МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ

Пермский государственный технический университет

Кафедра общей физики

Физика

Методические указания и контрольные задания

для студентов заочного отделения

Ч а с т ь III

ОПТИКА

АТОМНАЯ ФИЗИКА

Пермь 2002

УДК 53(07):378

Б 24

План УМД 2001/2002 уч./г.

Физика: Методические указания и контрольные задания для студентов заочного отделения. Часть III. Оптика. Атомная физика / Перм.гос.техн.ун-т, Пермь, 2002. - 48 с.

Составители: Белецкий В.Г., к.т.н., доцент; Лощилова В.А., ассистент; Постников В.С.,к.т.н., доцент; Теплов В.С.,ассистент. Под общей редакцией Цаплина А.И., д.т.н., профессора.

Приведены общие рекомендации по применению физических зако­нов и формулы к решению задач, правила округления, рабочая про­грамма, список литературы, примеры решения задач по темам "Оптика. Атомная физика", тренировочные зада­чи с ответами, проверочный тест и задачи для выполнения двух контрольных работ. Даны таблицы с номерами вариантов и номерами задач для каждого варианта, а также справочные таблицы.

Рецензент: Колесниченко В.И., к.ф.-м.н., доцент.

Издание стереотипное. Утверждено на заседании кафедры.

ã Пермский государственный

технический университет, 2002

СОДЕРЖАНИЕ

Введение................................................................................................. 4

Список литературы................................................................................ 4

1. Краткие методические указания по самостоятельному

изучению курса................................................................................. 5

2. Методические указания к решению задач........................................ 6

3. Основные формулы. Оптика............................................................. 7

3.1. Примеры решения задач............................................................ 12

3.2. Тренировочные задачи............................................................... 23

3.3. Контрольная работа № 5............................................................ 25

4. Основные формулы. Атомная физика.............................................. 31

4.1. Примеры решения задач............................................................ 35

4.2. Тренировочные задачи............................................................... 40

4.3. Контрольная работа № 6............................................................ 41

5. Вопросы для подготовки к экзамену................................................ 45

6. Справочные таблицы......................................................................... 47

ВВЕДЕНИЕ

Цель настоящего издания - снабдить студентов-заочников ра­бочей программой и контрольными заданиями по курсу общей физики.

Весь учебный материал программы курса разделен на три час­ти:

1. "Механика, молекулярная физика и термодинамика".

2. "Электростатика. Постоянный ток. Электромагнетизм".

3. "Оптика. Атомная физика".

Каждая из частей содержит: рабочую программу, список учебной литературы, примеры решения задач, тренировочные задачи, контрольные задания, справочные таблицы.

Распределение объемов занятий и видов учебной работы при изучении физики для студентов-заочников всех специальностей дано в табл. 1.

Таблица 1

Основной формой изучения дисциплины является самостоятельная работа студента над рекомендованной литературой. Целесообразно проработать материал, пользуясь примерами решения задач, тренировочными задачами, контрольными заданиями, справочными таблицами.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная

1. Трофимова Т.И. Курс физики: Учебное пособие.-7 изд., испр.-М.: Высш. шк, 2001.-542 с.

Дополнительная

2. Савельев И.В. Курс общей физики. М.: Наука,1988. Т.1-3.

3. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. М.: Высш. шк., 1989.

4. Лабораторный практикум по физике. Под ред. К.А. Барсукова и Ю.И. Уханова. М.: Высш шк., 1988.

КРАТКИЕ МЕТОДИЧЕСКИ УКАЗАНИЯ ПО

САМОСТОЯТЕЛЬНОМУ ИЗУЧЕНИЮ КУРСА

Методика изучения физики на заочном отделении в корне от­личается от методик для дневной формы обучения. Так, если на дневном отделении основной формой обучения являются лекции, практические и лабораторные занятия, где преподаватель излагает программный материал, решает со студентами задачи, проводит ла­бораторные занятия, проверяет знания студентов, то учебный про­цесс на заочном отделении связан с углубленной самостоятельной работой и предусматривает:

1) изучение материала программы по учебникам или учебным пособиям;

2) решение задач;

3) выполнение контрольных работ;

4) выполнение лабораторных работ;

5) сдачу зачетов и экзаменов.

Для успешного овладения материалом и сдачи экзаменов по физике необходимо руководствоваться несколькими правилами.

1. Следует изучать курс систематически в течение всего учебного года. Попытка изучить физику в сжатые сроки перед экзаменом не даст глубоких, прочных знаний и приведет к неудаче.

