Методические указания и контрольные задания для студентов заочников инженерно технических специальностей по курсу «Общая физика»
Скачать 0.75 Mb.
|
Федеральное агентство по образованию РФ Карачаево-Черкесская государственная технологическая академия Кафедра физики ОБЩАЯ ФИЗИКА ч. III, IV Программа, методические указания и контрольные задания для студентов – заочников инженерно – технических специальностей по курсу «Общая физика» Черкесск, 2008 УДК _______ ББК ________ Рекомендовано к публикации кафедрой физики, протокол № ___ от ________________________ Публикуется по решению учебно – методического совета КЧГТА, протокол № ________ от __________________ Составитель: Лафишева Фатима Зулкарнаевна, к.п.н., доцент Рецензенты: Тлисова С.М., д.х.н., к.ф-м.н., профессор, Докумова Л.Ш., к.ф-м.н., доцент. Редактор: Куршев Оли Ибрагимович, к.ф-м.н., доцент. Предисловие Цель настоящего учебно-методического пособия – оказать помощь студентам – заочникам инженерно-технических специальностей высших учебных заведений в изучении курса физики. Основной учебный материал программы курса в пособии распределен на шесть разделов. В каждом из них даны основные формулы, примеры решения задач, задачи для самостоятельного решения и контрольные задания и некоторые справочные таблицы. В пособии учтены особенности учебных планов разных специальностей – различие в числе контрольных работ и во времени, отводимом для изучения курса физики. Дана таблица вариантов контрольных работ для студентов, выполняющих шесть контрольных работ. ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Основной формой обучения студента-заочника является самостоятельная работа над учебным материалом. Для облегчения этой работы кафедры физики вузов организуют чтение лекций, практические занятия и лабораторные работы. Поэтому процесс изучения физики состоит из следующих этапов:
При самостоятельной работе над учебным материалом необходимо:
Контрольные работы позволяют закрепить теоретический материал курса. В процессе изучения физики студент должен выполнить шесть контрольных работ. Решение задач контрольных работ является проверкой степени усвоения студентом теоретического курса, а рецензии на работу помогают ему доработать и правильно освоить различные разделы курса физики. Перед выполнением контрольной работы необходимо внимательно ознакомиться с примерами решения задач по данной контрольной работе, уравнениями и формулами, а также со справочными материалами, приведенными в конце методических указаний. Шесть контрольных работ, предусмотренные учебными планами для инженерно-технических специальностей, распределены следующим образом: l, 2- физические основы механики, молекулярной физики и термодинамики; 3, 4 физические основы электродинамики; 5- волновая оптика, квантовая природа излучения; 6- элементы атомной, ядерной физики и физики твердого тела. В данное пособие включены 5,6 контрольные работы для инженерно-технических специальностей. Контрольные работы содержат десять задач. Вариант задания контрольной работы определяется в соответствии с последней цифрой шифра по таблице для контрольных работ. Если, например, последняя цифра 5, то в контрольных работах студент решает задачи 5, 15, 25, 35, 45, 55, 65, 75. При выполнении контрольных работ необходимо соблюдать следующие правила:
Контрольные работы, оформленные без соблюдения указанных правил, а также работы, выполненные не по своему варианту, не засчитывают. При отправлении работы на повторное рецензирование обязательно представлять работу с первой рецензией. Во время экзаменационно-лабораторных сессий проводятся лабораторные работы. Цель лабораторного практикума - не только изучить те или иные физические явления, убедиться в правильности теоретических выводов, приобрести соответствующие навыки в обращении с физическими приборами, но и более глубоко овладеть теоретическим материалом. На экзаменах и зачетах в первую очередь выясняется усвоение основных теоретических положений программы и умение творчески применять полученные знания к решению практических задач. Физическую сущность явлений, законов, процессов следует излагать четко и достаточно подробно; решать задачи необходимо без ошибок и уверенно. Любая графическая работа должна быть выполнена аккуратно и четко. Только при выполнении этих условий знания по курсу физики могут быть признаны удовлетворительными. ПРИМЕРНАЯ СХЕМА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ Предложить единую схему решения задач невозможно. Однако можно рекомендовать определенную последовательность их решения. Приступая к решению задач по какому-либо разделу, необходимо ознакомиться по учебной литературе и данному методическому пособию с конкретными физическими понятиями и соотношениями этого раздела. Разобрать приведенные в пособии примеры решения задач изучаемого раздела. При решении задач целесообразно придерживаться следующей схемы:
Рабочая программа III. ФИЗИКА КОЛЕБАНИЙ И ВОЛН. Оптика Понятие о колебательных процессах. Единый подход к колебаниям различной физической природы. 1. Кинематика гармонических колебаний Амплитуда, круговая частота, фаза гармонических колебаний. Сложение скалярных и векторных колебаний. Комплексная форма представления колебаний. Векторные диаграммы. 2.Гармонический осциллятор Маятник, груз на пружине, колебательный контур. Свободные затухающие колебания. Коэффициент затухания, логарифмический декремент, добротность. Фазовая плоскость осциллятора. Изохронность. Энергетические соотношения для осциллятора. Понятие о связанных осцилляторах. Действие периодических толчков на гармонический осциллятор. Резонанс. Осциллятор как спектральный прибор. Фурье-разложение. Физический смысл спектрального разложения. Модулированные колебания. Спектр амплитудно-модулированного колебания. Вынужденные колебания осциллятора под действием синусоидальной силы. Амплитуда и фаза при вынужденных колебаниях. Резонансные кривые. Процесс установления колебаний. Время установления и его связь с добротностью. Вынужденные колебания в электрических цепях. Метод комплексных амплитуд. Параметрические колебания осциллятора. Энергетические соотношения. Параметрический резонанс. 3.Ангармонические колебания Нелинейный осциллятор. Физические системы, содержащие нелинейность. Автоколебания. Обратная связь. Понятие о релаксационных колебаниях. 4. Волновые процессы Волны. Плоская стационарная волна. Плоская синусоидальная волна. Бегущие и стоячие волны. Фазовая скорость, длина волны, волновое число. Эффект Допплера. Скалярные и векторные волны. Поляризация. Интерференция синусоидальных волн. Распространение волн в средах с дисперсией. Групповая скорость и ее связь с фазовой скоростью. Нормальная и аномальная дисперсии. Одномерное волновое уравнение. Продольные волны в твердом теле. Вектор Умова. Упругие волны в газах и жидкостях. Ударные волны. Плоские электромагнитные волны. Поляризация волн. Вектор Пойнтинга. Излучение диполя. Сферические и цилиндрические волны. 5. Интерференция Интерференция монохроматических волн. Квазимонохроматические волны. Функция когерентности. Интерференция квазимонохроматических волн. Интерферометры. Временное и спектральное рассмотрение интерференционных явлений. 6. Дифракция волн Принцип Гюйгенса — Френеля. Приближение Френеля. Интеграл и дифракция Френеля. Приближение Фраунгофера. Простые задачи дифракции: дифракция на одной и на многих щелях. Дифракционная решетка. Дифракция на круглом отверстии. Дифракция Фраунгофера и спектральное разложение. Дифракционная решетка с синусоидальной пропускаемостью. Принцип голографии. 7. Электромагнитные волны в веществе Распространение света в веществе. Дисперсия диэлектрической проницаемости. Поглощение света. Прозрачные среды. Поляризация волн при отражении. Элементы кристаллооптики. Электрооптические и магнитооптические явления. 8. Экспериментальное обоснование основных идей квантовой теории Обоснование идей квантования (дискретности): опыты Франка и Герца, опыты Штерна и Герлаха, резонансы во взаимодействии нейтронов с атомными ядрами, пионов с нуклонами. Правило частот Бора. Линейчатые спектры атомов. Принцип соответствия. 9. Фотоны Энергия и импульс световых квантов. Фотоэффект. Эффект Комптона. Образование и аннигиляция электронно-позитронных пар. Элементарная квантовая теория излучения. Вынужденное и спонтанное излучение фотонов. Коэффициенты Эйнштейна. Тепловое равновесие излучения. ФИЗИКА КОЛЕБАНИЙ И ВОЛН. ОПТИКА. Пояснения к рабочей программе При изучении темы «Колебания» следует параллельно рассматривать механические и электромагнитные колебания, что способствует выработке у студента единого подхода к колебаниям различной физической природы. Здесь следует четко уяснить понятия фазы, разности фаз, амплитуды, частоты, периода колебаний, и там, где это необходимо, использовать графический метод представления гармонического колебания. Нужно уяснить, что любые колебания линейной системы всегда можно представить в виде суперпозиции одновременно совершающихся гармонических колебаний с различными частотами, амплитудами и начальными фазами. Изучение темы «Волны» целесообразно начинать с механических волн, распространяющихся в упругих средах. Здесь следует обратить внимание на картину мгновенного распределения смещений и скоростей в бегущей волне, различие между бегущей и стоячей волнами, зависимость фазовой скорости от частоты колебаний, найти связь между групповой и фазовой скоростями и показать их равенство в отсутствие дисперсии волн. Особое внимание студент должен уделить условию интерференции волн, энергетическому соотношению при интерференции волн, понять и объяснить перераспределение энергии при образовании минимумов и максимумов интенсивности. Переходя к изучению электромагнитных волн, студенту следует ясно представить себе физический смысл уравнений Максвелла и, опираясь на них, рассмотреть свойства этих волн. Нужно четко представлять, что переменные электрическое и магнитное поля взаимосвязаны, они поддерживают друг друга и могут существовать независимо от источника, их породившего, распространяясь в пространстве в виде электромагнитной волны. Другими словами, электромагнитная волна — это распространяющееся в пространстве переменное электромагнитное поле. Под энергией электромагнитного поля следует подразумевать сумму энергий электрического и магнитного полей. Простейшей системой, излучающей электромагнитные волны, является колеблющийся электрический диполь. Следует помнить, что если диполь совершает гармонические колебания, то он излучает монохроматическую волну. В настоящее время волновая оптика является частью общего учения о распространении волн. При изучении явлений интерференции и дифракции, объясняемых с позиций волновой природы света, студент должен обратить внимание на общность этих явлений для волн любой природы. Но световые волны имеют специфические особенности, когерентность, монохроматичность, которые обусловлены конечной длительностью свечения отдельного атома. При изучении интерференции света особое внимание следует обратить на такие вопросы, как цвета тонких пленок, полосы равной толщины и равного наклона. Следует помнить, что при интерференции света имеет место суперпозиция, связанная с перераспределением энергии, а не с взаимодействием волн. Рассматривая явление дифракции, необходимо уяснить метод зон Френеля, уметь пользоваться графическим методом сложения амплитуд, что будет способствовать пониманию дифракции на одной щели, дифракционной решетке. Кроме того, необходимо изучить дифракцию на пространственной решетке и уметь пользоваться формулой Вульфа — Брэгга, являющейся основной в рентгеноструктурном анализе, имеющем важнейшее практическое применение. Изучение явлений интерференции и дифракции света должно подготовить студента к пониманию основ волновой (квантовой) механики и физики твердого тела. Поперечность световых волн была экспериментально установлена при изучении явления поляризации света, которое имеет большое практическое применение. При изучении этого явления особое внимание следует обратить на способы получения поляризованного света и применение законов Брюстера, Малюса, на явление вращения плоскости поляризации в кристаллах и растворах, эффект Керра. Изучая явление дисперсии света, необходимо уяснить сущность электронной теории этого явления, отличие нормальной дисперсии от аномальной. Следует представлять, что при движении заряженных частиц в веществе в том случае, когда их скорость движения превышает фазовую скорость световых волн в этой среде, возникает излучение Вавилова - Черенкова, которое нужно рассматривать как классическое явление. Переход от классической физики к квантовой связан с проблемой теплового излучения и, в частности, с вопросом распределения энергии по частотам в спектре абсолютно черного тела. Изучая тему «Квантовая природа изучения», необходимо знать гипотезу Планка о квантовании энергии осцилляторов и уяснить, что на основании формулы Планка могут быть получены законы Стефана — Больцмана и Вина. Развитие гипотезы Планка привело к созданию представлений о квантовых свойствах света. Кванты света получили название фотонов. С позиций квантовой теории света объясняются такие явления, как фотоэлектрический эффект и эффект Комптона. При изучении фотоэффекта следует знать формулу Эйнштейна и на ее основе уметь объяснить закономерности, установленные Столетовым. Рассматривая эффект Комптона, необходимо обратить внимание на универсальный характер законов сохранения, которые оказываются справедливыми в каждом отдельном акте взаимодействия