Некоммерческое акционерное общество
АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра физики
ФИЗИКА 2
Методические указания
к выполнению расчетно-графических работ для студентов всех форм обучения
специальности 5В071800 - Электроэнергетика
Алматы 2011
СОСТАВИТЕЛИ: Ж. Искаков, Р.Н. Сыздыкова, Л.А. Тонконогая. Физика 2. Методические указания к выполнению расчетно-графических работ для студентов всех форм обучения специальности 5В071800 - Электроэнергетика. – Алматы: АУЭС, 2011. – 36 с.
Методические указания включают расчетно-графические задания (РГР), методические рекомендации и требования к оформлению и содержанию РГР, список необходимой литературы.
Ил. 23 , табл. 12 , библиограф. – 18 назв.
Рецензент: канд. пед. наук Саламатина А.М.
Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет энергетики и связи» на 2011 г.
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 «Теоретические основы электротехники», «Электрические машины», «Электротехнологические установки», «Переходные процессы» 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 контрольных работ приведены ниже.
1 Рекомендации к освоению дисциплин «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 БЭ – 10 – 1
Бусакова И.Е.
Вариант 15 (Шифр 255325 – 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 работу 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 расчетно-графической работы 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
|
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 ред. Ж.П. Лагутиной./-М.,1989 |
Приложение А |
А |
1 |
11.94,11.109,11.118, 11.128 |
|
|
1,32 |
|
|
2 |
|
25.7,25.18,25.36 |
18.30 |
2,31 |
|
|
3 |
11.93,11.107 |
|
18.28,18.35 |
3,29 |
|
|
4 |
|
|
18.4,18.17,18.22, 18.30 |
4,33 |
|
|
5 |
|
25.20,25.34 |
18.7,18.26 |
7,37 |
|
|
6 |
|
25.12,25.21(1), 25.29,26.7 |
|
6,30 |
|
|
7 |
|
|
18.1,18.21,18.27, 18.33 |
10,28 |
|
|
8 |
|
25.21(2),26.6 |
18.4,18.24 |
8,36 |
|
|
9 |
|
25.5,25.21(3), 25.40,25.43 |
|
5,35 |
|
|
10 |
|
25.11,25.19, 25.25,26.14 |
|
9,34 |
В |
11 |
11.103,11.121,11.129 |
26.12 |
|
19,38 |
|
|
12 |
11.105,11.117,11.122 |
|
18.31 |
13,39 |
|
|
13 |
11.106,11.114,11.126 |
25.23 |
|
14,40 |
|
|
14 |
|
25.27,26.5 |
18.13,18.16 |
15,41 |
|
|
15 |
|
25.9,25.22, 25.32,26.10 |
|
16,42 |
|
|
16 |
11.97,11.121,11.129, 11.131 |
|
|
12,43 |
|
|
17 |
|
25.13,25.23, 25.38,26.10 |
|
17,44 |
|
|
18 |
|
25.39 |
18.15,18.34,18.41 |
20,45 |
|
|
19 |
|
25.8,25.37 |
18.16,18.33 |
18,46 |
|
|
20 |
11.106,11.117,11.121,11.126 |
|
|
11,47 |
|
|
21 |
|
25.22,25.27 |
18.31,18.42 |
21,48 |
|
|
22 |
|
25.27 |
18.12,18.33,18.29 |
22,49 |
С |
23 |
|
25.28 |
18.20,18.36,18.46 |
27,50 |
|
|
24 |
|
25.46 |
18.6,18.18,18.23 |
23,51 |
|
|
25 |
|
25.24,26.11 |
18.38,18.49 |
25,52 |
|
|
26 |
|
25.28,25.33 |
18.20,18.44 |
26,53 |
|
|
27 |
11.115,11.125 |
25.46,25.49 |
|
24,54 |
Т а б л и ц а 1 – Варианты заданий для студентов очной формы обучения
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 |
|||
|
1 |
25.9 |
25.21(1) |
25.25 |
26.7 |
6, 28 |
|
2 |
25.11 |
25.37 |
25.42 |
26.2 |
5, 44 |
|
3 |
25.2 |
25.21(2) |
25.35 |
26.14 |
3, 45 |
|
4 |
25.3 |
25.22 |
25.45 |
26.10 |
16, 30 |
|
5 |
25.12 |
25.21(3) |
25.41 |
26.8 |
12, 29 |
|
6 |
25.8 |
25.18 |
25.43 |
26.5 |
7, 31 |
|
7 |
25.16 |
25.19 |
25.39 |
26.3 |
8, 35 |
|
8 |
25.4 |
25.20 |
25.44 |
26.1 |
15, 34 |
|
9 |
25.5(1) |
25.36 |
25.46 |
26.4 |
2, 36 |
|
10 |
25.15 |
25.17 |
25.43 |
26.6 |
20, 37 |
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 |
|||
|
1 |
25.2 |
25.18 |
25.25 |
26.3 |
9, 21 |
|
2 |
25.6 |
25.23 |
25.26 |
26.5 |
2, 10 |
|
3 |
25.1 |
25.22 |
25.35 |
26.9 |
11, 32 |
|
4 |
25.11 |
25.21(2) |
25.41 |
26.1 |
12, 33 |
|
5 |
25.5(2) |
25.19 |
25.43 |
26.2 |
13, 37 |
|
6 |
25.7 |
25.17 |
25.44 |
26.12 |
20, 29 |
|
7 |
25.12 |
25.36 |
25.45 |
26.4 |
5, 39 |
|
8 |
25.13 |
25.21(1) |
25.40 |
26.10 |
12, 38 |
|
9 |
25.9 |
25.20 |
25.38 |
26.3 |
10, 40 |
|
10 |
25.2 |
25.18 |
25.42 |
26.8 |
13, 35 |
Приложение А
А.1 Зависит ли ЭДС индукции в проводнике от рода вещества проводника, его состояния (например, температуры), его однородности или неоднородности? Опишите опытные данные и сделайте вывод относительно причины возникновения ЭДС индукции.
