Выполнения лабораторных работ

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Некоммерческое АО «Алматинский универитет энергетики и связи»

Теплоэнергетический факультет

Кафедра физики

Программа курса (Syllabus)

Физика 2

Специальность: 5В071900 - Радиотехника, электроника и телекоммуникации

Курс – 2

Семестр - 3

Всего - 4 кредита

Общее количество часов – 180

Лекции – 2 кредита

Практические занятия – 1,5 кредита

Лабораторные занятия – 0,5 кредита

СРС – 112 часов

в т.ч. СРСП - 30 часов

4 РГР – 3 семестр

Экзамен – 3 семестр

Алматы 2011

Программа курса составлена: Карсыбаевым М.Ш.,кандидатом физико-математических наук, профессором АУЭС, на основании рабочих учебных планов специальностей 5В071900 - Радиотехника, электроника и телекоммуникации

Рассмотрена на заседании кафедры физики

«28» июня 2012 г. Протокол № 10

Заведующий кафедрой ____________________проф. Карсыбаев М.Ш.

Дисциплина: ФИЗИКА 2

Пререквизиты и постреквизиты курса

Пререквизиты – «Математика1», «Математика2», «Математика3» «химия», «физика 1».

Постреквизиты дисциплины – «теория электрических цепей 2», теория передачи электромагнитных волн; основы радиотехники, электроники и телекоммуникаций 1 и 2; оптические и радиорелейные системы передачи; антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн; электроника и схемотехника аналоговых устройств 1 и 2; технология беспроводной связи; радиопередающие устройства.

Описание курса

Курс «Физика 2» является обязательной в цикле базовых дисциплин при подготовке бакалавров по специальности 5В071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации и формируя их научное мировоззрение и общую культуру, развивая системное мышление и интеллектуальную культуру; в конечном итоге, создает основу профессиональной деятельности бакалавров в области электросвязи и информатизации.

Курс «Физика 2» включает следующие разделы: уравнения Максвелла; физика колебаний и волн; квантовая физика и физика атома; физика твердого тела; атомное ядро и элементарные частицы.

Сведения о преподавателях:

Карсыбаев М.Ш.,кандидат физико-математических наук, профессор АУЭС, стаж научно-педагогической работы -41 год.

Байпакбаев Т.С., кандидат технических наук, доцент АУЭС, стаж научно-педагогической работы – 38 лет.

Мухтарова М.Н., кандидат физ.-мат.наук, стаж научно-педагогической работы - 25 лет.

График занятий:

В течение первой половины семестра: еженедельно лекция – 2 часа (100 минут), через неделю 1 практическое занятие (по 100 минут каждое), через неделю 1 лабораторное занятие (по 100 минут каждое занятие), еженедельно самостоятельная работа под руководством преподавателя (СРСП) – 2 часа (консультации и сдача РГР), еженедельно самостоятельная работа – 4 часа, включающая подготовку к лекциям, практическим и лабораторным занятиям, выполнение РГР и СРС. Схема занятий во вторую половину семестра (после пересмены): еженедельно лекция – по 2 часа (100 минут каждая), еженедельно практическое занятие – по 2 часа (по 100 минут), через неделю 1 лабораторное занятие - 2 часа (100 минут каждое занятие), еженедельно самостоятельная работа под руководством преподавателя (СРСП) – 2 часа (консультации и сдача РГР), еженедельно самостоятельная работа – 4 часа, включающая подготовку к лекциям, практическим и лабораторным занятиям, выполнение заданий РГР и СРС.

Лекции 30 часов (*12 часов):

Лек/ нед.	Тема	Источники
1/ 1	Явление электромагнитной индукции. Основной закон электромагнитной индукции. Правило Ленца. Явление взаимной индукции и самоиндукции. Индуктивность и взаимная индуктивность. Магнитная энергия тока. Объемная плотность энергии магнитного поля.	Л.1, 3, 4, 14.
2/2	Уравнения Максвелла. Фарадеевская и максвелловская трактовки явления электромагнитной индукции. Вихревое электрическое поле. Ток смещения. Система уравнений Максвелла. Свойства уравнений Максвелла. Относительность электрических и магнитных полей.	Л.1, 3, 4, 14.
3/3	Колебательные процессы.Общая характеристика гармонических колебаний. Дифференциальное уравнение гармонических колебаний. Гармонические осцилляторы. Энергия гармонических колебаний. Векторная диаграмма. Сложение колебаний. Биения.	Л.1, 3, 4, 14.
4/4	Затухающие и вынужденные колебания и их характеристики. Амплитуда и частота затухающих колебаний. Коэффициент затухания, логарифмический декремент затухания, добротность. Дифференциальное уравнение затухающих колебаний. Вынужденные колебания. Амплитуда и фаза вынужденных колебаний. Резонанс. Переменный ток как вынужденные электромагнитные колебания.	Л.1, 3, 4, 14.
5/5	Волновые процессы и их основные характеристики.Уравнения плоской и сферической волн. Фазовая скорость. Волновое уравнение. Энергия упругих волн. Вектор Умова. Суперпозиция волн. Волновой пакет. Групповая скорость. Дисперсия волн.	Л.1, 3, 4, 14.
6/6	Волновое уравнение для электромагнитного поля.Свойства электромагнитных волн. Плотность потока электромагнитной энергии – вектор Пойнтинга. Излучение диполя.	Л.1, 3, 4, 14.
7/7	Свет как электромагнитная волна.Интерференция волн. Временная и пространственная когерентность. Методы наблюдения интерференции света (опыт Юнга, интерференция в тонких пленках, кольца Ньютона).	Л.1, 3, 4, 14.
8/8	Дифракция волн.Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция на одной щели и многих щелях (дифракционная решетка). Спектральное разложение.	Л.1, 3, 4, 14.
9/9	Тепловое излучение, его свойства и основные характеристики. Законы теплового излучения. Проблема излучения абсолютно черного тела. Квантовая гипотеза и формула Планка. Фотоны. Энергия и импульс световых квантов. Эффект Комптона. Корпускулярно-волновой дуализм электромагнитного излучения.	Л.2, 3, 4, 14.
10/	Корпускулярно-волновой дуализм вещества. Гипотеза де Бройля и ее экспериментальное подтверждение. Волновые свойства микрочастиц и соотношение неопределенностей Гейзенберга. Принцип неопределенности - фундаментальный принцип квантовой механики. Состояние микрочастицы в квантовой механике. Волновая функция и ее статистический смысл. Временное и стационарное уравнения Шредингера.	Л.2, 3, 4, 14.
11/	Решение стационарного уравнения Шредингера для простейших квантовых систем.Частица в одномерной прямоугольной потенциальной яме. Принцип соответствия Бора. Движение частицы при наличии потенциального барьера. Туннельный эффект. Атом водорода в квантовой теории. Энергетические уровни. Ширина уровней. Пространственное квантование. Спин электрона. Принцип Паули.	Л.2, 3, 4, 14.
12/	Элементы квантовых статистик и физики твердого тела.Понятие о квантовых статистиках Бозе-Эйнштейна и Ферми-Дирака. Бозоны и фермионы. Вырожденный электронный газ в металлах. Уровень Ферми.	Л.2, 3, 4, 14.
13/	Зонная теория твердых тел.Энергетические зоны в кристаллах. Металлы, диэлектрики и полупроводники в зонной теории твердых тел. Собственная и примесная проводимости полупроводников. Фотопроводимость.	Л.2, 3, 4, 14.
14/	Контактные явления.Работа выхода электрона из металла. Контактная разность потенциалов. Контакт электронного и дырочного полупроводников. Полупроводниковый диод.	Л.2, 3, 4, 14.
15/	Атомное ядро и элементарные частицы.Состав и характеристики атомного ядра. Дефект массы и энергия связи ядра. Ядерные силы. Обменный характер ядерных сил. Модели ядра. Фундаментальные взаимодействия. Классификация элементарных частиц. Лептоны, адроны, кварки. Понятие об основных проблемах современной физики и астрофизики.	Л.2, 3, 4, 14.

Практические занятия (22 часа, *8 часов)::

прак. зан./ нед	Тема	Источники
1/1	Электромагнитная индукция. 1. Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея-Максвелла. 3. Самоиндукция и взаимная индукция. Индуктивность и взаимная индуктивность. 4. Экстратоки замыкания и размыкания. 5. Энергия и плотность энергии магнитного поля. Л.8, №№ 25-8, 25-11, 25-15, 25-25, 25-29, 25-45; 26-3, 26-10.	Л. 1, С. 11–33, 94-98; 17, С. 4-9.
2/2	Система уравнений Максвелла для электромагнитного поля. 1. Вихревое электрическое поле. 2. Ток смещения. 3. Система уравнений Максвелла. 4. Относительность электрических и магнитных полей. Л. 10, №№ 18.46, 18.48, 18.49, 18.41.	Л. 1, С. 34–54, 99-107; 17, С. 10-14.
3/3	Свободные гармонические колебания. 1. Дифференциальное уравнение свободных гармонических колебаний. 2. Осцилляторы: физический и математический маятники, колебательный контур. 3. Энергия гармонических колебаний. 4. Графическое представление гармонических колебаний. Метод векторных диаграмм. 5. Сложение одинаково направленных и взаимно перпендикулярных колебаний. Биения. Л. 8, №№ 6-11, 6-18, 6-24, 26-18, 26-20; Л. 10, №№ 7.4, 7.17.	Л. 1, С. 60-78.
4/4	Затухающие и вынужденные колебания. 1. Уравнения затухающих и вынужденных колебаний. 2. Амплитуда и частота затухающих колебаний, коэффициент затухания, логарифмический декремент затухания, добротность.3. Амплитуда и частота вынужденных колебаний. Резонанс. 4. Переменный ток. Закон Ома для переменного тока. Л.8, №№ 6-58, 6-61, 6-67, 6-71; Л. 10, №№ 19.14, 19.17, 19.21.	Л. 1, С. 79-92, 108-116;
5/5	Упругие и электромагнитные волны. 1. Упругая волна и её характеристики. 2. Энергия и плотность энергии упругой волны. Вектор Умова. 3. Электромагнитная волна и ее характеристики. 4. Энергия и плотность энергии упругой волны. Вектор Пойнтинга. Л. 8, №№ 7-3, 7-9, 7-11, 7-16, 7-21, 7-25, Л. 10, №№ 7.43, 7.45, 7.48, 19.32, 19.35, 19.39, 19.40, 19.43, 19.45, 19.47.	Л. 1, С. 250-266, 222-226;
6/6	Свет как электромагнитная волна. 1. Интерференция волн, условия максимума и минимума. 2. Дифракция волн. 3. Поляризация волн. Закон Малюса. Угол Брюстера. Л. 8, №№ 30-4, 30-16, 30-29, 31-11, 31-15, 31-18, 32-4, 32-12; Л. 10, №№ 20.2, 20.19, 20.26, 20.43, 20.47, 21.17, 21.20, 22.4, 22.18.	Л. 1, С. 227-245, 289-307;
7/7	Контрольная работа № 1
8/8	Квантовая природа электромагнитного излучения. 1. Тепловое излучение и его характеристики. 2. Абсолютно чёрное тело, его модель. 3. Законы излучения абсолютно черного тела. 4. Гипотеза и формула Планка. Л. 8, №№ 34-2, 34-4, 34-9, 34-11, 34-18, 34-22. 5. Фотоэффект, его закономерности. Уравнения Эйнштейна. 6.Фотоны, энергия и импульс фотонов. 7. Эффект Комптона. 8. Корпускулярно – волновой дуализм электромагнитного излучения. Л. 8, 35-2, 35-6, 35-8, 36-7, 36-10, 37-1, 37-4, 37-7; Л. 10, №№ 23.21, 23.22, 23.23, 23.32, 23.36, 23.43, 23.44	Л. 2, С. 7-27; 4, С.367-373
9/9-10	Волновые свойства микрочастиц. 1. Волновые свойства микрочастиц. Гипотеза и формула де Бройля. 2. Соотношения неопределённостей Гейзенберга. 3. Волновая функция, её статистический смысл. 4. Стационарное уравнение Шредингера. 5. Частица в одномерной прямоугольной «потенциальной яме». Л. 8, №№ 45-5, 45-11, 45-15, 45-20, 46-14, 46-21, 46-71; Л. 10, №№ 24.2, 24.8, 24.11, 24.19, 24.22, 24.23, 24.29	Л. 2, С. 50-69; 4, С.393-410.
10/11-12	Квантовые статистики. Полупроводники. 1. Фермионы и бозоны. Квантовые статистики Ферми-Дирака и Бозе–Эйнштейна.2. Вырожденный электронный газ в металлах. Уровень Ферми. 4. Металлы, диэлектрики и полупроводники в зонной теории твердых тел. 3. Собственная и примесная проводимости полупроводников. 5. Фотопроводимость. Л.8, №№ 51-2, 51-3, 51-4, 51-18, 51-19; Л.8*, №№ 51-50; Л. 10, №№ 25.7, 25.16, 25.18, 25.23, 25.26.	Л. 2, 179-184, 197-210; 4, С. 434-438, 442-452.
11/13-14	Контрольная работа № 2
12/15	Физика ядра. Радиоактивность. Ядерные реакции. 1. Строение атомных ядер. 2. Радиоактивность. Виды радиоактивного распада. 3. Закон радиоактивного распада. Период полураспада, среднее время жизни радиоактивного ядра, активность нуклида. 4. Ядерные реакции. Л. 8, №№ 41-6, 41-7, 41-12, 41-20, 41-41-31, 43-6, 44-1, 44-9, 44-19.	Л. 2, С. 4, С. 472-477, 484-487, 489-490.

Лабораторные занятия (14 часов, *10 часов)::

№ зан./ нед	Тема	Источ-ники
1/1-2	Вводное занятие
2 /3-4	3.1 Уравнения Максвелла ЭМК-23 Изучение вихревого электрического поля. ЭМК-24 Измерение индуктивности катушек.	Л. 16
3/5-6	3.2 Физика колебаний и волн. Электромагнитные колебания ЭМК-17 Изучение сложения колебаний с помощью осциллографа ЭМК-18 Изучение свободных затухающих колебаний в колебательном контуре ЭМК-19 Изучение вынужденных колебаний на примере цепи переменного тока ЭМК-20 Измерение мощности переменного тока и определение коэффициента мощности ЭМК-21 Изучение гармонических колебаний на примере физического маятника ЭМК-22 Изучение свободных колебаний маятника ЭМК-25 Изучение вынужденных колебаний. Резонанс напряжений	Л. 17
4/7	Защита отчетов	Л.18
5/8-9	ОТТ-1 Определение радиуса кривизны линзы с помощью колец Ньютона ОТТ- 2 Определение длины волны лазерного излучения ОТТ- 3 Изучение дифракции света по узкой щели ОТТ- 6 Проверка закона Малюса
6/10-12	3.3 Квантовая физика и физика атома ОТТ-8 Исследование характеристик фотоэлемента ОТТ-9 Определение постоянной Стефана-Больцмана ОТТ-10 Проверка закона Стефана-Больцмана ОТТ-11 Определение постоянной Планка по спектру поглощения ОТТ-12 Наблюдение дифракции ионов меди	Л. 19
7 /13-14	3.4 Физика твердого тела, атомного ядра и элементарных частиц ОТТ-13 Изучение работы полупроводникового диода ОТТ-14 Изучение явления фотопроводимости полупроводников ОТТ-15 Изучение зависимости сопротивления полупроводников от температуры	Л. 19
8/15	Защита отчетов

График

выполнения лабораторных работ