ПРЕДИСЛОВИЕ
Данный сборник составлен в соответствии с программой по общему курсу физики и призван помочь студентам самостоятельно научиться решать задачи по физике.
Физика является одной из тех наук, знание которой необходимо для успешного изучения общенаучных и специальных дисциплин. При изучении курса физики студенты должны прочно усвоить основные законы и теории, овладеть необходимыми приемами умственной деятельности, важным компонентом которой является умение решать задачи по физике.
Известно, что единственный способ научиться решать задачи – пытаться решать их самостоятельно. Знание теории приобретается одновременно с ее использованием для решения задач. Абстрактные поначалу законы, уравнения, определения понятий и физических величин в процессе их практического применения для описания конкретных физических явлений (т.е. при решении физических задач) начинают постепенно наполняться конкретным содержанием, и только тогда приходит понимание теории. Недаром известный итальянский физик Энрико Ферми утверждал, что «знать физику – означает умение решать задачи». Следовательно, уровень подготовки по физике определяется уровнем сложности задач, которые студент может решать.
В сборник включены задачи разной степени сложности. Все задачи объединены в три раздела: «Волновая оптика», «Квантовая природа излучения» и «Элементы квантовой механики, атомной и ядерной физики». Внутри разделов задачи расположены по темам. Вначале приведены основные законы, уравнения и формулы, используемые при решении задач, а в конце даны задачи для самостоятельного решения.
Для удобства и экономии времени студентов для каждой темы дан перечень основных уравнений и формул и кратких пояснений к ним. Затем следуют примеры решения задач и задачи для самостоятельного решения.
Примеры решений не имеют цели научить решению задач: научить нельзя – можно только научиться. Но для этого существует единственный путь – самостоятельное решение большого числа задач. Примеры решения типовых задач выполняют другую роль: показывают последовательность физических рассуждений, применимость того или иного физического закона к данной задаче. Решения задач приводятся в общем виде. Вычисления и проверка единиц измерения ради экономии места в ряде примеров опускаются.
В прил. 2 в конце сборника приводятся справочные данные: основные физические постоянные, сводные таблицы физических величин.
ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ И ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ
Студенты-заочники, пользующиеся данным учебным пособием, выполняют работы в соответствии с таблицей вариантов. Преподаватель может выдать студенту и индивидуальное задание, т.е. задачи, не входящие в данный вариант.
Выбор задач для контрольной работы производится по таблице. Необходимо строго придерживаться своего варианта.
Задания оформляются следующим образом:
1. Контрольная работа выполняется в отдельной тетради, на обложке которой приводятся сведения по образцу (прил. 1).
Задачи выбираются из таблицы вариантов контрольной работы в соответствии с шифром студента по предпоследней и последней цифре шифра.
Для пометок преподавателя оставляются поля. Решение каждой задачи начинается с новой страницы. В конце работы следует привести список использованной литературы и расписаться.
2. Условия всех задач переписываются полностью, без сокращений. Сокращение слов, кроме общепринятых, недопустимо.
3. Все значения величин, заданных в условии и взятых из справочных таблиц, записываются для наглядности сокращенно (столбиком).
4. Все задачи решаются в Международной системе единиц (СИ).
5. Необходимые для решения чертежи, схемы или графики выполняются карандашом, аккуратно, с соблюдением всех правил технического черчения.
6. Решение задач должно сопровождаться краткими, но исчерпывающими пояснениями и подробными вычислениями. Все задачи полезно решать до конца в общем виде, а числовые значения подставлять в окончательную формулу, с обязательной проверкой единиц измерения искомых физических величин, а именно: после получения расчетной формулы следует подставить в правую часть формулы вместо символов величин обозначения единиц измерения этих величин, произвести с ними необходимые действия и убедиться в том, что полученная при этом единица измерения соответствует искомой величине. Если такого соответствия нет, то это означает, что задача решена неверно.
При объяснении решения задачи указываются основные физические законы и формулы, на которых базируется решение, в обязательном порядке разъясняются все используемые буквенные обозначения.
7. Если контрольная работа не зачтена, то необходимые дополнения и исправления выполняются в той же тетради в конце работы. Исправления в тексте незачтенной задачи не допускаются.
8. Контрольная работа сдается на проверку только после получения рецензии на предыдущую, но не позднее, чем за месяц до начала экзаменационной сессии. Сдача работ в период сессии не допускается.
Раздел 7. Оптика
7.1. Элементы геометрической оптики и фотометрические величины. Основные понятия и законы геометрической оптики. Оптическая длина пути и принцип Ферма. Преломление на сферической поверхности. Линзы. Формула тонкой линзы. Погрешности оптических систем. Световой поток. Сила света. Освещенность. Светимость и яркость.
7.2. Интерференция света. Когерентность и монохроматичность световых волн. Время и длина когерентности. Принцип суперпозиции волн. Расчет интерференционной картины от двух когерентных источников. Способы наблюдения интерференции света. Интерференция света на тонких пленках. Интерференционные приборы.
7.3. Дифракция света. Явление дифракции света и условия ее наблюдения. Принцип Гюйгенса – Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция сферических и плоских волн. Разрешающая способность оптических приборов. Дифракционная решетка и ее применение. Основы голографии. Дифракция рентгеновских лучей. Формула Вульфа – Брэгта. Рентгеноструктурный анализ. Дифракция электронов. Волновые свойства микрочастиц.
7.4. Дисперсия и поглощение света. Возбуждение вторичных электромагнитных волн при прохождении света через вещество. Фазовая и групповая скорости света. Определение дисперсии света. Области нормальной и аномальной дисперсии. Электронная теория дисперсии. Применение дисперсии. Излучение Вавилова – Черенкова. Поглощение света веществом. Закон Бугера – Ламберта.
7.5. Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Виды поляризации света. Поляризация света при отражении и преломлении. Формулы Френеля. Закон Брюстера. Оптически анизотропные среды. Двойное лучепреломление света. Одноосные и двуосные кристаллы. Методы получения и анализа поляризованного света. Закон Малюса. Искусственная оптическая анизотропия. Вращение плоскости поляризации.
7.6. Тепловое излучение. Характеристики теплового излучения. Закон Кирхгофа. Абсолютно черное тело. Законы Стефана – Больцмана и Вина. Квантовая гипотеза и формула Планка для излучения абсолютно черного тела. Оптическая пирометрия.
7.7. Квантовые свойства излучения. Внешний фотоэффект, его наблюдение и законы. Фотоэлементы, фотоумножители и их применение. Масса и импульс фотона. Эффект Комптона и его теория. Давление света. Опыты Лебедева. Квантовое и волновое объяснение давления света. Корпускулярно-волновой дуализм электромагнитного излучения материи. Фотонный газ. Распределение Бозе-Эйнштейна.