2. Выбрав какое-либо учебное пособие в качестве основного для определенной части курса, придерживайтесь данного пособия при изучении всей части или, по крайней мере, ее целого раздела. Замена одного пособия другим в процессе изучения может привести к утрате логической связи между отдельными вопросами. Но если выбранное пособие не дает полного или ясного ответа на некоторые вопросы программы, необходимо обращаться к другим учебным посо­биям.

3. При чтении учебного пособия составляйте конспект, в ко­тором записывайте законы и формулы, выражающие эти законы, опре­деления физических величин и их единиц, делайте чертежи и решай­те типовые задачи. При решении задач следует пользоваться Между­народной системой единиц (СИ).

4. Самостоятельную работу над курсом необходимо подвергать систематическому контролю. Для этого после изучения очередного раздела следует ставить вопросы и отвечать на них. При этом надо использовать рабочую программу курса.

5. Очень полезно прослушать установочный курс лекций, орга­низуемый для студентов-заочников, а также пользоваться очными консультациями преподавателей.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ

Решение задач по физике способствует более глубокому пони­манию изучаемого материала и помогает закреплению в памяти поня­тий, формулировок, определений, формул и физических законов, раз­вивает у студентов логическое мышление, навык в применении полу­ченных знаний для решения конкретных вопросов, имеющих практичес­кое и познавательное значение. Поэтому в данном пособии приводится список трени­ровочных задач, работа над которыми закрепит знания и навыки сту­дентов.

Задачи по физике разнообразны, и дать единый рецепт для их решения невозможно. Умение решать задачи приобретается в процес­се систематических упражнений. Можно лишь указать условия, соб­людение которых необходимо для успешного решения задач.

В основу каждой физической задачи положен тот или иной част­ный случай проявления общих законов физики. Поэтому, без твердо­го знания теории нельзя рассчитывать на успешное решение и ана­лиз даже самых простых задач.

При решениизадач необходимо:

1) хорошо вникнуть в условие задачи и установить, какие физические закономерности лежат в ее основе;

2) записать все данные в задаче физические величины в од­ной системе единиц;

3) если позволяет характер задачи, обязательно сделать чер­теж (схему), поясняющий ее сущность;

4) записать законы и формулы, на которых базируется решение, и дать словесную формулировку этих законов, разъяснить буквенные обозначения;

5) если при решении задачи применяется формула, полученная для частного случая, не выражающая какой-нибудь общий физический закон, или не являющаяся определением какой-нибудь физической величины, то ее следует вывести;

6) особое внимание следует обращать на векторный характер многих физических величин. Для полного определения таких величин необходимо учитывать не только их числовое значение, но и направ­ление;

7) получить решение задачи в общем виде, то есть выразить ис­комую величину в буквенных обозначениях величин, заданных в условии задачи. Правильность решения задачи в общем виде можно проверить, используя правило размерностей (наименований). При правильном реше­нии размерность правой части формулы совпадает с размерностью иско­мой величины. Несоблюдение этого условия (оно необходимо, но недо­статочно) свидетельствует об ошибке, допущенной в ходе решения;

8) решение задачи следует сопровождать краткими, но исчерпывающими пояснениями;

9) подставить числовые данные в полученные для искомых вели­чин формулы, произвести с ними необходимые действия. Проанализиро­вать результат (оценить его правдоподобность);

10) проводя арифметические расчеты, нужно использовать правила приближенных вычислений, позволяющие экономить время без ущерба для точности. Точность ответа не должна превышать точности, с ко­торой даны исходные величины. В тех задачах, где требуется начер­тить график, следует рационально выбрать масштаб и начало координат.

Умение решать задачи приобретается длительными и системати­ческими упражнениями. При подготовке к выполнению контрольной ра­боты следует после изучения каждой темы решить задачи из раздела "Тренировочные задачи". Они содержат элементы задач, предлагаемых для контрольных работ.

Задачи для тренировки несколько проще тех, которые входят в контрольные задания, и призваны подготовить студента к выполне­нию контрольной работы. Решение этих задач крайне полезно и не­обходимо.

При оформлении контрольных работ нужно помнить следующее.

1. Контрольная работа выполняется чернилами в обычной учени­ческой тетради.

2. Текст задачи из контрольного задания должен быть перепи­сан полностью и выписаны столбиком значения величин с их стан­дартными обозначениями.

3. При решении задач необходимо придерживаться правил, при­веденных выше.

4. Качественные задачи объяснять не односложно, а давать ис­черпывающий ответ.

ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ. ОПТИКА

Преломление света

1. Отношение синуса угла падения i₁ к синусу угла преломления i₂ для данной пары веществ есть величина постоянная, называемая относительным показателем преломления второго вещества относительно первого:

Абсолютным показателем преломления какого-либо вещества называется показатель преломления этого вещества по отношению к вакууму или воздуху.