А.2 Что происходит со свободными электрическими зарядами в проводнике, движущимся в магнитном поле? При каком условии прекращается движение свободных электрических зарядов внутри этого проводника? Чему равно напряжение на концах проводника?
А.3 На рисунке А.1 показаны плоские контуры из тонких проводов, находящиеся в однородном магнитном поле, которое направлено за плоскость рисунка. Индукцию поля начали уменьшать. Покажите направление индукционных токов в контурах, объясните, как Вы это определили.
Рисунок А.1
А.4 Может ли сильный электромагнит притягивать и отталкивать один и тот же предмет из немагнитного проводящего материала? Если может, то чем это обусловлено?
А.5
ЭДС индукции согласно закону электромагнитной индукции 
определяется скоростью
изменения потока индукции, охватываемого проводником. Опишите способы изменения
магнитного потока и приведите примеры.
А.6 В цепи с большой постоянной времени течет стационарный ток. При размыкании цепи могут возникнуть представляющие иногда опасность искра или электрическая дуга. Объясните причину.
А.7 Замкнутое металлическое кольцо движется в однородном магнитном поле поступательно. Возникает ли индукционный ток в кольце? Рассмотрите различные направления движения кольца в поле. Ответ обоснуйте.
А.8 Проволочная рамка вращается вокруг прямолинейного проводника с током I рисунок А 2 так, что этот проводник является неподвижной осью вращения. Возникнет ли при этом ток в рамке? Появится ли в рамке ток, если осью вращения будет служить одна из сторон рамки? Ответы обоснуйте.
Рисунок А.2
А.9
Круговой проводящий плоский контур, помещен в однородное магнитное поле с индукцией
,
направленное перпендикулярно плоскости контура. Укажите направление тока,
возникающего в контуре в случаях: а) В растет; б) В убывает; в)
контур растягивается; г) контур сжимается.
А.10 Электрическая цепь имеет параметры: индуктивность L, активное сопротивление R. Изобразите графики установления тока в цепи после ее замыкания на источник постоянной ЭДС и уменьшения тока после размыкания цепи. Будут ли одинаковыми промежутки времени между значениями тока от I1=0 до I2=0,9 I0 при установлении тока и от I0 до 0,1 I0 при его уменьшении?
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?
Рисунок А.3
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 Алюминиевый диск, подвешенный горизонтально на нитях, может свободно вращаться. При быстром вращении расположенного под ним магнита диск начинает вращаться. Почему? В каком направлении? Может ли он вращаться с той же угловой скоростью, что и магнит?
А.15
По первичной обмотке трансформатора течет ток пилообразной формы (см.рисунок 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 следующую схему (см.рисунок 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) Рисунок А.7
в цепи для различных параметров цепи (сравнительные).
А.19 При демонстрации опыта по возникновению
ЭДС самоиндукции при замыкании цепи
используют схему (см.рисунок 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 Рисунок А.8
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 Постройте график изменения индукционного тока при размыкании цепи, в которой имеется соленоид. Что означает площадь фигуры, ограниченной графиком и осью времени? Покажите изменение какой магнитной величины можно определить по графику?
А.22 В однородном магнитном поле с индукцией В находится кольцо из сверхпроводника.
Силовые линии перпендикулярны к плоскости кольца. Чему будет равен магнитный
поток, пронизывающий кольцо, после того как внешнее поле выключат? Радиус
кольца R.
А.23 Контуры 1 и 2 находятся в магнитном поле (см.рисунок А.9). Магнитный поток в первом контуре изменяется по закону Ф1=А1t, во втором - Ф2=А2t. Будет ли течь ток через сопротивление R? В каком направлении? Принять А1>А2, S1=S2. Рисунок А.9
А.24 Прямоугольная
металлическая рамка находится между полюсами электромагнита, создающего
постоянное однородное магнитное поле индукции В, направленное горизонтально (см.рисунок
А.10). В некоторый момент рамку отпускают, и она начинает падать. Опишите
дальнейшее движение рамки, используя уравнение движения для падающей рамки.
Получите формулу ускорения и скорости установившегося движения рамки. Магнитное поле существует только между полюсами магнита.
Рисунок А.10 Рисунок А.11
А.25 В магнитном поле бесконечно длинного прямого проводника с током I перпендикулярно току движется проводник длиной l со скоростью u (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?
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 При включении магнитного поля, перпендикулярного к плоскости витка радиуса R, по витку протек заряд Q. Какой заряд протечет по витку, если его, при неизменном поле, сложить «восьмеркой», состоящей из двух окружностей, причем радиус меньшей окружности равен R/4? Плоскость «восьмерки» также перпендикулярна к магнитному полю. Рассмотрите 3 случая, приведенные на рисунке А.12: а) виток «пережат»; б) перевернута меньшая петля; в) перевернута большая петля.
Рисунок А.12
А.28 Может ли в пространстве существовать электрическое поле с замкнутыми линиями напряженности? Если может, то в каком случае?
А.29 Опишите основные свойства уравнений Максвелла и укажите границы применимости этих уравнений.
А.30
Почему скорость изменения вектора смещения 
называется плотностью тока смещения?
Совпадает ли направление вектора 
с направлением вектора .
А.31
Существует ли различие в физическом смысле напряженности 
электростатического и
вихревого электрического полей? Укажите существенные отличия в свойствах этих полей.
А.32
В диэлектрической однородной среде
создано
однородное электрическое поле (см.
