Раздел 6. Статистическая физика. Физика твёрдого тела. Строение ядра

Молекулярно-кинетическая теория (МКТ). Статистический и термодинамический методы. Макроскопические параметры. Уравнение состояния. Основное уравнение МКТ для давления, для температуры.   Молекулярно-кинетический смысл температуры. Число степеней свободы. Теорема о равнораспределении.

Понятие о классической статистике. Вероятность, среднее арифметическое, среднее квадратичное. Функция распределения вероятностей случайной величины. Распределение Максвелла. Характерные скорости молекул газа. Распределение Больцмана. Барометрическая формула.

Явления переноса. Эффективное сечение. Средняя длина свободного пробега, среднее число столкновений молекулы. Диффузия, вязкость, теплопроводность. Коэффициенты диффузии, вязкости, теплопроводности.

Твёрдое тело: упругие свойства, тепловое расширение, классическая теория теплоемкости твёрдых тел.

Квантовые статистики. Распределение Бозе-Эйнштейна и Ферми-Дирака. Электропроводность металлов. Электронный Ферми-газ в металле. Уровень Ферми. Энергия Ферми Элементы зонной теории кристаллов.

Полупроводники. Температурная зависимость сопротивления металлов и полупроводников.  Контактные явления: p-n–переход; эффект Зеебека.

Состав и характеристики атомного ядра. Ядерные силы, дефект массы, энергия связи. Радиоактивный распад, виды распада, закон радиоактивного распада. Активность.

Контрольные работы и требования к их оформлению

Контрольные работы позволяют закрепить теоретический материал. Решение задач является проверкой степени усвоения студентами теоретического курса, а рецензии на работу помогают ему доработать и правильно усвоить различные разделы курса физики. Контрольные работы выполняются в период между сессиями и отдаются на кафедру физики для проверки не позднее, чем за 15 дней до начала сессии.

Перед выполнением контрольной работы необходимо внимательно ознакомиться с теоретическими и справочными материалами, а также примерами решения задач по данной теме.

Номер варианта контрольной работы выбирается студентом по последней цифре в зачетной книжке. Таблицы вариантов по каждой части курса физики представлены после приложений в конце учебного пособия.

Решенные задачи следует оформить так, как указано ниже.

При наличии значительных ошибок и неправильных решений работа возвращается студенту для исправлений. После исправления работа отправляется на кафедру физики на повторное рецензирование. Защита контрольных работ происходит в виде собеседования по решенным задачам на консультациях во время сессии.

1. Контрольная работа оформляется в отдельной тетради. Титульный лист оформляется следующим образом:

Контрольная работа по физике №…

“Название к.р.”

Студент    ----------- группы ----------

......................................Шифр………..

Фамилия, Имя, Отчество

Вариант №…………………..

Проверил……………………………

Фамилия, Имя, Отчество преподавателя

“Зачтено”дата…………….роспись……….

2. Каждая задача оформляется с начала нового листа. Записывается полностью текст задачи так, как он приведен в методичке.

3. Все содержащиеся в задаче данные, которые могут быть представлены в виде математических соотношений, должны быть записаны в колонке под заголовком “Дано”.

4. Величины, выраженные через внесистемные единицы, должны быть выражены через единицы системы СИ. Численное значение всех величин должно быть представлено в нормализованном виде: (1÷10)^.10ⁿ.

5. Решению задачи должно предшествовать изображение физических явлений и процессов, происходящих в данной задаче. На рисунке, чертеже или блок-схеме должны быть указаны характерные параметры данной задачи, известные и искомые величины.

6. Задачу рекомендуется решить сначала в общем виде, то есть только в буквенных обозначениях, поясняя при написании формул буквенные обозначения. Решение задачи должно содержать краткие пояснения основных этапов. Значение фундаментальных физических констант должно быть приведено с указанием численного значения и размерности в системе СИ.

Контрольные работы, оформленные без соблюдения правил, а также работы, выполненные не по своему варианту, зачтены не будут.

Раздел 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ

Кинематика

· Радиус-вектор  материальной точки задаёт её положение в пространстве (рис. 1.1):

,

где x, y и z – координаты точки;  – единичные векторы (орты), направленные вдоль осей OX, OY и OZ соответственно. Модуль вектора :

.

· Кинематическое уравнение движения:

;

 или в координатной форме:

где t – время.

· Перемещение  материальной точки – вектор, соединяющий начальное (M₀)и конечное (M) её положение (рис.1.2). Перемещение равно

,

где  и  – радиус-векторы начального и конечного положений точки соответственно.

· Путь  – длина траектории (рис.1.2).

· Средняя скорость:

,

где  – перемещение материальной точки за интервал времени .

· Средняя путевая скорость (средняя скорость вдоль траектории):

где  – путь (длина траектории), пройденный точкой за интервал времени .

· Мгновенная скорость:

;

,

где , ,  – проекции скорости  на оси координат.

· Модуль скорости:

.

· Закон сложения скоростей:

Среднее ускорение – изменение скорости за единицу времени:

,

где  – изменение скорости, произошедшее за промежуток времени .

Мгновенное ускорение – быстрота изменения скорости во времени; производная скорости по времени:

;

,

где , ,  – проекции ускорения  на оси координат.

· Модуль ускорения: .

· При равномерном движении  и .

· Кинематическое уравнение равномерного движения материальной точки:

,

или вдоль оси OX:

,

где  и  – радиус-вектор и координата начального положения точки соответственно;  и – скорость тела и её проекция на ось OX; t – время.

· При равнопеременном движении .

· Скорость точки при равнопеременном движении:

,

или в проекции на ось OX:

.

где  и  – ускорение и его проекция на ось OX,  и – начальная скорость и её проекция на ось OX.

· Кинематическое уравнение равнопеременного движения:

,

или вдоль оси OX:

.

· Ускорение при криволинейном движенииможно представить как сумму нормальной  и тангенциальной  составляющих (рис.1.3):

;

.

· Нормальное ускорение