Некоммерческое акционерное общество
АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра физики
ФИЗИКА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН И АТОМА
Методические указания к РГР
для студентов всех форм обучения специальности
5В074600 – Космическая техника и технологии
Алматы 2012
СОСТАВИТЕЛИ: Т.Д. Дауменов, М.Н. Мухтарова, Г.А. Мамырбаева. «Физика электромагнитных волн и атома». Методические указания и контрольные задания для студентов всех форм обучения специальности 5В074600 – Космическая техника и технологии. – Алматы: АУЭС, 2012 – 18 с.
Методические указания включают расчетно-графические задания (РГР), методические рекомендации и требования к оформлению и содержанию РГР, список необходимой литературы.
Ил.2, табл. 6, библиограф. – 13 назв.
Рецензент: канд. техн. наук, профессор Копесбаева А.А.
Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинского университета энергетики и связи» на 2012 год.
Ó НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2012 г.
Введение
Изучение профессионально направленного курса физики во втузе создаёт фундаментальную базу инженерных знаний и умений, практических навыков, формирует основу инженерно – технического мышления и другие профессионально значимые качества будущих инженеров.
Основными целями курса согласно Государственному стандарту образования являются:
1) Формирование представления о современной физической картине мира.
2) Формирование знаний и умений использовать:
-основные понятия, законы и модели электродинамики, атомной физики;
-методы теоретического и экспериментального исследования физики;
-численные оценки порядков величин, характерных для различных разделов физики.
3) Формирование опыта:
- постановки и решения задач анализа и расчёта характеристик электромагнитных полей, излучения и распространения электромагнитных волн;
- экспериментальной проверки результатов решения указанных задач.
В курсе «Физика электромагнитных волн и атома» изучаются раздел классической физики «электродинамика», а также раздел квантовой физики «Физика атома».
Приобретённые знания и умения составляют ту основу, которая необходима при изучении дисциплин «Электротехника», «Основы радиоэлектроники», «Основы автоматики», и др.
Весь курс «Физика электромагнитных волн и атома» состоит из четырех кредитов (модулей), по каждому из которых студенты очной формы обучения выполняют расчетно–графическую работу (РГР) одинаковой сложности.
Каждый студент выбирает номер варианта. Это распределение должно быть утверждено преподавателем, ведущим практическое занятие.
Основная цель настоящих методических указаний к выполнению РГР – научить студентов решать физические задачи, показать им рациональную форму записи условия задачи, решения, расчета и ответа. Но прежде чем приступить к решению задач, студентам необходимо обратиться к теоретическому материалу, представленному в указанном здесь списке литературы, вникнуть в суть рассматриваемых явлений и процессов.
2 Задания к РГР
2.1 Задание к РГР № 1 на тему «Электромагнитные волны»
Цель: формирование опыта постановки и решения задач, анализа и расчёта характеристик электромагнитных полей.
