Здавалка
Главная | Обратная связь

При аттестации образовательных учреждений сравниваются степень подготовленности и уровень образованности студентов в различных вузах.



Омск 2010


УДК 53(075.8)

ББК 22.3я73

А844

Методические указания для подготовки студентов к тестированию по разделам физики «Колебания и волны», «Волновая оптика», «Квантовая физика»/ Т. А. Аронова, О. И. Сердюк; Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2010. 36 с.

 

Содержат краткий обзор теоретического материала, рекомендации для подготовки к тестированию и тестовые задания для самостоятельного решения.

Самостоятельная работа над тестовыми заданиями позволит студентам научиться анализировать теоретический материал, проводить сравнение физических явлений, выбирать границы применимости физических теорий для различных явлений.

Предназначены для студентов первого, второго и третьего курсов технических специальностей очной формы обучения при самостоятельной подготовке к тестированию.

 

 

Библиогр.: 6 назв. Рис. 26. Прил. 1.

 

Рецензенты: доктор техн. наук, профессор В. Е. Митрохин;

канд. техн. наук, доцент Н. А. Прокудина.

 

 

 
 

 


_________________________

© Омский гос. университет

путей сообщения, 2010

 


 

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение 15

1. Методические рекомендации к выполнению тестовых заданий 16

2. Колебания 17

2.1. Задачи для самостоятельного решения 111

2.1.1. Гармонические механические колебания 111

2.1.2. Электромагнитные колебания 112

2.1.3. Сложение гармонических колебаний 114

3. Волны 114

3.1. Задачи для самостоятельного решения 116

3.1.1. Механические и электромагнитные волны 116

4. Волновая оптика 117

4.1. Задачи для самостоятельного решения 121

4.1.1. Интерференция, дифракция, поляризация 121

5. Квантовая физика 124

5.1. Задачи для самостоятельного решения 130

5.1.1. Квантово-оптические явления, квантовая механика 130

Библиографический список 134

Приложение. ответы к задачам для самостоятельного решения 135

 
 

       
   
 
 

ВВЕДЕНИЕ

На современном этапе среди эффективных методов оценки образовательных достижений заметная роль отводится тестированию. Под тестированием понимается стандартизированная процедура объективного измерения образовательных достижений испытуемого или отдельных качеств его личности.

Основной целью тестирования является предоставление субъектам и пользователям системы образования независимой объективной информации об образовательных достижениях. Эта информация может быть использована при аттестации обучающихся на всех уровнях образования, при аттестации образовательных учреждений, конкурсном отборе в профессиональные учреждения, при оценке состояния и выявлении тенденций развития системы образования. Информация об образовательных достижениях может быть использована обучающимися и их родителями в защите своих прав на получение образования по качеству, не ниже установленного государством в нормативных документах и обществом, для защиты от появления некомпетентных обладателей дипломов и прочих документов об образовании.

Особенностью любого вида тестирования является массовость проверки и использование единого инструментария, на основе которого сравниваются результаты обследуемой совокупности тестируемых.

При аттестации образовательных учреждений сравниваются степень подготовленности и уровень образованности студентов в различных вузах.

Данные методические указания позволят студентам на первом курсе самостоятельно готовиться к любому промежуточному контролю (коллоквиуму, экзамену и т. п.). При проведении на третьем курсе федерального тестирования студентов на проверку остаточных знаний данные указания позволят вспомнить приобретенные знания по основным разделам курса физики и самостоятельно оценить их.

Конечно, тестирование не может быть единственным источником информации при принятии каких-либо решений (экзаменационная оценка, выдача диплома и т. п.). Результаты тестирования должны использоваться наряду с другими формами оценки образовательных достижений, например, с устным или письменным экзаменом, собеседованием или интервью. Именно такой сбалансированный подход использования результатов формализованного тестирования в сочетании с другими методами оценки считается наиболее перспективным и применяется в большинстве стран мира с развитыми системами тестирования (США, Англия, Нидерланды, Япония и др.).


1. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

к выполнению тестовых заданий

Как показывает опыт, тестирование знаний, навыков и умений оказывается достаточно сложным для обучающихся, это связано как с разнообразием тестовых заданий, так и с нетрадиционной формой постановки вопросов в этих заданиях.

Методические указания содержат основные формулы и законы по колебаниям и волнам, волновой оптике и квантовой физике в соответствии с программой общего курса физики в вузах. В приложении даны ответы к задачам для самостоятельного решения. Причем следует отметить, что в тестах правильным является только один вариант ответа.

Перед решением задачи рекомендуем повторить соответствующую теорию по учебникам [1, 2] или конспектам лекций, записанным на лекционных занятиях, а также основные формулы и законы по данным методическим указаниям и проанализировать примеры решения задач, рассмотренных на практических занятиях и в методических указаниях [3 - 5].

Приступая к решению задач, необходимо кратко записать ее условие и (если необходимо) сделать рисунок. Решение следует осуществлять в общем виде (в бук-венных обозначениях), в результате чего получить расчетную формулу и произвести численный расчет в единицах СИ. После этого необходимо сравнить полученный ответ с правильным. Если ответы не совпали, то нужно проанализировать решение задачи, уточнить правильность выбранных формул и законов, а затем исправить ошибки.

Анализ наиболее часто встречающихся ошибок позволяет дать следующие рекомендации. В разделе «Колебания и волны» необходимо обратить внимание на электрические схемы колебательных контуров для генерации собственных, затухающих и вынужденных колебаний. В разделе «Волновая оптика» нужно научиться рассчитывать результаты интерференции и дифракции света. В разделе «Квантовая физика» явления и процессы необходимо объяснять, пользуясь только законами квантовой механики.

Значения основных физических постоянных приведены в справочной литературе [6].

Для того чтобы закрепить полученные навыки решения задач и выполнять задания быстро, рекомендуем повторить тестирование без вспомогательного материала.


2. колебания

 

Колебание какой-либо величины называется гармоническим, если она меняется со временем по закону синуса или косинуса.

Если материальная точка гармонически колеблется вдоль оси x, то уравнение гармонических колебаний координаты частицы имеет вид:

, (1)

где х – смещение точки от положения равновесия по оси x;

А – амплитуда;

- циклическая частота;

- начальная фаза колебаний.

Проекции скорости и ускорения ах точки на ось х меняются по гармоническому закону:

; (2)

. (3)

Следует отметить, что точка над любой величиной означает производную этой величины по времени.

Дифференциальное уравнение гармонических колебаний имеет вид:

. (4)

Простейшими примерами систем, колеблющихся по гармоническому закону, являются гармонические осцилляторы. В механике такими колебательными системами являются пружинный, физический и математический маятники. Собственная частота колебаний маятника определяется по формулам: - для пружинного с массой m и коэффициентом упругости k; - для физического с массой m, моментом инерции I и расстоянием от центра инерции до оси вращения ; - для математического с массой m и длиной нити , где g – ускорение свободного падения. Период колебаний маятника связан с собственной частотой и определяется по формуле:

. (5)

 

При сложении гармонических колебаний одного направления удобно применять способ, называемый методом векторных диаграмм. Если частоты складываемых колебаний одинаковые, то результирующее смещение определяется уравнением:

(6)

Далее используем метод векторных диаграмм (рис. 1). Представим оба колебания с помощью векторов и вращающихся с частотой против хода часовой стрелки. Результирующий вектор строим по правилам сложения векторов:

Þ (7)

т. е. вектор описывает результирующее колебание. Вектор вращается с той же частотой , что и векторы и

Амплитуда результирующего колебания определяется геометрически с использованием теоремы косинусов:

(8)

Начальная фаза результирующего колебания определяется геометрически (см. рис. 1) через отношение катетов треугольника EOF:

. (9)

При сложении взаимно перпендикулярных колебаний с разными значениями частоты могут получаться сложные движения с разными траекториями.

Однако, если частоты (периоды) колебаний соотносятся между собой как целые числа (т. е. кратны), то траектории будут замкнутыми и называются фигурами Лиссажу. Вид фигуры Лиссажу зависит от соотношения между периодами, начальными фазами и амплитудами обоих колебаний.

Фигура Лиссажу, получаемая при сложении колебаний, у которых значения частоты отличаются в два раза ( ), представлена на рис. 2.

 

Электромагнитные колебания возникают в колебательных контурах.

В идеальном колебательном контуре, содержащем катушку индуктивностью L и конденсатор ем-костью С (рис. 3), возбуждаются гармонические электромагнитные колебания.

Для возбуждения колебаний в контуре конденсатор предварительно заряжают, сообщая его пластинам заряды . Если замкнуть конденсатор на катушку индуктивности, то он начинает разряжаться и в контуре потечет возрастающий со временем ток. В результате явления самоиндукции сила тока, достигнув максимального значения, начинает убывать. Конденсатор перезаряжается. Такой процесс повторяется периодически.

Дифференциальное уравнение электромагнитных колебаний имеет вид [1, 2]:

(10)

где - собственная частота колебаний, ;

q – заряд конденсатора.

Реальный колебательный контур – это электрическая цепь, содержащая катушку индуктивностью L, конденсатор емкостью C и сопротивление R, в которой могут возбуждаться затухающие электромагнитные колебания (рис. 4).

Дифференциальное уравнение затухающих колебаний при условии, что имеет вид [1, 2]:

(11)

где b - коэффициент затухания контура, .

Решением выражения (10) является уравнение затухающих колебаний:

, (12)

где q0 – максимальный заряд конденсатора;

- условная частота затухающих колебаний, .

Качество колебательного контура характеризуют его добротностью Q. При слабом затухании (b << ) добротность определяется по формуле:

. (13)

Быстроту затухания колебаний характеризует логарифмический декремент затухания:

(14)

где A(t) и A(t + T) – амплитуда колебаний в моменты времени t и t + T соот-ветственно;

T – условный период затухающих колебаний,

Для условия слабого затухания добротность контура связана с его логарифмическим декрементом соотношением:

. (15)

Как видно из формул (12) - (15), чем больше активное сопротивление контура, тем быстрее затухают колебания, тем больше коэффициент затухания b и логарифмический декремент, а добротность меньше.

В контуре, в который включен источник переменной ЭДС (рис. 5), могут установиться вынужденные колебания.

Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний имеет вид [1, 2]:

(16)

где - максимальное значение ЭДС;

W - частота вынужденных колебаний.

В таком колебательном контуре при определенных условиях может наблюдаться явление резонанса.

Явление резкого увеличения амплитуды вынужденных колебаний при приближении частоты вынуждающего переменного напряжения к резонансной частоте называют электрическим резонансом.

Резонансными кривыми называют зависимости амплитуды вынужденных колебаний от частоты.


Резонансные кривые для различных коэффициентов затухания ( приведены на рис. 6.

Частота вынуждающей ЭДС, при которой амплитуда колебаний максимальна, называется ре-зонансной частотой и определяется по формуле:

(17)

В условиях слабого затухания

(18)

 







©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.