Физика. Ч. 2

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНЖЕНЕРНЫЙ ИНСТИТУТ

ФИЗИКА

Учебно-методическое пособие

Часть 2

Новосибирск 2012

УДК 53: (075)
ББК 22.171

Составители: доц. И. М. Дзю, канд. техн. наук, доц. С. В. Викулов, 

Е. Л. Дзю, ст. преп-ль А. П. Минаев, канд. техн. наук, доц. В. Я. Чечуев

Рецензент: д-р техн. наук, проф. П. М. Плетнев (СГУПС)

Физика: учеб.-метод. пособие / Новосиб. гос. аграр. ун-т. Ин
женер. ин-т; сост.: И. М. Дзю, С. В. Викулов, Е. Л. Дзю, А. П. Минаев, 
В. Я. Чечуев.– Новосибирск: Изд-во НГАУ, 2012.– Ч. 2. – 106 с.

Учебно-методическое пособие включает указания по изучению 

дисциплины, задания к контрольным работам и методику их выполнения. Предназначено для студентов заочной формы обучения по направлениям подготовки 110800 – Агроинженерия (Машины и оборудование 
в агробизнесе, Электрооборудование и электротехнологии, Технологическое оборудование для хранения и переработки сельскохозяйственной продукции, Технический сервис в агропромышленном комплексе), 
190600 – Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов (Автомобили и автомобильное хозяйство), 190700.62 – Технология транспортных процессов (Организация и безопастность движения), 
051000 – Профессиональное обучение (Сельское и рыбное хозяйство).

Утверждено и рекомендовано к изданию методическим советом 

Инженерного института (протокол № 6 от 19 июня 2012 г.).

© Новосибирский государственный 
аграрный университет, 2012

ВВЕДЕНИЕ

Учебная работа студента по изучению физики склады
вается из следующих элементов: самостоятельное изучение 
дисциплины по учебным пособиям; овладение культурой 
мышления, способность к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК); решение инженерных задач с использованием 
основных законов физики; проведение и оценка результатов 
измерения (ПК); решение задач; выполнение контрольных 
и лабораторных работ; сдача зачётов и экзаменов.

Во время лабораторно-экзаменационной сессии сту
дент слушает обзорные лекции, выполняет лабораторные 
работы и сдаёт по ним зачёты, а затем экзамен.

Самостоятельная работа по учебным пособиям явля
ется главным видом работы студента и на неё следует обратить особое внимание.

Рекомендуется изучать курс систематически, в течение 

всего учебного процесса. Изучение физики в сжатые сроки 
перед экзаменом не даст глубоких и прочных знаний и никогда не приведёт к положительным результатам. В самом 
начале изучения курса физики необходимо составить для 
себя график работы. Ознакомившись с программой и согласовав с ней материал учебника, распределите его по месяцам 
и начинайте регулярную проработку проходимого материала, стараясь жёстко соответствовать проходимой программе.

Решать задачи необходимо параллельно с изучением 

теоретического материала по учебнику – это помогает уяснить физический смысл явлений, закрепляет в памяти формулы, прививает навыки практического применения теоретических знаний.

При решении задач необходимо выполнять следующее:
1. Записать столбиком данные задачи. Все величины 

выразить в единицах системы СИ. Выполнить чертеж или 

рисунок, поясняющий содержание задачи (чертеж, рисунок или электрическая схема выполняются аккуратно при 
помощи чертежных принадлежностей). Записать основные 
формулы, на которых базируется решение, дать словесную 
формулировку этих законов, разъяснить буквенные обозначения формул. В случае, если формула не выражает какойнибудь физический закон или не является определением какой-нибудь физической величины, ее надо вывести.

2. Решение задач сопровождать краткими, но исчерпы
вающими пояснениями.

3. Решать задачу необходимо в общем виде, т. е. от на
чала и до конца решение выполняется в буквенном виде, 
числовые значения подставляются только в окончательную 
рабочую формулу, выражающую искомую величину.

4. Подставить в рабочую формулу размерности вели
чин и убедиться в правильности размерности искомой величины или ее единицы.

5. Произвести вычисления величин, подставленных 

в формулу, руководствуясь правилами приближенных вычислений, записать в ответе числовое значение и сокращенное наименование единицы искомой величины по ГОСТу.

6. При подстановке в рабочую формулу, а также при за
писи ответа числовые значения величин записать как произведение десятичной дроби с одной значащей цифрой перед 
запятой на соответствующую степень десяти. Например, 
вместо 1743 надо записать 1,743 · 103  или вместо 0,000325 – 
3,25 · 10–3 и т. д.

7. Обязательно оценить правдоподобность численно
го ответа. Такая оценка поможет обнаружить ошибочность 
полученного результата. Если коэффициент полезного действия двигателя больше единицы по расчетам, то допущена ошибка, т. к. КПД любой машины не может быть больше 
единицы, элементарный заряд меньше 1,6 · 1019 Кл, а скорость больше скорости света, т. е. 3 · 109 м/с. Во всех случаях 
необходимо проверить расчеты.

Только после изучения теории и решения тренировоч
ных задач по каждому разделу студент-заочник приступает 
к выполнению контрольных работ.

При выполнении контрольных работ придерживаются 

следующих правил:

1. Контрольные работы выполняют в обычной школь
ной тетради, на лицевой обложке которой приводятся сведения о студенте по следующему образцу:

Контрольная работа №2
по физике

Выполнил Иванов С. И.
Направление подготовки – Агроинженерия, НГАУ
Курс 2
Шифр УМ 99163

Адрес: г. Куйбышев, ул. Ленина, 2, кв. 3

3. Текст условия задачи должен быть переписан полно
стью. Ниже столбиком выписываются все данные из условия и необходимые величины из справочных таблиц, а далее 
все операции выполняют в соответствии с вышеописанными требованиями. Все записи должны быть аккуратными 
и выполнены разборчивым почерком.

4. В конце контрольной работы необходимо указать, 

каким учебником или учебным пособием студент пользовался при изучении теоретического материала (автор, название учебника, год издания).

5. Перечень номеров задач для каждой контрольной 

работы студент берет из таблицы по шифру (последняя цифра шифра – номер варианта в таблице). Замена номера задачи из таблицы другим номером или замена текста задачи, 
взятой из другого пособия, не допускается.

Примечание: для студентов, обучающихся по сокра
щенным ускоренным программам, контрольная работа № 1 

включает решение задач из табл. 1 и 2 (16 задач), а контрольная работа № 2 – решение задач из табл. 3 и 4 (также 
16 задач). (Таблицы для выбора номеров задач – на кафедре «Теоретической и прикладной физики»).

6. Контрольные работы высылаются на рецензию до 

начала экзаменационной сессии. Работы, поступившие на 
рецензию во время экзаменационной сессии, не рецензируются и не принимаются к защите.

7. По каждой контрольной работе с пометкой рецен
зента «к защите» проводится собеседование, а работу с пометкой «не зачтена» студент обязан переделать – исправить 
ошибки, объяснить их и выслать на повторную проверку.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА КУРСА ФИЗИКИ (Часть II)

Цели и задачи курса физики

1. Изучение основных физических явлений и идей.
2. Овладение фундаментальными понятиями, закона
ми, теориями классической и современной физики, а также 
методами физического исследования.

3. Формирование научного мировоззрения и современ
ного физического мышления.

4. Овладение приемами и методами решения конкрет
ных задач из различных областей физики.

5. Формирование навыков проведения физического 

эксперимента.

6. Формирование умений выделять конкретное физи
ческое содержание в прикладных инженерных задачах будущей специальности.

Раздел IV. Электромагнетизм

Электромагнитная индукция. Возникновение элек
трического поля при изменении магнитного поля. Индукционный ток. Правило Ленца. Э.д.с. индукции. Закон электромагнитной индукции Фарадея. Явление самоиндукции. 
Индуктивность. Энергия магнитного поля соленоида. Плотность энергии магнитного поля. Взаимная индукция.

Электромагнитные колебания. Переменный ток. Ин
дуктивность и емкость в цепи переменного тока. Колебательный контур. Основное уравнение колебательного контура. Собственные колебания контура. Формула Томсона. 
Реактивное сопротивление в цепи переменного тока. Затухающие колебания. Уравнение для затухающих колебаний.

Уравнение Максвелла. Основные экспериментальные 

соотношения, используемые при написании уравнений 
Максвелла. Уравнение Максвелла для стационарных полей. 
Обобщение закона электромагнитной индукции Фарадея. 

Ток смещения. Система уравнений Максвелла в интегральной форме для произвольных полей.

Электромагнитные волны. Волновое уравнение. Пло
ская электромагнитная волна. Скорость распространения 
электромагнитных волн. Энергия и импульс электромагнитного поля. Вектор Умова-Пойнтинга. Экспериментальное 
исследование электромагнитных волн. Шкала электромагнитных волн.

Единицы измерения электрических и магнитных вели
чин. Международная система единиц (СИ). Соотношения, 
используемые при построении системы электромагнитных 
единиц. Определение единицы силы тока в СИ. Электродинамические постоянные.

Раздел V. Оптика

Элементы волновой теории света. Интерференция 

света. Электромагнитная природа света. Когерентность 
и монохроматичность световых волн. Способы получения 
когерентных источников. Оптическая длина пути и оптическая разность хода лучей. Интерференция световых волн. 
Интерференция в тонких пленках.

Дифракция света. Дифракция световых волн. Прин
цип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция 
Френеля и дифракция Фраунгофера. Дифракция от щели. 
Дифракционная решетка. Дифракция рентгеновских лучей 
на кристаллах.

Поляризация света. Естественный и поляризованный 

свет. Закон Малюса. Поляризация света при отражении 
и преломлении. Двойное лучепреломление. Поляризация 
света при двойном лучепреломлении. Методы получения 
линейно-поляризованного света. Интерференция поляризованного света. Вращение плоскости поляризации.

Элементы теории относительности. Принцип отно
сительности Галилея. Оптика движущихся сред. Опыт Май

кельсона-Морлея. Постулаты Эйнштейна. Преобразование 
Лоренца. Релятивистское изменение длин и промежутков 
времени.

Релятивистский закон сложения скоростей. Опыт 

Физо. Эффект Доплера. Релятивистская механика. Релятивистские законы сохранения импульса и энергии. Связь 
между массой и энергией. Возможность существования частиц с массой покоя, равной нулю.

Взаимодействие света с веществом. Нормальная и 

аномальная дисперсии. Электронная теория дисперсии света. Рассеяние света. Поглощение света. Связь дисперсии с 
поглощением. Спектры поглощения и цвета тел. Фазовая и 
групповая скорости света.

Тепловое излучение. Тепловое равновесное излучение. 

Абсолютно черное тело. Закон Кирхгофа. Закон СтефанаБольцмана. Закон смещения Вина. Распределение энергии 
в спектре излучения абсолютно черного тела. Формула 
Релея-Джинса. «Ультрафиолетовая катастрофа». Гипотеза 
Планка о квантовом характере излучения. Формула Планка.

Квантовая природа света. Фотоэлектрический эф
фект. Основные законы фотоэффекта. Корпускулярные 
свойства излучения. Фотоны. Энергия, импульс, масса фотона. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Опыты Лебедева. Давление света. Эксперименты по расстоянию рентгеновских лучей веществом. Эффект Комптона. Опыт Боте.

Раздел VI. Физика атома. Физика твердого тела. 
Физика атомного ядра и элементарных частиц

Строение атома. Теория Бора. Опыты Резерфорда 

по рассеиванию α-частиц. Модель атома по Резерфорду. 
Следствия из модели Резерфорда. Спектры излучения атомов и их количественное описание. Модель атома Бора. Постулаты Бора. Теория водородоподобного атома Бора. Опыт 
Франка и Герца.

Элементы квантовой механики. Гипотеза де Бройля. 

Опыты Девиссона и Джермера. Формула де Бройля для 
свободной частицы. Границы применимости классической 
механики. Соотношение неопределенностей. Применение 
соотношения неопределенностей к решению квантово-механических задач. Уравнение Шредингера для стационарных состояний. Решение уравнения Шредингера для случая частицы в бесконечно глубокой «потенциальной яме». 
Энергетический спектр частицы в «потенциальной яме». 
Уравнение Шредингера для атома водорода.

Спин электрона. Магнитные свойства атома. Тонкая 

структура спектров щелочных металлов. Опыты Штерна 
и Герлаха. Понятие о спине электрона. Полный момент импульса электрона в атоме. Полный магнитный момент атома. Эффект Зеемана. Принцип Паули. Распределение электронов в атоме.

Элементы квантовой теории кристаллов. Анизотро
пия кристаллов. Моно- и поликристаллы. Кристаллическая 
решетка. Виды межатомных связей в кристаллических телах. Квантовая теория теплоемкости Дебая. Фотоны.

Электронный газ. Энергетические зоны кристалли
ческой решетки. Вырождение электронного газа. Функция 
Ферми. Энергия Ферми.

Диэлектрики и металлы. Изоляторы, проводники 

и полупроводники. Свойства диэлектриков с точки зрения 
зонной теории. Квантовая теория электропроводности, 
теплопроводности, контактных явлений. Сверхпроводимость – макроскопический квантовый эффект. Магнитные 
свойства металлов. Спиновая природа ферромагнетизма. 
Доменная структура ферромагнетиков. Анализ кривой намагничивания.

Полупроводники. Основные особенности структуры 

энергетических зон в полупроводниках. Собственная электронная и дырочная проводимость.

Доноры и акцепторы. Примесная проводимость. Явле
ния на границе полупроводника с металлом. Контакт двух