Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Физика / Рабочие программы / Программа элективного курса по физике на тему: "Свойства твердых тел"

Программа элективного курса по физике на тему: "Свойства твердых тел"

Идёт приём заявок на самые массовые международные олимпиады проекта "Инфоурок"

Для учителей мы подготовили самые привлекательные условия в русскоязычном интернете:

1. Бесплатные наградные документы с указанием данных образовательной Лицензии и Свидeтельства СМИ;
2. Призовой фонд 1.500.000 рублей для самых активных учителей;
3. До 100 рублей за одного ученика остаётся у учителя (при орг.взносе 150 рублей);
4. Бесплатные путёвки в Турцию (на двоих, всё включено) - розыгрыш среди активных учителей;
5. Бесплатная подписка на месяц на видеоуроки от "Инфоурок" - активным учителям;
6. Благодарность учителю будет выслана на адрес руководителя школы.

Подайте заявку на олимпиаду сейчас - https://infourok.ru/konkurs

  • Физика

Поделитесь материалом с коллегами:










Программа элективного курса

«Свойства твердых тел»




учителя физики

первой квалификационной категории

МБОУ «Средняя общеобразовательная

школа №29»

Бурниной Натальи Александровны









2015 год












Оглавление



1.Введение

1.1. Пояснительная записка

1.1.1. Актуальность и новизна

1.1.2 Цели и задачи

1.1.3 Организация обучения и контроля

1.1.4 Прогнозируемый результат курса

2. Содержание программы курса

3. Учебно-тематический план элективного курса

4. Учебно-методический комплекс элективного курса

4.1.Упражнения к разделам программы элективного курса

4.2.Темы курсовых работ

5. Список рекомендуемой литературы
























1.Введение.

Бурное развитие физики, её универсальное и руководящее проникновение в смежные с ней и даже далекие области знания поставило среднюю и высшую школу во всем мире перед сложнейшей проблемой новой организации преподавания этой науки. Два обстоятельства затрудняют решение этой задачи. С одной стороны, наличие огромного информационного материала и необходимость его отбора, и выбор таких форм преподавания, которые обеспечили бы в относительно короткое время достаточную по широте и глубине подготовку. С другой стороны, дополнительную трудность представляет глубокий разрыв между значением современной физики и уровнем подготовки по ней. В связи с этим возникла необходимость создания элективного курса, в котором углубленно изучаются отдельные разделы основного курса, не входящие в обязательную программу курса физики.


1.1 Пояснительная записка

Элективный курс «Свойства твердых тел» предназначен для учащихся 10-11 классов общеобразовательных учреждений. Он основан на знаниях и умениях, полученных на уроках физики за курс основной и средней школы.

Сегодня массовая школа активно переходит на образование по выбору. Учащиеся получают возможность учиться в соответствии со своими интересами, возможностями, способностями. В связи с этим данный элективный курс решает следующие задачи:

ознакомление учащихся с основами таких разделов физики как тепловые, механические, электрические, магнитные свойства твердых тел;

ознакомление с различными методами естественнонаучных исследований, в частности, с экспериментами по определению модуля Юнга, изучении деформации растяжения, изучении полупроводникового триода (транзистора), наблюдении кривых намагничивания ферромагнитного сердечника;

обеспечение основы для последующего изучения физики в высшей школе.


1.1.1. Актуальность и новизна

В условиях существования разных типов образовательных учреждений возникла необходимость создания программ, с одной стороны, ориентированных на новые цели обучения, с другой стороны, учитывающих особенности обучения в каждом образовательном учреждении.

Разработанная программа является актуальной для всех муниципальных образовательных учреждений.

Данная программа отражает изменения в содержании обучения физике, выразившиеся в ориентации на становление личности, развитие индивидуальных способностей, формирование прочной базы физических знаний, развитие умений решать более сложные задачи.