рисунок
А.13).Модуль вектора убывает со
временем по закону Е=а/t, где а – положительная
постоянная. Запишите выражение для модуля
плотности
тока смещения и укажите направление вектора 
. Рисунок А.13
А.33 Напряжение между обкладками плоского конденсатора изменяется по закону U=U0(1-kt2), где k – положительная постоянная. Докажите, что ток смещения в конденсаторе можно выразить формулой I см = -2k СU0t, где С – емкость конденсатора.
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
I см
= -СbU,
где С – емкость конденсатора.
А.35 Что такое электромагнитное поле? Как связано определение электромагнитного поля с уравнениями Максвелла?
А.36 В учении об электричестве и магнетизме частные законы были обобщены Максвеллом так, что они стали выражать в компактной форме все содержание классической макроскопической электродинамики. В чем состояло обобщение, сделанное Максвеллом, при переходе от закона полного тока ко второму уравнению системы?
А.37 В учении об электричестве и магнетизме частные законы были обобщены Максвеллом так, что они стали выражать в компактной форме все содержание классической макроскопической электродинамики. В чем состояло обобщение, сделанное Максвеллом, при переходе от закона электромагнитной индукции Фарадея к первому уравнению системы?
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 поля и электрического . 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
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. Докажите, что работа, которую совершает
индуцируемое электрическое поле при перемещении электрона по витку, равна 
.
А.42
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 (для r>R).
Изобразите примерный график этой зависимости. Укажите направление векторов 
и на рисунке.
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 (для r<R).
Изобразите примерный график этой зависимости. Укажите направление векторов и на рисунке.
А.44 Покажите, какое поле порождает однородное переменное магнитное поле в однородной среде при отсутствии сторонних зарядов и токов.
А.45 Покажите, какое поле порождает однородное переменное электрическое поле в однородной среде при отсутствии сторонних зарядов и токов.
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.14 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. Рисунок А.14
А.48 Длинный цилиндрический конденсатор заряжается от источника напряжения. Докажите, что ток смещения в диэлектрике, заполняющем пространство между обкладками, равен току проводимости в цепи источника.
А.49
Согласно второму положению Максвелла переменное во времени электрическое поле
(ток смещения) вызывает такое же магнитное поле, как и ток проводимости. Как
экспериментально была подтверждена правильность этого утверждения?
А.50 Пусть в неограниченной проводящей среде помещен металлический шар, которому сообщили заряд q (см.рисунок А.15). Рисунок А.15
Так как среда проводящая, появятся 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 sin w t. Найдите плотность тока смещения как функцию расстояния r от оси соленоида. Рассмотрите случаи: 1) r<R; 2) r>R.
А.52 Сверхпроводящий соленоид индуктивностью L может быть подключен к источнику с известной ЭДС e. Определите зависимость силы тока от времени после замыкания ключа и постройте график зависимости силы тока от времени I(t).
А.53 Покажите, что в типичных металлах, например, меди с проводимостью s »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 |
А.Г. Чертов, А.А. Воробьёв «Задачник по физике»,-М., 2006 |
Физика. Задания к практическим занятиям./Под ред. Ж.П. Лагутиной./-М.,1989 |
Приложение Б |
А |
1 |
12.4(6),12.17,12.39,12. 47,12.62,16.9,16.61 |
|
|
9 |
|
|
2 |
|
6.24(3),6.33,6.56, 7.8,30.24,32.4,7.37 |
|
1 |
|
|
3 |
12.9,12.16,12.46,12.57, 14.4,16.36,16.58 |
|
|
7 |
|
|
4 |
12.11,12.24,12.37,12.64,14.12,16.14,16.44 |
|
|
5 |
|
|
5 |
12.25,12.37,14.12,16.39 |
6.14,7.2,30.25 |
|
2 |
|
|
6 |
12.41,12.50,12.64,14.7, 16.15,16.37,16.59 |
|
|
3 |
|
|
7 |
|
6.8,6.15,6.58,26.18, 26.22,30.24,31.11 |
|
4 |
|
|
8 |
|
|
7.1,7.14,19.6,19.13, 19.41,20.30,21.26 |
10 |
|
|
9 |
|
|
7.2,7.20,7.22,7.38, 19.15,19.43,22.18 |
8 |
|
|
10 |
12.8,12.42,12.47,12.61, 16.16,16.45,16.60 |
|
|
6 |
В |
11 |
12.21,12.40,12.51,12.58,16.13,16.31,16.64 |
|
|
11 |
|
|
12 |
12.27,12.38,12.63,14.11, 16.21,16.49,16.62 |
|
|
12 |
|
|
13 |
|
6.11,6.29(3),6.43,7.11, 30.28,31.7,32.11 |
|
13 |
|
|
14 |
|
6.28,6.61,7.3,7.40,30.15(1),31.14,32.5 |
|
14 |
|
|
15 |
