Програма Спецкурсу Фізика твердого тіла



Скачати 185.09 Kb.
Дата конвертації30.12.2016
Розмір185.09 Kb.
П Р О Г Р А М А

спецкурсу “Фізика твердого тіла“
Пояснювальна записка
Фізика твердого тіла – наука про будову і властивості твердих тіл і явищ, які в них відбуваються. В наш час ця галузь фізики – одна з провідних у фізичних дослідженнях, оскільки фізика твердого тіла складає основну частину фундаменту сучасної техніки. Всі будівельні й конструкційні матеріали – це матеріали тверді. У будь-якій галузі техніки використовують ті чи інші властивості твердих тіл: електричні, оптичні, механічні, теплові, антикорозійні тощо.

Створення лазерів ґрунтується на використанні властивостей деяких монокристалів. Широко використовуються рідкі кристали.

Призначення запропонованого спецкурсу – допомога учневі у профільному навчанні (фізико-математичний профіль).

Пропоноване планування даного курсу спирається на програму курсу загальноосвітньої школи І-ІІІ ступенів за програмою 10-11 класів.


Мета і завдання курсу:

Ø поглибити знання учнів, отримані під час вивчення ними розділів курсу фізики „Молекулярна фізика” і „Електродинаміка”;

Ø систематизувати знання учнів про будову і властивості твердих тіл;

Ø прищеплювати навички і вміння творчої й самостійної пошукової діяльності;

Ø розвивати логічне мислення;

Ø стимулювати творчу активність учнів;



Ø сприяти розвитку продуктивного мислення учнів, підготовці їх до участі в олімпіадах і конкурсах з природничих наук.
На вивчення спецкурсу навчальне навантаження можна розподілити у такий спосіб:


№ п/п

Види робіт

Кількість, годин

1

Навчальні заняття

23

2

Практичні роботи

11

Всього

34




  1. Тема „Симетрія кристалів” (3 год).

  2. Тема „Сили взаємодії і будова кристалів” (3 год).

  3. Тема „Теплові властивості твердих тіл” (6 год).



Практичні роботи:

  1. Практична робота „Розв’язування задач на теплове розширення твердих тіл”.

  2. Практична робота „Розв’язування задач на теплоємність”




  1. Тема „Механічні властивості твердих тіл” (8 год).

Практичні роботи

  1. Практична робота „Розв’язування задач на механічні властивості матеріалів і їх деформацію” (2 год.)

  2. Лабораторна робота № 1 „Вивчення деформації розтягу” (2 год.).




  1. Тема „Електричні властивості твердих тіл” (11 год).

Практичні роботи:

  1. Практична робота „Розв’язування задач на електропровідність металів” (2 год.).

  2. Лабораторна робота № 2 „Складання і дослідження фотореле” (2 год.).




  1. Тема „Магнітні властивості речовини” (3 год).


[А] Література для учнів:


    1. Белимовский В.Д. Эти удивительные жидкие кристаллы: Кн. для внекл. чтения учащихся 8-10 кл. сред.шк. – М. : Просвещение, 1987-112с.

    2. Гегузин Я.Е. Живой кристалл. – 2-е изд. – М. : Наука, 1987.-192с.

    3. Каганов М.И., Френкель В.Я. Вехи истории физики твердого тела. – М. :Знание, 1981.-64 с.

    4. Кононенко В.К. Чудесные кристаллы: Кн. для учащихся. – Минск: Нар. Асвета, 1985.-128с.

    5. Поляков А.М. Разгаданный полупроводник: Кн. для внекл. чтения VIII-X кл. – М.: Просвещение, 1981-160с.

    6. Чернов А.А. Физика кристаллизации. – М.: Знание, 1983.-64с.

    7. Шаскольская М. П. Очерки о свойствах кристаллов. – 2-е изд. – М.: Наука, 1987.-176с.

    8. Эфрос А.Л. Физика и геометрия беспорядка. – М.: Наука, 1982.-176с.

    9. Тарасов Л.В. Этот удивительно симметричный мир: Пособие для учащихся: - М.: Просвещение, 1982.-176с.