фотона с электроном. Изучая световое давление, важно понять, что это явление может быть объяснено как на основе волновых представлений о свете, так и с точки зрения квантовой теории. В итоге изучения этого раздела у студента должно сформироваться представление о том, что электромагнитное излучение имеет двойственную корпускулярно-волновую природу (корпускулярно-волновой дуализм). Корпускулярно-волновой дуализм является проявлением взаимосвязи двух основных форм материи: вещества и поля. Контрольная работа № 5 построена таким образом, что дает возможность проверить знания студентов по разделу «Колебания. Волны. Оптика». Задачи на гармонические колебания охватывают такие вопросы, как определение амплитуд скорости, ускорения и энергии, периода механических колебаний, силы тока, напряжения, энергии и частоты электромагнитных колебаний. Волновые процессы представлены задачами, в которых определяются частота, длина, скорость распространения, энергия и объемная плотность энергии механических и электромагнитных волн. Задачи по теме «Интерференция света» включают расчет интерференционной картины от двух когерентных источников, интерференцию в тонких пленках, полосы равной толщины и равного наклона. Тема «Дифракция света» представлена задачами: зоны Френеля, дифракция в параллельных лучах на одной щели, на плоской и пространственной дифракционных решетках, разрешающая способность дифракционной решетки. Задачи по теме «Поляризация света» охватывают такие вопросы, как применение законов Брюстера, Малюса, определение степени поляризации, вращение плоскости поляризации в растворах и кристаллах. Тема «Распространение света в веществе» включает законы теплового излучения, фотоэффект, эффект Комптона, давление света. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Методические указания и контрольные задания для студентов заочников... Публикуется по решению учебно – методического совета кчгта, протокол № от | | Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников... Методические указания предназначены для студентов-заочников экономических специальностей сельскохозяйственных высших учебных заведений,... |
| Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников... Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников Салаватского индустриального колледжа | | Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников... Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников Салаватского индустриального колледжа |
| Российской Федерации Омский государственный технический университет Контрольные задания по немецкому языку для студентов – заочников технических специальностей | | Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников... ... |
| Методические указания и контрольные задания для студентов первого... Английский язык: Методические указания и контрольные задания для студентов первого | | Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников... Государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования |
| Методические указания и контрольные задания для студентов специальности 240801. 65 Методические указания по курсу «Безопасность жизнедеятельности» разработаны в соответствии с рекомендациями Минобразования России... | | Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников... |
 | Методические указания и контрольные задания по немецкому языку для... Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Авиационный... | | Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников Методические указания составлены в соответствии с рабочей программой по дисциплине "Грузоподъемные механизмы и транспортные средства"... |
| Методические указания для выполнения контрольных заданий для студентов... Методические указания предназначены для студентов I курса фдо инженерных специальностей. В методических указаниях содержатся контрольные... | | Методические рекомендации к выполнению домашних письменных работ Методические указания предназначены для организации семинарских занятий по курсу «Психология делового общения» для факультетов технических... |
| Методические рекомендации к выполнению домашних письменных работ Методические указания предназначены для организации семинарских занятий по курсу «Психология делового общения» для факультетов технических... | | Рабочая программа, методические указания и контрольные задания для студентов всех специальностей Культурология: рабочая программа, метод указания и контр задания для студентов всех специальностей идо / Сост. Т. А. Чухно, Н. А.... |