|
|
7.5,7.17,7.49,19.21, 20.33,21.5,22.17 |
15 |
|
|
16 |
|
6.9,6.29(1),6.49,6.62, 30.30,31.14,32.5 |
|
16 |
|
|
17 |
|
|
7.7,7.18,7.29,7.39, 7.50,19.11,21.8 |
17 |
|
|
18 |
12.13,12.27,12.32,14.14,16.17,16.28,16.64 |
|
|
18 |
|
|
19 |
12.21,12.43,16.13 |
6.12,6.22,7.16,7.40 |
|
19 |
Продолжение таблицы 2
|
|
20 |
12.14,14.13,16.18,16.33 |
6.29(2),6.48,7.40 |
|
20 |
|
|
21 |
|
6.27,6.49,7.6,31.8,32.12 |
7.28,7.49 |
21 |
|
|
22 |
|
6.63,7.7,30.30,31.21 |
7.11,7.30,7.50 |
22 |
С |
23 |
|
6.3,6.31(2),6.70 |
7.23,19.48,21.9,22.36 |
23 |
|
|
24 |
|
6.6,6.31(3),6.55,6.72 |
19.45,21.27,22.34 |
24 |
|
|
25 |
12.22,12.35,12.52 |
|
7.10,7.48,21.9,22.35 |
25 |
|
|
26 |
|
6.4,6.31(1),6.71 |
7.33,19.47,21.9,22.37 |
27 |
|
|
27 |
|
6.3,6.31(3),6.73,31.30 |
7.35,19.46,22.33 |
26 |
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 |
||||||
|
1 |
6.24(3) |
6.33 |
6.56 |
7.8 |
7.37 |
30.24 |
32.4 |
1 |
|
2 |
6.11 |
6.18 |
6.59 |
6.34 |
7.2 |
30.30 |
31.15 |
2 |
|
3 |
6.10 |
6.22 |
6.58 |
6.38 |
7.39 |
30.15(1) |
31.12 |
15 |
|
4 |
6.12 |
6.24(2) |
6.57 |
6.35 |
7.11 |
30.16 |
31.21 |
4 |
|
5 |
6.3(2) |
6.19 |
6.61 |
6.37 |
7.1 |
30.25 |
31.10 |
10 |
|
6 |
6.7 |
6.26 |
6.63 |
6.51(а) |
7.6 |
7.20 |
31.16 |
13 |
|
7 |
6.13 |
6.24(3) |
6.62 |
7.38 |
6.41 |
30.17 |
32.3 |
18 |
|
8 |
6.9 |
6.24(6) |
6.60 |
7.40 |
6.33 |
30.28 |
32.5 |
12 |
|
9 |
6.4(4) |
6.15 |
6.56 |
7.10 |
6.51(б) |
30.17 |
32.4 |
19 |
|
10 |
6.3(4) |
6.29(4) |
6.57 |
7.5 |
26.18 |
30.15(3) |
31.14 |
5 |
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 |
||||||
|
1 |
6.8 |
6.15 |
6.60 |
26.18 |
7.1 |
30.24 |
31.11 |
4 |
|
2 |
6.4(1) |
6.19 |
6.62 |
26.22 |
6.45 |
30.16 |
31.8 |
3 |
|
3 |
6.6(1) |
6.14 |
6.63 |
7.8 |
6.51(г) |
30.29 |
31.18 |
6 |
|
4 |
6.3(5) |
6.24(4) |
6.57 |
7.40 |
6.51(б) |
30.15(4) |
31.4 |
8 |
|
5 |
6.4(2) |
6.17 |
6.58 |
7.2 |
6.43 |
30.26 |
31.14 |
11 |
|
6 |
6.9 |
6.23(3) |
6.56 |
7.7 |
6.42 |
30.30 |
31.15 |
14 |
|
7 |
6.5 |
6.29(1) |
6.61 |
7.4 |
26.18 |
30.15(2) |
31.5 |
17 |
|
8 |
6.6(2) |
6.29(2) |
6.57 |
7.3 |
26.19 |
30.24 |
32.11 |
21 |
|
9 |
6.3(1) |
6.16 |
6.59 |
7.6 |
6.44 |
30.26 |
32.12 |
10 |
|
10 |
6.4(3) |
6.29(3) |
6.63 |
7.37 |
6.51(в) |
30.25 |
31.10 |
5 |
Приложение Б
Б.1 Что такое гармонический осциллятор? Приведите примеры, запишите уравнение, описывающее колебания осциллятора, его решение.
Б.2 Какие процессы происходят при свободных гармонических колебаниях в колебательном контуре? Сопоставьте их с механическими колебаниями маятника.
Б.3 Физический маятник, запишите уравнение, описывающее его колебания. Что такое приведенная длина физического маятника?
Б.4 Что такое автоколебания? Чем они отличаются от вынужденных и свободных незатухающих колебаний? Где применяются?
Б.5 Волна естественного света падает под углом Брюстера на границу вакуум - диэлектрик. Под каким углом распространяются отраженная и преломленная волны? Как они поляризованы? Почему?
Б.6 Чему равна работа квазиупругой силы при гармоническом колебании за время, равное периоду колебаний? Ответ обоснуйте.
Б.7 На рисунке Б.1 приведены зависимости смещения от времени двух складываемых гармонических колебаний. Запишите их уравнения и уравнение результирующего колебания, постройте его график.
Рисунок Б.1
Б.8 Голография. Применение голографии в настоящее время и перспективы её применений в будущем.
Б.9 Если свести почти вплотную подушечки большого и указательного пальцев, то между ними возникает темная линия. Множество таких темных линий можно увидеть, если посмотреть между зубцами вилки, поворачивая её при этом. Чем объясняется появление этих темных линий?
Б.10 Вектор Пойнтинга, его смысл. Какова связь между интенсивностью бегущей электромагнитной волны и вектором Пойнтинга? Покажите на примере, как определяется направление вектора Пойнтинга.
Б.11 От чего зависит амплитуда и начальная фаза гармонических механических колебаний? Проанализируйте полученные зависимости.
Б.12 Нарисуйте и проанализируйте резонансные кривые для амплитуды смещения (заряда) и скорости (тока). В чем их отличие и почему?
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 Два пружинных маятника колеблются по вертикали с одинаковыми периодами. Второй маятник начинает колебаться с опозданием на два периода; на половину периода. Что можно сказать о направлениях скоростей этих маятников относительно друг друга в любой момент времени? Как колеблются маятники относительно друг друга? Ответы докажите.