Навчально-тематичний план

спецкурсу „Фізика твердого тіла”


п/п

Розділ, назва теми

Кількість годин

Форма проведення

Освітній продукт

Всього

Лекції

Практичні

1

2

3

4

5

6

7




І. Теплові і механічні властивості твердих тіл

20

13

7










Симетрія кристалів.

3

2

1







1.1

Як ростуть кристали. Ідеальна форма кристалів. Закон сталості кутів – основний закон кристалографії.




1




Лекція, бесіда, демонстрація

Конспект теми «Вирощені кристали», доповідь на тему „Симетрія у природі”.


1.2

Про симетрію. Симетрія кристалів. Просторова решітка. Експериментальне дослідження будови кристалів.




1


1

Лекція, демонстрація, практикум, розв’язування задач

Конспект, повідомлення про життя і наукову діяльність Є.С.Федорова.

Конспект з розв’язаними задачами.




2

Сили взаємодії і будова кристалів.

3

3










2.1

Природа сил зв’язку в кристалах. Структура кристалів. Рідкі кристали.




1




Лекція, виступи, доповіді

Конспект, реферати на тему „Рідкі кристали” й „Ефект Ребиндера”.


2.2

Структура атомних кристалів. Поліморфізм. Поліморфне перетворення.




1




Лекція

Конспект.

2.3

Енергія зв’язку молекул в кристалі. Поверхнева енергія кристалу.




1




Лекція

Конспект.

3

Теплові властивості твердих тіл.

6

4

2







3.1

Тепловий рух.




1




Бесіда, лекція

Конспект, повідомлення на тему „Природа сил взаємодії між частинками твердого тіла”.

3.2

Теплове розширення.




1

1

Лекція, практикум

Конспект, повідомлення на тему „Врахування теплового розширення в техніці”.

1

2

3

4

5

6

7

3.3

Теплоємність і її залежність від температури. Коефіцієнт теплового розширення.




1

1

Розв’язування задач

Конспект з розв’язаними задачами.


3.4

Теплопровідність твердих тіл.




1




Лекція, бесіда

Конспект, повідомлення про теорію теплоємності Ейнштейна, доповідь на тему „Використання матеріалів з різкою теплопровідністю в техніці і побуті”.


4

Механічні властивості твердих тіл.

8

4

4







4.1

Деформація і механічні властивості матеріалів. Пружні і остаточні деформації. Види пружних деформацій (розтяг, зсув, кручення).




1




Лекція, бесіда

Конспект лекції.

4.2

Характеристики механічних властивостей і їх експериментальне визначення.




1

2

Лекція, практикум, розв’язування задач

Конспект з розв’язаними задачами.


4.3

Практична робота „Вивчення деформації розтягу”.







2

Лабораторний практикум

Звіт за результатами лабораторної роботи.

4.4

Дефекти кристалів та їх вплив на механічні властивості матеріалів і на процес деформування.




1




Творча майстерня

Творчі роботи учнів. Таблиця „Види дефектів кристалів”.


4.5

Підвищення міцності матеріалів і конструкцій.




1




Дискусія

Тези.




ІІ. Електричні і магнітні властивості твердих тіл

14

10

4










Електричні властивості твердих тіл.

11

7

4







5.1

Класична електронна теорія електропровідності металів.




1

2

Лекція, практикум, розв’язування задач

Конспект, повідомлення про життя і діяльність Мандельштама і Папелекої.

5.2

Діелектрики.




1




Лекція, бесіда

Конспект, доповідь на тему „Практичне застосування п’єзоелектрики”.

1

2

3




5

6

7

5.3

Електропровідність напівпровідників. Контактні явища.




1




Лекція, розповідь

Конспект, газета „Застосування термо- і фото резисторів”.

5.4

Термоелектричні явища.




1




Лекція, розповідь

Конспект, доповіді „Ефект Пельт’є” й „Життя і діяльність А.Ф.Йоффе”.

5.5

Залежність опору напівпровідника від температури і від зовнішньої напруги.




1




Лекція, розповідь

Конспект.

5.6

Напівпровідникові прилади з р-n переходом




1




Лекція, демонстрація

Конспект.

5.7

P-n-p перехід. Транзистори.




1




Лекція, демонстрація

Конспект.

5.8

Практична робота „Складання фотореле і дослідження його властивостей”:

а) з фоторезистором;

б) з напівпровідниковим елементом.








2

Лабораторний практикум

Звіт за результатами лабораторної роботи.

6

Магнітні властивості речовини.

3

3










6.1

Елементарні носії магнетизму. Орбітальний і спіновий магнітні моменти електрона.




1




Лекція

Конспект.

6.2

Класифікація тіл за магнітними властивостями. Діа-, пара-, феромагнетизм.




1




Лекція

Конспект, доповідь на тему „Досліди Йоффе-Капіци і Барнетта”.

6.3

Ферити.




1




Семінар

Тези.



[Б] Література для вчителя:


  1. Банн Ч. Кристаллы. Их роль в природе и науке. – М: Мир, 1970

  2. Вейль Г. Симметрия . – М.: Наука, 1968

  3. Холден А. Что такое ФТТ. Основы современной физики твердого тела. – М.: Мир, 1971

  4. Ходаков Ю.В. Архитектура кристаллов – М.: Просвещение, 1970

  5. Блудов М.И. Беседы по физике – 3-е изд. –М.: Просвещение, 1984.-ч.1

  6. Блудов М.И. Беседы по физике – 3-е изд. – М.: Просвещение, 1985.-ч.2

  7. Гончаренко С.У. Конкурсные задачи по физике. – К.: Техника, 1966

  8. Лабковський В.Б. Фізика після уроків. Матеріал для організації профільного навчання. Випуск – 2. Бібліотека журналу. Фізика в школах України. – Харків: Основа, 2004


ДОДАТОК

ПЛАНИ ПРОВЕДЕННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ
Лабораторна робота №1

Вивчення деформації розтягу
Мета роботи: дослідження пружних властивостей сталі і міді.

Спочатку за допомогою дзеркальних масштабів визначають модуль Юнга матеріалу різних дротин. Використання дзеркальних масштабів дає можливість вимірювати видовження не всієї дротини, а лише її частини (між дзеркальними масштабами), тому виключається похибка за рахунок розмотування дротини в місцях її закріплення.

Механічна напруга , за законом Гука, в пружно деформованому тілі пропорційна до відносної деформації , тобто , де Е – модуль пружності.

Під час деформації однобічного розтягнення або стиснення модуль пружності називають модулем Юнга. В цьому випадку величину називають відносним видовженням. Тоді закон Гука можна записати так: , де S – поперечний переріз зразка.

У цій же роботі і з тим же обладнанням визначають межу міцності мідної дротини.
І. Визначення модуля Юнга

Обладнання: залізна і мідна дротини різного перерізу довжиною 3 м кожна, діаметром 0,20,5 мм., струбцинка для захвату за край столу, струбцинка з блоком, гачок для важків, важки, метрова лінійка з міліметровими поділками, три дзеркальних масштаби на підставках, мікрометр.
Виконання роботи


  1. Складіть установку за схемою (див. рис. 1)


Рис. 1


  1. Візьміть одну з дротин рівну, без згинів, один кінець її міцно закріпіть до гачка струбцинки А, а другий – перекиньте через блок В

  2. Підвісьте до вільного кінця дротини вантаж масою 0,5 кг. для того, щоб виправити дротину.

  3. На дротину одягніть три нитяних або металевих вузлики і за ними розташуйте три дзеркальні масштаби, які являють собою плоскі дзеркала з нанесеними на них міліметровими поділками.

  4. Виміряйте мікрометром діаметр дротини в декількох місцях і візьміть середнє значення. Визначте площу поперечного перерізу.

  5. Визначте довжину дротини між С і Е й між С і Д.

  6. Відмітьте положення міток С,Д,Е на дзеркальних масштабах.

  7. Збільшіть навантаження на 5 Н. Чи залишилась мітка С на місці? На скільки пересунулись мітки Д та Е ?

  8. Зніміть вантаж. Чи повернулись мітки Д та Е на попередні місця?

  9. Збільшіть навантаження на 10 Н, на 15 Н і кожен раз відмічайте видовження всієї дротини, половини або третини її.

  10. Повторіть дослід з дротиною, виготовленою з того ж матеріалу, але іншого перерізу, а також з дротиною з іншого матеріалу.

  11. Знайдіть модуль Юнга за формулою .

  12. Заповніть таблицю.




Абсолютне

видовження




Діаметр

(d), мм


Площа поперечного перерізу

(S), мм


Початкова довжина дротини

(), мм



Навантажен-

ня (F), Н




Абсолютне

видовження

(), мм.


Модуль

пружності

(Е)


мідь



















мідь



















залізо



















  1. Розрахуйте похибки у визначенні модуля пружності.


Контрольні питання
1.Яка залежність спостерігається між навантаженням і абсолютним видовженням дротини?

2. Як змінюється абсолютне видовження дротини під час зміни її початкової довжини?

3. Чи залежить зміна видовження дротини при незмінній довжині і навантаженні від матеріалу дротини?

4. Чи залежить модуль пружності від розмірів зразка, взятого для досліджень?


ІІ. Визначення межі міцності


  1. Складіть установку, як для І.

  2. Визначте діаметр дротини й розрахуйте площу поперечного перерізу.

  3. Вільний кінець дротини перекиньте через блок і почніть поступово навантажувати.

  4. Записуйте кожен раз навантаження й видовження в таблицю (див. І)

  5. За отриманими даними побудуйте графік розтягнення мідної дротини в залежності від прикладеної напруги.

  6. Виділіть на графіку ділянки, що відповідають залежності, яка виражається законом Гука, межі пружності, межі міцності.


Контрольні питання


  1. Назвіть механічні характеристики твердого тіла.

  2. Який висновок можна зробити про механічні властивості матеріалу на виділених ділянках графіку?



Лабораторна робота № 2
Складання і дослідження фотореле з фототранзистором і напівпровідниковим фотоелементом.
Фототранзистор являє собою напівпровідниковий тріод, у якого ділянку бази можна освітлювати через скляні ізолятори.

В шкільних умовах фототранзистор можна виготовити із звичайного тріода типу П-14, П-15 таким чином: обережно спиляти кришечку транзистора і замінити її прозорою пластмасовою пластинкою, яка буде захищати фототранзистор від вологи й запилювання. Під дією світла в базі транзистора утворюються додаткові носії струму, які не лише самі впливають на колекторний перехід, але ще й викликають додаткове переміщення великої кількості зарядів з ділянки емітера. На кожну пару зарядів, збуджених світлом в ділянці бази, з емітера у базу переходить зарядів у стільки разів більше, який коефіцієнт підсилення тріоду за струмом у схемі з загальним емітером. Всі ці заряди вільно проходять колекторний перехід і створюють струм у колі.

Досвід показує, що чутливість фототранзистора досить значна і вона у десятки разів більша ніж у звичайному фотодіоді.

В роботі бажано ознайомитись з будовою і роботою фотореле з фототранзистором й порівняти його роботу з фотореле, з напівпровідником фотодіодом.


Виконання роботи

Вивчення роботи фототранзистора

  1. Складіть схему за рис. 1.

Рис.1.


Емітер фототранзистора з’єднайте з додатним полюсом джерела, а колектор через навантажувальний опір і гальванометр з негативним полюсом. Вихід бази залиште вільним. При такому включенні на елітерний перехід тріода подається пряма напруга, а на колекторний – обернена.

  1. Встановіть лампу на відстані 10-15 см. від фототранзистора й замкніть ключ. Помітьте, на скільки поділок відхилилась стрілка гальванометра.

  2. Складіть схему з фотодіодом (рис. 2).

Рис. 2.


  1. Встановіть лампу на ту ж відстань, що й в попередньому досліді, і замкніть ключ. Помітьте, на скільки поділок відхилилась стрілка гальванометра на цей раз.

  2. В якому випадку, у схемі з фототранзистором чи в схемі з фотодіодом, стрілка віхилилась більше?


Контрольні питання


  1. Поясніть принцип роботи фототранзистора.

  2. Чому чутливість фототранзистора вища, ніж фотодіода?

  3. Запропонуйте схему будови автоматичної мігалки на фототранзисторі.







База даних захищена авторським правом ©lecture.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка