ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 24.06.2021
Просмотров: 1043
Скачиваний: 3
ФИЗИКА
Методические указания и контрольное задание
для студентов-заочников
СОДЕРЖАНИЕ
1. КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ.
1.1. Колебания…………………………………………………...4
1.2. Сложение колебаний……………………………………...16
1.3. Волны в упругой среде……………………………………20
2. ВОЛНОВАЯ ОПТИКА.
2.1. Интерференция света……………………………………...24
2.2. Дифракция света…………………………………………...36
2.3. Поляризация света…………………………………………41
3. КВАНТОВАЯ ПРИРОДА ИЗЛУЧЕНИЯ.
3.1. Тепловое излучение………………………………………..45
3.2 Фотоэффект. Эффект Комптона…………………………...49
4. ЭЛЕМЕНТЫ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ
4.1. Волновые свойства микрочастиц.
Соотношения неопределенностей………………………..57
4.2. Строение атома…………………………………………….61
ЗАДАЧИ……………………………………………………………63
Таблица заданий для контрольной работы № 2………………...79
Настоящая "Методическая разработка" предназначается для
студентов заочной формы обучения и имеет целью оказать по-
мощь в изучении курса общей физики по разделам: "Колебания и
волны в упругой среде", "Волновая оптика", "Основы квантовой
физики".
Методическая разработка составлена в соответствии с типовой
программой.
Предполагается, что студенты помимо данной разработки при
изучении учебного материала пользуются литературой, рекомен-
дованной для студентов технических вузов:
1. И.В. Савельев "Курс общей физики" т. 1, 2, 3. М. Наука, 1982 г.
(и все последующие годы издания).
2. Курс Фейнмановских лекций. Вып. 1 – 9. I977 – I979 г.
3. Т.А. Трофимова "Курс физики". М. Высшая школа, 1985 г.
4. Р. Спроул "Современная физика".(Квантовая физика атомов,
твердого тела и ядер). М, Наука, 1974 г.
5. Э.А. Нерсесов "Основные законы атомной и ядерной физики".
М. Высшая школа, 1988 г.
6. А.Г. Чертов, А.А. Воробьев "Задачник по физике", М. Высшая
школа, 1988 г.
7. В.С. Волькенштейн "Сборник задач по курсу физики". М.
Наука, 1986 г.
8. Б.М. Яворский, А.А. Детлаф "Справочник по физике". М.
Наука, 1985 г.
Приведенные примеры решения задач и задачи для самостоя-
тельной работы помогут уяснить физический смысл законов и
явлений, будут способствовать закреплению изучаемых разделов
курса общей физики.
При решении задач необходимо выполнять следующие прави-
ла:
1. Записать полностью условие задачи. Выписать все величи-
ны, входящие в условие, столбиком и выразить их в единицах
Международной системы единиц (СИ).
2
2. Дать чертеж, поясняющий содержание задачи (в тех случа-
ях, когда это возможно); выполнить его надо аккуратно, при по-
мощи чертежных принадлежностей.
3. Указать основные законы и формулы, на которых базирует-
ся решение задачи, дать словесную формулировку этих законов,
разъяснить употребляемые буквенные обозначения
Если при решении задач применяется формула, полученная
для частного случая, не выражающая физического закона, то ее
следует вывести. Пояснения должны быть краткими, но исчерпы-
вающими.
4. Решить задачу в общем виде, т.е. выразить искомую вели-
чину в буквенных обозначениях величин, заданных в условии за-
дачи и взятых из таблиц.
Таблицы физических величин находятся в сборниках задач и
справочниках.
5. Подставить в рабочую формулу размерности или сокращен-
ные обозначения единиц измерения величин и убедиться в пра-
вильности размерности искомой величины (см. примеры решения
задач).
6. Подставить в окончательную формулу, полученную в ре-
зультате решения задачи в общем виде, числовые значения, вы-
раженные в единицах системы СИ.
Несоблюдение этого правила приводит к неверному результа-
ту.
7. Произвести вычисление величин, подставленных в формулу,
руководствуясь правилами приближенных вычислений.
3
1 КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ.
1.1. Колебания.
Этот раздел рекомендуется изучить по §§ 49-54, 58-60 учебно-
го пособия И.В. Савельева "Курс общей физики", т. 1. изд. 1982 г.
и §§ 88-92 т. 2, изд. 1982 г.
Рассмотрение этой темы предусматривает решение задач на
колебательные движения, возникающие как при механических
формах движения, так и в электрических цепях (контурах), а по-
этому удобно сразу же при изучении теоретического материала
провести и установить аналогию между механическими и элек-
трическими величинами, характеризующими колебательные про-
цессы (см. табл.).
Механическая система.
Электрическая цепь.
m – масса.
L – индуктивность.
k – коэффициент квазиупругой
силы.
C
1
–
величина
обратная
электроемкости.
r – коэффициент трения.
R – активное сопротивление.
F – сила.
Е(t) – электродвижущая сила.
x(t) – смещение.
q(t) – заряд.
)
t
(
x
dt
dx
v
– скорость.
)
t
(
q
dt
dq
i
– сила тока.
)
t
(
x
t
d
x
d
dt
dv
a
2
2
–ускорение.
)
t
(
q
t
d
q
d
dt
di
2
2
– скорость из-
менения силы тока.
2
kx
W
2
ПОТ
– потенциальная
энергия.
C
2
q
W
2
ЭЛ
– энергия электри-
ческого поля заряженного
конденсатора.
2
mv
W
2
КИН
– кинетическая
энергия.
2
Li
W
2
МАГ
– энергия магнит-
ного поля контура с
током.
4
Динамическое уравнение гармонических колебаний:
Второй закон Ньютона
kx
ma
.
Правило Кирхгофа
dt
di
L
i·
R
.
Дифференциальное уравнение гармонических колебаний:
0
x
x
2
0
.
0
q
q
2
0
.
Собственная частота системы:
m
k
0
.
LC
1
0
.
Уравнение гармонических колебаний:
)
t
cos(
A
x
0
0
.
)
t
cos(
q
q
0
0
m
.
Где А и
m
q
– амплитуда колебаний,
)
t
(
0
0
–фаза колебаний,
0
– начальная фаза,
0
– циклическая частота.
Динамическое уравнение затухающих колебаний:
Второй закон Ньютона
rv
kx
ma
.
Правило Кирхгофа
dt
di
L
C
q
i·
R
.
Дифференциальное уравнение затухающих колебаний:
0
x
x
2
x
2
0
.
0
q
q
2
q
2
0
.
Коэффициент затухания:
m
2
r
.
L
2
R
.
Уравнение затухающих колебаний:
)
t
cos(
e
A
x
0
З
t
0
.
)
t
cos(
e
q
q
0
З
t
0
.
Амплитуда затухающих колебаний:
t
0
e
A
A
.
t
0
m
e
q
q
.
Частота затухающих колебаний:
2
2
0
З
.
5
Логарифмический декремент затухания:
T
)
T
t
(
A
)
t
(
A
ln
0
0
.
Добротность:
)
T
t
(
W
)
t
(
W
)
t
(
W
2
Q
,
где
t
2
0
e
W
)
t
(
W
– полная энергия системы.
Динамическое уравнение вынужденных колебаний:
Второй закон Ньютона
)
t
(
F
rv
kx
ma
,
)
t
cos(
F
)
t
(
F
m
– сила.
Правило Кирхгофа
)
t
(
e
dt
di
L
C
q
i·
R
,
)
t
cos(
E
)
t
(
e
m
– ЭДС.
Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний:
)
t
cos(
m
F
x
x
2
x
m
2
0
.
)
t
cos(
L
E
q
q
2
q
m
2
0
.
Уравнение установившихся вынужденных колебаний:
)
t
cos(
A
x
.
)
t
cos(
q
q
m
,
)
t
cos(
U
u
m
C
,
где
C
q
U
m
m
– амплитуда
напряжения на конденсаторе.
Амплитуда вынужденных колебаний:
2
2
2
2
2
0
m
4
m
F
A
.
2
2
2
2
2
0
m
m
4
L
E
q
.
Разность фаз между колебаниями и вынуждающей силой:
2
2
0
2
tg
.
Резонансная частота:
2
2
0
рез
2
.
6
Скорость:
)
t
cos(
v
dt
dx
v
m
,
где
A
v
m
– амплитуда ско-
рости,
2
– разность фаз
между скоростью и силой.
Сила тока:
)
t
cos(
I
dt
dq
i
m
,
где
m
m
q
I
– амплитуда тока,
2
– разность фаз меж-
ду током и ЭДС.
Амплитуда силы тока:
2
2
m
m
C
1
L
R
E
I
.
Разность фаз:
R
C
1
L
tg
.
Если
LC
1
0
рез
, то
амплитуда силы тока макси-
мальна:
R
E
I
m
)
рез
(
m
,
а разность фаз:
0
рез
.
Ускорение:
2
t
cos
a
dt
dv
a
m
,
где
A
v
a
2
m
m
– ампли-
туда ускорения.
7
Пример 1.
Полная энергия тела, совершающего гармоническое
колебательное движение, равна 19,7мкДж, максимальная сила,
действующая на тело, равна 0,8 мН. Написать уравнение движе-
ния тела, если период колебаний равен 2 с, а начальная фаза 60
.
Решение:
Уравнение гармонического колебания:
x
Acos(
t
),
где A – амплитуда колебаний,
t
0
–
фаза,
0
– начальная фаза,
– циклическая
частота.
Для определения амплитуды A учтем, что
скорость v и ускорение колеблющегося тела
равны:
)
t
sin(
A
dt
dx
v
0
,
)
t
cos(
A
dt
dv
a
0
2
.
Согласно второму закону Ньютона, сила, действующая на тело
равна:
F
ma
- m
2
Acos(
t
0
).
Учтем, что F
F
max
, если cos(
t
0
)
1, поэтому макси-
мальное значение силы F
max
m
2
A.
Полная энергия колеблющегося тела равна сумме кинетиче-
ской
2
mv
W
2
k
и потенциальной
2
kx
W
2
p
энергий:
W
W
k
W
p
W
k max
= W
p max
,
следовательно:
2
A
m
2
mv
W
W
2
2
max
2
max
k
,
т.к. v
max
A.
Учтя выражение для F
max
, имеем:
2
A
F
W
max
,
Дано:
W = 19,7·10
–6
Дж
F
max
= 0,8·10
–3
Н
Т = 2 с
0
= π/3
x(t) = ?