Б.15
Продольные и поперечные волны. Какую волну – поперечную или продольную – описывает
уравнение 
?
Почему?
Б.16 На рисунке Б.2 дана «моментальная» фотография смещений x частиц среды, в которой распространяется вдоль оси х 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 в обоих случаях ?
Рисунок Б.2
Б.17 Почему невозможно осуществление двух когерентных источников естественного света? Какой метод используется в оптике для получения когерентных световых волн?
Б.18
Электрическое поле в плоской электромагнитной волне изменяется по закону 
, 
. Определите: а) величину и
направление 
;
б) направление распространения волны. Запишите закон изменения .
Б.19 Имеется круглое отверстие в непрозрачной преграде, на которую падает плоская световая волна. За отверстием расположен экран. Что и почему будет происходить с интенсивностью в центре наблюдаемой на экране дифракционной картины, если экран удалять от преграды?
Б.20 Какое свойство упругих волн и каким образом помогло геофизикам сделать вывод о существовании жидкого ядра Земли?
Б.21 По графику (см.рисунок Б.3) запишите уравнения гармонических колебаний, определите максимальные скорости и ускорения. Можно ли определить начальные фазы колебаний?
Рисунок Б.3 Рисунок Б.4
Б.22 На рисунке Б 4 приведены зависимости смещения от времени двух складываемых колебаний. Запишите их уравнения, уравнение результирующего колебания, постройте его график.
Б.23 Энергия, запасенная в конденсаторе и индуктивности последовательного
LCR – контура (см.рисунок Б.5), уменьшается за счета
выделения теплоты на активном сопротивлении
R. Запишите скорость
убывания
энергии. Какая величина играет роль силы «жидкого трения»? Получите уравнение
движения системы – дифференциальное уравнение для зависимости
q от
времени t. Определите собственную частоту системы 
и коэффициент затухания
b. Рисунок
Б.5
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
Вектор Пойнтинга, его смысл. На примере участка однородного проводника с постоянным
током плотностью определите
величину потока энергии электромагнитного поля и направление переноса энергии.
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 |
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 |
А |
1 |
|
34.2,35.2,45.2,45.22,46.3 |
|
1 |
|
|
2 |
|
35.5,36.7,37.2 |
24.6,24.15 |
2 |
|
|
3 |
|
|
23.4,23.31,23.43,24.10, 24.13 |
3 |
|
|
4 |
19.27,19.31,20.8 |
|
23.32,24.14 |
4 |
|
|
5 |
18.16,19.13,19.28,19.38 |
|
24.12 |
5 |
|
|
6 |
|
34.4,35.4,37.3,45.1,45.24 |
|
6 |
|
|
7 |
18.11,19.12,19.28,19.31 |
|
24.11 |
7 |
|
|
8 |
|
|
23.1,23.36,24.4,24.16,24.35 |
8 |
|
|
9 |
|
34.14,35.2,37.3,45.8,45.23 |
|
9 |
|
|
10 |
18.7,19.11,19.32, 19.38,20.13 |
|
|
10 |
В |
11 |
|
35.9,36.7,37.5,45.5,45.26 |
|
11 |
|
|
12 |
|
35.10,36.8,37.9,45.10,45.25 |
|
12 |
|
|
13 |
|
|
23.10,23.41,24.5,24.20, 24.22 |
13 |
|
|
14 |
|
|
23.38,23.42,24.9,24.18, 24.23 |
14 |
|
|
15 |
|
34.19,35.8,45.10,46.14 |
23.37 |
15 |
|
|
16 |
|
34.22,35.10,37.7,45.9,45.33 |
|
16 |
|
|
17 |
18.20,19.16,19.29,19.37,20.17 |
|
|
17 |
|
|
18 |
|
34.12,37.11(2),45.3,45.34, 46.3 |
|
18 |
|
|
19 |
|
34.18,36.7,37.4,45.9,45.26 |
|
19 |
|
|
20 |
|
45.5,45.30 |
23.15,23.41,24.23 |
20 |
|
|
21 |
|
|
23.16,23.33,23.42,24.20, 24.25 |
21 |
|
|
22 |
|
46.18 |
23.35,23.41,24.5,24.17 |
22 |
С |
23 |
19.18 |
34.24,45.12,46.21(1) |
23.47 |
23 |
|
|
24 |
|
34.25,45.13,45.31,46.22 |
23.40 |
24 |
|
|
25 |
19.19 |
34.8,45.28,46.21(2) |
23.44 |
25 |
|
|
26 |
|
34.23,45.11,46.21 |
23.40,23.48 |
26 |
|
|
27 |
19.19 |
34.24,45.28,46.18 |
23.44 |
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 |
||||
|
1 |
35.2 |
41.4 |
45.2 |
45.22 |
51.1 |
В.1, Г.16 |
|
2 |
35.4 |
37.3 |
41.8 |
45.24 |
51.4 |
В.6, Г.7 |
|
3 |
34.6 |
41.6 |
45.5 |
45.30 |
51.13 |
В.8, Г.9 |
|
4 |
35.3 |
37.9 |
41.9 |
45.26 |
51.6 |
В.3, Г.41 |
|
5 |
34.19 |
36.7 |
41.11 |
45.2 |
51.10 |
В.9, Г.21 |
|
6 |
35.10 |
37.11(3) |
41.15 |
45.26 |
51.8 |
В.7, Г.14 |
|
7 |
34.12 |
35.6 |
43.4 |
45.10 |
51.19 |
В.15, Г.13 |
|
8 |
34.18 |
37.8 |
41.16 |
45.33 |
51.18 |
В.5, Г.26 |
|
9 |
35.7 |
36.8 |
44.29 |
45.11 |
51.2 |
В.16, Г.19 |
|
10 |
35.5 |
36.9 |
41.7 |
46.14 |
51.10 |
В.17, Г.4 |
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 |
||||
|
1 |
35.5 |
41.5 |
45.8 |
45.23 |
51.18 |
В.12, Г.6 |
|
2 |
34.3 |
41.12 |
44.30 |
45.2 |
45.26 |
В.10, Г.15 |
|
3 |
37.1 |
41.1 |
45.5 |
45.28 |
51.3 |
В.18, Г.40 |
|
4 |
35.8 |
41.18 |
43.9 |
45.10 |
45.28 |
В.7, Г.12 |
|
5 |
34.11 |
41.14 |
44.6 |
45.23 |
46.19 |
В.19, Г.2 |
|
6 |
34.15 |
35.10 |
41.21 |
45.7 |
51.10 |
В.8, Г.32 |
|
7 |
35.2 |
37.11(1) |
41.10 |
45.5 |
51.19 |
В.20, Г.5 |
|
8 |
35.9 |
37.11(2) |
41.8 |
45.3 |
51.4 |
В.5, Г.42 |
|
9 |
35.7 |
36.8 |
41.13 |
45.30 |
51.1 |
В.16, Г.31 |
|
10 |
35.6 |
37.8 |
44.30 |
45.22 |
51.5 |
В.11, Г.18 |
Приложение В
В.1 Составьте выражение для величины, имеющей размерность
длины, используя скорость света с, массу покоя частицы m0
и постоянную Планка 
.