Физика твердого тела – наука о строении и свойствах твердых тел и происходящих в них явлениях. В настоящее время эта область физики является ведущей во многих физических исследованиях. В данной области физики работает примерно половина всех физиков Земли, половина ежегодных публикаций в области физики посвящена также проблемам физики твердого тела. Столь большое внимание физике твердого тела уделяется потому, что ныне изучение твердого тела составляет основную часть фундамента современной техники. Все строительные и конструкционные материалы (различные марки стали, всевозможные металлические сплавы, полимеры, железобетон, кирпич и т.д.) – это материалы твердые. Физика твердого тела изучает и объясняет эти свойства для того, чтобы уметь предсказывать, как поведет себя твердое тело в различных условиях его эксплуатации. Кроме того, физика твердого тела должна указать, как можно получить материал, обладающий нужными свойствами, какова должна быть его структура, химический состав и т.д.

В рамках настоящего элективного курса проводится изучение тепловых, механических, электрических и магнитных свойств твердого тела. В дополнение к стандартному курсу осуществляется ознакомление учащихся с экспериментальными методами изучения дефектов кристаллов, элементами теоретической оценки характеристик механических свойств твердого тела, рассматриваются вопросы повышения прочности материалов, долговечности деталей и конструкций. Материал основного курса, касающийся электрических свойств твердого тела, дополняется знакомством с элементами зонной теории кристаллов. В теме «Магнитные свойства твердых тел» учащиеся знакомятся с понятиями «Орбитальный и спиновый моменты электрона», изучают и рассматривают структуру диамагнетиков, ферромагнетиков, парамагнетиков, ферримагнетиков. Изучение данного элективного курса позволит учащимся значительно расширить свои знания в этой области, подготовит базу для более осмысленного изучения физики на инженерных факультетах высшей школы.





1.1.2. Цели и задачи курса


развитие познавательного интереса, интеллектуальных и творческих способностей учащихся в процессе самостоятельного приобретения знаний с использованием различных источников информации;

повышение информационной, коммуникативной культуры, опыта самостоятельной деятельности;

совершенствование умений и навыков в ходе выполнения программы курса (выполнение лабораторных работ, изучения, отбора и систематизации информации, подготовка реферата, презентации);

овладение учащимися знаниями о современной научной картине мира, о широких возможностях применения физических законов;

воспитание навыков сотрудничества в процессе совместной работы;

осознанный выбор будущей профессии.

Элективный курс рассчитан на хорошо подготовленных учащихся и является предметно-ориентированным, позволяющим учащимся определиться в сделанном им выборе направления дальнейшего обучения, связанного с физикой.


1.1.3. Формы контроля знаний

Образовательные результаты изучения данно­го спецкурса могут быть выявлены в рамках сле­дующих форм контроля:

текущий контроль (беседы с учащимися по изучаемым темам, рецензирование сообщений учащих­ся и др.);

тематический контроль (тестовые задания и тематические зачеты);

зачетный практикум (описание и практи­ческое выполнение обязательных практических заданий, связанных с изучением темы курса);

обобщающий контроль в фор­ме презентации личных достижений, полученных в результате образовательной деятельности (са­мостоятельно подготовленных устных и письменных докладов и сообще­ний, рефератов, описаний выполненных практи­ческих работ).

В связи с тем, что данный курс является элек­тивным, т.е. выбирается учащимися по их желанию и с учетом направленности позна­вательных интересов, целесообразно при оценке результата обучения использовать не только результаты тестирования, но и накопительную систему оценивания, например, портфолио.

В портфолио учащегося к концу курса каждый ученик должен «вложить» выполненные в процес­се обучения работы. Ученик может самостоятельно решить, какие именно свои работы он считает достаточно квалифицированны­ми, чтобы представить их в своем портфолио (тематический доклад, эссе, проект…)


1.1.4 Прогнозируемый результат проведения курса - формирование ключевых компетенций.


В области учебных компетенций:

уметь организовывать процесс изучения и выбирать собственную траекторию образования;

решать учебные и самообразовательные проблемы;

связывать воедино и использовать отдельные части знаний.


В области исследовательских компетенций:

уметь получать и использовать информацию;

обращаться к различным источникам данных и их использование;

знать способы поиска и систематизации информации в различных видах источника.


В области социально-личностных компетенций:

уметь видеть связи между настоящими и прошлыми событиями.


В области коммуникативных компетенций:

уметь выслушивать и принимать во внимание взгляды других людей; выступать на публике;

уметь читать графики, диаграммы и таблицы данных;

сотрудничать и работать в команде.


Отсроченный результат введения курса:

осознанный выбор профильного обучения;

участие в научно-практических конференциях;

личностный рост учащихся.




