.25

26.6

1

46

3

25.3

25.35

25.26

26.7

3

48

4

25.1(1)

25.22

25.38

26.2

2

39

5

25.12

25.36

25.45

26.14

11

36

6

25.16

25.21(3)

25.40

26.10

19

34

7

25.8

25.19

25.41

26.4

17

31

8

25.4

25.18

25.39

26.8

8

44

9

25.15

25.20

25.43

26.3

22

33

 

 

Т а б л и ц а  II – Варианты заданий (четные) для студентов заочной формы обучения

Вариант

Номера задач (Чертов А.Г., Воробьёв А.А.

«Задачник по физике». - М., 2006. – 640 с.)

Приложение А

0

25.6

25.19

25.45

26.1

4

40

1

25.2

25.23

25.43

26.12

7

42

2

25.9

25.18

25.26

26.2

10

32

3

25.7

25.20

25.38

26.5

18

29

4

25.8

25.17

25.25

26.3

6

41

5

25.1

25.34

25.44

26.10

5

47

6

25.13

25.35

25.42

26.5

13

35

7

25.11

25.36

25.39

26.8

15

37

8

25.12

25.21(1)

25.40

26.9

21

30

9

25.5(2)

25.21(2)

25.41

26.4

9

43

 

Приложение А

 

А.1 В чем состоит существенное различие между максвелловым и фарадеевым пониманием явления электромагнитной индукции? Чья трактовка закона более общая?

А.2 Объясните, какая сила приводит в движение электрические заряды в проводящем контуре, в котором индуцируется ЭДС переменным во времени магнитным полем. Контур неподвижен относительно поля.

А.3  Почему говорят, что существует два вида явлений электромагнитной индукции? К каким эффектам в среде и в вакууме они приводят?

А.4  На рисунке А.1 показаны плоские контуры из тонких проводов, находящиеся в однородном магнитном поле, которое направлено перпендикулярно плоскости рисунка «к нам» индукцию поля начали увеличивать. Определите направление индукционных токов в контурах.

Рисунок А.1

 

А.5 Металлический стержень, закрепленный одним концом, может свободно колебаться в отсутствие магнитного поля, но в магнитном поле его колебания быстро затухают. Почему?  Где это явление находит применение?

А.6  Обсудите физическую причину, по которой индуктивность в электрической цепи ведет себя подобно массе в механическом движении.

А.7 Представим себе вертикально расположенную катушку с железным сердечником, на который надето широкое толстое алюминиевое кольцо (алюминий берется потому, что он легкий и имеет малое удельное сопротивление). Если через катушку пропускать переменный ток  неизменной амплитуды, то кольцо спокойно висит в воздухе. Однако при резком включении тока кольцо весьма высоко подпрыгнет.  Почему кольцо ведет себя так в этих случаях? Что удерживает кольцо во взвешенном состоянии? Насколько устойчиво положение кольца?

А.8  Проволочная рамка вращается вокруг прямолинейного проводника с током I так, что этот проводник является неподвижной осью вращения, а плоскость рамки всегда находится в одной плоскости с проводником (см.рисунок А.2). Возникает ли при этом в рамке ток?

                                                     Рисунок А.2

 

А.9  Имеется вертикально расположенная катушка, на которой лежит металлический предмет. Почему этот предмет нагревается, если по виткам катушки течет переменный ток, и остается холодным при постоянном токе?

А.10  Круговой проводящий плоский контур, помещен в однородное магнитное поле с индукцией , перпендикулярно силовым линиям поля. Укажите направление тока, возникающего в контуре в случаях: а) контур растягивается; б) контур сжимается.                                                                                                                             Рисунок А.3

А.11  На рисунке А.3 проводник с током  I  перемещается вправо со скоростью . Как направлен ток в неподвижном проводящем контуре в виде квадратной рамки со стороной  а, плоскость которой лежит в плоскости прямого тока I? От чего зависит величина индукционного тока в рамке?

А.12 Постоянная времени для цепи с индуктивностью и сопротивлением  равна L/R. За это время ток уменьшается до значения  от своей начальной величины. Покажите, что единицей этой величины действительно является единица времени - секунда.

А.13 Прямоугольная рамка расположена перпендикулярно индукции  однородного магнитного поля. Одна из сторон рамки длиной  перемещается со скоростью  параллельно самой себе. Покажите, исходя из выражения силы Лоренца, что ЭДС индукции равна скорости изменения магнитного потока .

А.14 Алюминиевые предметы, как правило, не притягивается к магниту. Если же алюминиевый диск (способный вращаться) расположить под подковообразным магнитом и раскрутить магнит, то диск тоже начнет вращаться. Почему? В какую сторону будет вращаться диск? (На этом принципе работает спидометр автомобиля).

А.15 По первичной обмотке трансформатора течет ток, график зависимости которого от времени показан на рисунке А.4. Постройте качественно график зависимости от времени ЭДС индукции , наводимой во вторичной обмотке трансформатора. Явлением самоиндукции в первичной обмотке пренебречь.       Рисунок А.4        

А.16 По катушке индуктивности L протекает ток, зависимость от времени которого показана на рисунке А.5, где , * и  - постоянные. Постройте качественно график зависимости  ЭДС самоиндукции в катушке, укажите характер зависимости .                                                                                                                                                           Рисунок А.5

А.17 В схеме, изображенной на рисунке А.6, в момент времени t=0 замыкают цепь. Постройте качественно графики зависимости силы тока I в цепи и напряжения U на вольтметре от времени t (сопротивлением катушки пренебречь).

 

                                                                                                Рисунок А.6

А.18. При демонстрации опыта по возникновению ЭДС самоиндукции при размыкании цепи используют схему рисунка А.7. Каким должно быть соотношение между активным сопротивлением катушки и сопротивлением лампочки накаливания и какой должна быть индуктивность L, чтобы эксперимент был убедительным? Постройте качественно графики зависимости I(t) в цепи для различных параметров цепи (сравнительные).

                    Рисунок А.7                                  Рисунок А.8

 

А.19  При демонстрации опыта по возникновению ЭДС самоиндукции при замыкании цепи используют схему рисунка А.8. Каким должно быть соотношение между активными сопротивлениями ветвей цепи и каково должно быть значение индуктивности катушки, чтобы эксперимент был убедительным? Постройте качественно графики зависимости I(t) в ветвях цепи после замыкания ключа.

А.20  На замкнутый железный сердечник надеты две обмотки. Как определить число витков каждой из обмоток, если имеется источник переменного тока с напряжением U и чувствительный вольтметр?

А.21  Через катушку индуктивности L течёт ток, изменяющийся со временем, как показано на графике (см. рисунок А.9). Как по имеющимся данным можно определить ЭДС самоиндукции в различные моменты времени? В какой из указанных моментов времени ЭДС имеет наибольшую величину, равна нулю; положительна, отрицательна? Постройте примерный график зависимости  .                         Рисунок А.9

А.22  Если при установившемся режиме цепи, изображенной на рисунке А.10, разомкнуть ключ К, то в контуре L – R 1 -  R 2 некоторое время будет течь ток и, следовательно, в проводниках R 1, R 2  будет выделяться джоулева теплота. Объясните, за счет какой энергии это происходит? Как можно подсчитать выделившееся количество теплоты?                                                                                            Рисунок А. 10

А.23  Коаксиальный кабель состоит из внутреннего сплошного проводника радиусом а и наружной проводящей тонкостенной трубки радиусом  б. Получите формулу для индуктивности единицы длины кабеля, считая распределение тока по сечению внутреннего проводника равномерным (В данном случае определять индуктивность следует, исходя из энергии магнитного поля, а не через магнитный поток, так как внутренний проводник не является тонким). Магнитная проницаемость всюду равна единице.

А.24  По какому закону будет изменяться ток в соленоиде индуктивностью L, если его  в сверхпроводящем состоянии подключить к источнику постоянной ЭДС? Получите формулу зависимости I(t), постройте график.

А.25  В магнитном поле бесконечно длинного  прямого  тока I движется проводник длиной l со скоростью по направлению, перпендикулярному току (см.рисунок А.11). Проводник l все время остается параллельным току I  в одной плоскости с ним. Найдите разность потенциалов на концах проводника l как функцию его положения относительно провода с током. При каком условии эта разность потенциалов все время будет оставаться постоянной?                  Рисунок А.11

А.26 Два круглых витка (не связанных электрически) расположены один за другим, и вы смотрите вдоль линии, соединяющей их центры. К ближнему витку подключается батарея, и ток в нем течет против часовой стрелки. а) В каком направлении потечет индукционный ток в дальнем витке? б) Как долго он длится? в) Как изменится длительность индукционного тока, если удвоить диаметр: 1) провода; 2) витков?

А.27  Два плоских контура, выполненных из одной и той же проволоки в виде квадратов со сторонами  а и 2а соответственно, находятся в однородном магнитном поле. Плоскости контуров перпендикулярны вектору . Магнитное поле убывает по закону В=b/t, где b – положительная постоянная. Постройте качественно графики зависимости ЭДС, возникающей в каждом контуре от времени. Сравните численные значения токов в контурах в момент времени t.

А.28 Какую физическую величину Дж.К.Максвелл назвал током смещения, почему? Чему равна плотность тока смещения? Какое направление имеет вектор ?

А.29  Важный вывод, сделанный Дж.К. Максвеллом, можно сформулировать так: в природе все электрические токи замкнуты. Объясните, как это следует понимать?

А.30  Что представляет собой электромагнитное поле? Дайте определение. Какие уравнения отражают физическую структуру электромагнитного поля?

А.31  Может ли в какой-либо области пространства существовать электрическое поле с замкнутыми силовыми линиями? Если может, то при каких обстоятельствах?

А.32 В однородном магнитном поле с индукцией , поток которого ограничен круговым сечением площадью S, на расстоянии r от осевой линии потока находится a - частица (см.рисунок А.12). Индукция поля равномерно уменьшается. Как будет вести себя a - частица в этом случае?

 

Рисунок А.12

 

А.33  В однородном магнитном поле с индукцией , поток которого ограничен круговым сечением площадью S, на расстоянии r от осевой линии потока находится заряженная частица с зарядом q и массой m (см.рисунок А.2). Индукция магнитного поля изменяется по закону В=b×t. Получите формулу для тангенциального  ускорения этой частицы.

А.34 Напряжение между обкладками плоского конденсатора изменяется по закону , где U0 и b - положительные постоянные. Докажите, что ток смещения в конденсаторе можно выразить формулой Iсм = -СbU, где С – емкость конденсатора.

А.35 Как следует намотать катушку (соленоид), чтобы её индуктивность была очень мала?

А.36  Какие уравнения входят в полную систему уравнений Максвелла как «материальные уравнения»? Запишите их, объясните, что  выражает каждое из этих уравнений, почему они так называются?

А.37 Что выражают третье и четвертое уравнения системы уравнений Максвелла? Симметричны ли они? Объясните почему.

А.38  Магнитный поток через площадь проводящего кольца равномерно возрастает. Покажите, что напряженность вихревого электрического поля в кольце пропорциональна его радиусу.

А.39  В некоторой области пространства создано однородное магнитное поле . Модуль индукции этого поля изменяется с постоянной скоростью так, что . Изобразите на рисунке силовые линии магнитного  и электрического полей. Будет ли поле вектора  однородным?

А.40  Виток радиусом R расположен так, что его плоскость перпендикулярна вектору индукции  однородного магнитного поля. Индукция поля изменяется по закону В=bt, где b – положительная константа, t – время. Получите формулу для напряженности вихревого электрического поля в витке.

А.41  Круглый виток расположен так, что его плоскость перпендикулярна вектору индукции  однородного магнитного поля. Индукция поля изменяется по закону В=bt, где b– положительная константа, t – время. Докажите, что работа, которую совершает индуцируемое электрическое  поле при перемещении электрона по витку, равна , где S- площадь витка.

А. 42  Ток, проходящий по обмотке длинного прямого соленоида радиусом R, изменяют так, что магнитное поле внутри соленоида растет со временем по закону  В=Аt2 , где  А– некоторая постоянная. Получите формулу для плотности тока смещения как функции расстояния от оси соленоида, постройте график.

А.43  В длинном прямом соленоиде с радиусом сечения R и числом витков на единицу длины n изменяют ток с постоянной скоростью . Найдите  модуль вектора напряженности вихревого электрического поля как функцию расстояния r от оси соленоида, изобразите примерный график этой зависимости. Укажите направление векторов  и  на рисунке. Э.Д.С. самоиндукции пренебречь.

А.44  Покажите, что в однородной среде при отсутствии сторонних зарядов и токов однородное переменное магнитное поле порождает неоднородное электрическое поле.

А.45  Покажите, что в однородной среде при отсутствии сторонних зарядов и токов однородное переменное электрическое поле порождает неоднородное магнитное поле.

А.46  Плоский конденсатор образован двумя дисками, между которыми находится слабо проводящая среда. Конденсатор зарядили и отключили от источника напряжения. Пренебрегая краевыми эффектами, покажите, что магнитное поле внутри конденсатора отсутствует.

А.47  На рисунке А.13 изображен сферический конденсатор, заполненный слабо проводящей средой. Конденсатор зарядили и отключили от источника напряжения. Изобразите линии вектора  и линии тока смещения в произвольный момент времени разрядки конденсатора. Покажите, что магнитное поле внутри конденсатора отсутствует, несмотря на движение зарядов между обкладками.

А.48 В пространстве создано однородное магнитное поле с индукцией . Укажите на рисунке направление силовых линий вихревого электрического поля  в случаях:  а) индукция магнитного поля растет со временем; б) индукция поля – убывает. Определите условие, при котором модуль электрического поля не будет зависеть от времени.

А.49 В чем состоит относительность электрического и магнитного полей?

А.50 Пусть в неограниченной проводящей среде помещен металлический шар, которому сообщили заряд q (см.рисунок А.14). Так как среда проводящая, появятся    Рисунок А.14

электрические токи, текущие в радиальных направлениях, но магнитное поле в окружающем шар пространстве будет отсутствовать. Докажите это.

А.51 Длинный прямой соленоид имеет n витков на единицу длины. По нему течет переменный ток I=Im sinwt. Найдите плотность тока смещения как функцию расстояния r от оси соленоида. Рассмотрите случаи: 1) r<R; 2) r>R.