Относительный показатель преломления второго вещества относительно первого n₂₁ равен отношению абсолютных показателей преломления этих веществ: .

Если луч света переходит из оптически более плотного вещества (n₁) в оптически менее плотное (n₂< n₁), , то при некотором предельном значении угла падения i_пред угол преломления становится равным 90⁰, преломленный луч исчезает, а падающий испытывает полное отражение. Предельный угол определяется из формулы где n₂ < n₁.

Интерференция света

2. Скорость света в среде где с – скорость света в вакууме; n – показатель преломления среды.

3. Оптическая длина пути луча L = nl, где l – геометрическая длина пути луча в среде с показателем преломления n.

4. Если один луч проходит путь длиной l₁ в среде с показателем преломления n₁, а другой луч – путь l₂ в среде с показателем преломления n₂, то оптическая разность хода этих лучей Δ = n₁l₁ – n₂l₂.

5. Разность фаз колебаний Δφ связана с оптической разностью хода Δ интерферирующих волн соотношением , где λ – длина световой волны в вакууме.

6. Условие максимального усиления света в результате интерференции Δ = ± кλ, (к = 0, 1, 2, …).

Условие максимального ослабления света

Δ = ± (2к + 1)λ/2, (к = 0, 1, 2, …).

Дифракция света

7. Радиусы зон Френеля в случае плоского волнового фронта , где r_k – радиус зоны, k – номер зоны (k = 1, 2, …); r₀ – расстояние от круглого отверстия в непрозрачном экране до точки наблюдения, расположенной на оси отверстия; λ – длина световой волны.

8. При дифракции параллельного пучка лучей монохроматического света на одной узкой длинной щели:

а) направления, в которых амплитуда колебаний дифрагированных лучей минимальна, определяется из условия где а – ширина щели; φ – угол отклонения лучей от нормали к плоскости щели, определяющий направление на дифракционный минимум; к – порядковый номер минимума; λ – длина световой волны;

б) направления, по которым амплитуда колебаний дифрагированных лучей после их интерференции максимальна, определяются по формуле .

9. При дифракции на плоской дифракционной решетке направления, в которых наблюдаются максимумы света, определяются из условия

(a + b) sinφ = ± kλ; k = 0, 1, 2, …, где а – ширина прозрачной полоски (щели); b – ширина непрозрачного штриха; d = (а + b) – период решетки (или постоянная решетки); φ – угол между нормалью к поверхности решетки и направлением дифрагированных лучей; k – порядковый номер дифракционного максимума.

10. Разрешающая сила дифракционной решетки где Δλ – наименьшая разность длин волн двух соседних спектральных линий (λ и

λ + Δλ), при которой эти линии могут быть видны раздельно в спектре, полученном посредством данной решетки.

Разрешающая сила R решетки тем больше, чем больше штрихов решетка содержит и чем больше порядковый номер дифракционного максимума: R = kN, где N – полное число штрихов решетки.

11. Угловая дисперсия решетки

При дифракции рентгеновских лучей на кристаллической решетке направления, в которых имеет место зеркальное отражение (дифракционный максимум), определяются из уравнения Вульфа – Бреггов: 2dsinθ = kλ, где d – расстояние между атомными плоскостями кристалла; θ – угол скольжения (угол между направлением пучка параллельных рентгеновских лучей, падающих на кристалл, и гранью кристалла).

Поляризация света

12. Закон Брюстера. Луч, отраженный от поверхности диэлектрика, максимально поляризован, если тангенс угла падения i₁ луча на поверхность раздела двух сред равен относительному показателю преломления n₂₁ второй среды относительно первой: tg i₁ = n₂₁.

Закон Брюстера неприменим в случае отражения от поверхности проводников.

13. Закон Малюса. Интенсивность I плоско поляризованного света, прошедшего через анализатор, прямо пропорциональна квадрату косинуса угла α между направлением колебаний света, падающего на анализатор, и направлением колебаний, которые анализатор пропускает без ослабления: I = I₀cos²α, где I₀ – интенсивность света, падающего на анализатор.

14. Вращение плоскости поляризации. Угол поворота плоскости поляризации монохроматического света:

а) в твердых телах φ = αd, где α – постоянная вращения; d – толщина пластинки, вырезанной из твердого тела;

б) в чистых жидкостях φ = [α]ρl, где [α] – удельное вращение; ρ – плотность жидкости; l – длина столбика жидкости;

в) в растворах φ = [α]Сl, где С – концентрация раствора (масса активного вещества в единице объема раствора).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: