Летняя сессия 2016 – 2017уч. года

Физика

Экзаменационные задания

Для студентов МАПП (1 курс)

Летняя сессия 2016 – 2017уч. года

1. Намагничивание веществ, вектор намагничивания, классификация веществ по магнитным свойствам.

2. Электромагнитные колебания в LC-контуре, частота собственных колебаний, добротность колебательного контура. Вынужденные электромагнитные колебания, резонанс.

3. Переменный ток, электромашинный генератор переменной ЭДС, связь амплитуд напряжения и тока в резисторе, конденсаторе, катушке индуктивности. Метод векторных диаграмм при описании колебаний, соотношения векторов колебаний напряжения и тока в резисторе, конденсаторе, индукторе

4. Векторное описание колебаний в последовательном колебательном контуре. Мощность в цепи переменного тока (активная, реактивная). Трансформирование электроэнергии переменного тока,

5. Взаимные порождения друг друга переменных электрического и магнитного полей, интегральные уравнения электромагнитного поля. Электромагнитная волна, скорость распространения волны, волновое сопротивление среды, вектор Пойтинга.

6. Направленная передача электромагнитной волны, роль проводов, телеграфные уравнения, волновое сопротивление линии электропередач, отражение волны от конца линии, соотношение амплитуд падающей и отраженной волн, стоячие волны.

7. Электромагнитная природа света, оптический диапазон длин волн. Отражение и преломление ЭМ волны на плоской границе раздела сред, законы снеллиуса.

8. Геометрическая оптика, преломление светового луча на сферической поверхности раздела сред, сопряженные точки, линзы, формула тонкой линзы, построение изображения в линзе. Увеличения, даваемые линзой.

9. Многолинзовые системы, система из двух тонких линз. Оптические инструменты: фотоаппарат, человеческий глаз, лупа, микроскоп, телескоп. Аберрации оптических систем, изображение объемных тел, глубина резкости.

10. Фотометрические понятия и соотношения: интенсивность волны, световой поток, сила света, освещенность, яркость, светимость.

11. Интерференция света, когерентные волны, интерференция двух волн, оптическая длина пути, формирование когерентных волн в оптике, опыт Юнга, ширина интерференционных полос, бизеркала и бипризма Френеля, билинза Бийе.

12. Интерференция в тонких пленках, полосы равного наклона, равной толщины, цвета тонких пленок, кольца Ньютона. Практическое использование интерференции.

13. Дифракция света, принцип Гюйгенса-Френеля. Векторное суммирование множества когерентных колебаний, Дифракция Френеля на круглом отверстии, спираль Френеля, вычисление амплитуды светового вектора на оси источник – отверстие.

14. Метод зоны Френеля. Зонные пластинки. Дифракция от диска и от края полуплоскости, спираль Корню.

15. Дифракция Фраунгофера, дифракция от щели, угловое распределение интенсивности, принцип Бабине, дифракция от нити.

16. Дифракционная решетка, формула решетки, ширина главных максимумов, решетка как дисперсионный инструмент, разрешающая способность решетки. Дифракция рентгеновских лучей на кристалле, формула Вульфа – Брегов.

17. Дифракционный предел разрешения оптических инструментов. Дисперсия света, групповая скорость волн в дисперсионной среде, нормальная и аномальная дисперсия, классическая теория дисперсии света.

18. Поляризация света, виды поляризации, поляризатор, закон Малюса. Отражение и преломление света на плоской границе раздела сред, формулы Френеля, угол Брюстера.

19. Двойное лучепреломление, его механизм, оптическая индикатриса, классификация веществ по виду оптической индикатрисы, поляризаторы света, дихроизм. Жидкие кристаллы, оптически активные вещества, поляриметрия.

20. Тепловое излучение, интегральная энергетическая светимость, спектральная излучательная способность, поглощательная способность, абсолютно черное тело, закон Кирхгофа, законы Стефана -Больцмана и Вина.

21. Вычисление спектральной излучательной способности АЧТ, формула Планка. Выражение законов Стефана – Больцмана и Вина из формулы Планка.

22. Специальная теория относительности, принципы относительности Галилея и Эйнштейна. Преобразования координат Лоренца, следствия из них: сокращение длин предметов, относительность одновременности.

23. Динамика СТО: импульс, кинетическая энергия, энергия покоя, связь импульса и энергии.

24. Квантовые эффекты оптики: фотоэффект, законы фотоэффекта, формула Эйнштейна. Рентгеновское излучение. Эффект Комптона.

25. Корпускулярно-волновой дуализм, дифракция электронного потока, гипотеза и формула Де-Бройля, микро, понятие волновой функции, ее физический смысл. Частица в ограниченном одномерном пространстве, квантование энергии, принцип неопределенности.

26. Уравнение Шредингера, движение частицы в одномерной потенциальной яме. Микрочастица в трехмерном пространстве, квантовые числа, вырождение энергетических уровней.

27. Атом водорода как квантов механическая система, оценка радиуса орбитали на основе принципа неопределенности, квантовые числа одноэлектронного атома: главное, орбитальное, магнитное. Излучение и поглощение света атомом, формула и постоянная Ридберга, серии испускания и поглощения атома водорода.

28. Принцип Паули, периодическая таблица элементов Менделеева с точки зрения атомной физики. Спин электрона, переформулировка принципа Паули с учетом спинового квантового числа.

29. Излучение и поглощение света атомами, физика оптических квантовых генераторов света. Магнитные свойства атомов, эффект Зеемана, электронный парамагнитный резонанс.

30. Структура атомного ядра, нуклоны, зарядовое массовое число, символическая запись ядра, изотопы, изобары, ядерные силы, модели ядра, устойчивые, неустойчивые ядра, дефект масс ядра. Ядерные реакции, законы сохранения при ядерных реакциях. Ядерная \энергетика.

31. Радиоактивность, виды и закон радиоактивного распада, активность радиоактивных веществ, практическое использование радиоактивности.

Задачи

Геометрическая оптика

1. На рисунке S – точечный источник света, S₁ – его изображение. Определить построением оптический центр линзы и ее фокусы, если главной оптической осью линзы является прямая MN.

2. Собирающая линза даёт в три раза увеличенное действительное изображение предмета. Чтобы получить в три раза увеличенное, но мнимое изображение, линзу передвинули в сторону предмета на а = 10 см. Каково фокусное расстояние линзы?

3. Система состоит из положительной линзы, с силой 10 дптр, и отрицательной линзы, с силой -3 дптр. Расстояние между линзами 5 см. Определить положение изображения и увеличение, если предмет находится на оптической оси на расстоянии 15 см от положительной линзы.

4. Оптическая система из двух собирающих линз на расстоянии l=0,75 м друг от друга превращает свет источника, находящегося на расстоянии 25 см от первой линзы в параллельный пучок. Найти оптическую силу второй линзы, если у первой она равна 6 дптр.

5. Светильник в виде шара радиусом R=10 см имеет силу света J=100 кд. Определить полный световой поток - Ф, светимость поверхности – М.

6. На какую высоту над верстаком необходимо повесить светильник с лампочкой мощностью 300 Вт, чтобы освещенность стола под светильником составляла 100 лкс. Наклон стола составляет 30^о с горизонталью, а световая отдача светильника равна 20 лм/Вт.

7. На высоте 2м над серединой круглого стола диаметром 3 м висит лампа силой света 100 кд. Ее заменили лампой с силой света 25 кд, изменив расстояние до стола так, что освещенность середины стола не изменилась. Во сколько раз изменится освещенность края стола

8. В опыте Юнга расстояние между щелями 1 мм, расстояние от щелей до экрана 1 м, используется красный свет (λ=720 нм). Определить ширину интерференционных полос.

9. Бипризма Френеля имеет угол α=2^о. Освещенная щель – источник света расположена на расстоянии 10 см от призмы, а экран – по другую сторону на расстоянии 60 см. Ширина полученных интерференционных полос равна 0.43 мм. Определить длину волны используемого света.

10. Вычислить толщину просветляющей пленки и требуемый показатель преломления ее материала, если ее необходимо нанести на поверхность линзы, сделанной из стекла с показателем преломления n=1.5.

11. На мыльную пленку с показателем прело мления n = 1,33 падает по нормали монохроматический свет с длиной волны λ=0,6 мкм. Отраженный свет в результате интерференции имеет наибольшую яркость. Какова наименьшая возможная толщина d пленки?

12. Сколько зон Френеля уместится в отверстии диаметром 0.5 мм, если расстояние от источника света до отверстия равно 10 см, а от отверстия до экрана – 10 мм. Длина волны света равна 550 нм.

13. Фазовая зонная пластинка изготавливается из стекла с коэффициентом преломления 1.5. Определить радиусы колец, на которых необходимо утолщение пластинки и величину утолщения, если пластинка должна заменить линзу с оптической силой 15 дптр. Длина волны света λ=0.55 мкм.

14. На дифракционную решетку в направлении нормали к ее поверхности падает монохроматический свет. Период решетки d=2 мкм. Определить наибольший порядок дифракционного максимума, который дает эта решетка в случае красного (λ=0,7 мкм) и в случае фиолетового (λ=0,41 мкм) света.

15. На грань кристалла падает параллельный пучок рентгеновских лучей с длиной волны 0.075 нм. Расстояние между атомными плоскостями равно 0.2 нм. Под каким углом скольжения следует направить лучи на поверхность, чтобы получить дифракционный максимум 1 порядка.

16. Из воздуха на плоскую поверхность стекла перпендикулярно падает свет с интенсивностью I₀. Показатель преломления стекла n=1.5. Определить интенсивность отраженной и прошедшей в стекло волн.

17. Из воздуха на плоскую поверхность стекла под углом Брюстера падает свет с интенсивностью I_0. Показатель преломления стекла равен 1.6. Определить величину угла падения и интенсивность отраженного света.

18. Абсолютно черный радиатор должен рассеять мощность 15 Вт. Температура окружающей среды 27^оС, допустимая температура радиатора 60^оС. Пренебрегая другими видами теплоотдачи кроме излучения, определить необходимую площадь радиатора.

19. Электрическая лампа имеет площадь излучающей поверхности, равную 2.16 см². Температура нити накала – 2365 К, излучение нити составляет 0.7 излучения абсолютно черного тела при данной температуре. Найти мощность лампочки.

20. Красная граница фотоэффекта λ₀=0.545 мкм, максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона W_max=0.5 эв, определить долю энергии фотона, израсходованной на работу вырывания фотоэлектрона.

21. Определить релятивистский импульс электрона, обладающего кинетической энергией Т=2 Мэв.

22. Скорость электрона v = 0,75С (гдe С скорость света в вакууме). зная энергию покоя электрона Е₀=0.51 Мэв, определить в тех же единицах кинетическую энергию Т электрона

23. Микрочастица находится в бесконечно глубокой потенциальной яме на первом энергетическом уровне (n=1). Определить вероятность обнаружения частицы в средней трети ямы.

24. Протон находится в бесконечно глубокой одномерной потенциальной яме шириной l0^-10 м. Рассчитать расстояние между 2 и 3 энергетическими уровнями. (масса протона 1.67*10^-27 кг кг).

25. С помощью энергетической диаграммы Хунда записать электронное строение атома …

26. Рассчитать длины волн в спектре излучения атома водорода, соответствующих переходам серии Бальмера. Постоянную Ридберга для 1/λ R_ν=1.097*10⁷ м^-1.

27. При соударении α-частицы с ядром бора произошла ядерная реакция, в результате которой образовалось два новых ядра. Одним из этих ядер было ядро атома водорода . Определить порядковый номер и массовое число второго ядра, дать символическую запись ядерной реакции. (применить законы сохранения заряда и числа нуклонов).

28. Определить число N атомов радиоактивного препарата йода массой 0,5 мкг, распавшихся в течение 1 минуты. (Период полураспада йода – 8 суток).

29. Определить активность через неделюрадиоактивного препарата ₈₆Rn¹²², период полураспада которого Т=3.8 суток. Масса препарата m=0.15 мкг.

30. Определить возраст археологических находок из древесины, если активность образцов по изотопу ₆С¹⁴ составляет 0.6 активности образцов из свежих растений. Период полураспада изотопа ₆С¹⁴ равен 5730 лет