Министерство образования и науки УкраиныХарьковский национальный университет радиоэлектроникиКафедра физикиПакет 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 2009СОДЕРЖАНИЕ 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. неделиВиды 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 БАЛЛОВПО КАЖДОМУ ВИДУ КОНТРОЛЯ Виды контроля Количество точекконтроля 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 КОНТРОЛЯВопросы экспресс-контроля, выносимые на практические занятия. [3,4]Тема 1. Магнитное поле токаЗакон 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 волныЭДС 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 волнКогерентные 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 излучениеЗакон 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 БоруУравнение 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 телаВолны 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 РАБОТ1 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.