2. Содержание курса


  1. Тепловые и механические свойства твердых тел 20ч


1.1 Симметрия кристаллов. 2 ч

Монокристаллы и поликристаллы. Как растут кристаллы. Идеальная форма кристаллов. Закон постоянства углов. Симметрия кристаллов. Пространственные решетки кристаллов. Экспериментальное исследование строения кристаллов. Наблюдение процесса кристаллизации. Практическая работа «Наблюдение процесса кристаллизации»

1.2 Силы взаимодействия и строение кристаллов. 3ч

Природа сил в кристаллах. Ионные кристаллы. Молекулярные кристаллы. Атомные кристаллы. Металлические кристаллы. Структура кристаллов. Полиморфизм. Энергия связи молекул в кристалле. Поверхностная энергия кристалла.

1.3 Тепловые свойства твердых тел. 8ч

Тепловое движение. Тепловое расширение твердых тел. Коэффициенты линейного и объемного расширения. Теплоемкость твердых тел. Число степеней свободы. Молярная теплоемкость твердых тел. Зависимость теплоемкости твердых тел от температуры. Закон Дюлонга и Пти. Закон Дебая. Механизм теплопроводности твердых тел. Коэффициент теплопроводности. Анизатропия теплопроводности кристаллов. Изучение особенностей теплового расширения воды. Практическая работа «Изучение теплового расширения твердых тел», практическая работа «Изучение особенностей теплового расширения воды»

1.4 Механические свойства твердых тел. 7ч

Упругие и остаточные деформации. Деформации растяжения, сжатия, изгиба, кручения, сдвига. Абсолютное и относительное удлинение. Механическое напряжение. Закон Гука. Предел прочности. Модуль Юнга. Теоретическая оценка характеристик механических свойств твердого тела и сравнение ее с результатами эксперимента. Точечные дефекты. Причины образования дефектов. Явление диффузии в кристаллах. Краевая и винтовая дислокации. Экспериментальные методы изучения дефектов кристаллов. Влияние дислокации и других дефектов на механические свойства материалов и на процесс деформирования. Повышение прочности материалов, долговечности деталей и конструкций. Практическая работа «Изучение деформации растяжения»


2. Электрические и магнитные свойства твердых тел 13ч


2.1 Электрические свойства твердых тел. 7ч

Электронная теория электропроводности металлов. Диэлектрики. Пьезоэлектрический эффект. Поляризация диэлектрика. Дипольный момент. Полярные, неполярные диэлектрики. Сегнетоэлектрики. Квантование энергии электронов в атоме. Элементы зонной теории кристаллов. Зоны разрешенных и запрещенных значений энергии. Электропроводность твердых тел на основе зонной теории. Собственная и примесная электропроводность полупроводников. Проводники p- и n-типа. Контактные явления. Термоэлектрические явления. Полупроводниковые приборы с pn-переходом (диоды, фотоэлементы, транзисторы). Градуировка электрического термометра. Изучение полупроводникового триода (транзистора).

2.2 Магнитные свойства вещества. 6ч

Элементарные носители магнетизма. Орбитальный и спиновый магнитные моменты электрона. Диамагнетики. Парамагнетики. Ферромагнетики. Доменная структура ферромагнетиков. Антиферромагнетизм. Ферримагнетизм. Решение задач на магнитные свойства вещества. Наблюдение кривых намагничивания ферромагнитного сердечника.









3. Учебно-тематический план (34ч.)


Наименование тем курса

Всего часов

В том числе

Формы контроля

лекции

Практич.

занятия

Раздел 1. Тепловые и механические свойства твердых тел

1.1

Симметрия кристаллов

2

1

1


1.1.1

Идеальная форма кристаллов

1

1


Самоконтроль

1.1.2

Практическая работа на тему: «Наблюдение процесса кристаллизации»

1


1

Самоконтроль

1.2

Силы взаимодействия и строение кристаллов

3

2

1


1.2.1

Структура кристаллов

1

1


самоконтроль

1.2.2

Энергия связи молекул в кристалле

1

1


взаимопроверка

1.2.3

Решение задач на тему: «Строение кристаллов»