Что это за величина и что она определяет?
В.2 Какую гипотезу выдвинул М. Планк при выводе формулы для испускательной способности абсолютно черного тела? Каков смысл постоянной Планка h и чему она равна? Покажите, что постоянная Планка выражается в тех же единицах, что и момент импульса.
В.3 Какими квантовыми числами определяется состояние электрона в центральном поле атома? Каков физический смысл этих чисел и какие значения они могут принимать? Сколько электронов в атоме могут иметь одинаковые квантовые числа: а) n, l, m, ms; б) n, l, m; в) n, l; г) n?
В.4 На участок поверхности тела с поглощательной способностью а, находящегося в равновесии с излучением, падает поток энергии Фпад. Определите: а) поток энергии Фпог, поглощаемый участком; б) отраженный им поток Фотр; в) полный поток Фпол, распространяющийся от участка в пределах телесного угла 2p. Объясните результат.
В.5 В чем состоит основное внутреннее противоречие теории Бора? Почему теорию Бора называют «переходной» теорией между классической и квантовой механикой?
В.6 Чем фотон отличается от других элементарных частиц ? Укажите все его характерные особенности.
В.7 Сформулируйте принцип соответствия Бора. В чем заключается более общий смысл принципа соответствия ?
В.8 Покажите, что в эффекте Комптона проявляются корпускулярные свойства света. Почему эффект Комптона не наблюдается при рассеянии видимого света?
В.9 Из электродинамики Максвелла вытекает, что свет – электромагнитная волна, а в квантовой физике свет рассматривается как поток фотонов (частиц). Нет ли здесь противоречия? Ответ поясните.
В.10 С помощью волновой оптики попробуйте объяснить законы внешнего фотоэффекта. Укажите, с какими трудностями Вы столкнулись.
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, энергетические светимости
излучения, приходящиеся на соответствующие интервалы
Dl. Одинаково
ли число излучаемых квантов?
Рисунок В.1
В.12 Изобразите зависимость испускательной способности черного тела rwТ от частоты w. Как можно рассчитать значение температуры излучающего тела используя его? Какие законы лежат в основе этих расчетов?
В.13 Изобразить качественно зависимость задерживающего напряжения Uзад от частоты w падающего света при фотоэффекте. Какие физические постоянные могут быть получены с помощью этой зависимости и как? Изобразите два графика для различных фотокатодов, прокомментируйте их.
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
Какой физический смысл имеет соотношение
неопределенностей 
?
Объясните, почему возбужденный энергетический уровень «размыт», а основной
бесконечно тонкий?
В.16
Энергия ионизации. Рассчитайте энергию ионизации атома водорода и определите
длину волны излучения при переходе ионизированного атома водорода в нормальное
состояние. Чему равна энергия ионизации для водородоподобных ионов (
,
, …) с зарядом
Z.
В.17 Оцените, исходя из соотношений неопределенностей, минимальную энергию и размер атома водорода, сравните полученный результат с теорией Бора.
В.18 Изобразите зависимость фототока насыщения Iнас от напряженности электрического поля Е в падающей световой волне. График прокомментируйте.
В.19 Как изменится вид вольт-амперной 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?
В.20 Как изменится вид вольт-амперной характеристики фотоэлемента, если: а) при неизменном потоке фотонов увеличится в два раза частота монохроматического света; б) при неизменном потоке фотонов уменьшится в два раза частота монохроматического света?
В.21 В комнате находится воздух при нормальных условиях. Какова наиболее вероятная длина волны де Бройля молекулы воздуха?
В.22
Получите с помощью формулы Планка формулы для спектральной плотности энергетической
светимости (испускательной способности) абсолютно черного тела
rw,T: а) в области, где
<<kT; б) в
области, где >>kT. Результаты
проанализируйте.
В.23 Исходя из соотношения неопределенностей Гейзенберга, оцените минимально возможную энергию линейного гармонического осциллятора. Полученный результат сравните с «нулевой энергией» квантового осциллятора. Почему жидкий гелий называют квантовой жидкостью?
В.24 Покажите, исходя из законов сохранения, что процесс, при котором покоящийся свободный электрон поглощает падающий на него фотон, невозможен.
В.25 В чем заключается туннельный эффект? От чего зависит его вероятность? Дайте определение коэффициента прозрачности Д потенциального барьера. Не противоречит ли закону сохранения энергии прохождение частицы сквозь потенциальный барьер при Е<U? Какие явления могут быть объяснены туннельным эффектом?
В.26 В потенциальном бесконечно глубоком одномерном ящике энергия Е электрона точно определена. Значит, точно определено и значение квадрата импульса электрона (р2=2mЕ). С другой стороны, электрон заперт в ограниченной области с линейными размерами l. Не противоречит ли это соотношению неопределенностей?
В.27
Докажите, что возможные значения энергии 
частицы,
находящейся в одномерной прямоугольной бесконечно глубокой потенциальной яме,
соответствуют условию, при котором в пределах ямы укладывается целое число
дебройлевских полуволн.
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 ред. Ж.П. Лагутиной./-М.,1989 |
И.Е. Иродов «Задачи по общей физике». – М., 2007 |
Приложение Г |
А |
1 |
21.5,22.12(б) |
51.19 |
|
|
2, 10 |
|
|
2 |
21.1,22.12(в) |
51.18 |
|
|
5, 19 |
|
|
3 |
21.6,22.9 |
|
|
25.44 |
3, 20 |
|
|
4 |
21.3,21.30 |
|
|
25.46 |
8, 18 |
|
|
5 |
21.5,21.33 |
51.9 |
|
|
4, 14 |
|
|
6 |
|
41.4,43.8,51.1 |
|
|
1, 16 |
|
|
7 |
|
40.43,41.8,51.6 |
|
|
7, 17 |
|
|
8 |
|
41.6,40.45,51.13 |
|
|
9, 11 |
|
|
9 |
|
41.5,43.6,51.18 |
|
|
6, 13 |
|
|
10 |
|
41.12,44.30,51.2 |
|
|
12, 15 |
В |
11 |
21.25,22.39 |
|
|
25.41 |
22, 37 |
|
|
12 |
21.26,22.40 |
|
|
25.15 |
21, 41 |
|
|
13 |
21.27,22.16 |
|
|
25.37 |
23, 35 |
|
|
14 |
|
41.9,44.21,51.5 |
|
|
25, 34 |
|
|
15 |
|
41.11,44.18,51.3 |
|
|
24, 42 |
|
|
16 |
|
41.10,44.19,51.4 |
|
|
30, 44 |
|
|
17 |
|
41.14,44.24,51.5 |
|
|
28, 36 |
|
|
18 |
|
|
|
25.18,26.9,26.42 |
27, 33 |
|
|
19 |
|
41.15,44.8,51.10 |
|
|
32, 43 |
|
|
20 |
|
|
|
25.29,26.5,26.24 |
31, 40 |
|
|
21 |
|
41.21,43.9 |
|
25.30 |
26, 39 |
|
|
22 |
|
41.17,44.27 |
|
25.42 |
28, 38 |
С |
23 |
21.16,22.38 |
|
|
25.41 |
45, 48 |
|
|
24 |
22.34 |
41.25,44.8 |
|
|
46, 52 |
|
|
25 |
22.36 |
41.24 |
|
26.10 |
49, 51 |
|
|
26 |
|
41.26,44.9 |
6.288 |
|
47, 53 |
|
|
27 |
|
44.10,44.28 |
6.290 |
|
50, 54 |
Приложение Г
Г.1 Примесная проводимость. Роль примесей. Приведите примеры образования примесных полупроводников р- и n-типов в рамках зонной теории.
Г.2 В чем отличие энергетических состояний электронов в кристалле и в изолированном атоме? Как преобразуется энергетический спектр атома при их объединении в кристалл?
Г.3 От чего зависит ширина энергетических зон в кристалле? Ответ поясните. Приведите примеры различных типов энергетических спектров (металлов, диэлектриков, полупроводников).
Г.4 Явление сверхпроводимости. Как его объяснить?
Г.5 Принцип неразличимости (тождественности) частиц. Опишите основные различия между бозонами и фермионами.
Г.6 Внутренний фотоэффект. Красная граница внутреннего фотоэффекта. Можно ли экспериментально определить красную границу фотоэффекта?
Г.7 Нарисуйте ВАХ р-n-перехода. Объясните одностороннюю проводимость р-n-перехода.
Г.8 Распределения Ферми-Дирака. При каких условиях распределение Ферми-Дирака совпадает с распределением Больцмана?
Г.9 Как изменяется электрическое сопротивление чистых проводников при изменении температуры? Наблюдается ли у них явление сверхпроводимости?
Г.10 Запишите превращение протона в нейтрон с указанием частиц, которые при этом испускаются. Объясните, почему это превращение энергетически возможно только для протона, связанного в ядре.
Г.11 Механизм ядерного взаимодействия является обменным. Что это значит? Приведите примеры других обменных взаимодействий.
Г.12 Фотосопротивление. Принцип работы фотосопротивлений и область их применения.
Г.13 b - распад. Какие кажущиеся нарушения законов сохранения привели к открытию нейтрино (антинейтрино)?
Г.14 Виртуальные частицы, что это? Приведите примеры виртуальных частиц. В каких взаимодействиях они участвуют?
Г.15 g - излучение. Изменяется ли химическая природа элемента при испускании g - излучения его ядрами?
Г.16 b - распад. Какие трудности пришлось преодолеть при объяснении b - распада? Запишите уравнение превращения нейтрона в протон.
Г.17 Почему при делении тяжелых ядер и синтезе легких выделяется энергия? Какова природа этой энергии?
Г.18 Ядерные силы. Укажите их основные свойства.
Г.19 Какие законы сохранения выполняются для всех типов взаимодействий элементарных частиц? Приведите примеры.
Г.20 Спин ядра. Почему спин ядер не превышает нескольких единиц? Может ли спин ядра быть равным нулю?
Г.21 Сравните формулу проводимости металлов в классической и квантовой теории. В чем глубокое принципиальное различие, несмотря на их математическое сходство?
Г.22 Выполните качественно и объясните график функции распределения электронов по состояниям с различной энергией при абсолютном нуле, т.е. при Т=0 К. Уровень Ферми, его физический смысл.
Г.23 Что такое критерий вырождения и температура вырождения? Рассчитайте температуру вырождения меди. Сделайте вывод.
Г.24 Постройте и поясните кривую распределения фермионов по энергиям при температуре выше абсолютного нуля (Т>0 К). Изобразите схематически соответствующий энергетический спектр электронов в металле.
Г.25 Температура вырождения. Чем объясняется очень низкая температура вырождения обычных атомных и молекулярных газов и очень высокая температура вырождения электронного газа в металлических кристаллах?
Г.26 Объясните с точки зрения зонной теории, почему двухвалентные металлы (алюминий, медь, берилий и др.) являются хорошими проводниками, хотя их валентные зоны полностью заполнены?
Г.27 Работа выхода. В чем отличие толкований работы выхода электронов в классической и квантовой физике?
Г.28 Уровень Ферми. Почему уровень Ферми в собственном полупроводнике расположен в середине запрещенной зоны?
Г.29 При каких условиях можно применить статистику Больцмана к электронам в металле? Получите распределение Больцмана, пользуясь функцией распределения Ферми.
Г.30 Чем отличаются друг от друга температурные зависимости электропроводности полупроводников и металлов? Ответ поясните.
Г.31 Объясните, как возникает примесная проводимость n-типа. Какие носители тока являются основными, от чего зависит их концентрация? Какие частицы являются в данном случае неосновными и от чего зависит их концентрация? Приведите соответствующие формулы и графики.
Г.32 Примесная и собственная проводимость. Почему при достаточно высоких температурах в примесных полупроводниках преобладает собственная проводимость?
Г.33 Как 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 Запишите схему е- захвата. Что сопровождает е- захват? В чем его отличие от b± - распадов?
Г.36 Что такое a - частица? Каковы её свойства? Каким образом a - частица преодолевает потенциальный барьер, высота которого превосходит полную энергию a - частицы?
Г.37 Сделайте сравнительный анализ свойств ядерных и электромагнитных сил. Что между ними общего и в чем существенные различия ?
Г.38 Радиоактивность. Получите закон изменения массы радиоактивного препарата со временем.
Г.39 Скорость радиоактивного распада, чем она характеризуется? Выведите соответствующую формулу.
Г.40 Нейтрон обладает отрицательным собственным магнитным моментом, несмотря на отсутствие у него электрического заряда. Чем это объясняется?
Г.41 Виртуальные частицы. Чем они отличаются от реальных частиц и какую функцию выполняют?
Г.42 Какие физические законы наиболее важны для анализа ядерных реакций? Поясните применение каждого из них.
Г.43 Измерения показывают, что кинетическая энергия продуктов ядерной реакции может быть больше или меньше кинетической энергии исходных ядер. Объясните это на примерах.
Г.44 Почему при a - распаде одинаковых ядер энергия a - частиц одинакова, а при b - распаде одинаковых ядер энергия b - частиц различна?
Г.45 Контакт двух металлов по зонной теории. Объясните механизм возникновения внешней и внутренней контактной разности потенциалов двух металлов согласно зонной теории.
Г.46 Вычислите вероятность заполнения электронами энергетического уровня W для случая W-WЕ<<кТ, пользуясь статистикой Ферми и статистикой Больцмана. Сделайте выводы.
Г.47 Найдите температурную зависимость удельного сопротивления r для случая собственной проводимости полупроводника DW>>kT.
Г.48 Нарисуйте график зависимости удельной энергии связи от массового числа и объясните, пользуясь им, какие процессы и почему должны сопровождаться выделением большого количества энергии. Как называются эти процессы, нашли ли они применение?
Г.49 На рисунке Г.1 приведен график зависимости удельной электропроводности
g примесного полупроводника
n-типа от
обратной температуры 1/Т (Т, кК). Определите области температур для
собственного и примесного полупроводников. Найдите ширину запрещенной зоны полупроводника
DW и
ширину энергетического зазора между донорными уровнями и зонной проводимости
DWd. Рисунок
Г.1
Г.50
Уровень Ферми. Объясните как влияет повышение температуры на уровень Ферми в
примесных полупроводниках?
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., 2002.
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.: Наука, 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.: Высш. шк., 2007.
12. Савельев И.В. Сборник вопросов и задач по общей физике. - М.: Наука, 1988.
13. Иродов И.Е. Задачи по общей физике. - М.: Физматлит., 2006.
14. Трофимова Т.И. Сборник задач по курсу физики для втузов. - М.: Оникс 21 век, 2003.
15. Физика. Тестовые вопросы. – ч.2: Электромагнетизм. – Алматы: АИЭС, 2003.
16. Физика 2. Тестовые вопросы для студентов всех форм обучения всех
специальностей. - Алматы: АИЭС, 2010.
17. Физика 2. Конспект лекций (для студентов специальностей 050718 – Электроэнергетика, 050717 – Теплоэнергетика). – Алматы: АИЭС, 2009.
Вопросы для подготовки к экзамену
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 16
Приложение Б 18
2.4 РГР №7, М 7 22
Приложение В 23
2.5 РГР №8, М 8 27
Приложение Г 27
Список литературы 32
Вопросы для подготовки к экзамену 33
Св. план 2011 г., поз. 47