Таблица 1
|
Вариант |
А.Г. Чертов, А.А. Воробьёв «Задачник по физике», -М., 2006 |
Физика. Задания к практическим занятиям. /Под ред. Ж.П. Лагутиной./-М.,1989 |
И.Е. Иродов «Задачи по общей физике», -М., 1988 |
Приложение А |
|
1 |
25-47 |
|
4.225; 4.218; 4.224 |
А.1 |
|
2 |
25-48 |
|
3.366; 4.221; 4.226 |
А.2 |
|
3 |
25-49 |
|
3.364; 4.227 |
А.3 |
|
4 |
|
18.41; 19.39 |
3.366; 4.229, |
А.4 |
|
5 |
|
18.42; 19.40 |
4.323; 4.226 |
А.5 |
|
6 |
|
18.43; 19.41 |
4.233; 4.218 |
А.6 |
|
7 |
|
18.44; 19.42 |
4.234; 4.220 |
А.7 |
|
8 |
|
18.45; 19.43 |
4.235; 4.222 |
А.8 |
|
9 |
|
18.46; 19.44 |
4.249; 4.231 |
А.9 |
|
10 |
|
18.48; 19.46 |
3.371; 4.224 |
А.10 |
|
11 |
|
18.43; 19.37 |
3.363; 4.221 |
А.11 |
|
12 |
25-49 |
19.48 |
3.362; 4.226 |
А.12 |
|
13 |
25-48 |
19.49 |
3.366; 4.240 |
А.13 |
|
14 |
25-47 |
18.47; 19.45
|
4.250 |
А.14 |
|
15 |
|
19.50 |
3.370; 4.218; 4.226 |
А.15 |
|
16 |
|
18.42; 19.36
|
3.371; 4.221 |
А.16 |
|
17 |
|
18.48; 19.38
|
3.364; 4.233 |
А.17 |
|
18 |
|
18.43; 19.47 |
4.225; 4.240 |
А.18 |
|
19 |
|
19.41 |
3.370; 4.224; 4.226 |
А.19 |
|
20 |
|
18.44; 19.50 |
3.362; 4.323 |
А.20 |
Приложение А
А.1 Проводящая рамка (см. рисунок А.1) перемещается в поле бесконечного прямолинейного проводника с током: а) параллельно проводнику; б) вращаясь вокруг проводника таким образом, что проводник все время остается в плоскости рамки на неизменном расстоянии от нее. Индуцируется ли ток в рамке в обоих случаях?
А.2 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.3 В чем состоит относительность электрического и магнитного полей?
А.4 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.5 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.
А.6 На примере участка однородного проводника с
постоянным током плотностью определите величину потока энергии
электромагнитного поля и направление переноса энергии, исходя из понятия
вектора Пойнтинга.
А.7 Запишите волновое уравнение. Объясните, почему существование электромагнитных волн непосредственно вытекает из фундаментальных выражений Максвелла для электромагнитного поля?
А.8 Дайте определение плоской электромагнитной волны и
запишите ее уравнения. Какому правилу удовлетворяет взаимная ориентация тройки
векторов 
электромагнитной
волны?
А.9 Что представляет собой электромагнитное поле? Дайте определение. Какие уравнения отражают физическую структуру электромагнитного поля?
А.10 Покажите, что в электромагнитной волне колебания электрического и магнитного векторов происходят в одинаковых фазах, причем в любой точке между их мгновенными значениями имеет место связь, которую можно выразить соотношением
.
А.11 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.
А.12 Покажите, что в однородной среде при отсутствии сторонних зарядов и токов однородное переменное электрическое поле порождает неоднородное магнитное поле.
А.13 Что выражают третье и четвертое уравнения системы уравнений Максвелла? Симметричны ли они? Объясните почему.
А.14 Магнитный поток через площадь проводящего кольца равномерно возрастает. Покажите, что напряженность вихревого электрического поля в кольце пропорциональна его радиусу.
А.15 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.16 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.17 Важный вывод, сделанный Дж.К. Максвеллом, можно сформулировать так: в природе все электрические токи замкнуты. Объясните, как это следует понимать?
А.18 Какую физическую величину Дж.К.Максвелл назвал
током смещения, почему? Чему равна плотность тока смещения? Какое направление имеет
вектор 
?
А.19 Проводящее кольцо (см. рисунок А.2а) пронизывает магнитный поток, изменяющийся согласно графику (см. рисунок А.2б). Указать направление индукционного тока в кольце и определить, как изменяется ток.
А.20 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.
2.2 Задание к РГР № 2 на тему «Распространение электромагнитных волн»
Цель: формирование опыта постановки и решения задач, анализа и расчёта распространения электромагнитных волн.
Таблица 2
|
Вариант |
А.Г. Чертов, А.А. Воробьёв «Задачник по физике», -М., 2006 |
Физика. Задания к практическим занятиям. /Под ред. Ж.П. Лагутиной./-М.,1989 |
В.С. Волькенштейн «Сборник задач по общему курсу физики».-М., 1990 |
Приложение Б |
|
1 |
30.1; 31.7; 28.11 |
22.20; 22.29 |
|
Б.1 |
|
2 |
30.2; 31.13; 8.13 |
22.7; 22.30 |
|
Б.2 |
|
3 |
33.11; 28.12 |
22.1 |
16.4; 16.39 |
Б.3 |
|
4 |
30.4; 28.14; 32.5 |
21.7 |
16.51 |
Б.4 |
|
5 |
33.1; 28.19 |
20.2 |
16.28; 16.59 |
Б.5 |
|
6 |
32.1; 33.10; 8.15 |
|
16.5; 16.29 |
Б.6 |
|
7 |
33.2; 28.17; 30.5 |
21.1; 22.3 |
|
Б.7 |
|
8 |
30.20; 31.2; 8.16 |
22.11; 22.32 |
|
Б.8 |
|
9 |
28.18 |
22.4; 22.31 |
16.6; 16.30 |
Б.9 |
|
10 |
31.3;33.9 |
20.3 |
16.58; 16.9 |
Б.10 |
|
11 |
30.7; 31.11; 8.19 |
22.8; 22.35 |
|
Б.11 |
|
12 |
32.2; 33.4 |
20.5; 21.14 |
16.52 |
Б.12 |
|
13 |
33.3; 30.25 |
22.5 |
16.7; 16.31 |
Б.13 |
|
14 |
32.11; 28.15 |
21.2; 22.3 |
16.8 |
Б.14 |
|
15 |
30.19; 31.20 |
21.3; 22.9 |
16.54 |
Б.15 |
|
16 |
32.4; 31.16; |
22.36 |
16.10; 16.34 |
Б.16 |
|
17 |
31.4; 33.3; 30.27 |
20.23; 22.6 |
|
Б.17 |
|
18 |
32.6; 33.3 |
21,20 |
16.11; 16.32 |
Б.18 |
|
19 |
32.7;33.12 |
21.4 |
16.12; 16.27 |
Б.19 |
|
20 |
30.8; 32.8; 31.21 |
21.5; 22.37 |
|
Б.20 |
Приложение Б
Б.1 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.2 Найти
средний вектор Пойнтинга 
у плоской электромагнитной волны
,
если волна распространяется в вакууме.
Б.3 В вакууме в направлении оси х установилась стоячая электромагнитная волна
.
Найти х-проекцию
вектора Пойнтинга 
и
ее среднее за период колебаний значение.
Б.4 Покажите, как скорость распространения электромагнитных волн в вакууме связана с электрической и магнитной постоянными соотношением
.
Б.5 Чему равна фазовая скорость 
электромагнитной волны в однородной
нейтральной непроводящей среде с постоянными проницаемостями 
и 
?
Б.6 Напишите и объясните выражения:
а) для плотности энергии электромагнитного поля;
б) для вектора плотности потока электромагнитной энергии (вектора Пойнтинга).
Оказывают ли электромагнитные волны давление на тело?
Б.7 Рассмотрите излучение колеблющегося по гармоническому закону электрического диполя. Изобразите и объясните диаграмму направленности его излучения. Чем определяется средняя мощность излучения диполя?
Б.8 Какие электромагнитные волны должен создавать колебательный контур, чтобы его излучение можно было сделать направленным? Назвать вещества, хорошо отражающие электромагнитные волны.
Б.9 Рассмотреть суперпозицию двух плоских электромагнитных волн, распространяющихся вдоль оси х в противоположных направлениях.
Б.10 Распространяющаяся в вакууме плоская электромагнитная волна, описываемая уравнениями
,
отражается
без потери интенсивности от плоскости, перпендикулярной к оси 
. Написать уравнения,
описывающие отраженную волну.
Б.11 В некоторой среде распространяется
электромагнитная волна частоты 
. При частоте диэлектрическая проницаемость
среды 
, магнитная
проницаемость практически равна единице. Записать вектор Пойнтинга 
в той точке, в
которой электрический вектор изменяется по закону
(В/м).
Амплитуда вектора
имеет
вид 
.
Б.12 Имеются ли существенные различия между условиями распространения радиоволн на Луне и на Земле?
Б.13 Как должна двигаться частица, чтобы она излучала электромагнитные волны?
Б.14 Электрон движется в однородном магнитном поле в
плоскости, перпендикулярной к вектору . Индукция поля 
, скорость электрона 
. Определить, какую
долю 
своей
кинетической энергии теряет электрон на излучение за один оборот.
Б.15 Электрон движется в однородном магнитном поле в
плоскости, перпендикулярной к вектору . Индукция поля , скорость электрона . За какое время 
кинетическая энергия электрона
уменьшится на 1%?
Б.16 Электрон движется в однородном магнитном поле в
плоскости, перпендикулярной к вектору . Индукция поля , скорость электрона . Число оборотов 
, которое совершит
электрон за время.
Б.17 Протон движется в однородном магнитном поле в
плоскости, перпендикулярной к вектору . Индукция поля , скорость протона . Определить, какую
долю своей
кинетической энергии теряет протон на излучение за один оборот.
Б.18 Протон движется в однородном магнитном поле в
плоскости, перпендикулярной к вектору . Индукция поля , скорость протона . За какое время кинетическая энергия протона
уменьшится на 1%?
Б.19 В вакууме распространяется вдоль одной из
координатных осей плоская электромагнитная волна. Написать возможные выражения
(через параметры волны и орт одной из осей) для волнового вектора 
в случае, если:
вектор
коллинеарен
с 
, частота
волны .
Б.20 В вакууме распространяется вдоль одной из
координатных осей плоская электромагнитная волна. Написать возможные выражения
(через параметры волны и орт одной из осей) для волнового вектора в случае, если:
вектор
коллинеарен
с 
, длина
волны 
.
2.3 Задание к РГР № 3 на тему «Физика атома. Энергетические уровни атомов»
Цель: физическая и мировоззренческая интерпретация представлений классической и квантовой физики в современной физике, применение квантовой теории к физике атома
Таблица 3
|
Вариант |
А.Г. Чертов, А.А. Воробьёв «Задачник по физике», -М., 2006
|
Физика. Задания к практическим занятиям. /Под ред. Ж.П. Лагутиной./-М.,1989 |
Приложение В |
|
1 |
40.1; 46.7; 46.41 |
24.16; 24.21 |
В.1 |
|
2 |
45.9; 46.1; 46.34 |
24.25; 24.1 |
В.2 |
|
3 |
40.8; 46.4; 46.16 |
24.12 |
В.3 |
|
4 |
45.12; 46.5, 36 |
24.23 |
В.4 |
|
5 |
45.15; 46.3; 46.14 |
24.2; 24.27 |
В.5 |
|
6 |
46.6; 46.13; 46.38 |
24.14 |
В.6 |
|
7 |
46.8; 46.15 |
24.5; 24.26 |
В.7 |
|
8 |
46.9; 46.12; 46.39 |
24.11 |
В.8 |
|
9 |
46.2; 46.21 |
24.15; 24.28 |
В.9 |
|
10 |
45.10; 46.18; 46.37 |
24.13 |
В.10 |
|
11 |
46.10; 46.42 |
24.17; 24.24 |
В.11 |
|
12 |
46.11; 46.40; 46.3 |
24.16 |
В.12 |
|
13 |
46.17, 32; 40.4 |
24.18 |
В.13 |
|
14 |
46.20; 46.33 |
24.3; 24.19 |
В.14 |
|
15 |
45.13; 46.19; 46.67 |
24.4 |
В.15 |
|
16 |
45.17; 46.68 |
24.7; 24.22 |
В.16 |
|
17 |
45.18; 46.22 |
24.8; 24.29 |
В.17 |
|
18 |
45.19; 46.23 |
24.9; 24.30 |
В.18 |
|
19 |
45.20; 46.24; 46.69 |
24.10 |
В.19 |
|
20 |
40.11; 46.25; 46.70 |
24.20 |
В.20 |
Приложение В
В.1 Чему равна частота фотона, излучаемого при переходе из возбужденного состояния Е1 в основное состояние Е0?
В.2 Как называется явление прохождения частицы с энергией меньшей высоты потенциального барьера через барьер?
В.3 Записать уравнение Шредингера для стационарных состояний электрона, находящегося в атоме водорода.
В.4 Квантовая частица в бесконечно глубокой потенциальной яме имеет дискретный энергетический спектр (энергия частицы квантована). Как зависит эта энергия от значения квантового числа n?
В.5 – В.12 Какие физические объекты описываются статистикой Ферми-Дирака? Что такое энергия Ферми? Какова вероятность того, что при комнатной температуре (kT=0,025 эВ) электрон в металле займет состояние, энергия которого на величину ΔE= (см. таблицу В.1):
а) больше уровня Ферми;
б) меньше уровня Ферми? Каковы эти вероятности при Т=0 ?
в) Нарисуйте графики функции распределения Ферми-Дирака для указанных температур и отметьте на них соответствующие условию задачи точки.
Таблица В.1
|
№ задачи |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|
ΔE, эВ |
0,015 |
0,020 |
0,025 |
0,030 |
0,035 |
0,040 |
0,045 |
0,050 |
В.13 – В.20 Какие физические объекты описываются статистикой Ферми-Дирака? Что такое энергия Ферми? Какова вероятность того, что при температуре T, вдвое превышающей комнатную температуру (kT=0,050 эВ) электрон в металле займет состояние, энергия которого на величину ΔE= (см. таблицу Г.2):
а) больше уровня Ферми;
б) меньше уровня Ферми? Каковы эти вероятности при Т=0?;
в) нарисуйте графики функции распределения Ферми-Дирака для указанных температур и отметьте на них соответствующие условию задачи точки.
Таблица В.2
|
№ задачи |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
|
ΔE, эВ |
0,010 |
0,015 |
0,020 |
0,025 |
0,030 |
0,035 |
0,040 |
0,045 |
2.4 Задание к РГР № 4 на тему «Расщепление уровней энергий атомов».
Цель: Обобщение и критическая оценка с точки зрения пределов применимости квантовой физики и формулировка основных принципов квантовой механики.
Таблица 4
|
Вариант |
А.Г. Чертов, А.А. Воробьёв «Задачник по физике», -М., 2006 |
Физика. Задания к практическим занятиям. /Под ред. Ж.П. Лагутиной./-М.,1989 |
Приложение Г |
|
1 |
47.6; 47.35; 47.71 |
|
Г.1 |
|
2 |
47.7; 47.36; 47.72 |
|
Г.2 |
|
3 |
47.8; 47.37; 47.73 |
|
Г.3 |
|
4 |
47.9; 47.38; 47.74 |
|
Г.4 |
|
5 |
47.10; 47.39; 47.75 |
|
Г.5 |
|
6 |
47.11; 47.76 |
22.41 |
Г.6 |
|
7 |
47.12; 47.18 |
24.42 |
Г.7 |
|
8 |
47.15; 47.19 |
24.43 |
Г.8 |
|
9 |
47.20; 47.72 |
24.31 |
Г.9 |
|
10 |
47.21; 47.38 |
24.32 |
Г.10 |
|
11 |
47.22; 47.74 |
24.33 |
Г.11 |
|
12 |
47.23; 47.76 |
24.34 |
Г.12 |
|
13 |
47.24; 47.35 |
24.35 |
Г.13 |
|
14 |
47.26; 47.54 |
24.36 |
Г.14 |
|
15 |
47.48; 47.55 |
24.37 |
Г.15 |
|
16 |
47.49; 47.18 |
24.38 |
Г.16 |
|
17 |
47.50; 47.12 |
24.39 |
Г.17 |
|
18 |
47.39; 47.51 |
24.33 |
Г.18 |
|
19 |
47.52; 47.37 |
24.34 |
Г.19 |
|
20 |
47.53; 47.39 |
24.35 |
Г.20 |
Приложение Г
Г.1 Какими квантовыми числами определяется состояние электрона в центральном поле атома? Каков физический смысл этих чисел и какие значения они могут принимать?
Г.2 Сколько электронов в атоме могут иметь одинаковые
квантовые числа: а) 
,
,
, 
; б) , ,; в) , ; г) ?
Г.3 Какую группу электронов в атоме называют: а) подоболочкой; б) оболочкой? Указать максимально возможное число электронов в оболочке и подоболочке.
Г.4 Какое число электронов в атоме образует замкнутую оболочку с квантовым числом n=1, 2, 3, 4, 5?
Г.5 Указать порядок заполнения электронами одночастичных уровней энергии в атомах. В каких подоболочках и в каких химических элементах нарушается «нормальная» последовательность заполнения?
Г.6 В чем суть принципа неразличимости тождественных частиц?
Г.7 Воспользовавшись результатом задачи Г.5 , представить распределение электронов по одночастичным состояниям в атомах благородных газов: а) Ne (Z=2), б) Ne (Z=11) .
Г.8 Воспользовавшись результатом задачи Г.5, представить распределение электронов по одночастичным состояниям в атомах благородных газов: в) Ar (Z=18) г) Kr (Z=36).
Г.9 Чему равен квадрат орбитального момента импульса М2 электрона в состоянии 2р, 4f?
Г.10 Почему атом водорода может иметь одну и ту же энергию, находясь в различных состояниях?
Г.11 Мультиплетность F-состояния равна пяти. Написать термы, принадлежащие этому состоянию.
Г.12 D-терм состоит из пяти компонент. Какова может быть мультиплетность этого терма?
Г.13 Атом находится в магнитном поле с индукцией В=1,00
Тл. Найти полное расщепление 
(в эВ) термов: 
, 
, 
, 
.
Г.14 Какие частицы являются бозонами? Фермионами?
Г.15 Как изменилась бы структура электронных оболочек атома, если бы электроны были не фермионами, а бозонами?
Г.16 Какие квантовые числа имеет внешний (валентный) электрон в основном состоянии натрия?
Г.17 Насколько компонент расщепится в магнитном поле
терм: ,, , , ?
Г.18 Написать символ терма, соответствующего состоянию,
в котором механический момент атома 
, магнитный момент равен нулю, а спиновое
квантовое число 
.
Г.19 Сравните плотности вероятности обнаружения электрона в основном состоянии атома водорода согласно теории Бора и квантовой механики.
Г.20 Каковы правила квантования орбитального механического и собственного механического моментов импульса электрона? Их проекций на направление внешнего магнитного поля?
3 Методические рекомендации к выполнению РГР
3.1 Рекомендации к освоению дисциплин «Физика электромагнитных волн и атома» нитных волн и атома»
При изучении данной дисциплины необходимо, прежде всего, усвоить основные понятия, законы и принципы классической и квантовой физики, а затем их важнейшие следствия.
В разделе «Физика электромагнитных волн» прежде всего следует акцентировать внимание на роль экспериментальных основ электродинамики и их связи с уравнениями Максвелла. Уметь написать уравнения Максвелла в интегральной и дифференциальной формах для различных случаев электромагнитных полей и электромагнитных волн. При этом особое внимание нужно обратить на граничные условия для составляющих векторов электромагнитных полей.
В разделе «Физика атома» следует обратить внимание на обстоятельства, возникшие в начале 20 века, свидетельствующие о неприменимости классической механики Ньютона, а также классической электродинамики, к описанию взаимодействия света с веществом и процессов, происходящих в атоме.
Возникновение и развитие квантовых представлений, введенных Планком, привело к формулировке основных принципов квантовой механики. Квантовая механика чрезвычайно важнее для инженерного образования, так как все жизнеобеспечивающие среды организованы по законам квантовой механики. Квантовые представления и законы лежат в основе многих других практически важных наук (химии, металлургии, твердотельной электроники и т.д.).
3.2 Требования к оформлению и содержанию расчетно-графических работ
Каждую расчетно-графическую (контрольную) работу выполняют в отдельной (школьной) тетради или набирают на компьютере. На обложке или титульном листе указывают дисциплину и номер работы, вариант, кем работа выполнена, кто её проверил, дату сдачи на проверку. Работу выполняют аккуратно, рисунки – делают карандашом при помощи линейки.
Пример – образец титульного листа
РГР №1, М 1 по дисциплине «Физика электромагнитных волн и атома»
студента группы БКТТ–12–5 Ахметова К.М..
Вариант 15.
Условие задачи переписывают полностью, без сокращений. Затем его записывают с помощью общепринятых символических обозначений в краткой форме под заглавием «Дано». Заданные числовые значения переводят в единицы СИ. Решение каждой задачи необходимо сопроводить пояснениями, раскрывающими смысл и значение используемых обозначений, указывающими физические законы и принципы, положенные в основу решения. После того, как задача решена в общем виде, т.к. получен ответ в виде расчётной формулы, производят вычисления, руководствуясь при этом правилами приближённых вычислений. Получив численный ответ, следует оценить его правдоподобность; такая оценка позволит в ряде случаев обнаружить ошибочность полученного результата. Для замечаний преподавателя на странице оставляются поля.
В конце работы необходимо указать, каким учебником или учебным пособием студент пользовался при изучении физики электромагнитных волн и атома.
Сроки сдачи РГР указаны в графике учебного процесса.
Пример решения и оформления задачи
Задача. Частица в одномерной прямоугольной
«потенциальной яме» шириной 
с бесконечно высокими «стенками»
находится в основном состоянии. Определите вероятность обнаружения частицы в
левой трети «ямы».
Дано:
;
n=1;
.
Решение. По условию задачи частица находится в основном состоянии, для этого состояния главное квантовое число равно единице (n = 1). Поэтому волновая функция примет вид.
.
Тогда вероятность обнаружения частицы в левой трети «ямы» вычислим по формуле:
.
Вычислив последний интеграл, подставив пределы интегрирования, получим:
.
Ответ: w=0,195. С такой вероятностью частица находится в левой трети «ямы».
Задача. Электрон атома водорода находится в стационарном состоянии, описываемом
волновой функцией 
,
где 
и
- некоторые постоянные.
Найти энергию электрона
и постоянную .
Дано:
Решение. В данном случае уравнение Шредингера будет иметь вид
(1).
Вычислив первую и вторую производные 
- функции по
, подставим их
выражения в (1) и сгруппируем следующим образом:
.
Из этого соотношения видно, что равенство его нулю
при любых значениях возможно лишь в том случае, когда обе скобки по отдельности
равны нулю. Отсюда 
.
Ответ: .
Список литературы
1. Савельев И.В. Курс физики.- М.: Наука, 1989. - т. 2.
2. Савельев И.В. Курс физики.- М.: Наука, 1989. - т. 3.
3. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. -М.: Высш. шк., 2004.
4. Трофимова Т.И. Курс физики. - М.: Высш. шк., 2004.
5. Курс физики. Под ред. Лозовского В.Н. – СПб.: Лань, 2001. – т. 1.
6. Курс физики. Под ред. Лозовского В.Н. – СПб.: Лань, 2001. – т. 2.
7. Джанколи Дж. Физика. М.: Мир, 1989, т.1-2.
8. Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике.- М.: Высш. шк., 2006.
9. Иродов И.Е. Задачи по общей физике.- М.: Физматлит., 2006.
10. Физика. Задания к практическим занятиям/ под ред. Лагутиной Ж.П. – Минск: Вышэйшая школа, 1989.
11. Савельев И.В. Сборник вопросов и задач по общей физике. - М.: Наука, 1988.
12. Трофимова Т.И. Сборник задач по курсу физики для втузов. - М.: Оникс 21 век, 2003.
13. Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики. – СПб.: Книжный мир, 2003.
Содержание
|
1 |
Введение |
3 |
|
2 |
Задания к РГР |
4 |
|
2.1 |
РГР – 1 |
4 |
|
2.2 |
РГР – 2 |
7 |
|
2.3 |
РГР – 3 |
10 |
|
2.4 |
РГР – 4 |
12 |
|
3 |
Методические рекомендации к выполнению РГР |
14 |
|
3.1 |
Рекомендации к освоению дисциплины «Физика электромагнитных волн и атома» |
14 |
|
3.2 |
Требования к оформлению и содержанию расчетно-графических работ |
15 |
|
|
Список литературы |
18 |
Св. план 2012 г., поз.116