1


1

Тестовый контроль

1.3

Тепловые свойства твердых тел

8

3

5


1.3.1

Тепловое расширение твердых тел

1

1


взаимопроверка

1.3.2

Практическая работа на тему: «Изучение теплового расширения твердых тел»

1


1

Самоконтроль

взаимопроверка

1.3.3

Теплоемкость твердых тел

1

1


самоконтроль

1.3.4

Решение задач на тему: «Теплоемкость твердых тел»

1


1

Тестовый контроль

1.3.5

Теплопроводность твердых тел

1

1


взаимопроверка

1.3.6

Решение задач на тему: «Теплопроводность твердых тел»

1



Тестовый контроль

1.3.7

Практическая работа на тему: «Изучение особенностей теплового расширения воды»

1


1

Самоконтроль

взаимопроверка

1.3.8

Итоговое занятие по теме: «Тепловые свойства твердых тел»

1


1

Зачет

1.4

Механические свойства твердых тел

7

2

5


1.4.1

Механические свойства материалов

1

1


самоконтроль

1.4.2

Практическая работа на тему: «Изучение деформации растяжения»

1



Самоконтроль

взаимоконтроль

1.4.3

Дефекты кристаллов

1

1


самоконтроль

1.4.4

Практическая работа на тему: «Определение модуля Юнга»

1


1

Самоконтроль

взаимопроверка

1.4.5

Решение задач на тему: «Абсолютное удлинение. Относительное удлинение. Закон Гука»

1



Тестовый контроль

1.4.6

Решение задач на тему: «Механическое напряжение. Запас прочности»

1


1

Тестовый контроль

1.4.7

Итоговое занятие по теме: «Механические свойства твердых тел»

1



Зачет

Раздел 2. Электрические и магнитные свойства твердых тел

2.1

Электрические свойства твердых тел

7

3

4


2.1.1

Электропроводность металлов. Диэлектрики

1

1


самоконтроль

2.1.2

Решение задач на тему: «Электропроводность металлов»

1


1

Тестовый контроль

2.1.3

Квантование энергии электронов в атоме. Элементы зонной теории кристаллов

1



взаимопроверка

2.1.4

Электропроводность полупроводников. Термоэлектронные явления

1

1


самоконтроль

2.1.5

Решение задач на тему: «Электропроводность полупроводников»

1


1

Тестовый контроль

2.1.6

Практическая работа на тему: «Градуировка электрического термометра»

1


1

Самоконтроль

взаимоконтроль

2.1.7

Практическая работа на тему: «Изучение полупроводникового триода (транзистора)»

1


1

Самоконтроль

взаимопроверка

2.2

Магнитные свойства вещества

6

3

3


2.2.1

Орбитальный и спиновый магнитные моменты электрона

1

1


взаимопроверка

2.2.2

Диамагнетизм. Парамагнетизм

1

1


самоконтроль

2.2.3

Ферромагнетизм. Ферримагнетизм

1



самоконтроль

2.2.4

Практическая работа на тему: «Наблюдение кривых намагничивания ферромагнитного сердечника»

1


1

Самоконтроль

взаимопроверка

2.2.5

Решение задач на тему: «Магнитные свойства вещества»

1


1

Тестовый контроль

2.2.6

Итоговое занятие по теме: «Электрические и магнитные свойства тел»

1



Зачет

3.1

Итоговое занятие по курсу: «Свойства твердых тел»

1


1

Зачет



























4. Учебно-методический комплекс


4.1.1.Упражнения к разделам программы элективного курса


Задачи по теме: « Силы взаимодействия и строение кристаллов»

Примеры решения задач.

Задача 1.Сколько атомов приходится на одну ячейку в кристаллах с объемноцентированной кубической структурой?

Решение.Каждый атом, находящийся в узле, принадлежит восьми смежным ячейкам. Следовательно, его доля в одной ячейке составляет 1/8. Таких атомов в узлах ячейки 8. Таким образом, их вклад в ячейку 1/8*8=1 атому. Атом, находящийся в центре ячейки, принадлежит только этой ячейке. Следовательно, его вклад равен одному атому. Т.о., на одну элементарную ячейку всего приходится 1+1=2 атома.

Задача 2.Оцените период решетки и диаметр атома чистого натрия, если относительная атомная масса его 23, а плотность 0,97*103кг/м3.

