Общие методические указания
Дисциплина «Физика» изучается студентами всех технических специальностей заочной формы обучения Курганского государственного университета в течение трех семестров.
Основной формой обучения студента заочной формы обучения является самостоятельная работа над учебным материалом. Эта работа организуется и направляется кафедрой общей физики КГУ. Преподаватели кафедры читают студентам установочные и обзорные лекции, проводят консультации, практические и лабораторные занятия, осуществляют текущий и итоговый контроль приобретенных знаний.
Процесс изучения физики студентами заочной формы обучения в каждом из учебных семестров состоит из следующих этапов:
1) проработка установочных и обзорных лекций;
2) самостоятельная работа над учебниками и учебными пособиями;
3) выполнение и защита контрольных работ;
4) прохождение лабораторного практикума;
5) сдача зачетов (если они предусмотрены учебным планом) и экзаменов.
Важнейшим аспектом самостоятельной работы студентов является выполнение контрольных работ. Контрольные работы позволяют закрепить теоретический материал курса. В процессе изучения физики студент должен выполнить три контрольные работы (по одной в семестр). Контрольные работы рецензируются преподавателем и, в случае необходимости, отправляются на доработку. Обязательным элементом является последующая защита контрольной работы студентом, которая может происходить как в течение семестра, так и во время сессии.
Основные разделы курса физики для инженерно - технических специальностей распределены по контрольным работам следующим образом.
Первая контрольная работа включает в себя физические основы механики, основы молекулярной физики и термодинамики.
Вторая - физические основы электродинамики и волновую оптику.
Третья - элементы квантовой физики, квантовые статистики и физики твердого тела, элементы физики атомного ядра и элементарных частиц.
Вариант задания контрольной работы для каждого студента определяет преподаватель.
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 методических указаниях.
Каждая контрольная работа оформляется в отдельной тетради. На титульном листе должны быть указаны: номер контрольной работы, наименование дисциплины, фамилия и инициалы студента, номер учебной группы, шифр и домашний адрес.
При решении задач по физике необходимо:
1. Внимательно прочитать условие задачи. Полностью переписать условие задачи в тетрадь. Сделать краткую запись, выразить все данные в СИ. Если позволяет характер задачи, необходимо сделать рисунок, поясняющий ее сущность.
2. Уточнить, какие величины требуется найти в результате решения задачи. Дать определения этих величин, записать для них соответствующие математические соотношения.
3. Установить круг физических явлений, относящихся к данной задаче, и физические законы, лежащие в их основе. Записать в общем виде математические выражения этих законов, а также соотношения между величинами, характеризующими установленные явления с количественной точки зрения.
4. Переписать все уравнения в соответствии с условиями задачи. (Ввести обозначения величин, учесть начальные и конечные условия, число состояний и количественный состав представленной в задаче физической системы).
5. Исходя из полученных соотношений, составить замкнутую систему уравнений (число уравнений совпадает с числом неизвестных). Решить ее любым известным математическим методом. (Следует помнить, что в ряде случаев "лишние" неизвестные могут сокращаться в процессе промежуточных математических преобразований).
6. Если конечное выражение для искомой величины является достаточно сложным, то его правильность желательно проверить методом размерности.
7. Необходимо помнить, что численные значения физических величин всегда являются приближенными. Поэтому при расчетах надо руководствоваться правилами действий с приближенными числами. (Приложение 4).
Отметим, что для инженерных расчетов, как, впрочем, и для большинства физических, достаточна точность, обеспечиваемая тремя значащими цифрами.
8. Получив численный ответ, оценить его правдоподобность с позиций современной физики.
2. Содержание курса «Физика»
(II семестр изучения)
Тема 10. Электромагнетизм
10.1. Магнитное поле. Вектор магнитной индукции. Сила Ампера.
10.2 .Сила Лоренца. Эффект Холла.
10.3. Виток (рамка) с током в магнитном поле.
10.4. Закон Био-Савара-Лапласа. Принцип суперпозиции в магнетизме.
10.5. Расчет магнитных полей тока с помощью закона Био-Савара-Лапласа и принципа суперпозиции.
10.6. Магнитный поток. Теорема Остроградского-Гаусса. Работа перемещения проводника и контура с током в магнитном поле.
10.7. Закон полного тока для магнитного поля в вакууме.
10.8. Применение закона полного тока к расчету магнитных полей.
10.9. Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца. Закон электромагнитной индукции.
10.10.Явление самоиндукции. Индуктивность. Индуктивность длинного соленоида. Коэффициент взаимной индукции.
10.11.Молекулярные токи. Магнитные моменты атомов. Намагниченность. Магнитные восприимчивость и проницаемость среды. Типы магнетиков.
10.12.Закон полного тока для магнитного поля в веществе. Напряженность магнитного поля.
10.13.Энергия магнитного поля. Плотность энергии магнитного поля.
10.14. Вихревое электрическое поле. Первое уравнение Максвелла.
10.15. Ток смещения. Второе уравнение Максвелла
10.16. Уравнения Максвелла. Материальные уравнения. Принцип относительности в электродинамике.
Раздел 4. ВОЛНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ. ВОЛНОВАЯ ОПТИКА
Тема 11. Волновые процессы
11.1. Механизм образования волн в упругой среде. Продольные и поперечные волны. Гармонические волны. Нормальные моды. Длина волны и волновое число.
11.2. Уравнение бегущей волны. Волновое уравнение. Фазовая скорость и дисперсия волн.
11.3. Уравнение электромагнитной волны. Основные свойства электромагнитных волн. Энергия электромагнитных волн. Вектор Умова-Пойнтинга.
11.4. Излучение диполя. Применение электромагнитных волн. Принципы радиосвязи и радиолокации.
11.5. Эффект Доплера.
Тема 12. Волновая оптика
12.1. Развитие представлений о природе света. Волновая оптика. Геометрическая оптика как предельный случай волновой оптики. Отражение и преломление света. Оптическое изображение.
12.2. Когерентность и монохроматичность световых волн. Пространственная и временная когерентность. Интерференция света и методы ее наблюдения. Оптическая длина пути. Расчет интерференционной картины от 2-х когерентных источников.
12.3. Интерференция света в тонких пленках. Полосы равного наклона и равной толщины.
12.4. Практическое применение интерференции. Интерферометры.
12.5. Дифракция и условия ее наблюдения. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Прямолинейность распространения света.
12.6. Дифракция Френеля на круглом отверстии и диске.
12.7. Дифракция Фраунгофера на одной щели и на дифракционной решетке.
12.8. Дифракция на пространственной решетке. Формула Вульфа - Бреггов. Исследование структуры кристаллов. Оптически однородная среда.
12.9. Разрешающая способность оптических приборов. Критерий Рэлея.
12.10. Понятие о голографии. Элементы Фурье оптики.
12.11. Распространение света в веществе. Дисперсия света. Призматический и дифракционный спектры.
12.12. Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Закон Малюса.
12.13. Поляризация света при отражении и преломлении. Закон Брюстера.
12.14. Двойное лучепреломление. Поляроиды и поляризационные призмы.
Раздел 5. КВАНТОВАЯ ФИЗИКА
Тема 13. Квантовая природа излучения
13.1. Тепловое излучение. Люминесценция. Абсолютно черное тело. Закон Кирхгофа.
13.2. Закон Стефана-Больцмана. Распределение энергии в спектре абсолютно черного тела. Закон смещения Вина.
13.3. Квантовая гипотеза и формула Планка.
13.4. Действие света. Фотоэффект и его виды. Внешний фотоэффект. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Фотоны.
13.5. Энергия, масса и импульс фотонов. Давление света. Квантовое и волновое его объяснение.
13.6. Эффект Комптона.
Тема 14. Элементы квантовой механики
14.1. Обоснование идей квантования (дискретности). Атомные спектры излучения и поглощения.
14.2. Постулаты Бора. Линейчатые спектры атомов (по Бору). Ионизация атомов и молекул.
14.3. Корпускулярно-волновой дуализм. Гипотеза де Бройля. Соотношения неопределенностей.
14.4. Задание состояния микрочастиц. Волновая функция. Вероятность в квантовой теории. Принцип суперпозиции.
14.5. Общее уравнение Шредингера. Стационарное уравнение Шредингера. Операторы физических величин. Принцип причинности в квантовой механике.
14.6. Свободная частица. Частица в потенциальной яме. Принцип соответствия Бора.
14.7. Прохождение частицы сквозь потенциальный барьер. Туннельный эффект.
14.8. Линейный гармонический осциллятор в квантовой механике.