А.52  Плоский конденсатор в виде круглых пластин радиуса R заряжается так, что заряд на его обкладках изменяется по закону q(t) = q0 (1+t2). Используя уравнения Максвелла, определите характер магнитного поля между обкладками конденсатора. Постройте примерные графики зависимостей: а) Н(t) для точек, лежащих на расстоянии r от оси конденсатора; б) Н(r) для данного момента времени t.

А.53  Покажите, что в типичных металлах, например, меди с проводимостью   g » 6,3×107 См/м, плотность тока смещения мала по сравнению с плотностью тока проводимости. Числовую оценку дайте для частоты переменного тока n @103 МГц.

А.54  Плоский воздушный конденсатор в виде круглых пластин радиуса R заряжается постоянным током так, что заряд q на пластинах растет пропорционально времени зарядки t. Будет ли между обкладками конденсатора существовать магнитное поле? В случае утвердительного ответа покажите направление линий поля  и определите модуль Н(r), где r – расстояние от оси конденсатора. Принять расстояние между пластинами много меньшим их линейных размеров. 

 

2.3 РГР №6, М 6

 

Т а б л и ц а 2 – Варианты заданий для студентов очной формы обучения

Уровень

Вариант

В.С. Волькенштейн «Сборник задач по общему курсу физики».-М., 1990

Чертов А.Г.,

Воробьёв А.А.

«Задачник по

физике». - М., 2006

Физика: Задания к практическим занятиям / Под общ. ред. Ж.П. Лагутиной. – Мн.,1989

Приложение Б

А

1

 

6.7, 6.18, 6.41, 6.62.26.24

20.24, 22.18

3

 

2

 

6.10, 6.19, 6.59, 26.18

19.39, 19.44, 21.18

4

 

3

 

6.8, 6.14, 6.56, 31.16

19.5, 19.41, 20.30

7

 

4

12.6, 12.42, 12.47, 12.16, 12.59, 16.14, 16.61

 

 

5

 

5

12.12, 12.19(а), 12.31, 14.12

7.9, 30.24, 32.4

 

8

 

6

12.10, 12.30, 12.57

 

7.27, 19.9, 19.43, 20.21

1

 

7

 

6.24(1), 6.58, 7.8, 26.20

19.7, 19.44, 21.21

 

9

 

8

12.23, 12.32, 12.62, 14.14

7.38, 31.15, 32.2

 

2

 

9

12.25, 12.37, 14.5, 16.45

 

7.37, 19.15, 19.43

6

 

10

12.18, 12.33, 12.50, 14.7, 16.59

 

7.38, 21.26

10

Б

11

12.40, 12.49, 12.60, 16.28, 16.62

6.11, 7.40

 

12

 

12

12.21, 12.38, 12.43, 16.17, 16.31

6.12, 7.16

 

11

 

13

 

6.13, 6.27, 6.61, 32.5

7.39, 7.50, 20.33

13

 

14

14.11, 16.35

6.9, 6.29(1), 6.49, 7.11, 7.40

 

15

 

15

12.13, 12.27, 12.51

6.29(2), 7.3

7.49, 22.17

19

 

16

12.14, 12.20, 16.22, 16.49

 

7.17, 7.26, 7,40

22

 

17

16.18, 16.33

 

7.11, 7.18, 7,28, 19.11

14

 

18

 

6.20(1), 6.43, 7.5, 30.29, 32.12

7.12, 7.30

18

 

19

 

6.13, 6.28, 6.63, 7.6

7.50, 20.34, 21.8

20

 

20

12.13, 12.40, 12.58, 14.13

 

19.12, 20.35, 21.15

21

 

21

12.51, 12.63, 16.19

6.11, 6.29(3), 6.48, 32.11

 

17

 

22

 

6.12, 6.21, 7.7, 31.14

7.29, 7.49, 20.29

16

С

23

12.35, 12.52

6.6, 6.64

19.45, 21.9, 22.37

24

 

24

 

6.3, 6.31(1), 6.70, 31,30

7.36, 19.46, 22.36

27

 

25

 

6.4, 6.55, 6.72, 31.31, 32.13

19.47, 22.35

26

 

26

 

6.6, 6.31(2), 6.71

7.33, 19.48, 21.27, 22.34

23

 

27

12.22, 12.53

6.4, 3.31(3),

7.48, 21.9, 22.33

25

Т а б л и ц а  I – Варианты заданий (нечетные) для студентов заочной формы обучения

Вариант

Номера задач   (Чертов А.Г., Воробьёв А.А.

«Задачник по физике». - М., 2006. – 640 с.)

Приложение Б

0

6.7

6.23(3)

6.35

6.56

7.2

30.25

31.15

1

1

6.11

6.18

6.41

6.58

7.4

7.20

31.18

4

2

6.4(1)

6.22

6.44

6.60

7.6

30.16

31.8

8

3

6.13

6.29(1)

26.18

6.59

7.37

30.15(3)

31.14

13

4

6.6(1)

6.24(3)

6.51(а)

6.63

7.39

30.29

32.3

15

5

6.3(5)

6.26

6.34

6.56

7.5

30.30

32.11

10

6

6.9

6.14

6.51(б)

6.61

7.10

30.17

31.10

17

7

6.5

6.24(4)

6.43

6.62

7.38

30.24

32.5

9

8

6.4(4)

6.29(2)

6.38

6.57

7.40

30.17

31.21

22

9

6.3(2)

6.15

6.33

6.62

7.8

30.15(4)

31.4

19

 

Т а б л и ц а  II – Варианты заданий (четные) для студентов заочной формы обучения

Вариант

Номера задач   (Чертов А.Г., Воробьёв А.А.

«Задачник по физике». - М., 2006. – 640 с.)

Приложение Б

0

6.10

6.24

6.34

6.61

7.1

30.26

31.16

11

1

6.8

6.16

6.37

6.60

7.3

30.17

31.14

7

2

6.12

6.19

6.42

6.56

7.7

30.15(1)

32.4

21

3

6.4(2)

6.29(4)

6.45

6.63

7.38

30.28

32.5

12

4

6.6(2)

6.24(5)

6.51(в)

6.62

7.11

30.25

32.12

16

5

6.3(1)

6.24(6)

6.41

6.59

7.9

7.20

31.12

18

6

6.5

6.17

6.35

6.58

7.39

30.16

31.21

3

7

6.4(3)

6.24(1)

6.51(г)

6.61

7.10

30.30

31.8

14

8

6.7

6.27

26.19

6.57

7.40

30.15(2)

31.11

2

9

6.3(4)

6.29(3)

6.46

6.59

7.37

30.16

31.5

20

 

Приложение Б

 

Б.1 Проведите аналогию математического описания гармонических колебаний различной природы: дифференциальное уравнение колебаний, его решение; физические величины, характеризующие систему, их графики.

Б.2 Частица совершает гармоническое колебание с амплитудой А и периодом Т. Определите время, за которое частица сместится: 1) от положения х=0 до положения х=А/2; 2) от положения х=А/2 до х=А. Постройте графи колебания и отметьте указанные промежутки времени.

Б.3 Что такое фигуры Лиссажу? В каком случае они наблюдаются? От чего зависит вид фигуры и какие характеристики колебаний  можно определить по виду кривой? Приведите примеры.

Б.4  Что такое апериодический процесс? При каких условиях он наблюдается? Где возможно применение критического затухания (демпфирования)?

Б.5  Объясните, почему мы слышим собеседника, речь и пение актеров, звучание музыкальных инструментов. Почему голос человека индивидуален, как и отпечатки пальцев?

Б.6 Какова интенсивность света, отраженного от поверхности диэлектрика, если он падает на поверхность под углом Брюстера и поляризован: 1) в плоскости, перпендикулярной плоскости падения луча; 2) в плоскости падения?

Б.7  Чему равна при гармоническом колебании работа А квазиупругой силы за время, равное периоду колебаний? Дайте обоснованный  ответ. Что является следствием данного результата?

Б.8 Какое отношение имеет длина волны к вопросу о том, будет ли данное тело представлять препятствие для волн? Нарисуйте возможные картины распространения волны  для случаев: 1) , 2) , 3) .

Б.9  Почему интерференцию света можно наблюдать от двух лазеров и нельзя – от двух электроламп? Дайте полную характеристику света от таких источников.

Б.10 В чем заключается суть просветления оптики? Где применяются просветленные линзы?

Б.11  От чего зависит амплитуда и начальная фаза гармонических колебаний? Приведите примеры, проиллюстрируйте результаты с помощью графиков и формул.

Б.12  Нарисуйте и проанализируйте резонансные кривые для амплитуды смещения (заряда) и скорости (тока). В чем их отличие? Объясните причину этого отличия.

Б.13  Говорят, что великий тенор Энрико Карузо мог заставить бокал разлететься вдребезги, спев в полный голос ноту надлежащей высоты. Как это объяснить?

Б.14  На рисунке Б.1 дан график смещений  в бегущей волне для некоторого момента времени . Нарисуйте под ним (соблюдая тот же масштаб для  ) график плотности энергии  для того же момента времени.

Б.15  Продольные и поперечные волны. Какую волну – поперечную или продольную – описывает уравнение ? Почему? Объясните смысл величины  и проанализируйте зависимости  и  .

Б.16  На рисунке Б.1 дана «моментальная» фотография смещений x частиц среды, в которой вдоль оси распространяется упругая волна. Укажите направление скоростей частиц в точках А, В и С в случае: а) продольной волны; б) поперечной волны, колебания в которой происходят в плоскости рисунка. Чему равна скорость частицы в точке в обоих случаях?

Б.17  На рисунке Б.1 дан график смещений  в бегущей волне для некоторого момента времени . Чему равна (нулю, отлична от нуля, максимальна) плотность кинетической, потенциальной и полной энергии в точках: 1) А и С, 2)  0 и В? Чему равен и как направлен вектор плотности потока энергии  в этих точках?     Рисунок Б.1

Б.18 Электрическое поле в плоской электромагнитной волне изменяется по закону , . Определите: а) величину и направление , запишите закон изменения ; б) направление распространения волны; в) величину и направление вектора Пойнтинга.

Б.19  Почему винный бокал «поёт», если провести мокрым пальцем вдоль его края? Что именно вызывает звучание бокала и почему палец при этом должен быть влажным? Каковы колебания кромки бокала: поперечные или продольные?

Б.20 Какое свойство упругих волн и каким образом помогло геофизикам сделать вывод о существовании жидкого ядра Земли.

Б.21 На рисунке Б.2 представлены графики двух гармонических колебаний. Первое из них описывается уравнением: . Запишите уравнение второго колебания, считая известными величины А и w. Какое из колебаний обладает большей энергией, во сколько раз?                                                                               Рисунок Б.2

Б.22 Что описывает уравнение вида  , где  – некоторая функция,  и  – константы? Приведите примеры. Каков физический смысл величин   и ?

Б.23 Запишите уравнение плоской монохроматической электромагнитной волны, распространяющейся вдоль оси  Покажите на рисунке расположение друг относительно друга векторы    и   в этой электромагнитной волне? Какие свойства волны отражают эти факты? Что можно сказать о частоте колебаний векторов , их начальных фазах?  Что представляет собой естественная световая волна? Опишите свойства световой волны.

Б.24 Листовые поляроидные покрытия из пластмассы первоначально были разработаны для автомобильных фар – их ставили, чтобы не слепить водителей встречных автомобилей. Каким образом это достигалось и как лучше всего следовало ориентировать такой поляроид? Учтите, что встречная машина должна все-таки оставаться видимой, так что свет частично должен проходить через покрытие.

Б.25 На примере участка однородного проводника с постоянным током плотностью  определите величину потока энергии электромагнитного поля и направление переноса энергии, исходя из понятия вектора Пойнтинга.

Б.26  Вектор Пойнтинга, его смысл. На примере неоднородного участка проводника с постоянным током плотностью  (поле сторонних сил однородно) определите величину потока энергии электромагнитного поля и направление переноса энергии.

Б.27  В воде плавает льдина в виде параллелепипеда с площадью основания S и высотой Н. Льдину погружают в воду на небольшую глубину х0 и опускают. Определите период её колебания, пренебрегая сопротивлением воды. Каким станет период колебаний, если сила сопротивления воды пропорциональна скорости? Запишите законы движения льдины x=x(t) для обоих случаев.

  

2.4 РГР №7, М 7

 

Т а б л и ц а 3 – Варианты заданий для студентов очной формы обучения

Уровень

Вариант

В.С. Волькенштейн

«Сборник задач по общему курсу физики».-М., 1990

Чертов А.Г.,

Воробьёв А.А.

«Задачник по

физике». - М., 2006

Физика: Задания к практическим занятиям / Под общ. ред. Ж.П. Лагутиной. – Мн., 1989

Прило­жение В

А

1

 

34-9,35-3,36-6

24.4,24.14

5

 

2

18.15, 19.13, 19.38

 

23.22, 23.43

6

 

3

 

34-1,35-7,36-8

24.5,24.16

8

 

4

18.16, 19.15

 

23.25, 23.45, 24.8

9

 

5

19.27, 19.32

 

23.4, 23.32,24.19

1

 

6

19.29, 19.33(а,в)

 

23.6, 23.36, 24.16

7

 

7

18.21, 19.11, 20.8

36.7, 45.4

 

10

 

8

 

34.3, 35.2, 37.2, 45.2, 45.24

 

4

 

9

 

34.6, 36.9, 37.2, 45.8, 45.23

 

3

 

10

19.17

 

23.21(б), 23.43, 24.2, 24.12

2

В

11

 

34.11, 35.8, 37.6, 45.3, 45.26

 

13

 

12

 

34.12, 35.9, 37.8, 45.5, 46.11

 

14

 

13

 

34.13, 35.10, 37.8, 45.9

24.20

12

 

14

 

34.18, 37.9, 45.10, 45.22

23.33

18

 

15

 

34.19, 37.11(2), 45.11, 45-26

23.35

15

 

16

 

34.22, 35.9, 37.9, 45.10

24.19

19

 

17

 

34.11, 35.8, 36.8, 37.7, 45.25,

 

11

 

18

 

34.12, 35-10, 37.6, 45.11, 46.14

 

21

 

19

 

34.19, 37.7, 45.26, 46.15

23.37

20

 

20

 

34.22, 37.11(1),  45-3

23.37, 24.26

22

 

21

 

34.13, 35.10, 37.4, 45.9, 45.33

 

16

 

22

 

34.18, 35.8, 37.5, 45.5, 45.34

 

17

С

23

19.18

34.23, 46.21(1), 45.12,

23.47

23

 

24

20.10

46.21(2), 45.13,

23.20, 23.48

24

 

25

 

45.13,  45.28,  46.16

23.19, 23.44

25

 

26

20.11

34.8, 45.29, 46.21

23.47

26

 

27

19.19

34.24, ,45.31, 46.16

,23.48

27

 

 

Т а б л и ц а  I – Варианты заданий (нечетные) для студентов заочной формы обучения

Вариант

Номера задач (Чертов А.Г., Воробьёв А.А.

«Задачник по физике». - М., 2006. – 640 с.)

Приложение В

0

34.6

35.4

36.9

45.2

45.25

1

1

34.3

35.8

37.8

45.3

45.22

7

2

34.9

35.5

37.2

45.9

45.27

10

3

34.13

35.6

37.6

46.14

45.28

4

4

34.18

35.9

37.1

45.5

45.30

19

5

34.16

35.10

36.6

46.15

45.26

5

6

34.19

35.3

37.9

45.10

45.23

21

7

34.11

35.1

36.8

45.1

45.34

18

8

34.15

35.7

37.11(1)

45.11

45.33

15

9

34.1

35.2

37.11(2)

46.5

45.24

3

 

Т а б л и ц а  II – Варианты заданий (четные) для студентов заочной формы обучения

Вариант

Номера задач (Чертов А.Г., Воробьёв А.А.

«Задачник по физике». - М., 2006. – 640 с.)

Приложение В

0

34.2

35.7

36.9

45.5

45.24

2

1

34.4

35.1

37.11(3)

46.16

45.27

6

2

34.19

35.9

37.8

46.15

45.33

22

3

34.10

35.4

36.8

45.10

45.23

5

4

34.12

35.5

37.2

45.11

45.25

8

5

34.14

35.8

37.6

46.14

45.28

13

6

34.20

35.3

37.11(2)

45.1

45.30

9

7

34.18

35.10

37.9

45.2

45.22

20

8

34.22

35.6

37.1

45.9

45.26

11

9

34.9

35.2

36.6

45.3

45.34

24

 

Приложение В

 

В.1 Какую функцию описывает формула Рэлея-Джинса? При каких длинах волн она удовлетворительно согласуется с экспериментом? Почему из распределения Рэлея-Джинса был сделан вывод об «ультрафиолетовой катастрофе»?

В.2 Изобразите зависимость испускательной способности черного тела           r(w,Т) от частоты w. Как можно рассчитать значение температуры излучающего тела, используя эту зависимость? Какие законы  лежат в основе этих расчетов?

В.3 Что представляет собой вольтамперная характеристика фотоэлемента? Как с ее помощью  определить число N электронов, выбиваемых светом с поверхности катода в единицу времени? Какие параметры фотокатода необходимо при этом знать?

В.4  В чем состоит физический смысл соотношения неопределенностей (для координат и проекций импульса) В.Гейзенберга?  Какие из указанных физических величин могут быть одновременно точно определены?

В.5 Дайте определение эффекту Комптона. Объясните: 1) независимость величины Dl в формуле для эффекта Комптона  от природы вещества; 2) наличие в рассеянном излучении несмещенной компоненты.

В.6 Какой смысл вкладывается в соотношение неопределенностей? Проиллюстрируйте на примерах его подтверждение.

В.7  Запишите формулу для энергетического спектра одномерного квантового гармонического осциллятора, изобразите вид этого спектра. Объясните, почему его минимальная энергия не равна нулю.

В.8 Сформулируйте, в чем сущность корпускулярно-волнового дуализма электромагнитного излучения? Запишите и поясните формулы, выражающие связь волновых и корпускулярных характеристик электромагнитного излучения. Какие из этих соотношений являются фундаментальными, а какие – индивидуальными?

В.9  В чем суть туннельного эффекта и почему он невозможен в рамках классической механики? Какие явления служат экспериментальным доказательством прохождения частиц сквозь потенциальный барьер?   Дайте определение коэффициента прозрачности D потенциального барьера. Не противоречит ли закону сохранения энергии прохождение частицы  сквозь потенциальный барьер при W<U?

В.10 Покажите, что при больших квантовых числах энергетические уровни электрона в потенциальном ящике с плоским дном и бесконечно высокими стенками становятся квазинепрерывными.

В.11 В спектре излучения абсолютно черного тела при температуре Т выделены два участка,  площади которых DS1=DS2 (см.рисунок В.1). Сравните средние излучательные способности и энергетические светимости в интервалах Dl1 и Dl2. Одинаково ли  число излучаемых квантов?                                                              Рисунок В.1

В.12 На одном рисунке представьте графики зависимости от длины волны спектральной плотности энергетической светимости r (λ, Т) равновесного  теплового излучения для нескольких температур Т1 < Т2 < Т3. Охарактеризуйте все изменения кривых зависимости r (λ, Т) при переходе к более высоким температурам (проиллюстрируйте законы теплового излучения абсолютно черного тела). Объясните, почему эти кривые не могут пересекаться.

В.13  Изобразите качественно зависимость задерживающего напряжения  Uз от частоты w падающего света при фотоэффекте. Проанализируйте влияние материала катода на эти кривые (изобразите два графика для различных фотокатодов). Какие физические постоянные могут быть получены с помощью этой зависимости и как?

В.14 В конце 19 века физик Лоренц Х. сделал вывод о том, что «уравнения классической физики оказались неспособными объяснить, почему угасшая печь не испускает синих лучей наряду с излучением больших длин волн». Что легло в основу этого вывода? Как и кем были разрешены эти трудности?

В.15  Объясните, почему существование граничной частоты фотоэффекта свидетельствует в пользу корпускулярной, а не волновой теории света? Какие еще закономерности фотоэффекта не могут быть правильно объяснены в волновой теории света?

В.16 Покажите, что в эффекте Комптона проявляются корпускулярные свойства электромагнитного излучения. Почему эффект Комптона не наблюдается при рассеянии видимого света?

В.17  Что такое  “ток насыщения» фотоэлемента? Как зависит ток насыщения  данного фотоэлемента: а) от величины светового потока, б) от напряженности электрического поля в падающей световой волне? Постройте графики этих зависимостей (качественные).

В.18  Как изменится вид вольтамперной характеристики фотоэлемента, если: а) при неизменном спектральном составе волны увеличится в два раза ее полный световой поток; б) при неизменном световом потоке увеличится в два раза частота монохроматического света? Изобразите характеристики на графике и поясните их.

В.19  Представьте графически и обсудите энергетический спектр одномерного квантового гармонического осциллятора. Поясните, почему его минимальная энергия не равна нулю.

В.20  Представьте графически и обсудите энергетический спектр атома водорода. Опишите его оптический спектр: происхождение серий и отдельных линий в этом спектре.

В.21  От каких квантовых чисел зависит волновая функция, описывающая состояние электрона в атоме водорода в теории Шредингера? Укажите возможные значения квантовых чисел и что каждое из них определяет. Что представляет собой полная система квантовых чисел? Что такое спин частицы?

В.22  В потенциальном бесконечно глубоком одномерном ящике энергия W электрона точно определена. Значит, точно определено и значение квадрата импульса электрона (р2=2mW).  С другой стороны, электрон заперт в ограниченной области с линейными размерами l. Не противоречит ли это соотношению неопределенностей?

В.23 Оцените, исходя из соотношения неопределенностей, энергию нулевых колебаний одномерного квантового гармонического осциллятора. Сравните полученный результат с тем, который следует из решения уравнения Шредингера.

В.24 Как квантуется энергия и момент импульса частицы (охарактеризуйте квантовые числа)? Каким образом «форма потенциальной ямы» влияет на квантование энергии?

В.25 Запишите законы сохранения энергии и импульса для процессов взаимодействия фотонов с частицами вещества (электронами). В чем специфика применения этих законов для оптических фотонов, рентгеновского и  излучений?

В.26 Как изменится вид вольтамперной характеристики фотоэлемента, если  при неизменном потоке фотонов увеличится  (уменьшится) в два раза частота монохроматического света.  Изобразите характеристики на графике и поясните их.

В.27  Запишите закон Кирхгофа для теплового излучения. Объясните, почему, например, тело, окрашенное в зеленый цвет и, следовательно, поглощающее красную часть видимого спектра, не излучает  волн красного диапазона, как можно было бы ожидать, исходя из закона Кирхгофа. Поясните свой ответ с помощью графика.

 

2.5 РГР №8, М 8

 

Т а б л и ц а 4 – Варианты заданий для студентов очной формы обучения

Уровень

Вариант

В.С. Волькенштейн «Сборник задач по общему курсу физики».– М., 1990

А.Г. Чертов, А.А. Воробьёв «Задачник по физике», –М., 2006

Физика: Задания к практическим занятиям / Под общ. ред. Ж.П. Лагутиной. – Мн.,1989

И.Е. Иродов «Задачи по общей физике». – М., 2001

Приложение Г

А

1

21.4, 21.32

 

25.45

 

4;  13

 

2

21.2, 21.33

 

25.46

 

2;  14

 

3

21.3, 21.34

 

25.17

 

5;  16

 

4

21.5, 22.9

 

25.18

 

7;  17

 

5

 

41.4, 43.8, 51.1

 

 

8;  11

 

6

 

41.5, 43.7, 51.6

 

 

9;  12

 

7

 

41.6, 43.6, 51.9

 

 

10; 18

 

8

 

41.7, 43.5, 51.13

 

 

6;  19

 

9

 

41.8, 40.41, 51.8

 

 

3;  20

 

10

 

41.12, 40.42,51.18

 

 

1;  15

В

11

21.25, 22.13

 

25.17

 

21; 33

 

12

21.26, 22.17

 

25.18

 

25; 34

 

13

21.27, 22.16

 

25.37

 

26; 35

 

14

 

41.9, 43.12, 51.10

 

 

28; 37

 

15

 

41.11, 43.11

25.42

 

22; 36

 

16

 

41,10, 43.13, 51.3

 

 

29; 38

 

17

 

41.14, 44.8, 51.4

 

 

32; 40

 

18

 

41.15, 44.27, 51.40

 

 

24; 39

 

19

 

41.16, 43.10

25.22

 

31; 41

 

20

 

41.17, 43.16

25.29

 

27; 42

 

21

 

41.21, 43.15

25.30

 

30; 44

 

22

 

41.14, 43.9

25.37

 

23; 43

С

23

 

44.9

26.10

6.231

47; 50

 

24

 

41.24, 44.10

25.41

 

46; 51

 

25

 

44.28, 41.25

 

6.234

48; 52

 

26

21.16, 22.34

 

 

6.232

49; 53

 

27

22.36

 

25.41, 26.10

 

45; 54

 

Т а б л и ц а  I – Варианты заданий (нечетные) для студентов заочной формы обучения

Вариант

Номера задач (Чертов А.Г., Воробьёв А.А.

«Задачник по физике». - М., 2006. – 640 с.)

Приложение Г

0

41.5

43.11

51.3

7

34

1

41.11

44.5

51.6

21

19

2

41.13

44.8

51.18

24

11

3

41.15

43.4

51.19

1

37

4

41.9

43.15

51.4

25

18

5

41.17

44.11

51.20

4

41

6

41.19

44.29

51.10

27

13

7

41.8

43.13

51.2

6

43

8

41.16

43.6

51.8

29

15

9

41.7

43.8

51.13

10

38

 

Т а б л и ц а  II – Варианты заданий (четные) для студентов заочной формы обучения

Вариант

Номера задач (Чертов А.Г., Воробьёв А.А.

«Задачник по физике». - М., 2006. – 640 с.)

Приложение Г

0

41.4

43.7

51.9

2

40

1

41.10

43.5

51.2

8

42

2

41.14

43.12

51.8

28

14

3

41.12

43.10

51.3

3

39

4

41.21

43.16

51.6

26

12

5

41.6

43.9

51.4

32

20

6

41.14

44.6

51.1

9

44

7

41.7

44.7

51.10

23

16

8

41.18

44.12

51.18

5

36

9

41.1

44.30

51.19

22

17

 

Приложение Г

 

Г.1  В чем состоит принципиальное отличие квантовой  и классической статистик? Сформулируйте основную задачу квантовой статистики.

Г.2  Что такое фермионы и бозоны? Почему фермионы называют «индивидуалистами», а бозоны – «коллективистами»? Существуют ли другие классы частиц?

Г.3  Покажите, что классическая статистика Больцмана является приближенным предельным случаем, в который переходят обе квантовые статистики Бозе-Эйнштейна и Ферми-Дирака. При каких условиях это происходит?

Г.4  Оцените скорость движения электронов, находящихся на уровне Ферми. Почему в квантовой теории проводимости металлов в отличие от классической теории принята независимость скорости беспорядочного движении электронов от температуры?

Г.5  В чем заключается принцип тождественности частиц и принцип Паули?

Г.6  В чем состоит особенность энергетического спектра электронов в кристаллах с точки зрения зонной теории? Опишите структуру спектра. Изобразите схематически энергетические спектры металла, диэлектрика, чистого полупроводника, объясните отличия.

Г.7  Рассмотрите механизм внутреннего фотоэффекта в полупроводниках. От чего зависит концентрация фотоносителей тока? Где используется явление внутреннего фотоэффекта?

Г.8  В чем отличие красной границы внутреннего фотоэффекта для собственных и примесных полупроводников? Приведите схемы энергетических спектров электронов для этих полупроводников. Запишите формулы, позволяющие определить красную границу внутреннего фотоэффекта.

Г.9  Фотосопротивление. Принцип работы фотосопротивлений и область их применения.

Г.10  При каком включении внешнего напряжения р-n-переход оказывается «запертым»? Почему и в этом случае ток не равен нулю? Какими носителям этот ток обусловлен?

Г.11  Запишите схему аннигиляции электрон-позитронной пары. Определите энергию каждого из возникших фотонов, принимая, что кинетическая энергия электрона и позитрона до их столкновения пренебрежимо мала.

Г.12  Какие частицы называют виртуальными? Приведите примеры виртуальных частиц. В каких взаимодействиях они участвуют?

Г.13  Как определяется число протонов и нейтронов, входящих в состав ядра? Опишите основные характеристики протонов и нейтронов.

Г.14  b- - распад. Объясните появление отрицательно заряженных частиц в положительном ядре.

Г.15  От чего зависит стабильность (устойчивость) ядер химических элементов? Какие ядра являются наиболее прочными, почему?

Г.16  Что такое дефект массы? Дайте определение энергии связи ядра, удельной энергии связи.  Сравните среднюю удельную энергию связи ядра с энергией связи электрона  в атоме, сделайте вывод.

Г.17  Что такое  частица? Приведите схему распада и сформулируйте его основные закономерности.

Г.18  Что представляет собой  излучение, его свойства. Какие явления сопровождают прохождение излучения через вещество и в чём их суть?

Г.19  Что такое  частица? Какие типы  распада Вы знаете? Приведите схемы радиоактивных превращений и поясните их.

Г.20  Какие фундаментальные типы взаимодействий осуществляются в природе и как их можно охарактеризовать? Какой из них является универсальным?

Г.21 Сравните формулу удельной проводимости металлов в классической и квантовой теории. В чем состоит их глубокое принципиальное различие, несмотря на их математическое сходство?

Г.22 Постройте и объясните кривую распределения фермионов по энергиям при абсолютном нуле температуры . Изобразите схематически  соответствующий энергетический спектр электронов в металле, объясните результаты. Дайте физический смысл  энергии Ферми.

Г.23  Что такое критерий вырождения и температура вырождения? Чем объясняется очень низкая температура вырождения обычных атомных и молекулярных газов и очень высокая температура вырождения электронного газа в металлических кристаллах?

Г.24  Постройте и объясните кривую распределения фермионов по энергиям при температуре . Изобразите схематически  соответствующий энергетический спектр электронов в металле, объясните результаты. Дайте определение работы выхода электрона из металла согласно квантовой теории.

Г.25  Объясните с точки зрения зонной теории, почему двухвалентные металлы (алюминий, медь, бериллий и др.) являются хорошими проводниками, хотя их валентные зоны полностью заполнены? Покажите схематически структуру электронного энергетического спектра этих металлов.

Г.26  Дайте определение работы выхода  А электрона из металла. От чего зависит величина работы выхода? В чем отличие толкований работы выхода электронов из металла в классической и квантовой физике?

Г.27  Покажите расположение уровня Ферми в собственном и примесных полупроводниках. Объясните причину имеющихся различий.

Г.28  Можно ли применить статистику Больцмана к электронам:  а) в металле; б) в полупроводнике? При каких условиях? Получите распределение Больцмана, пользуясь функцией распределения Ферми.

Г.29  Объясните, чем отличаются друг от друга  температурные зависимости электропроводности металлов и собственных полупроводников. Поясните ответ формулами и графиками.

Г.30 Что такое  – переход? Его свойства. Приведите и поясните график вольтамперной характеристики   – перехода.

Г.31 Рассмотрите образование зонной структуры энергетического спектра твердых тел как квантово-механического эффекта. Объясните, от чего зависит ширина запрещенной зоны, ширина и число энергетических уровней в разрешенных зонах.

Г.32  Проанализируйте,  как зависит  от температуры электропроводность: а) собственных полупроводников; б) примесных полупроводников. Обоснуйте ответ, укажите условия применения примесных полупроводников.

Г.33  Как можно оценить массу частицы, с помощью которой осуществляется обменное взаимодействие? Приведите пример.

Г.34  Согласно теории ядерных сил взаимодействие между нуклонами осуществляется посредством обмена виртуальными пионами, масса которых . Используя соотношение неопределенностей, оцените радиус действия  r  ядерных сил.

Г.35  Какой процесс называют захватом? Запишите схему захвата, объясните, чем он сопровождается и в чем состоит его отличие от  - распадов.

Г.36  В чем сущность реакции деления? Какая реакция называется цепной?

Г.37 Сделайте сравнительный анализ свойств ядерных и электромагнитных сил. Что между ними общее и в чем существенные различия?

Г.38 Выведите закон изменения массы радиоактивного препарата со временем.

Г.39  Выразите скорость радиоактивного распада через период полураспада Т1/2  и начальное число атомов N0.

Г.40 Нейтрон обладает отрицательным собственным магнитным моментом, несмотря на отсутствие у него электрического заряда, а собственный магнитный момент протона в 660 раз меньше магнитного момента электрона. Чем это объясняется?

Г.41  Механизм ядерного взаимодействия является обменным. Что это значит? Какие частицы участвуют в этом взаимодействии? Приведите схемы сильного взаимодействия. Какие силы, кроме ядерных, носят обменный характер?

Г.42 Какие физические законы наиболее важны для анализа ядерных реакций? Поясните применение каждого из них. Что такое энергия ядерной реакции (энергетический выход)?

Г.43  Что называется ядерной реакцией? Дайте определение, общую характеристику и особенности протекания ядерной реакции. Что такое порог ядерной реакции, энергетический выход реакции?

Г.44  Поясните, как из зависимости удельной энергии связи от массового числа вытекает энергетическая выгодность деления тяжелых ядер и синтеза легких? Приведите примеры таких реакций. Находят ли они практическое применение?

Г.45  Объясните согласно зонной теории механизм возникновения внешней и внутренней контактной разности потенциалов двух металлов.

C:\Users\Администратор\Documents\Мои сканированные изображения\2011-02 (фев)\сканирование0002.tifГ.46  Вычислите вероятность заполнения электронами энергетического уровня W для случая , пользуясь статистикой Ферми-Дирака и статистикой Больцмана. Обсудите полученный результат.

Г.47 На рисунке  Г.1 показана полученная экспериментально зависимость логарифма проводимости  от величины, обратной температуре (,кК) для некоторого полупроводника  типа. Определите из данных графика ширину запрещенной энергетической зоны полупроводника и энергию активации донорных уровней.                                                                            Рисунок Г.1

Г.48 Какую роль играет соотношение неопределенностей Гейзенберга  в подтверждение существования виртуальных частиц?

Г.49 Охарактеризуйте основные свойства распада с точки зрения энергии  частиц внутри и вне ядра. Каким образом a - частица преодолевает потенциальный барьер, высота которого превосходит полную энергию a - частицы?

Г.50 Дайте понятие удельной энергии связи. Постройте график зависимости удельной энергии связи от массового числа  и проанализируйте его: какие ядра наиболее устойчивы, чем объясняется наличие  острых пиков и впадин в области легких ядер; рассмотрите возможные пути получения ядерной энергии.

Г.51  При b - распаде скорость ядра атома, из которого вылетел электрон, направлена не по той прямой, по которой направлена скорость электрона (см.рисунок Г.2). Как это можно объяснить?

 

 

 

  

                                               Рисунок Г.2

Г.52  Капельная модель ядра – представления и факты, лежащие в основе модели. Какие свойства атомных ядер хорошо объясняет эта модель, в чем её недостатки?

Г.53  Оболочечная модель ядра – какие экспериментальные факты лежат в основе этой модели? Основные результаты, полученные с помощью этой модели.

Г.54 Эксперименты по рассеянию заряженных частиц на ядрах показали, что в первом приближении ядро может считаться шаром, радиус которого определяется формулой R=1,2×10-15 А1/3 м, где А – массовое число ядра. На какие свойства ядерных сил указывает эта зависимость? Дайте объяснение.

 

Список литературы 

1. Савельев И.В. Курс физики.- М.: Наука, 1989. - т. 2, 3.

2. Детлаф А.А. , Яворский Б.М.  Курс физики. -М. :  Высш. шк., 2004.

3. Трофимова Т.И. Курс физики. - М. : Высш. шк., 2004.

4. Курс физики. Под ред. Лозовского В.Н. – СПб.: Лань, 2001. – т.1, 2.

5. Савельев И.В. Курс физики: Кн. 2: Электричество и магнетизм. –М.: «Издательство АСТ», 2004.

6. Савельев И.В. Курс физики: Кн. 4:Волны. Оптика. –М.: «Издательство АСТ», 2004.

7. Савельев И.В. Курс физики: Кн. 5:Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц. –М.: «Издательство АСТ», 2004.

8. Иродов И.Е.  Электромагнетизм. Основные законы. - М. : Лаборатория Базовых Знаний, 2000.

9. Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики. – М., 1981.

10. Физика. Задания к практическим занятиям. Под ред. Ж.П. Лагутиной.– Мн.: Высш.шк., 1985.

11. Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике. – М.: Уч. пособие для втузов. – М.: Изд-во  Физико-математической литературы, 2006.

13. Иродов И.Е. Задачи по общей физике. - М.: Физматлит., 1988.

14. Трофимова Т.И. Сборник задач по курсу физики для втузов. - М.: Оникс 21 век, 2003.

15. Физика 2. Конспект лекций (для студентов специальностей 050718 – Электроэнергетика, 050717 – Теплоэнергетика). – Алматы: АИЭС, 2009.

 

Экзаменационные вопросы: 

Уравнения Максвелла

 

1. Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея – Максвелла. Правило Ленца.

2. Самоиндукция. Индуктивность. Индуктивность длинного соленоида. Взаимная индукция.

3. Токи замыкания и размыкания.

4. Энергия и плотность энергии магнитного поля.

5. Общая характеристика теории Максвелла для электромагнитного поля. Вихревое электрическое поле, первое уравнение Максвелла. Ток смещения, второе уравнение Максвелла. Полная система уравнений Максвелла. Относительность электрических и магнитных полей.

 

Колебания и волны

 

6. Понятия о колебательных процессах. Гармонические колебания /ГК/, их характеристики. Представление ГК в аналитическом, графическом виде и с помощью векторных диаграмм.

7. Сложение ГК.

8. Дифференциальное уравнение ГК. Гармонические осцилляторы: маятники, груз на пружине, колебательный контур. Энергетические соотношения для осцилляторов.

9. Свободные затухающие колебания. Коэффициент затухания, логарифмический декремент, добротность.

10. Вынужденные колебания осциллятора под действием синусоидальной силы. Амплитуда и фаза вынужденных колебаний. Резонансные кривые.

11. Волновые процессы. Продольные и поперечные волны. Уравнение волны. Фазовая скорость, длина волны, волновое число.

12. Волновое уравнение. Энергия волны, поток энергии, вектор Умова.

13. Принцип суперпозиции волн. Групповая скорость и её связь с фазовой скоростью волн. Нормальная и аномальная дисперсия.

14. Интерференция волн.

15. Волновое уравнение для электромагнитного поля. Свойства электромагнитных волн. Энергия электромагнитных волн. Вектор Пойнтинга. Излучение диполя.

16. Световая волна, её характеристики. Монохроматичность и когерентность света. Способы наблюдения интерференции света.

17. Дифракция света. Принцип Гюйгенса – Френеля. Метод зон Френеля.

18. Дифракция на щели. Дифракционная решётка. Пространственная решётка. Принцип голографии.

19. Взаимодействие света с веществом. Дисперсия света. Классическая электронная теория дисперсии света.

20. Поляризация света. Поляризация при отражении и преломлении света на границе раздела двух диэлектрических сред.

 

Квантовая физика и физика атома 

21. Тепловое равновесное излучение и его характеристики. Закон Кирхгофа. Абсолютно чёрное тело. Законы излучения абсолютно чёрного тела.

22. Распределение энергии в спектре излучения абсолютно чёрного тела. Гипотеза Планка о квантовом характере излучения. Формула Планка.

23. Фотоэлектрический эффект. Законы и квантовая теория внешнего фотоэффекта.

24. Эффект Комптона, его теория  явления. Фотоны. Энергия, масса, импульс фотона.

25. Связь волновых и корпускулярных свойств излучения / корпускулярно – волновой дуализм /.

26. Корпускулярно – волновая двойственность свойств частиц вещества. Гипотеза де Бройля и её опытное обоснование.

27. Соотношения неопределённостей Гейзенберга как проявление корпускулярно – волнового дуализма свойств вещества. Применение соотношений неопределённостей к решению квантово – механических задач.

28. Принципиальное отличие задания состояния частицы в квантовой и классической механике. Волновая функция и её статистический смысл.

29. Уравнение Шредингера как основное уравнение нерелятивистской квантовой механики. Стационарное уравнения Шредингера. Решение уравнения Шредингера для случая частицы в бесконечно глубокой «потенциальной яме», энергетический спектр частицы в «потенциальной яме». Принцип соответствия Бора.

30. Прохождение частицы сквозь потенциальный барьер. Линейный гармонический осциллятор, «нулевая энергия».

31. Решение уравнения Шредингера для атома водорода. Полная система квантовых чисел. Принцип Паули.

32. Спонтанное и вынужденное излучения. Элементы физики лазеров.

 

Физика твердого тела, атомного ядра и элементарных частиц 

33. Общие сведения о квантовых статистиках. Функции распределения Ферми – Дирака и Бозе – Эйнштейна. Бозоны и фермионы. Принцип неразличимости тождественных частиц.

34. Носители тока в металлах. Электронный ферми – газ в металле. Понятие о квантовой теории электропроводности металлов. Сверхпроводимость. Некоторые применения сверхпроводимости в науке и технике.

35. Зонная теория твёрдых тел. Металлы, диэлектрики, полупроводники. Собственная и примесная проводимости полупроводников. Фотопроводимость.

36. Контактные явления: контакт двух металлов, контакт электронного и дырочного полупроводников /p-n-переход/. Действие внешней разности потенциалов на p-n-переход.

37. Атомное ядро. Строение и основные свойства ядра. Ядерные силы.

38. Энергия связи ядер. Проблема источников энергии. Ядерные реакции.

39. Радиоактивность. Закон радиоактивного распада. Виды распада и их закономерности.

40. Элементарные частицы. Фундаментальные взаимодействия.

 

Содержание 

Введение                                                                                                    3

1 Рекомендации к освоению дисциплины «Физика 2»                                      3

2 Общие требования к выполнению и оформлению расчетно-

графических работ                                                                                    4

2.1 Правила выбора варианта РГР для студентов-заочников                            5

2.2 РГР №5, М 5                                                                                         6

Приложение А                                                                                           7

2.3 РГР №6, М 6                                                                                       15

Приложение Б                                                                                          16

2.4 РГР №7, М 7                                                                                       20

Приложение В                                                                                          21

2.5 РГР №8, М 8                                                                                       25

Приложение Г                                                                                          26

Список литературы                                                                                  31

Экзаменационные вопросы                                                                     32

 

Св. план 2011 г., поз.45