Решение.Чистый натрий имеет ОЦК - структуру (см. таблицу). Следовательно, на кубическую ячейку объемом а3 (а - ребро куба) приходится по 2 атома, а на каждый атом – а3/2 объема ячейки. Для Na молярная масса М=23,0*10-3 кг/моль и плотность ƍ=2М/NА3, (где NА – число Авогадро), откуда а = (2М/NА*ƍ)1/3, подставляя числовые данные, получим, а = 4,3 *10-10 м. При такой структуре ближайшие соприкасающиеся атомы расположены в узле и в центре ячейки. Половина пространственной диагонали куба должна быть равна сумме радиусов соприкасающихся атомов, т.е. диаметру атома d. Отсюда d=a*31/3/2 ≈ 3,7 *10-10 м.

Упражнение 1.

1. Рассчитайте, сколько частиц приходится на одну ячейку в простой и гранецентрированной кубической решетке. Ответ: 1 частица.

2.Найдите в таблице кристаллических структур различных элементов те из них, для которых справедливы полученные данные. Как объяснить тот факт, что таблица составлена для температур, близких к комнатным? Будут ли указанные в ней структуры элементов сохраняться при очень высоких и низких температурах? Ответ: 4 частицы.

3.Рассчитайте для меди размеры кубической ячейки и диаметр атома. Необходимые данные возьмите из таблицы. Используйте решение предыдущих задач. Ответ: а ≈ 3,6 *10-10м, d ≈ 2,5*10-10м.

4.Относительная масса золота 197,0. Рассчитайте число атомов золота в 1 см3, длину ребра ячейки, атомный радиус золота. Ответ: n=5,8*1022 см-3, а = 4,0*10-10м, d=2,8*10-10м.

5.Одной из причин гибели экспедиции Р.Скотта к Южному полюсу было разрушение паянных оловом сосудов с горючим. Как объяснить разрушение олова? Как называют это явление? Ответ: полиморфизм, при достаточно низких температурах происходит перестройка кристаллической решетки (белое олово – серое олово).


Задачи по теме: «Тепловые свойства твердых тел»

Примеры решения задач.

Задача 1.Как должна быть удельная теплоемкость меди согласно классической теории теплоемкостей?

Решение. Согласно классической теории теплоемкостей молярная теплоемкость меди (или любого другого химически простого кристаллического тела) Сµ = 25 Дж/(моль*град.). Удельная теплоемкость связана с молярной выражением с = Сµ/М, где М – молярная масса меди (М = 0,064 кг/моль). Подставляя числовые данные, получим, с = 0,39 * 103 Дж/(кг*град).

Задача 2. Какое количество угля необходимо сжигать в течение каждого часа, чтобы поддерживать в комнате постоянную температуру 20º С, если площадь кирпичной стены, выходящей на улицу 10м2, а ее толщина d =1 м. Температура наружного воздуха -30º С, коэффициент теплопроводности кирпича К = 1,2 Вт/(м*град), к.п.д. печи ŋ= 15%. Теплопередачей через другие стены, пол и потолок пренебречь.

Решение.Количество теплоты, перенесенное через площадь S за время t, Q1 = - KStΔTx, где – ΔTx = -50º K/1м -градиент температуры (Δx в данном случае – толщина стены).

В то же время количество теплоты, выделенное при сгорании угля массой m, равно Q=qm, где q – теплота сгорания угля (qугля = 30*106 Дж/кг).

Учитывая к.п.д. печи, получаем: Q1 = ŋQ (условие поддержания неизменной температуры). Откуда mугля = Q1/ ŋq = - KStΔT/(0,15qd), подставляя числовые данные, получим, m = 0,5 кг.

Упражнение 2.

1. Какой должна быть теплоемкость алмаза (удельная и молярная) согласно классической теории теплоемкостей? Сравните найденное значение с табличным, т.е. полученным из эксперимента (с = 0,46 * 103 Дж/(кг*град). Почему они не совпадают? Ответ: 2,1 * 103Дж/(кг*град)

2. Алюминиевый брусок нагрели на 1 град. Какое напряжение надо приложить к бруску, чтобы при нагревании его длина осталась неизменной? Ответ: 18*105 Н/м2.

3. На нагревание металлического предмета массой 0,3 кг от 30 до 60º С затрачено 24900 Дж. Определите, из какого металла изготовлен предмет, если указанный интервал температур выше характеристической температуры. Ответ: ≈ 9*10-3кг/моль.

4. Найдите в таблице удельную теплоемкость алюминия при 20º С, выполняется ли для алюминия при этой температуре закон Дюлонга и Пти? Ответ: не выполняется.

5.Вода в водоеме при температуре 0º С покрыта слоем льда толщиной 0,5 м. Температура воздуха - 300º С. Какое количество теплоты отдает вода за 1 час с каждого квадратного метра ледяного покрова? (Кльда = 2,2 Дж/(м*град*сек). Сколько льда образуется за сутки на такой площади? Ответ: 4, 75*105 Дж; 4 см.

Задачи по теме: «Механические свойства твердых тел»

Примеры решения задач.

Задача 1.Рассчитайте число вакансий в кристалле при комнатной температуре, считая энергию образования вакансий W = 1 эВ.

Решение.Относительное число вакансий n/N = 10-0,43W/(kT). Комнатная температура Т = 300º К. Тогда kT = 1,38 * 10-23 Дж/град *300º = 4,14 * 10-21 Дж = 4,14 *10-21/(1,6 * 10-19) = 0,025 эВ.

Следовательно, n/N ≈10-17.

Задача 2.Нижнее основание железного цилиндра диаметром d= 20см и высотой h= 20см закреплено неподвижно. На верхнее основание (вдоль него) действует сила F= 2*104 Н. Найдите относительную деформацию φ (угол сдвига) и смещение верхнего основания цилиндра Δx. Модуль сдвига для железа G = 7,8 *1010Н/м2.

Решение.Напряжение сдвига σ = F/(πr2) = 4F/(πd2). По закону Гука σ = Gφ. Откуда φ(рад) = σ/ G; tg φ = Δx/h; Δx = h tg φ. Для малых углов tg φ≈φ, поэтому получаем: φ = 4F/(πd2G) ≈ 8,2 *10-6рад; Δx = 0, 00016 мм.

Упражнение 3.

1. Груз массой 5 тонн равномерно поднимают из шахты глубиной 400м с помощью стального троса сечением 300мм2. Определите напряжение в поперечном сечении и запас прочности троса а) без учета веса троса; б) с учетом веса троса. Плотность стали 8*103 кг/м3, предел прочности стали принять 15*108Н/м2. Ответ: без учета веса троса напряжение 1,7 *108 Н/м2, запас прочности 9; с четом веса троса напряжение 2*108 Н/м2, запас прочности 7,5.

2. При какой длине вертикально подвешенный стальной трос (см. № 1) может разорваться от собственной тяжести? Ответ: 1,9*104м.

3. Сравните величину относительной деформации φ (угол сдвига) и смещения верхнего основания двух цилиндров одинаковых размеров, сделанных из чугуна и свинца, если на верхнее основание каждого (вдоль него) действует одна и та же сила, а нижние основания закреплены. Какой из этих материалов вы бы предпочли для изготовления болтов? Почему? Ответ: 8

4. Найдите величину относительной деформации, которую испытал бы железный цилиндр, рассмотренный в примере 2, если бы сила F была направлена вертикально вниз. Ответ: 3*10-6.

5. Для образования вакансии в алюминии требуется энергия 0,75 эВ. Найдите относительное количество вакансий в алюминии при комнатной температуре и при температуре плавления алюминия. Сравните полученные результаты и сделайте вывод. Ответ: при комнатной температуре относительное число вакансий 10-13, при температуре плавления алюминия (931º К) – 10-4.


Задачи по теме: «Электрические и магнитные свойства твердых тел»

Примеры решения задач.

Задача 1. Рассчитать, какова концентрация электронов проводимости у меди, считая, что на каждый атом меди в кристалле приходится по одному свободному электрону.

Решение.Концентрация электронов проводимости равна числу атомов меди в единице объема, т.е. n = NAƍ/M, где NA = 6,02*1023 моль-1 – число Авогадро; ƍ=8,9 *103 кг/м3 – плотность меди; М – молярная масса меди, равная 64*10-3 кг/моль. Отсюда n = 8,5*1028 м-3.

Задача 2. Энергия электрона в металле на уровне Ферми при Т = 0ºК составляет около 10 эВ. При какой температуре электрон согласно классической электронной теории имел бы такую энергию?

Решение. Средняя энергия электрона согласно классической электронной теории имеет величину порядка kT. Тогда энергией в 10 эВ электрон должен обладать при температуре Тф = Еф/k (где k – постоянная Больцмана, равная 1,38 * 10-23 Дж/град): Тф = 12*104 ºК. Таким образом, при всех практически доступных температурах электронный газ в металлах нельзя рассматривать как идеальный. Совокупность электронов проводимости в металле подчиняется законам квантовой теории.

Упражнение 4.

1. Наибольшая плотность тока в металлических проводниках примерно 10А/мм2. Рассчитайте среднюю скорость упорядоченного движения электронов, если средняя электронная концентрация для металлов порядка 1028 м-3. Сравните ее со средней скоростью теплового движения электронов при комнатной температуре (300º К). Ответ: υ ≈ 6*10-3 м/сек; υтепл 1,2*105 м/сек.

2. Величина энергии Ферми для одновалентного металла при Т=0 ºК равна 7 эВ. Рассчитайте, какая энергия требуется для перехода электрона в металле с одного энергетического уровня внутри зоны на другой. Концентрацию электронов принять 1029 м-3. Ответ: 14*10-29 эВ/уровень.

3. Сколько электронов проводимости содержится в 1г германия с примесью мышьяка 4*10-6г? Ответ: 32*1016.

4. Монокристалл германия массой 100г содержит 10-6г сурьмы. Плотность германия равна 5,4*103 кг/м3. Относительная атомная масса сурьмы 122. Считая, что все атомы сурьмы (и только они) ионизованы, рассчитайте концентрацию носителей заряда в кристалле. Какие это носители: дырки или электроны? Ответ: 27*1019 м-3.

5. Намагниченность железа (т.е. суммарный магнитный момент всех атомов единицы объема) равна 1,84*106 А/м. Вычислите средний магнитный момент атома железа. Какому примерно количеству ориентированных спиновых магнитных моментов (ps = 9*10-24 А*м2) соответствует эта намагниченность? Ответ: ≈2*10-23 А*м2.

6. Каким образом можно объяснить намагничивание стального бруска под ударами молотка из немагнитного материала? При каком условии это осуществимо?




Таблица1. Кристаллические структуры ряда элементов при комнатной температуре и их характеристики

Алюминий

Барий

Бериллий

Ванадий

Висмут

Гелий

Германий

Железо

Золото

Калий

Кремний

Литий

Магний

Медь

Натрий

Никель

Платина

Свинец

Серебро

Титан

Цинк

Хром

гцк

оцк

гекс

оцк

ромбоэдр

гекс

алмаза

оцк

гцк

оцк

алмаза

оцк

гекс

гцк

оцк

гцк

гцк

гцк

гцк

гекс

гекс

оцк


2,70

3,5

1,82

6,0

9,80

-

5,36

7,87

19,32

0,86

2,33

0,53

1,74

8,96

0,97

8,90

21,45

11,34

10,49

4,54

7,13

7,19

4,04

5,01

2,27

3,03

4,74

3,57(2К)

5,65

2,86

4,07

5,33

5,43

3,50

3,20

3,61

4,28

3,52

3,92

4,94

4,08

2,95

2,66

2,88



4.1.2. Практическая работа на тему: «Изучение особенностей теплового расширения воды».

Цель работы: определить коэффициент изменения объема воды при нагревании на разных интервалах температур: 0-4º С; 4-10 º С и 10-20º С.

Оборудование: тонкостенная стеклянная колба емкостью 0,5 л, пробка с пропущенной через нее трубкой, внутренний диаметр которой 2,0 мм, а высота 400 мм, термометр с ценой деления 0,5º С, также пропущенный через пробку, сосуд емкостью 2-3 л, мензурка.

Выполнение работы

1. Большой сосуд заполните холодной водой и, бросая туда кусочки льда, доведите ее температуру до 0º С.

2. Тщательно измерьте емкость колбы Vо.

Измерьте диаметр трубки R. Для этого изготовьте бумажный треугольник с высотой АВ=1 см и основанием СВ=10 см. (СВ разделено на 10 равных частей, начало отсчета в точке С). В отверстие сухой трубки введите треугольник острым углом так, чтобы края трубки коснулись сторон СА и CВ треугольника АСВ. Допустим, края трубки остановились на делении 4. Это означает, что диаметр трубки равен 4мм.

3. Тонкостенную колбу заполните водой при 0º С и закройте пробкой, в которую пропущены трубка и термометр. Колбу заполните так, чтобы уровень воды в трубке установился примерно на 5 см выше края пробки. После этого воздуха в колбе не должно быть и герметичность закрытой колбы будет надежной.

4. Поместите колбу в большой сосуд с водой.

5. Нагрейте воду до 20º С, подливая в большой сосуд горячую воду.

6. Наблюдайте понижение уровня воды в трубке при нагревании воды от 0 до 4º С.

7. Пронаблюдайте повышение уровня воды в трубке при нагревании воды от 4 до 20ºС.

8. Запишите изменения положения уровня в трубке и соответствующие значения показаний термометра.

9. Сделайте вывод из наблюдений.

10. Составьте таблицу для двух интервалов температур: 1) 4-10º С и

2) 10-20º С.

11. Проведите расчет коэффициентов объемного расширения воды с учетом расширения стекла.

12. Сделайте вывод о коэффициенте объемного расширения воды.


4.2. Темы курсовых работ

1.Люминисценция твердых тел.

2. Физика и техника в помощь криминологии.

3. Магнитомягкие материалы. Ферриты.

4. Магия жидких кристаллов.

5. Профессии жидких кристаллов.

6. Испытания материалов на прочность при ударе.

7. Деформация металлов.

8. Транзисторы.

9. Магнитные структуры в кристаллических и аморфных телах.


5. Список рекомендуемой литературы


5.1 Литература для учителя:


1.Факультативный курс физики под ред. А.В.Перышкина, С.Е.Каменецкого - М.: Просвещение, 1976

2. Банн Ч. Кристаллы. Их роль в природе и науке - М.: Мир, 1998

3 А.Т.Глазунов Техника в курсе физики средней школы - М.: Просвещение, 1977

4. Методика факультативных занятий по физике под ред. О.Ф.Кабардина, В.А.Орлова - М.: Просвещение, 1998

5.2 Литература для ученика:

1. В.А. Касьянов Физика 11 класс - М.: Дрофа, 2008

2. Н.И Гольдфарб. Сборник вопросов и задач по физике - М.: Дрофа, 2004

3. Е.И.Бутиков Физика для поступающих в вузы - М.: Наука, 1982

4. Меледин Г.В. Физика в задачах: экзаменационные задачи с решениями – М.: Наука, 1985

5. Низамов И.М. Задачи по физике с техническим содержанием – М.: Просвещение, 1980.

Самые низкие цены на курсы профессиональной переподготовки и повышения квалификации!

Предлагаем учителям воспользоваться 50% скидкой при обучении по программам профессиональной переподготовки.

После окончания обучения выдаётся диплом о профессиональной переподготовке установленного образца (признаётся при прохождении аттестации по всей России).

Обучение проходит заочно прямо на сайте проекта "Инфоурок".

Начало обучения ближайших групп: 18 января и 25 января. Оплата возможна в беспроцентную рассрочку (20% в начале обучения и 80% в конце обучения)!

Подайте заявку на интересующий Вас курс сейчас: https://infourok.ru/kursy

Автор
Дата добавления 21.09.2016
Раздел Физика
Подраздел Рабочие программы
Просмотров15
Номер материала ДБ-205084
Получить свидетельство о публикации

УЖЕ ЧЕРЕЗ 10 МИНУТ ВЫ МОЖЕТЕ ПОЛУЧИТЬ ДИПЛОМ

от проекта "Инфоурок" с указанием данных образовательной лицензии, что важно при прохождении аттестации.

Если Вы учитель или воспитатель, то можете прямо сейчас получить документ, подтверждающий Ваши профессиональные компетенции. Выдаваемые дипломы и сертификаты помогут Вам наполнить собственное портфолио и успешно пройти аттестацию.

Список всех тестов можно посмотреть тут - https://infourok.ru/tests


Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх