Методические указания по выполнению и оформлению контрольной работы Примеры решения задач



страница1/4
Дата08.05.2013
Размер0.59 Mb.
ТипМетодические указания
  1   2   3   4


Кафедра физики

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению контрольной работы по физике

для студентов инженерных специальностей

заочного отделения

Ч.II.

Электричество и магнетизм, волновая и квантовая оптика, атомная и ядерная физика

САНКТ – ПЕТЕРБУРГ

2010

Составители:

доцент кафедры физики СПбГАУ Л.П.Глазова

доцент кафедры физики СПбГАУ Г.М.Федорова

Ответственная за выпуск: Г.М.Фёдорова

Рецензент: доцент кафедры Общей физики 1 физического факультета СПбГУ А.И. Канцеров

Методические указания рекомендованы к изданию учебно-методической комиссией энергетического факультета и методическим советом СПбГАУ.

Методические указания содержат задачи по физике (электричество и оптика) для контрольной работы студентов инженерных специальностей заочного отделения и примеры решения задач.

Предназначены для студентов инженерных специальностей заочного отделения.
Оглавление

Введение…………………………………………………………2

1. Основные вопросы программы по физике (разделы «Электричество и магнетизм», «Волновая и квантовая оптика» и «Атомная и ядерная физика»)…………………… 2

2. Организация учебного процесса……………………………5

3. Методические указания по выполнению и оформлению контрольной работы……………………………………...…….6

4. Примеры решения задач…………………………….............9

5. Задачи для контрольной работы……………………………32

6. Рекомендуемая литература………………………………...57

7. Приложение………………………………………………….57

Введение

Основной составляющей процесса обучения на заочном отделении в вузе является самостоятельная работа студентов в течение семестра. Самостоятельная работа по физике в межсессионный период включает в себя изучение теоретического материала по учебникам и выполнение контрольных работ. Эффективный результат учебной деятельности студента предполагает усвоение за время учебы предлагаемого учебного материала до степени его активного и осознанного использования.

1. Основные вопросы программы по физике

(разделы «Электричество и магнетизм», «Волновая и квантовая оптика» и «Атомная и ядерная физика»)
«Электростатика». Понятие электрического поля, как вида материи. Закон Кулона. Определение силовой характеристики поля – вектора напряженности, единица напряженности. Напряженность поля точечного заряда. Силовые линии. Принцип суперпозиции полей. Поток вектора напряженности. Теорема Остроградского – Гаусса.
Применение теоремы Остроградского – Гаусса к расчету напряженности электрического поля: а) равномерно заряженной бесконечной прямолинейной нити; б) равномерно заряженной бесконечной плоскости; в) между двумя бесконечными параллельными разноименно заряженными плоскостями. Работа по перемещению заряда в электрическом поле. Потенциальная энергия взаимодействия двух точечных зарядов. Потенциал поля точечного заряда. Физический смысл потенциала. Эквипотенциальные поверхности. Связь между потенциалом и напряженностью. Разность потенциалов. Поляризация диэлектриков. Диэлектрическая проницаемость. Явление электростатической индукции. Определение электроемкости изолированного проводника, электроемкость шара. Конденсаторы. Электроемкость плоского конденсатора. Последовательное и параллельное соединение конденсаторов. Энергия заряженного плоского конденсатора, объемная плотность энергии электростатического поля.

«Постоянный ток». Электрический ток. Сила тока. Закон Ома в интегральной и дифференциальной форме для участка цепи. Напряжение. Сопротивление проводника. Удельная проводимость. Температурная зависимость сопротивления. Соединение проводников. Работа тока. Закон Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной форме. Ток в замкнутой цепи. Сторонние силы и их природа. Электродвижущая сила (ЭДС). Закон Ома для замкнутой цепи. Мощность тока – полная и полезная. Разветвленные электрические цепи. Правила Кирхгофа. Основные положения классической электронной теории проводимости металлов. Контактная разность потенциалов. Законы Вольта. Термоэлектрический эффект. Явление Пельтье. Термоэлектронная эмиссия. Основные свойства полупроводников. Собственная проводимость. Примесная проводимость полупроводников. p-n – переход. Полупроводниковый диод.

«Электромагнетизм». Магнитное поле как вид материи. Индукция и напряженность магнитного поля, единицы их измерения. Магнитная постоянная. Магнитная проницаемость среды. Силовые линии. Правило правого буравчика. Закон Био-Савара-Лапласа и его применение для расчета напряженности магнитного поля: а) конечного прямолинейного проводника с током; б) бесконечного прямолинейного проводника с током; в) в центре кругового тока. Сила Ампера. Взаимодействие параллельных токов. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Поток вектора магнитной индукции. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле. Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея для электромагнитной индукции. Правило Ленца. Явление взаимной индукции. Явление самоиндукции. Индуктивность. Энергия магнитного поля в катушке с током. Магнитные свойства тел. Диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики. Петля гистерезиса. Точка Кюри. Применение ферромагнетиков. Идеальный электрический колебательный контур. Генератор незатухающих электрических колебаний. Шкала электромагнитных волн.

«Оптика». Развитие представлений о природе света, корпускулярно-волновой дуализм. Законы геометрической оптики: закон прямолинейного распространения света, закон отражения, закон преломления света. Абсолютный и относительный показатель преломления. Полное внутреннее отражение. Дисперсия света, спектральный анализ. Тонкие линзы. Фотометрические величины: световой поток, сила света источника. Закон освещенности. Светотехнические единицы. Определение интерференции света. Условия интерференционных максимумов и минимумов. Определение дифракции света. Принцип Гюйгенса и принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракционная решетка. Формула дифракционной решетки. Дифракционные спектры. Понятие о поляризации света. Свет естественный, частично поляризованный, полностью поляризованный. Поляризация света при отражении и преломлении, закон Брюстера. Явление двойного лучепреломления, призма Николя. Поляризатор и анализатор, закон Малюса. Оптически активные вещества, вращение плоскости поляризации.

«Физика атома, атомного ядра и элементарных частиц». Определение теплового излучения. Лучеиспускательная и лучепоглощательная способность тела. Определение абсолютно черного тела. Закон Кирхгофа и следствия из него. Спектр излучения абсолютно черного тела. Закон Стефана-Больцмана. Закон смещения Вина. Формула Рэлея – Джинса. “Ультрафиолетовая катастрофа”. Гипотеза Планка о квантах энергии, формула Планка. Определение внешнего фотоэффекта. Экспериментальные законы внешнего фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна. Внутренний фотоэффект. Опыты Резерфорда. Планетарная модель атома. Постулаты Бора. Спектр атома водорода. Формула Бальмера-Ридберга. Уравнение Шредингера. Волновая функция. Состав атомного ядра. Основные характеристики нуклонов. Понятие о ядерных силах. Энергия связи ядер. Дефект масс. Виды радиоактивного распада. Закон радиоактивного распада. Законы смещения при радиоактивном распаде. Период полураспада. Реакция деления тяжелых ядер. Цепная реакция, коэффициент размножения нейтронов. Классификация элементарных частиц. Фотоны, лептоны, адроны. Кварки. Глюоны.

2. Организация учебного процесса

На экзаменационно - лабораторных сессиях для студентов заочного отделения проводятся установочные лекции, лабораторные занятия, практические занятия по решению задач, консультации перед экзаменами, экзамены.

На втором курсе студенты заочного отделения должны выполнить 3 работы по электромагнетизму и 3 работы по оптике. Решением кафедры объем выполняемых работ может быть изменен. Лабораторные работы выполняются студентами на кафедре физики под руководством преподавателя. Студент должен оформить отчет установленного образца по каждой выполненной работе. Отчет подписывается преподавателем, при этом преподаватель делает отметку в журнале группы о выполнении и защите студентом соответствующей работы.

При обучении физике основным дидактическим средством являются физические задачи. На практических занятиях под руководством преподавателя студенты обучаются методике решения задач по физике.

Изучение курса физики завершается экзаменом. К сдаче экзамена допускаются студенты, выполнившие 2 контрольные работы, успешно защитившие их при собеседовании и сдавшие зачет по лабораторным работам. При сдаче экзамена студент должен продемонстрировать знание курса физики в объеме, установленном программой. Перед экзаменом проводится консультация, на которой можно разобрать с преподавателем наиболее сложные вопросы курса.

Если студент по уважительным причинам пропустил выполнение лабораторной работы или ее защиту, то ликвидировать задолженность можно во время консультации.

Учебные консультации проводятся преподавателями кафедры физики во вторую и четвёртую субботу каждого месяца (кроме четвертой субботы июля, второй и четвертой субботы августа и второй субботы сентября).

Консультации проводятся в шестом корпусе СПбГАУ по адресу: г. Пушкин, ул. Садовая, дом 14, аудитория 208 с 10 часов. Телефон кафедры физики: 476-09-93 доб.209.

3. Методические указания по выполнению и оформлению контрольной работы

С целью углубления понимания физических процессов необходимо овладеть умением решать задачи по физике. Для решения задач недостаточно теоретических знаний по предмету, необходимы специальные знания по методике решения задач. Эти специальные знания приобретаются в ходе самостоятельного решения большого числа задач.

Методика решения задач по физике рекомендует придерживаться следующего алгоритма действий:

1. представление физической модели задачи, т.е. проникновение в физическую суть условий поставленной задачи;

2. поиск решения, т.е. исследование возможных вариантов решения данной задачи;

3. решение задачи, т.е. действия в соответствии с выбранным вариантом;

4. оценка полученных результатов, отказ от нефизических вариантов ответов.

Первый этап решения задачи является наиболее важным. Для адекватного представления физической модели необходимы знания по физике, если их нет, нужно сначала обратиться к теоретическому материалу по соответствующему разделу физики. Поможет в представлении физической сути задачи следующая последовательность действий:

а) внимательно прочитайте условие задачи;

б) запишите ее краткое условие, выполнив перевод внесистемных единиц в систему СИ;

в) при необходимости сделайте чертеж.

На втором этапе после получения физической модели следует применить известные алгоритмы решения аналогичных физических задач. При этом совсем необязательно, что первый же алгоритм приведет к правильному решению. Физические задачи очень разнообразны, для их решения могут использоваться разные алгоритмы. Второй этап называется этапом поиска решения, поэтому, столкнувшись с неудачей, надо искать другие варианты решений. Это нормальный процесс решения задач. При самостоятельном решении задачи необходимо проявить волю и усидчивость.

Успешное выполнение второго этапа предполагает следующую последовательность действий:

а) запишите физические формулы, отражающие законы, которые лежат в основе явлений, описанных в задаче;

б) установите зависимость между исходными данными задачи и искомыми величинами;

в) решите задачу в общем виде, получите буквенное выражение искомых величин;

г) проведите проверку размерности полученных выражений.

На третьем этапе проведите вычисления по полученным формулам.

Четвертый этап заключается в проведении анализа полученного решения.

Каждый студент выполняет контрольную работу, согласно своему варианту, который определятся последовательностью цифр в зачётке студента.

Правила оформления решения задач:

Работа, присланная на рецензию, должна быть выполнена в отдельной ученической тетради, на обложке которой нужно указать фамилию, инициалы, полный шифр.

Задачи контрольной работы должны иметь те номера, под которыми они стоят в методических указаниях. Решения контрольных задач располагаются в порядке номеров, указанных в задании. Перед каждой задачей необходимо записать ее условие. Условия задач переписываются полностью, а числовые данные выписываются столбиком. Каждую задачу начинайте с новой страницы. Для замечаний рецензента следует оставлять поля шириной 4-5 см. Контрольную работу выполнять чернилами или шариковой ручкой синего или чёрного цвета.

Решение задачи должно содержать:

  • необходимую схему или график, поясняющий решение задачи;

  • словесные пояснения физических величин (как заданных, так и введенных во время решения);

  • краткие, но исчерпывающими пояснения хода решения задачи; формулы физических законов, используемые в решении задач; для частных случаев формулы, получающиеся из этих законов необходимо выводить;

  • проверку размерности;

  • вычисления искомых физических величин.

Задание следует выполнять аккуратно, без пропуска задач. При невыполнении указанных условий задание будет возвращаться студенту для переработки.

В конце работы необходимо указать год и место издания методических указаний, перечислить использованную литературу, обязательно указывая авторов учебников и год издания. Это позволит рецензенту при необходимости дать ссылку на определенную страницу того пособия, которое имеется у Вас.

Получив проверенную работу (как допущенную, так и не допущенную к собеседованию), студент обязан тщательно изучить все замечания рецензента, уяснить свои ошибки и внести исправления. Повторно работа представляется на рецензию обязательно вместе с тетрадью, в которой была выполнена не допущенная к собеседованию работа, и с рецензией на нее. Замечания и рекомендации, сделанные преподавателем, следует рассматривать как руководство для подготовки к беседе по решениям задач. Тетрадь с контрольной работой нужно сохранить до получения зачета по ней и сдачи экзамена.

  1. Примеры решения задач


1) Задача на применение закона Кулона.

Два одинаковых маленьких шарика массой по 2г подвешены на шелковых нитях длиной 1м каждая в одной точке. После того как шарикам сообщили одинаковый положительный заряд, они разошлись на расстояние 4см. Определите величину заряда каждого шарика.


Решение:

На каждый шарик действуют три силы: сила тяжести , сила Кулона и сила натяжения нити
Запишем краткое условие задачи.

Дано: СИ

m=2г =2·10-3кг

=1м

r=4см =4·10-2м

q-?



Так как шарики находятся в покое, векторная сумма этих сил равна нулю: . Это возможно только в том случае, если равнодействующая силы тяжести и силы натяжения нити уравновешивается силой отталкивания:. По закону Кулона . Приравниваем правые части и . Угол α найдем, зная, что и тогда .

Проведем проверку размерности:



Произведем вычисления: .

.

Ответ: 8,34нКл.
2) Задача на применение принципа суперпозиции.
Два заряда по 20мкКл расположены на расстоянии 6 см друг от друга. Найти напряженность в точке, удаленной на 5см от каждого заряда, если заряды одноименные.

Запишем краткое условие задачи.

Дано: СИ Решение:
q1= 2нКл = 2·10-9Кл


Построим в точке, где ищем напряженность, вектора напряженностей и электрических полей, создаваемых зарядами q1 и q2 с учетом знаков зарядов.
q2= 2нКл = 2·10-9Кл

a= 6см =6·10-2м

b= 5см =5·10-2м

Е-?





По принципу суперпозиции результирующая напряженность .

По теореме косинусов модуль результирующей напряженности , где

, так как заряды по модулю равны и равны расстояния от зарядов до точки, в которой ищем результирующую напряженность. α -угол между векторами и . Как видно из рисунка этот угол равен углу, лежащему напротив отрезка а в треугольнике, образованном отрезками a, b, b. По теореме косинусов найдем cosα: .

По формулам приведения , следовательно



Проведем проверку размерности:



Произведем вычисления: .

Ответ: 11,5 кВ/м.

3) Задача на работу сил электрического поля.

Шарик массой 10-4кг перемещается вдоль силовой линии однородного электрического поля из точки 1 с потенциалом 1000В в точку 2 с потенциалом равным 100В. Определите скорость шарика в точке 1, если в точке 2 его скорость 20м/с. Заряд шарика 10-5Кл.
Запишем краткое условие задачи.


Решение:

Работа, совершенная силами электрического поля при перемещении заряженного шарика из точки 1 в точку 2, равна изменению его кинетической энергии : , где,
Д ано:

q=10-5Кл

m=10-4кг

φ1=1000В

φ2=100В

v2=20м/с

v1-?

, -кинетические энергии шарика в точках 2 и 1 соответственно. С другой стороны работу поля можно найти через разность потенциалов: . . Отсюда .

Проведем проверку размерности:

=

Произведем вычисления:

Ответ: 14,8м/с
4) Задача на использование формул потенциальной энергии и емкости конденсатора.
Какую работу нужно совершить, чтобы удалить слюдяную пластинку из плоского конденсатора емкостью 10мкФ? Заряд конденсатора 100мкКл.

Решение:

Работа А равна изменению потенциальной энергии конденсатора, взятому со знаком минус: А = -(Wп2 – Wп1)
Запишем краткое условие задачи.

Дано: СИ

С1=10мкФ =10-5Ф

Q=100мкКл =10-4Кл




А-?

где - потенциальная энергия конденсатора с пластинкой, - его потенциальная энергия без пластинки. Заряд конденсатора при удалении пластинки не изменился, так как он отключен от источника тока. Емкость конденсатора с пластинкой и без нее , ε1, ε2-диэлектрические проницаемости слюды и воздуха соответственно (из таблицы ε1=6, ε2=1). Разделим емкости конденсаторов друг на друга: .

Отсюда .

.

И искомая работа: .
Проведем проверку размерности:



Произведем вычисления:

Ответ: - 2,5мДж
5) Задача на применение закона Ома.

Лампа подключена медными проводами к источнику тока с ЭДС 2 В и внутренним сопротивление 0,04 Ом. Длина проводов 4 м, их диаметр 0,8 мм. Напряжение на зажимах источника 1,98 В. Найти сопротивление лампы.


Решение:

Напряжение на зажимах источника , отсюда сила тока в цепи. . Общее сопротивление проводов и лампы
Запишем краткое условие задачи.

Дано: СИ

Е=2В

r=0,05 Ом

=4м

d=0,8мм =8·10-4м

Uвн=1,98В

Rл-?

, где , ρ-удельное сопротивление меди (из таблицы ρ=1,7·10-8Ом·м), -площадь сечения провода, длина провода удваивается, так как провод двужильный. С другой стороны общее сопротивление цепи по закону Ома для однородного участка цепи: .

Тогда .

Проведем проверку размерности:



Произведем вычисления:

Ответ: 3,33 Ом

6) Задача на определение потерь мощности.

Ток мощностью 2·108Вт необходимо передать на расстояние 200км при напряжении 2·105В. Потери мощности на линии передачи не должны превышать 10%. Какого сечения нужно взять алюминиевый провод?


Решение:

По условию теряемая мощность . С другой стороны мощность электрического тока, выделяемая на проводнике , отсюда .
Запишем краткое условие задачи.

Дано: СИ

P=2·108Вт

U=2·105В.

=200км =2·105м

k=0,1

S-?

С учетом того, что ток в цепи , получим . Сопротивление проводов , ρ=2,8·10-8Ом·м – удельное сопротивление алюминия (из таблицы). Приравниваем два выражения для сопротивления .

Проведем проверку размерности:


Произведем вычисления:



Ответ: 5,6·10-4 м2.
7) Задача на применение закона Био-Савара-Лапласа.

По квадратной рамке со стороной 0,2 м течет ток 4 А. Определить напряженность и индукцию магнитного поля в центре рамки.

Запишем краткое условие задачи.


Решение

Магнитное поле в центре рамки создается отрезками проводников с током, являющихся сторонами квадрата.


Дано:

а = 0,2м

I = 4 A

B -? H - ?

П
Направления векторов магнитной индукции в центре квадрата найдем по правилу правого буравчика; все они направлены в одну сторону, перпендикулярно плоскости рамки от нас.
о принципу суперпозиции В = 4В1 где В1 – индукция магнитного поля, создаваемого одной стороной квадрата, по следствию из закона Био-Савара-Лапласа она равна ,

здесь r = а/2 – расстояние от проводника до центра квадрата, α1 = 450, α2 = 1350.

Тогда получим расчетную формулу для В:



Произведем вычисления:



Индукция поля и напряженность связаны соотношением: .

Отсюда

Ответ: 22,6·10-6 Тл; 18 А/м.
8) Задача на применение закона Ампера.
Прямолинейный проводник массой 2 кг и длиной 59 см помещен в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям индукции. Какой ток должен проходить по нему, чтобы он висел не падая? Индукция однородного магнитного поля равна 15 Тл.


Запишем краткое условие задачи.


Решение:

Проводник не будет падать, если сила тяжести будет уравновешена силой Ампера , т.е. модули этих сил . Согласно закону Ампера .. Отсюда сила тока



Дано: СИ

m=2кг

=59см =0,59м

В=15Тл

α=900

I-?


Проведем проверку размерности:

.

Произведем вычисления: .

Ответ: 2,2 А
9) Задача на силу Лоренца.
α-частица, ускоренная разностью потенциалов 250 В, влетает в однородное магнитное поле индукцией 25 мТл, перпендикулярно линиям магнитной индукции и движется по окружности. Найдите радиус окружности и период обращения α-частицы.

Запишем краткое условие задачи.


Решение:

Работа электрического поля затрачивается на увеличение кинетической энергии частицы:
Д ано: СИ

е=1,6·10-19Кл

mp=1,67·10-27кг

U=250B

B=25мТл =25·10-3Тл

α=900.

R, T-?

.

В магнитном поле на движущуюся заряженную частицу действует сила Лоренца: , угол α=900 и . Согласно второму закону Ньютона , где - центростремительное ускорение частицы, движущейся по окружности радиуса R. Получаем . Окончательно радиус окружности: .

Период обращения частицы найдем, разделив длину окружности на скорость частицы: .

Заряд α-частицы: , ее масса

Проведем проверку размерности:

=



Произведем вычисления:

Ответ: 0,13 м; 5,2·10-6 с.

10) Задача на электромагнитную индукцию.
Катушка сопротивлением 100 Ом, состоящая из 1000 витков, внесена в однородное магнитное поле, так что линии магнитной индукции параллельны оси катушки. Площадь поперечного сечения катушки равна 5 см2. В течение некоторого времени индукция магнитного поля уменьшилась с 0,09 до 0,04 Тл. Какой заряд индуцирован в проводнике за это время?
Запишем краткое условие задачи.


Решение:

При изменении магнитного потока, пронизывающего катушку в ней возникает индукционный ток силой, по закону Ома равный:
Д ано: СИ

R=100 Ом

N=1000

S=5см2 =5·10-4м2

B1=0,09Тл

B2=0,04Тл

q-?

, где - ЭДС индукции. По определению сила тока , где - время протекания заряда через поперечное сечение провода.

Приравниваем: . Отсюда .

По закону Фарадея ЭДС индукции, возникающая в катушке содержащей N витков: ,

где , .

Угол α между нормалью к плоскости контура и линией магнитной индукции по условию задачи равен нулю, поэтому .

С учетом этого .

Проведем проверку размерности:



Произведем вычисления: .
Ответ: 2,5·10-4 Кл
11) Задача на идеальный колебательный контур.
Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью С=5 мкФ и катушки индуктивности L = 0,2 Гн. Определить максимальную силу тока I0 в контуре, если максимальная разность потенциалов на обкладках конденсатора U0 = 90 В. Активным сопротивлением проводов в контуре пренебречь.

Запишем краткое условие задачи.

Решение:

Воспользуемся законом сохранения энергии для идеального колебательного контура:


Д ано: СИ

L=0,2 Гн

С=5 мкФ =5·10-6Ф

U0= 90В



I0 -?

Полная энергия контура равна энергии конденсатора при максимальном значении U: .

Сила тока достигает максимального значения в момент разрядки конденсатора, при этом .

Следовательно, .

Откуда: .

Произведем вычисления: .

Ответ: 0,45 А
12) Задача на формулу Томсона.
В колебательный контур включен конденсатор емкостью С=0,2 мкФ. Какую индуктивность L нужно включить в контур, чтобы получить в нам электромагнитные колебания частоты υ = 400Гц?
Запишем краткое условие задачи.


Решение:

Воспользуемся формулой Томсона: .

Циклическая частота равна

ω = 2πυ

Д ано: СИ

С=0,2 мкФ =0,2·10-6Ф

υ= 400Гц



L -?

Следовательно, .

Откуда

Произведем вычисления: .
Ответ: 0,79 Гн.
13) Задача на закон преломления.
На стеклянную пластинку, показатель преломления которой 1,5 падает луч света. Найти угол падения, если угол между отраженным и преломленным лучами 900.

Запишем краткое условие задачи.

Д
Решение:

ано:

n21 = 1,5

φ
α
= 900


α =?








γ

Из рисунка видно, что β + φ + γ = 1800. Следовательно, β = 1800 – 900 – γ = 900 – γ.

По закону отражения света α = β = 900 – γ.

Или γ = 900 – α

С другой стороны, по закону преломления света

.

Таким образом, .

Тогда

Ответ: 0,98 рад.
14). Задача на явление полного внутреннего отражения.
Луч света выходит из скипидара в воздух. Предельный угол падения для этого луча 42023'. Определить скорость распространения света в скипидаре.

Запишем краткое условие задачи.

Д
Решение:

Показатели преломления скипидара n1 и воздуха n2 связаны со скоростями распространения света

ано:

αпр = 42023'

с = 3∙108 м/с


Vск=?


в этих средах соотношением:

.
Предельный угол падения находится из условия

.

Следовательно,

,

а искомая скорость .

Ответ: 2,02∙108 м/с.
15) Задача на формулу линзы.
Собирающая линза дает действительное увеличенное в два раза изображение предмета. Определить фокусное расстояние линзы, если расстояние между линзой и изображением предмета 24 см.
Запишем краткое условие задачи.

Д
СИ

0,24 м



Решение:

Для нахождения фокусного расстояния воспользуемся формулой линзы:

ано:

k = 2

f = 24 см


F=?



.



Выразим из нее F:

.

Так как линейное увеличение линзы

, то .

Подставив полученное значение d в формулу для F, получим:

.

Проведем вычисления:



Ответ: 0,08 м.
16) Задача на интерференцию света.
В некоторую точку пространства приходят две когерентные волны с оптической разностью хода1,8 мкм. Определить, усилится или ослабится свет в этой точке, если длина волны 600 нм.
З
Решение:

В точке наблюдения свет усилится, если оптическая разность хода равна целому числу длин волн.

апишем краткое условие задачи.


СИ

6∙10-7 м

1,8∙10-6 м





Дано:

λ = 600 нм

Δ = 1,8 мкм



Проверим это:

.

Следовательно, в точке наблюдения свет усилится.

Ответ: интерференционный максимум.
17) Задача на дифракционную решетку.

Найти наибольший порядок спектра для желтой линии натрия с длиной волны 5890 А0, если период дифракционной решетки 2 мкм.
З
Решение:

Запишем формулу для дифракционной решетки:

d·sinα = m·λ

апишем краткое условие задачи.


СИ

5,89∙10-7 м

2∙10-6 м





Дано:

λ = 5890 А0

d = 2 мкм

m-?
Выразим , порядок спектра m принимает наибольшее значение при максимальном значении sinα = 1, но так как порядок спектра – это целое число, то нужно найти целую часть дроби .

Проведем вычисления:



Следовательно, m = 3

Ответ: 3
18) Задача на фотоэффект.
Определить наибольшую скорость электрона, вылетевшего из пластинки цезия, при освещении ее светом с длиной волны 400 нм.
Запишем краткое условие задачи.


Решение:

Для решения задачи запишем формулу Эйнштейна для фотоэффекта.


СИ

4∙10-7 м

Дано:

λ0 = 400 нм




Vmax=?


Работу выхода для цезия найдем по справочнику Авых = 3,2 ·10-19 Дж.

Из формулы Эйнштейна выразим искомую скорость:

.
Проведем вычисления:



Ответ: 6,2 ·10-5 м/с.
19) Задача на тепловое излучение.
Максимум энергии излучения черного тела при некоторой температуре приходится на длину волны λm = 1 мкм. Вычислить испускательную способность тела при этой температуре и энергию W, излучаемую с площади S = 300 см2 поверхности тела за время t = 1 мин. Определить также массу, соответствующую этой энергии.

Запишем краткое условие задачи.

Дано: СИ Решение

Интегральная лучеиспускательная способность абсолютно черного тела определяется из закона Стефана-Больцмана:

R0 = σT4, (1)

где σ – постоянная Стефана-Больцмана; σ = 5,67∙10-8 Вт/(м2∙К4); T – термодинамическая температура тела. Из закона смещения Вина λm =b/T

определим термодинамическую температуру:

T = b/ λm, (2)

где λm – длина волны, на которую приходится максимум излучения при температуре Т; b – постоянная Вина; b = 2,89∙10-3 м∙К.

Подставив выражение для Т из (2) в (1), получим:

R0 = σ(b/ λm)4. (3)

Энергию, излучаемую с площади S поверхности тела за время t, определим по формуле:

W = R0St . (4)

По закону Эйнштейна взаимосвязи энергии и массы

W = mc2,

(с – скорость света в вакууме; с = 3∙108 м/с; W – энергия) найдем массу, соответствующую энергии излучения:

m = W/c2. (5)

Проведем проверку размерности:

.

Произведем вычисления:

;



Ответ: R0 = ; W= ; m = .

20) Задача по атомной физике.
Определить энергию фотона, излучаемого атомом водорода при переходе электрона с третьего энергетического уровня на первый, а также длину электромагнитной волны, соответствующую этому фотону.
Запишем краткое условие задачи.

Дано: Решение:

П
E - ? λ - ?


ереход электрона в атоме водорода с отдаленной орбиты на внутреннюю связан с излучением фотона (кванта энергии):

W = hν = hc/λ,

где W – энергия фотона; h – постоянная Планка; h = 6,625∙10-34 Дж∙с; с – скорость света в вакууме, ν, λ – частота и длина волны, соответствующие фотону с энергией W.

Длина волны излучаемого света определяется по формуле Бальмера-Ридберга:

,

где R – постоянная Ридберга; R = 1,10∙107 м-1; n – номер энергетического уровня, на который переходит электрон; k - номер энергетического уровня, с которого уходит электрон.

Произведем вычисления:

,

.



Ответ: λ = 102 нм; W = 12,2 эВ.
21) Задача по ядерной физике.
Определить дефект массы Δm, энергию связи Wсв и удельную энергию связи ядра атома бора .

Решение:

Дефект массы ядра представляет собой разность массы нуклонов (протонов и нейтронов), составляющих ядро, и массы ядра и определяется по формуле:

Δm = Zmp + (A – Z)mn – mя, (1)

где Z – зарядовое число (число протонов в ядре); mp – масса протона; А – массовое число (общее число нуклонов в ядре); (A – Z) – число нейтронов в ядре; mn – масса нейтрона; mя – масса ядра.

Числа Z и А указываются при написании символа элемента: Z – слева внизу; А – слева вверху; в данном случае для бора Z = 5, А = 10. Массу ядра найдем по формуле

mя = mа – Z∙me, (2)

где mа – масса нейтрального атома; me – масса электрона.

Чтобы не вычислять каждый раз массу ядра, преобразуем формулу (1) с учетом (2):

Δm = Zmp + (A – Z)mn – mа (3)

Из таблицы данных выпишем: mp = 1,00783 а.е.м., mn = 1,00867 а.е.м., mа = 10,01294 а.е.м..

Подставим числовые значения величин, входящих в (3), и вычислим дефект массы ядра бора:

Δm=5∙1,00783 а.е.м. + (10-5)∙1,00867 а.е.м. − 10,01294 а.е.м. = 0,06956 а.е.м.

Энергия связи ядра – энергия, выделяющаяся при образовании ядра в виде электромагнитного излучения, определяется по формуле:

Wсв = Δmс2, (4)

где с – скорость света в вакууме, с = 3∙108 м/с.

Если энергию связи выразить в мегаэлектрон-вольтах, дефект массы Δm ядра – в атомных единицах массы, то формула (4) примет вид:

Wсв = 931∙ Δm, (5)

где 931 – коэффициент, показывающий, какая энергия в мегаэлектрон-вольтах соответствует массе 1 а.е.м.. Подставив значение Δm в (5), вычислим энергию связи:

Wсв = 931∙ 0,06956 (МэВ) = 64,8 (МэВ).

Удельная энергия связи – это энергия связи, приходящаяся на 1 нуклон в ядре, она равна: .

Произведем вычисления:



Ответ: Δm = 0,06956 а.е.м.; Wсв = 64,8 МэВ; .
  1   2   3   4

Похожие:

Методические указания по выполнению и оформлению контрольной работы Примеры решения задач iconМетодические указания по выполнению и оформлению контрольной работы. Варианты контрольных работ
В структуре контрольной работы должны быть предусмотрены: план, введение, основное содержание, заключение, список использованной...
Методические указания по выполнению и оформлению контрольной работы Примеры решения задач iconМетодические указания по выполнению контрольной работы
Она помогает студенту углубить теоретические знания и выработать навыки решения практических задач
Методические указания по выполнению и оформлению контрольной работы Примеры решения задач iconМетодические указания по выполнению контрольной работы для студентов заочного отделения специальности 080502
Методические указания к выполнению контрольной работы для студентов всех форм обучения специальности 080502 «Экономика и управление...
Методические указания по выполнению и оформлению контрольной работы Примеры решения задач iconМетодические указания по выполнению контрольной работы Ижевск 2008 удк 311 (078) ббк 60. 6я73-9 с 78 Печатается по решению учебно-методической комиссии ипсуб
С 78 Статистика. Ч. I. Общая теория статистики: Метод указания по выполнению контрольной работы / Сост. А. А. Мухин, И. А. Мухина....
Методические указания по выполнению и оформлению контрольной работы Примеры решения задач iconМетодические рекомендации по выполнению контрольной работы Требования к оформлению контрольной работы: Выбор по последней цифре зачетной книжки
Контрольная работа по дисциплине «Биоритмология» для студентов специальности 032103
Методические указания по выполнению и оформлению контрольной работы Примеры решения задач iconМетодические указания к выполнению контрольной работы по курсу Криминалистика
Методические указания к выполнению контрольных работ по курсу «Криминалистика». – М.: Импэ им. А. С. Грибоедова, 2005. – 8 с
Методические указания по выполнению и оформлению контрольной работы Примеры решения задач iconМетодические указания к выполнению контрольной работы для студентов заочного обучения Новосибирск 2004 удк 52 С26 Ганагина И. Г
Астрономия. Методические указания к выполнению контрольной работы для студентов заочного обучения. – Новосибирск: сгга, 2004 – 43...
Методические указания по выполнению и оформлению контрольной работы Примеры решения задач iconМетодические указания по выполнению контрольной работы для студентов специальности 080109 всех форм обучения
Деньги, кредит, банки: методические указания / сост.: А. Н. Панютин. – Спб.: Спбглта, 2011. – 20 с
Методические указания по выполнению и оформлению контрольной работы Примеры решения задач iconМетодические указания по выполнению домашней контрольной работы по дисциплине «Основы экономики»
Общие указания
Методические указания по выполнению и оформлению контрольной работы Примеры решения задач iconМетодические указания к выполнению контрольной работы для студентов
Теоретического раздела дисциплины, необходимого для выполнения контрольной работы
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org