Реферат: 1. 1 Индукция и напряженность м п

Министерство образования и науки Украины


Харьковский национальный университет радиоэлектроники


Кафедра физики


Пакет

контрольных заданий

по 2-му семестру курса физики для направления “Компьютерные науки”


Составитель: Утверждено:

доц. Нефедов Ю. И. на заседании кафедры физики

Протокол № ___ от ______ 2009 г.


Харьков 2009



СОДЕРЖАНИЕ КУРСА ФИЗИКИ НА ВТОРОЙ СЕМЕСТР. [1,2]




Раздел

Подраздел (тема)

1. Магнитное поле (м.п.) тока

1.1 Индукция и напряженность м.п.

1.2 Силы, действующие на токи и заряды в м.п.

1.3 Электромагнитная индукция.

1.4 Вещество в м.п.

2. Колебания и волны

2.1 Свободные незатухающие, затухающие, вынужденные электромагнитные (э.м.) и механические колебания. Резонанс.

2.2 Разновидности и основные характеристики волн.

2.3 Уравнения Максвелла. Электромагнитные волны.

3. Оптика

3.1 Световые волны. Законы преломления и отражения.

3.2 Явления интерференции.

3.3 Дисперсия. Рассеяние и поглощение света. Поляризация.

4. Квантовые свойства излучения

4.1 Основы квантовой оптики.

4.2 Тепловое излучение.

5. Элементы квантовой механики и атомной физики

5.1 Волны де Бройля. Соотношения неопределенностей. Уравнение Шредингера.

5.2 Электрон в потенциальном «ящике», линейный гармонический осциллятор.

5.3 Строение и спектры водородоподобных систем.

5.4 Современны представления о строении и свойствах атомов.

5.5 Основы физики лазеров.

6. Элементы квантовой физики твердого тела

6.1 Общие сведения о квантовых статистиках. Функция распределения Ферми для электрического газа.

6.2 Понятие о квантовой теории электропроводности металлов. Элементы зонной теории твердых тел.

6.3 Электронные явления на pn-переходе.

7. Основы физики атомного ядра

7.1 Основные свойства и строение ядер, энергия связи ядер.

7.2 Ядерные силы, радиоактивность. α- и β- распад, γ- излучение. Ядерные реакции.




Распределение учебных часов по видам занятий для одной группы студентов





Лекции

Практиче-ские занятия

Лабора-торные работы


Коллоквиум

Самостоя-тельная работа


Экзамен


Всего

30

12

12

2

54

2

112




^ ФОРМЫ И СРОКИ КОНТРОЛЯ




№

п/п

^ Уч. недели


Виды контроля

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

Текущий контроль

1.1

Э/к на ПЗ




+







+







+










+







+







+







1.2

Допуск к ЛР







+







+



















+







+













Промежуточный контроль

2.1

Цикл ЛР






















+




























+







2.2

РЗ

























+

























+







2.3

Коллоквиум























































+




Модульный контроль


































+

























+




Семестровый контроль (экзамен)
































































+


Примечание (расшифровка сокращений):


1. Э/к на ПЗ – экспресс-контроль по определенной теме на практическом занятии.

2. Допуск к ЛР – контроль подготовки к выполнению очередной лабораторной работы, проводится в начале каждого лабораторного занятия (перечень ЛР – в графике, вывешенном в лаборатории).

3. Цикл ЛР – индивидуальная защита отчетов по выполненным лабораторным работам, проводится по графику ЛР.

4. РЗ – контроль результатов выполнения домашних расчетных заданий (проводится преподавателем вне сетки расписания).

5. Коллоквиум – письменный контроль теоретических знаний по материалу семестра и умения применять их при решении задач.



^ КОЛИЧЕСТВО БАЛЛОВ

ПО КАЖДОМУ ВИДУ КОНТРОЛЯ


Виды контроля

Количество точек

контроля

Баллы на 1 точку контроля

Всего баллов за

семестр

Э/к на ПЗ

6

2÷3,5

12÷21

Допуск к ЛР

4

1÷2

4÷8

Цикл ЛР

2

6÷10

12÷20

РЗ

2

6÷10

12÷20

Коллоквиум

1

14÷21

20÷31

Итого за семестр

60÷100




^ ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ ПО КАЖДОМУ ВИДУ КОНТРОЛЯ




Вопросы экспресс-контроля, выносимые на практические занятия. [3,4]

Тема 1. Магнитное поле тока

Закон Био-Савара.

Индукция магнитного поля прямого и кругового тока.

Теорема о циркуляции вектора магнитной индукции.

Индукция магнитного поля длинного соленоида.

Силовые линии магнитного поля, магнитный поток.

Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле (сила Ампера).

Сила Лоренца.


Тема 2. Электромагнитная индукция, электромагнитные колебания и волны

ЭДС индукции движущегося в магнитном поле проводника.

Закон электромагнитной индукции Фарадея. Правило Ленца.

Явление и ЭДС самоиндукции.

Явление и ЭДС взаимоиндукции.

Свободные электромагнитные колебания в электромагнитном контуре.

Затухающие электромагнитные колебания.

Вынужденные электромагнитные колебания.

Ток смещения.

Уравнения Максвелла.

Уравнения электромагнитной волны.


Тема 3. Волновая оптика: явления интерференции, дифракции и поляризации волн

Когерентные волны, интерференция.

Интенсивность электромагнитной волны при интерференции 2-х волн.

Методы наблюдения интерференции. Условие максимума и минимума интенсивности при интерференции.

Явление дифракции волн. Дифракция сферических и плоских волн.

Метод зон Френеля. Дифракция от щели.

Дифракционная решетка, условия максимума и минимума интенсивности при дифракции от дифракционной решетки.

Плоскополяризованная волна. Закон Малюса.


Тема 4. Тепловое излучение

Закон Кирхгофа для теплового излучения.

Абсолютно черное и серое тело.

Закон Стефана-Больцмана и Вина для абсолютно черного тела.

Гипотеза Планка, закон планка для теплового излучения.


Тема 5. Внешний фотоэлектрический эффект. Строение атома по Бору

Уравнение Энштейна для внешнего фотоэффекта.

Давление света. Фотоны и их свойства.

Формула Бальмера для спектра водорода.

Постулаты Бора.


Тема 6. Элементы квантовой механики, атомной физики и физики твердого тела

Волны де Бройле.

Соотношения неопределенностей.

Решение уравнения Шредингера для электрона в потенциальном «ящике».

Квантование энергии в атоме. Квантовые числа.

Строение оболочек и подоболочек атомов.

Функция распределения Ферми для электронного газа.

Электропроводность и сопротивление полупроводников.



Содержание расчетных заданий




№

занятия

Номера задач для решения

1 модуль, методические указания [3]

1

7.4.2, 7.4.14, 7.4.21, 8.4.17

2

9.4.3, 9.4.10, 10.4.4, 10.4.10

3

11.4.2, 11.4.25, 11.4.26, 12.4.19




2 модуль, методические указания

4

1.5.3, 1.5.5, 1.5.15, 1.5.20

5

2.5.3, 2.5.11, 5.5.8, 5.5.20

6

3.5.9, 6.5.6, 6.5.15, 7.4.2




Вопросы для допуска к лабораторным работам приведены в [5,6]



4.4 Вопросы для сдачи цикла лабораторных работ приведены в [7,8]



Вопросы к коллоквиуму [1,2]




Магнитное поле тока. Напряженность и индукция магнитного поля. Силовые линии. Закон Био-Савара.

Применение закона Био-Савара к расчету индукции магнитного поля кругового и прямого тока.

Теорема о циркуляции вектора индукции магнитного поля.

Магнитное поле длинного соленоида.

Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле (сила Ампера).

Силы взаимодействия двух бесконечно длинных прямых параллельных токов. Единица силы тока – Ампер.

Сила Лоренца.

Действие магнитного поля на контуре с током. Магнитный поток.

Работа сил магнитного поля при перемещении проводника с током.

ЭДС индукции движущегося в магнитном поле проводника.

Закон Фарадея для электромагнитной индукции. Правило Ленца.

Явление и ЭДС самоиндукции.

Ток при замыкании и размыкании цепи, содержащей индуктивность.

Явление и ЭДС взаимной индукции. Трансформатор.

Энергия магнитного поля, плотность энергии.

Классификация магнетиков. Намагниченность вещества, ее связь с напряженностью и индукцией магнитного поля.

Диамагнитный эффект. Диамагнитное и парамагнитное вещества.

Ферромагнитные вещества, их свойства и применения.

Свободные незатухающие колебания в электромагнитном контуре.

Затухающие электромагнитные колебания. Постоянная времени, логарифмический декремент затухания, добротность электромагнитного контура.

Вынужденные электромагнитные колебания. Резонанс. Механические колебания.

Волны. Продольные и поперечные волны. Волновые поверхности и фронт волны. Уравнение сферической и плоской волны. групповая и фазовая скорость, длина волны.

Ток смещения. Уравнения Максвелла. Уравнение электромагнитной волны. Скорость распространения электромагнитных волн.

Открытый вибратор. Излучение и прием электромагнитных волн.

Перенос энергии электромагнитной волны. Вектор Пойнтинга. Интенсивность излучения электромагнитной волны. Электромагнитный спектр.

Основные характеристики световых волн. Принцип Гюйгенца. Законы преломления и отражения волн. Полное внутреннее отражение.

Когерентные волны. Интерференция. Связь разности фаз с разностью хода. Интенсивность при интерференции двух волн. Методы получения интерференции.

Дифракция волн и условие ее наблюдения. Метод зон Френеля. Дифракция от щели.

Дифракционная решетка.

Дифракция на пространственной решетке. Формула Вульфа-Брэгга. Исследование структуры кристаллов.

голография. Применения интерференции и дифракции.

Рассеяние и поглощение света. Дисперсия.

Естественный и поляризованный свет. Поляризация при отражении и преломлении.

Двойное лучепреломление. Дихроизм. Закон Малюса. Применения явления поляризация.

Тепловое излучение и его основные характеристики. Закон Кирхгофа. Абсолютно черное тело. Законы Стефана-Больцмана и Вина для абсолютно черного тела.

Квантовая гипотеза Планка. применения теплового излучения.

Фотоэлектрический эффект. Законы внешнего фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна. Опыт Лукирского и Прилежаева. Многофотонный фотоэффект.

Давление света. Фотоны. Корпускулярно-волновой дуализм.

Опыт резерфорда по рассеиванию быстрых заряженных частиц. Ядерная модель атома.

Постулаты Бора. Опыт Франка и Герца. Ограниченность теории Бора.

Гипотеза де Бройля. Дифракция электронов. Волновая функция, и ее статический смысл.

Волновое уравнение. Уравнение Шредингера для стационарного состояния.

Решение уравнения Шредингера для электрона в одномерном потенциальном ящике.

Соотношение неопределенностей. Границы применимости классической механики.

Атом водорода в квантовой механике (качественно), орбитальный механический и магнитный момент. Спин и собственный магнитный момент электрона.

Квантовые числа. Принцип наименьших энергий и принцип Паули. Распределение энергии электронов в атомах. Оболочки и подоболочки. Периодическая система элементов Менделеева.

Вынужденное излучение. Лазеры и их применения.

Классификация кристаллов. Основные положения зонной теории электропроводности.

понятие о статистике Ферми. Проводники, диэлектрики и полупроводники.

Собственная, электронная и дырочная проводимости в полупроводниках.

"n-p" переходы в полупроводниках. Кристаллические диоды и их характеристики.

Заряд и масса ядра. Изотопы. Протоны и нейтрон. Механический и магнитный моменты ядер и атомов.

Взаимодействие нуклонов, понятие о ядерных силах. Радиоактивность. Закон радиоактивного распада ядер.

α, β и γ- излучение.

Дефект массы и энергия связи ядра. Деление ядер.

Ядерный реактор. Термоядерные реакции синтеза.



^ 5 ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ


1 Модуль

Определение отношения заряда электрона к его массе методом магнетрона.

Исследование явления самоиндукции.

Исследование полной последовательной цепи переменного тока.



2 Модуль

Исследование теплового излучения нагретых тел.

Исследование внешнего фотоэффекта на вакуумном фотоэлементе.

Определение потенциалов возбуждения и ионизации методом Франка и Герца.



Ссылки на литературу


Електромагнетизм. Хвилі. Оптика (навчальний посібник)

– Харків, ХНУРЕ, 2005 (53(07)Е 50).

Квантова та ядерна фізика. – Харків, ХНУРЕ, 2005.

Методичні вказівки до практичних занять х курсу фізики. Частина 2 – Харків, ХНУРЕ, 2001 (Б-5977/фіз).

Методичні вказівки до практичних занять з курсу фізики. Частина 3 – Харків, ХНУРЕ, 2001.

Методичні вказівки до лабораторних робіт з фізики. Електрика та магнетизм. – Харків, ХНУРЕ, 2006 (В-6953/фіз).

Методичні вказівки до лабораторних робіт. «Атомна фізика » і «Фізика твердого тіла». – Харків, ХНУРЕ, 1998 (Б-5263/фіз).

Запитання та відповіді до лабораторних робіт з фізики «Електрика та магнетизм». Частина 2 – Харків, ХНУРЕ, 2004.

Запитання та відповіді до лабораторних робіт з фізики «Атомна фізика і фізика твердого тіла». Частина 3. – Харків, ХНУРЕ, 2004.