Механические явления примеры 7 класс: Механические явления. — Физика — Презентации

Содержание

Механические явления. — Физика — Презентации

Механические явления

7класс

Муниципальное автономное общеобразовательное

учреждение Городского округа Балашиха

Московская обл. г. Балашиха,

мкр. Железнодорожный

учитель физики МАОУ СОШ№14

Мироненко Светлана Владимировна

План презентации:

1. Механические явления.

2. Механическое движение.

3. Основные параметры механического движения.

4. Виды движения: прямолинейное и криволинейное.

5. Движение по окружности.

6. Относительность движения.

7. Закрепление изученного.

8. Проверь себя.

Механические явления – это явления, которые происходят с физическими телами при их движении относительно друг друга

К таким явлениям можно отнести:

  • движение Земли вокруг Солнца;
  • ходьбу или бег;
  • движение часовой стрелки по

кругу;

  • движение автомобилей;
  • колебания маятника;
  • полёт парашютиста.

Механическое движение – это изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени.

По виду траектории:

Прямолинейное

Криволинейное

По скорости

Равномерное

Неравномерное

Основные параметры механического движения:

Тело от­счета, связанная с ним систе­ма координат и часы состав­ляют систему отсчета.

Траектория – линия, вдоль которой движется тело.

Путь – длина траектории, l (м)

Перемещение – это вектор, соединяющий начальное положение тела с конечным, S (м)  

Прямолинейное движение

Неравномерное

Равномерное

Это движение при котором тело за равные промежутки времени проходит разные пути.

Движение при котором тело за равные промежутки времени проходит одинаковые пути.

Криволинейное движение – это движение, траектория которого кривая линия.

Частным случаем криволинейного движения – является движение по окружности.

Принцип относительности Галилея: «Все законы механического движения одинаковы для всех инерциальных систем отсчета» 

Тело может находиться в состоянии покоя  относительно одного тела и одновременно — в состоянии движения относительно другого тела.

  • Какие явления называются механическими?
  • Приведите примеры механических явлений.
  • Что называется механическим движением?
  • Назовите основные параметры механического движения.
  • Как называют линию, которую описывает тело при своем движении?
  • Какие виды траектории вы знаете?
  • Что называют путем, пройденным телом?
  • Какое движение называют равномерным?
  • Какое движение называют неравномерным?
  • Какое движение называют криволинейным?
  • Сформулируйте понятие относительность.

Закрепление изученного:

Проверь себя:

4. Как называют линию, по которой движется тело?

1.Относительно каких тел находится в

состоянии покоя пассажир, сидящий в

движущемся автобусе?

а) траектория; б) путь;

в) перемещение.

а) Земля; б) автобус; в) колеса автобуса.

2. Какую траекторию при движении описывает центр колеса автомобиля относительно прямолинейной дороги? 

5. Что такое тело отсчёта?

а) любое тело; б) тело, относительно которого рассматривается движение другого тела; в) только тела, стоящие у дороги, по которой движутся автомобили.

а) кривая линия; б) окружность;

в) прямая линия.

3. Какое из перечисленных движений равномерное?

6. Какова единица измерения и обозначение пути в СИ?

а) движение Земли вокруг Солнца; б) движение автомобиля; в) движение поезда.

а) км, S; б) м, S; в) дм, S.

Ответы:

2

3

1

6

4

5

Используемые источники: литература и интернет-сайты.

Литература: А.В.Перышкин. Физика 7 класс. Учебник. М. Просвещение,2009г.

Сборник задач по физике. 7-9 классы для общеобразовательных учреждений. А.В.Перышкин, 2009г.

Шаблон: http://classicbus.ru/

Интернет-сайты:

http://www.fizika.ru/

http://fiz.1september.ru/

http://class-fizika.narod.ru/ https://yandex.ru/images /

Особенности протекания физических явлений на Земле и в Космосе

  • Участник: Терехова Екатерина Александровна
  • Руководитель: Андреева Юлия Вячеславовна

Цель работы: сопоставить протекание физических явлений на Земле и в космосе.

Введение


У многих стран есть долгосрочные программы по освоению космоса. В них центральное место занимает создание орбитальных станций, так как именно с них начинается цепочка наиболее крупных этапов овладения человечеством космического пространства. Уже осуществлен полет на Луну, успешно проходят многомесячные полеты на борту межпланетных станций, автоматические аппараты побывали на Марсе и Венере, с пролетных траекторий исследовали Меркурий, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. За последующие 20—30 лет возможности космонавтики еще более возрастут.


Многие из нас в детстве мечтали стать космонавтами, но потом задумались о более земных профессиях. Неужели отправиться в космос — это несбыточное желание? Ведь уже появились космические туристы, возможно, когда-нибудь в космос сможет полететь любой, и детской мечте суждено будет сбыться?


Но если мы полетим в космический полет, то столкнемся с тем, что длительное время придется находиться в состоянии невесомости. Известно, что для человека, привыкшего к земной тяжести, пребывание в этом состоянии становится тяжелым испытанием, и не только физическим, ведь многое в невесомости происходит совсем не так, как на Земле. В космосе проводятся уникальные астрономические и астрофизические наблюдения. Находящиеся на орбите спутники, космические автоматические станции, аппараты требуют специального обслуживания или ремонта, а некоторые отработавшие свой срок спутники необходимо ликвидировать или возвращать с орбиты на Землю для переделки.


Пишет ли в невесомости перьевая ручка? Можно ли в кабине космического корабля измерить вес с помощью пружинных или рычажных весов? Вытекает ли там вода из чайника, если его наклонить? Горит ли в невесомости свеча?


Ответы на подобные вопросы содержатся во многих разделах, изучаемых в школьном курсе физики. Выбирая тему проекта, я решила свести воедино материал по данной теме, который содержится в разных учебниках, и дать сравнительную характеристику протекания физических явлений на Земле и в космосе.


Цель работы: сопоставить протекание физических явлений на Земле и в космосе.


Задачи:

  • Составить список физических явлений, ход течения которых может отличаться.
  • Изучить источники (книги, интернет)
  • Составить таблицу явлений


Актуальность работы: некоторые физические явления протекают по разному на Земле и в космосе, а некоторые физические явления лучше проявляются в космосе, где нет гравитации. Знание особенностей процессов может быть полезно для уроков физики.


Новизна: подобные исследования не проводились, но в 90-х на станции «Мир» был снят учебные фильм о механических явлениях


Объект: физические явления.


Предмет: сравнение физических явлений на Земле и в космосе.

1. Основные термины


Механические явления — это явления, происходящие с физическими телами при их движении относительно друг друга (обращение Земли вокруг Солнца, движение автомобилей, качание маятника).


Тепловые явления — это явления, связанные с нагреванием и охлаждением физических тел (кипение чайника, образование тумана, превращение воды в лед).


Электрические явления — это явления, возникающие при появлении, существовании, движении и взаимодействии электрических зарядов (электрический ток, молния). [1]


Показать, как происходят явления на Земле — легко, но как можно продемонстрировать те же явления в невесомости? Для этого я решила использовать фрагменты из серии фильмов «Уроки из космоса». Это очень интересные фильмы, отснятые в свое время еще на орбитальной станции «Мир». Настоящие уроки из космоса ведет летчик-космонавт, герой России Александр Серебров.


Но, к сожалению, мало кто знает про эти фильмы, поэтому еще одной из задач создания проекта была популяризация «Уроков из космоса», созданных при участии ВАКО «Союз», РКК «Энергия», РНПО «Росучприбор».


В невесомости многие явления происходят не так как на Земле. Причин этому – три. Первая: не проявляется действие силы тяжести. Можно говорить о том, что она компенсируется действием силы инерции. Второе: в невесомости не действует Архимедова сила, хотя и там закон Архимеда выполняется. И третье: очень важную роль в невесомости начинают играть силы поверхностного натяжения.


Но и в невесомости работают единые физические законы природы, которые верны как для Земли, так и для всей Вселенной.


Состояние полного отсутствия веса называется невесомостью. Невесомость, или отсутствие веса у предмета наблюдается в том случае, когда в силу каких-либо причин исчезает сила притяжения между этим предметом и опорой, или когда исчезает сама опора. простейший пример возникновения невесомости — свободное падение внутри замкнутого пространства, то есть в отсутствии воздействия силы сопротивления воздуха. Скажем падающий самолет сам по себе притягивается землей, но вот в его салоне возникает состояние невесомости, все тела тоже падают с ускорение в одну g, но это не ощущается — ведь сопротивления воздуха нет. Невесомость наблюдается в космосе, когда тело движется по орбите вокруг какого-нибудь массивного тела, планеты. Такое круговое движение можно рассматривать как постоянное падение на планету, которое не происходит благодаря круговому вращению по орбите, а сопротивление атмосферы также отсутствует. Мало того, сама Земля постоянно вращаясь по орбите падает и никак не может упасть на солнце и если бы мы не ощущали притяжение от самой планеты, мы оказались бы в невесомости относительно притяжения солнца.


Часть явлений в космосе протекает точно так же как и на Земле. Для современных технологий невесомость и вакуум не являются помехой… и даже наоборот — это предпочтительно. На Земле нельзя достичь таких высоких степеней вакуума, как в межзвездном пространстве. Вакуум нужен для защиты обрабатываемых металлов от окисления, а металлы не расплавляются, вакуум не вызывает помех движению тел.

2. Сравнение явлений и процессов

































 Земля


Космос


 1.Измерение масс


А. Рычажные весы



Использовать нельзя


 Б. Пружинные весы



Использовать нельзя


 В. Электронные весы



Использовать нельзя


2.Можно ли натянуть верёвку горизонтально?


 Верёвка всегда провисает из-за силы тяжести.



 Верёвка всегда свободна




3. Закон Паскаля.


Давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку без изменений во всех направлениях.


На Земле все капли немного сплющены из-за гравитационной силы.



Выполняется хорошо на коротких промежутках времени, либо в подвижном состоянии.



4.Воздушный шарик


 


летит вверх


 


Не полетит


5. Звуковые явления


 


В открытом космосе звуки музыки не будут слышны т. к. для распространения звука нужна среда (твёрдая, жидкая, газообразная).


6.Горение свечи


 


Пламя свечи будет круглым т.к. нет конвекционных потоков



7. Использование часов


А. Солнечные часы



Да, работают, если известны скорость и направление космической станции.


На других планетах тоже работают


Б. Песочные часы



Использовать нельзя


В. Механические часы маятниковые


Использовать нельзя.


Можно использовать часы с заводом, с батарейкой


Г. Электронные часы



Можно использовать


8. Можно ли набить шишку


 Можно



 


Можно


9. Термометр работает


работает


Тело съезжает по горке из-за силы тяжести



Предмет останется на месте.


Если толкнуть, то можно будет прокатиться до бесконечности, даже если горка закончилась


10. Можно ли вскипятить чайник?


Да


Т.к. нет конвекционных потоков, то нагреется только дно чайника и вода около него.


Вывод: необходимо использовать микроволновку


12. Распростронение дыма



Дым не может распространяться, т.к. нет конвекционных потоков, распределение не будет происходить из-за диффузии


Манометр работает



Работает



Растяжение пружины.

Да, растягивается


Нет, не растягивается


Ручка шариковая пишет


Ручка не пишет. Пишет карандаш


Вывод


Я сопоставила протекания физических механических явлений на Земле и в космосе. Данная работа может использоваться для составления викторин и конкурсов, для уроков физики при изучении некоторых явлений.


В ходе работы над проектом я убедилась, что в невесомости многие явления происходят не так как на Земле. Причин этому – три. Первая: не проявляется действие силы тяжести. Можно говорить о том, что она компенсируется действием силы инерции. Второе: в невесомости не действует Архимедова сила, хотя и там закон Архимеда выполняется. И третье: очень важную роль в невесомости начинают играть силы поверхностного натяжения.


Но и в невесомости работают единые физические законы природы, которые верны как для Земли, так и для всей Вселенной. Это стало главным выводом нашей работы и таблицы, которая у меня в итоге получилась.

Открытый урок физики в 5 классе«Механические явления. Звук». | План-конспект урока по естествознанию (5 класс) по теме:

Открытый урок физики в 5 классе

МОУ «Лицей № 14»

Урок проводят учителя – экспериментаторы городской экспериментальной площадки по физике «Совершенствование технологии преподавания курса физики с целью повышения качества образования» Марченко Марианна Анатольевна и Стародубцева Елена Александровна.

Тема урока: «Механические явления. Звук».

Обобщающий урок.

Цель урока:

Оборудование: лабораторные тетради, линейки

Ход урока.

  1. Организационный момент

Здравствуйте, ребята сегодня у нас необычный урок. У нас на уроке присутствуют гости, которые пришли посмотреть, как успешно вы изучаете курс физики.

  1. Повторение. Ответьте на вопросы. 
  1. Что такое механическое движение?
  2. Какие величины характеризуют механическое движение?
  3. Запишите формулы и единицы измерения.
  4. Приведите примеры механических явлений.
  5. Что такое звук? Какими он обладает свойствами?
  1. Немного истории.

Ребята, у вас в учебнике рассказывается о том, как была определена скорость звука в воде, а сегодня мы узнаем,  как определили скорость звука в воздухе. Сообщение ученика (1- 2 мин)

  1. Эксперимент.

Лабораторная работа «Наблюдение источников звука»

Цель: наблюдать источники звука.

Приборы: линейка, стол.

Ход работы.

Вывод: что объединяет все источники звука?

Отложите в сторону лабораторные тетради и откройте рабочие, мы с вами будем решать задачи.

  1. Решение задач.
  1. Два человека прислушиваются, надеясь услышать шум приближающегося поезда. Один из них приложил ухо к рельсам, а второй – нет. Кто из них раньше узнает о приближении поезда и почему?
  2. Человек услышал грома через 10 с после вспышки молнии. Считая, что скорость звука в воздухе 343 м/с, определите, на каком расстоянии от человека ударила молния?
  3. Эхо, вызванное ружейным выстрелом, охотник услышал через 5 с после выстрела. На каком расстоянии от него находится преграда если скорость звука 332 м/с?
  1. Домашнее задание.

Вопросы с 79 № 1и 2 письменно.

  1. Эхолокация в природе. Просмотр видеофильма. (2,5 мин).

1. Физические тела. Физические явления

1. Укажите, что относится к понятию «физическое тело», а что к понятию «вещество»: самолет, космический корабль, медь, авторучка, фарфор, вода, автомобиль.
Физическое тело — самолет, космический корабль, авторучка.
Вещество — медь, фарфор, вода.

2. Приведите примеры следующих физических тел: а) состоящих из одного и того же вещества; б) состоящих из различных веществ одинакового названия и назначения.
а) Из одного вещества: стол, карандаш, стул — из дерева,
б) Из различных веществ: пластиковая и стеклянная бутылка.

3. Назовите физические тела, которые могут быть сделаны из стекла, резины, древесины, стали, пластмассы.
Стекло: колба лампы, бутылка.
Резина: покрышка, воздушный шарик.
Древесина: дверь, паркет.
Сталь: резец, лезвие ножа.
Пластмасса: корпус шариковой ручки, калькулятора.

4. Укажите вещества, из которых состоят следующие тела: ножницы, стакан, футбольная камера, лопата, карандаш.
Ножницы — сталь; стакан — стекло; футбольная камера — резина; лопата — сталь; карандаш — дерево.

5. Начертите в тетради таблицу и распределите в ней следующие слова: свинец, гром, рельсы, пурга, алюминий, рассвет, буран, Луна, спирт, ножницы, ртуть, снегопад, стол, медь, вертолет, нефть, кипение, метель, выстрел, наводнение.

6. Приведите примеры механических явлений.
Механические явления: падение тела, колебание маятника.

7. Приведите примеры тепловых явлений.
Тепловые явления: таяние снега, кипение воды.

8. Приведите примеры звуковых явлений.
Звуковые явления: гром, свист милиционера.

9. Приведите примеры электрических явлений.
Электрические явления: молния, искра свечи зажигания.

10. Приведите примеры магнитных явлений.
Магнитные явления: взаимодействие двух магнитов, вращение стрелки компаса.

11. Приведите примеры световых явлений.
Световые явления: свет лампочки, северное сияние.

12. Предлагаемую ниже таблицу начертите в тетради и впишите слова, относящиеся к механическим, звуковым, тепловым, электрическим, световым явлениям: шар катится, свинец плавится, холодает, слышны раскаты грома, снег тает, звезды мерцают, вода кипит, наступает рассвет, эхо, плывет бревно, маятник часов колеблется, облака движутся, гроза, летит голубь, сверкает молния, шелестит листва, горит электрическая лампа.

13. Назовите два-три физических явления, которые наблюдаются при выстреле из пушки.
Полет снаряда, звук выстрела и взрыв пороха.

2: Применение моделей к механическим явлениям

  1. Последнее обновление
  2. Сохранить как PDF

Без заголовков

В этой главе мы продолжаем работать с моделью Energy-Interaction Model . Мы добавляем все виды механических взаимодействий к тепловым взаимодействиям, которые мы рассматривали в главе 1.(Примечание: термин «механическое» в фазе «механические взаимодействия» обычно используется для обозначения всего, кроме теплового. Поскольку модель энергетического взаимодействия буквально применяется ко всем видам взаимодействия , с которыми когда-либо сталкивались ученые, мы мы лишь слегка коснемся области применения этой мощной модели. Однако мы уделим некоторое внимание одной области применения, которая часто встречается во многих явлениях — вибрируют все виды объектов, от атомов и молекул до мостов и небоскребов. , то есть они двигаются вперед и назад или колеблются очень предсказуемым образом.

  • 2.1: Куда нас направят?
    В этой второй главе мы продолжаем работать с моделью взаимодействия энергии. Мы добавляем все виды механических взаимодействий к тепловым взаимодействиям, которые мы рассматривали в главе 1. Термин «механический» обычно используется для обозначения всего, кроме теплового. В этой главе мы представляем вводную модель осциллятора массы и пружины как приложение модели взаимодействия энергии. Модель пружинно-массового осциллятора также будет играть важную роль в главе 3 для модели частиц материи.
  • 2.2: Force
    В главе 1 мы сосредоточились на передаче энергии за счет тепла. В этой главе мы сосредоточимся на передаче энергии в результате работы. Чтобы понять работу, нам нужно понять основы силы.
  • 2.3: Работа
    Мы готовы осмыслить идею работы как передачи энергии от одной физической системы к другой или от одного объекта к другому.
  • 2.4: Механическая энергия
    Механическая энергия — это энергия, соответствующая скорости и положению объектов. Мы рассмотрим, как модель взаимодействия энергии применяется к объектам, которые меняют скорость и положение. Мы также рассмотрим примеры преобразования механической энергии во внутреннюю.
  • 2.5: Пружинно-массовый осциллятор
    В этом разделе описывается потенциальная энергия для системы пружина-масса.
  • 2.6: График энергий
    Мы проиллюстрируем сохранение энергии путем нанесения значений энергии в диапазоне интервала.
  • 2. 7: Сила и потенциальная энергия
    Представлена ​​математическая связь между силой и потенциальной энергией.
  • 2.8: Оглядываясь назад и вперед

механики | Определение, примеры, законы и факты

Механика , наука, изучающая движение тел под действием сил, включая особый случай, когда тело остается в покое.В первую очередь проблема движения — это силы, которые тела действуют друг на друга. Это приводит к изучению таких тем, как гравитация, электричество и магнетизм, в зависимости от природы задействованных сил. Учитывая силы, можно искать способ, которым тела движутся под действием сил; это предмет собственно механики.

Британская викторина

Викторина «Все о физике»

Кто был первым ученым, проведшим эксперимент по управляемой цепной ядерной реакции? Какая единица измерения для циклов в секунду? Проверьте свою физическую хватку с помощью этой викторины.

Исторически механика была одной из первых точных наук, получивших развитие. Его внутренняя красота как математической дисциплины и ранний замечательный успех в количественном учете движений Луны, Земли и других планетных тел оказали огромное влияние на философскую мысль и послужили толчком для систематического развития науки.

Механику можно разделить на три раздела: статика, которая имеет дело с силами, действующими на покоящееся тело и в нем; кинематика, описывающая возможные движения тела или системы тел; и кинетика, которая пытается объяснить или предсказать движение, которое произойдет в данной ситуации.В качестве альтернативы механику можно разделить по типу изучаемой системы. Простейшей механической системой является частица, определяемая как настолько маленькое тело, что его форма и внутренняя структура не имеют значения в данной задаче. Более сложным является движение системы из двух или более частиц, которые действуют друг на друга и, возможно, испытывают силы, действующие со стороны тел вне системы.

Принципы механики были применены к трем общим областям явлений.Движение таких небесных тел, как звезды, планеты и спутники, можно предсказать с большой точностью за тысячи лет до того, как они произойдут. (Теория относительности предсказывает некоторые отклонения от движения в соответствии с классической или ньютоновской механикой; однако они настолько малы, что их можно наблюдать только с помощью очень точных методов, за исключением задач, затрагивающих всю или большую часть обнаруживаемой Вселенной. ) Как вторая область, обычные объекты на Земле вплоть до микроскопических размеров (движущиеся со скоростью намного ниже скорости света) правильно описываются классической механикой без значительных исправлений.Инженер, проектирующий мосты или самолеты, может с уверенностью использовать ньютоновские законы классической механики, даже если силы могут быть очень сложными, а вычислениям не хватает прекрасной простоты небесной механики. Третья область явлений включает поведение вещества и электромагнитного излучения в атомном и субатомном масштабах. Хотя вначале были достигнуты ограниченные успехи в описании поведения атомов в терминах классической механики, эти явления должным образом рассматриваются в квантовой механике.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

Классическая механика занимается движением тел под действием сил или равновесием тел, когда все силы уравновешены. Предмет можно рассматривать как разработку и применение основных постулатов, впервые сформулированных Исааком Ньютоном в его Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687), широко известном как Principia . Эти постулаты, называемые законами движения Ньютона, изложены ниже.Их можно использовать для предсказания с большой точностью самых разных явлений, от движения отдельных частиц до взаимодействий очень сложных систем. В этой статье обсуждается множество этих приложений.

В рамках современной физики классическую механику можно понять как приближение, вытекающее из более глубоких законов квантовой механики и теории относительности. Однако такой взгляд на место объекта сильно недооценивает его важность в формировании контекста, языка и интуиции современной науки и ученых.Наш современный взгляд на мир и место человека в нем прочно укоренен в классической механике. Более того, многие идеи и результаты классической механики выживают и играют важную роль в новой физике.

Центральными понятиями классической механики являются сила, масса и движение. Ни сила, ни масса не очень четко определены Ньютоном, и оба они были предметом многих философских спекуляций со времен Ньютона. Оба они наиболее известны своими эффектами. Масса — это мера склонности тела сопротивляться изменениям в состоянии движения.С другой стороны, силы ускоряют тела, то есть они изменяют состояние движения тел, к которым они приложены. Взаимодействие этих эффектов — основная тема классической механики.

Хотя законы Ньютона фокусируют внимание на силе и массе, три другие величины приобретают особое значение, потому что их общее количество никогда не меняется. Эти три величины — энергия, (линейный) импульс и угловой момент. Любой из них может быть перемещен из одного тела или системы тел в другое.Кроме того, энергия может менять форму, будучи связанной с единственной системой, проявляясь как кинетическая энергия, энергия движения; потенциальная энергия, энергия позиции; тепло или внутренняя энергия, связанная со случайными движениями атомов или молекул, составляющих любое реальное тело; или любая комбинация из трех. Тем не менее полная энергия, импульс и угловой момент во Вселенной никогда не меняются. Этот факт выражается в физике, говоря, что энергия, импульс и угловой момент сохраняются.Эти три закона сохранения вытекают из законов Ньютона, но сам Ньютон их не выражал. Их нужно было обнаружить позже.

Это примечательный факт, что, хотя законы Ньютона больше не считаются фундаментальными и даже не совсем правильными, три закона сохранения, выведенные из законов Ньютона — сохранение энергии, импульса и момента количества движения — остаются в точности верными даже в квантовая механика и теория относительности. Фактически, в современной физике сила больше не является центральным понятием, а масса — лишь одним из множества атрибутов материи.Однако энергия, импульс и угловой момент по-прежнему прочно занимают центральное место. Сохраняющаяся важность этих идей, унаследованных от классической механики, может помочь объяснить, почему этот предмет сохраняет такое большое значение в современной науке.

Квантово-механический феномен — обзор

4.1 Введение

Быстрый прогресс в технологиях охлаждения и манипулирования ультрахолодными атомами сделал возможным изучение коллективных квантово-механических явлений атомов в режиме высокого квантового вырождения.В последнее время внимание сообщества квантовой физики было сосредоточено на ультрахолодных фермионных атомах. В частности, непрерывную эволюцию от бозе-эйнштейновской конденсации (БЭК) к пределам, подобным Бардину-Куперу-Шрифферу (БКШ), можно было наблюдать экспериментально (см., Например, Pethick и др. , 2002; Питаевский и др. ). , 2003; Берман и др. ., 2012).

Последние достижения в лазерной технологии открывают новые возможности для распространения такого исследования на многочастичные квантовые явления в фотоуправляемых системах из различных материалов.В частности, при тщательной подготовке схем возбуждения и материалов можно получить электронно-дырочные ансамбли высокой плотности в низкотемпературном состоянии в полупроводниках. Это возродило интерес к изучению квантовой физики многих тел фотогенерированных экситонных частиц. Это связано с тем, что электронно-дырочный ансамбль в полупроводниках можно рассматривать как более фундаментальную систему, в которой можно плавно изменять плотность. БЭК экситонов в 2D КЯ (Бутов и др., 2002) и объемных полупроводников (Москаленко и др. , 2000). Здесь разбавленный предел — это газ экситонов, стабильная связанная электронно-дырочная пара, претерпевающая БЭК. Малая эффективная масса носителей, которая вместе с большой фоновой диэлектрической проницаемостью создает ансамбль электрон-дырка (e-h), создаваемый поглощением света на краю полупроводниковой зоны, является идеальной площадкой для изучения квантовых явлений многих тел (Иванов и др., , 2008).

Схематическая фазовая диаграмма ансамбля e – h в координатах плотность – температура показана на рисунке 36.При низкой плотности электроны и дырки образуют экситоны и биэкситоны, подчиняющиеся статистике Бозе – Эйнштейна. При более высокой плотности экранирование кулоновского притяжения между ансамблем электронов и дырок приводит к трансформации экситонного ансамбля в e – h плазму (EHP). Такой переход из диэлектрической в ​​металлическую фазу называется экситонным переходом Мотта. При низкой температуре многокомпонентные квантово-механические эффекты становятся заметными и сопровождаются взаимодействием между кулоновской корреляцией и квантовыми статистическими эффектами.При низкой плотности можно было ожидать БЭК экситонов или биэкситонов. С увеличением плотности ансамбль экситонов должен непрерывно эволюционировать из разбавленного конденсата Бозе-Эйнштейна в диэлектрическую сверхтекучую жидкость, состоящую из вырожденной двухкомпонентной ферми-жидкости типа БКШ с кулоновским притяжением (Келдыш и др. , 1968a, b; Нозьер и др., , 1984; Randeria, 1995).

Рис. 36. Принципиальная фазовая диаграмма электронно-дырочного ансамбля в полупроводниках.

В непрямозонных полупроводниках, таких как Si или Ge, где электроны и дырки имеют большое время рекомбинации, может появиться другой тип фермионного конденсата e – h-системы.Электроны и дырки конденсируются с образованием жидко-подобных капель (EHD) высокой плотности (Almand-Hunter et al ., 2014). Формирование ЭГД можно моделировать как процесс зарождения и роста фазового разделения жидкость – газ при фазовом переходе первого рода. В такой конденсированной фазе, которая называется e – h жидкостью (EHL), среднее расстояние между носителями меньше боровского радиуса экситона, то есть ансамбль e – h демонстрирует высокое фермиевское вырождение (Jefferies, 1983). . Недавно мы наблюдали образование ЭГД в алмазе, широкозонном полупроводнике.Мы получили критическую температуру фазы ЭДЖ до 165 К (Shimano et al. , 2002; Nagai et al. , 2003).

Кроме того, мы обнаружили дискретные линии люминесценции, отличные от экситонов и ЭДК, при умеренных плотностях возбуждения и при низких температурах (Omachi et al ., 2013). Мы связали это явление с образованием полиэкситонов, которые представляют собой связанные состояния более трех экситонов. Дж. С. Ван и К. Киттель предсказали, что многодолинные зонные структуры в непрямозонных полупроводниках позволяют формировать такие своеобразные связанные состояния (Wang et al ., 1972).

С другой стороны, в прямозонных полупроводниках сложно приготовить ансамбль e − h с высокой плотностью при низкой температуре, поскольку пары e − h, созданные интенсивным оптическим импульсом, имеют большой избыток энергии и вряд ли могут быть остыло в течение короткого срока службы. Ее можно решить с помощью тщательно спроектированного возбуждения, которое позволяет получить высокую плотность носителей при низкой температуре. Например, в CuCl холодная e – h-система с высокой плотностью может быть создана путем резонансной генерации экситонов выше переходной плотности Мотта (Nagai et al., 2001).

Много работ было посвящено спектральным свойствам фотолюминесценции для изучения свойств e – h ансамблей. Однако довольно невыразительные эмиссионные спектры затрудняют описание основных физических процессов, возникающих из-за многотельной кулоновской корреляции в ансамбле носителей с высокой плотностью. Недавний прогресс в технологии лазеров с ультракороткими импульсами расширяет доступный спектральный диапазон от ультрафиолетового до дальнего инфракрасного (ИК; ТГц). В частности, диэлектрический отклик в среднем и дальнем инфракрасном диапазоне спектра дает нам важную информацию о свойствах фотогенерированных носителей (Nagai et al., 2001; Кира и др. , 1998; Huber et al. , 2001). Например, в ИК-спектрах можно найти четкое различие между изолирующей фазой экситонного газа и металлической фазой ЭДП. В оставшейся части этого раздела мы приводим некоторые примеры исследования материальной фазы e – h ансамблей методами спектроскопии среднего ИК и ТГц диапазона.

Кинетическая и потенциальная энергия движения — Урок

Быстрый просмотр

Уровень оценки: 8
(7-9)

Требуемое время: 45 минут

Зависимость урока: Нет

Тематические области:
Физические науки, физика

Ожидаемые характеристики NGSS:


Резюме

На этом уроке учащиеся знакомятся с потенциальной и кинетической энергией как с формами механической энергии.Практическое занятие демонстрирует, как потенциальная энергия может превращаться в кинетическую энергию, раскачивая маятник, иллюстрируя концепцию сохранения энергии. Учащиеся вычисляют потенциальную энергию маятника и предсказывают, с какой скоростью он будет двигаться, зная, что потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию. Они проверяют свои прогнозы, измеряя скорость маятника.
Эта инженерная программа соответствует научным стандартам нового поколения (NGSS).

Инженерное соединение

Инженеры-механики озабочены механикой энергии — тем, как она генерируется, хранится и перемещается.При разработке потребительских товаров инженеры-проектировщики применяют принципы потенциальной и кинетической энергии. Например, точилка для карандашей использует механическую энергию и электрическую энергию. При проектировании американских горок инженеры-механики и инженеры-строители обеспечивают достаточное количество потенциальной энергии (которая преобразуется в кинетическую энергию) для перемещения автомобилей на протяжении всей поездки на американских горках.

Цели обучения

После этого урока учащиеся должны уметь:

  • Признайте, что инженерам необходимо понимать множество различных форм энергии, чтобы создавать полезные продукты.
  • Объясните концепции кинетической и потенциальной энергии.
  • Поймите, что энергия может переходить из одной формы в другую.
  • Поймите, что энергию можно описать уравнениями.

Образовательные стандарты

Каждый урок или задание TeachEngineering соотносится с одним или несколькими научными дисциплинами K-12,
образовательные стандарты в области технологий, инженерии или математики (STEM).

Все 100000+ стандартов K-12 STEM, охватываемых TeachEngineering , собираются, обслуживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) ,
проект D2L (www.achievementstandards.org).

В ASN стандарты иерархически структурированы: сначала по источникам; например , по штатам; внутри источника по типу; например , естественные науки или математика;
внутри типа по подтипу, затем по классу, и т. д. .

NGSS: научные стандарты нового поколения — наука

Ожидаемые характеристики NGSS

МС-ПС3-5.Сконструируйте, используйте и представьте аргументы в поддержку утверждения о том, что при изменении кинетической энергии объекта энергия передается к объекту или от него.

(6-8 классы)

Вы согласны с таким раскладом?


Спасибо за ваш отзыв!

Нажмите, чтобы просмотреть другие учебные программы, соответствующие этим ожиданиям от результатов.

Этот урок посвящен следующим аспектам трехмерного обучения NGSS:
Наука и инженерная практика Основные дисциплинарные идеи Сквозные концепции
Научное знание основано на логических и концептуальных связях между свидетельствами и объяснениями.

Соглашение о выравнивании:
Спасибо за отзыв!

Когда энергия движения объекта изменяется, неизбежно одновременно происходит какое-то другое изменение энергии.

Соглашение о выравнивании:
Спасибо за ваш отзыв!

Энергия может принимать разные формы (например, энергия полей, тепловая энергия, энергия движения).

Соглашение о выравнивании:
Спасибо за отзыв!

Общие основные государственные стандарты — математика

  • Бегло складывайте, вычитайте, умножайте и делите десятичные дроби, используя стандартный алгоритм для каждой операции.(Оценка
    6)

    Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом?


    Спасибо за ваш отзыв!

  • Перегруппируйте формулы, чтобы выделить интересующее количество, используя те же рассуждения, что и при решении уравнений.(Оценки
    9 —
    12)

    Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом?


    Спасибо за ваш отзыв!

  • Решите линейные уравнения и неравенства с одной переменной, включая уравнения с коэффициентами, представленными буквами.(Оценки
    9 —
    12)

    Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом?


    Спасибо за ваш отзыв!

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии — Технология

ГОСТ

Колорадо — математика

  • Бегло складывайте, вычитайте, умножайте и делите многозначные десятичные дроби, используя стандартные алгоритмы для каждой операции.(Оценка
    6)

    Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом?

    Спасибо за ваш отзыв!

  • Рассуждайте количественно и используйте единицы для решения проблем.(Оценки
    9 —
    12)

    Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом?

    Спасибо за ваш отзыв!

  • Решите линейные уравнения и неравенства с одной переменной, включая уравнения с коэффициентами, представленными буквами.(Оценки
    9 —
    12)

    Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом?

    Спасибо за ваш отзыв!

Колорадо — наука

  • Используйте математические выражения для описания движения объекта
    (Оценка
    8)

    Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом?

    Спасибо за ваш отзыв!

  • Существуют разные формы энергии, и эти формы энергии можно менять из одной формы в другую, но общая энергия сохраняется.
    (Оценка
    8)

    Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом?

    Спасибо за ваш отзыв!

Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Больше подобной программы

Качающийся маятник (для средней школы)

Это упражнение показывает студентам важность понимания законов механической энергии с инженерной точки зрения.В частности, он демонстрирует, как потенциальная энергия может быть преобразована в кинетическую энергию и обратно. Учитывая высоту маятника, учащиеся рассчитывают и предсказывают, насколько быстро маятник будет качаться …

Качающийся маятник

Это упражнение демонстрирует, как потенциальную энергию (PE) можно преобразовать в кинетическую энергию (KE) и обратно.Учитывая высоту маятника, учащиеся рассчитывают и предсказывают, насколько быстро маятник будет качаться, понимая закон сохранения энергии и используя уравнения для PE и KE.

История трения

Старшеклассники узнают, как инженеры математически проектируют дорожки для американских горок, используя подход, согласно которому криволинейная дорожка может быть аппроксимирована последовательностью множества коротких уклонов.Они применяют базовый расчет и теорему работы-энергии для неконсервативных сил для количественной оценки трения вдоль кривой …

Работа и мощность: Waterwheel

ученики создают модель водяного колеса и используют ее для расчета количества произведенной энергии и проделанной работы.

Введение / Мотивация

Для начала покажите классу три предмета: 1) еду (например, рогалик, банан или банка с газированной водой), 2) батарею и 3) вы, стоящие на табурете или стуле. Спросите класс, что общего у этих трех вещей. Ответ — энергия.Пища содержит химическую энергию, которая используется организмом в качестве топлива. Батарея содержит электрическую энергию (в виде электрической, потенциальной или накопленной энергии), которую можно использовать в фонарике или портативном проигрывателе компакт-дисков. Человек, стоящий на табурете, обладает потенциальной энергией (иногда называемой гравитационной потенциальной энергией), которую можно использовать, чтобы раздавить банку, разбить банан или по-настоящему повредить ногу того, кто стоит под вами. Продемонстрируйте драматический прыжок на банан или пустую банку из-под газировки.(Будьте осторожны! Банановая кожура скользкая!) Объясните идеи о потенциальной энергии и кинетической энергии как о двух разных видах механической энергии . Дайте определения каждой переменной и представьте уравнения, тщательно объясняя каждую переменную, как обсуждается в следующем разделе,

.

PE = масса x г x высота

и

KE = 1/2 м x v 2

Объясните, как можно преобразовать энергию из одной формы в другую.Обратитесь к соответствующим упражнениям, «Качающийся маятник» и «Качающийся маятник» (для старшей школы), чтобы проиллюстрировать переход потенциальной энергии в кинетическую. Это должно быть ясно из демонстрации прыжков. Когда вы стоите на стуле, у вас была потенциальная энергия (запасенная энергия), которая полностью превратилась в кинетическую энергию (энергию движения) прямо перед тем, как вы приземлились на землю. Кстати, земля поглотила вашу энергию, когда вы приземлились, и превратила ее в тепло.
авторское право

Copyright © https: // pixabay.com / photos / американские горки-райд-развлечения-1592917/

Предпосылки и концепции урока для учителей

Каждый раз, когда что-то движется, вы можете видеть изменение энергии этой системы. Энергия может заставить вещи двигаться или вызывать изменение положения или состояния объекта. Энергию можно определить как способность выполнять работу. Работа выполняется, когда сила перемещает объект на заданное расстояние. Способность к работе или энергия может иметь множество различных форм.Примерами таких форм являются механическая, электрическая, химическая или ядерная энергия.

Этот урок знакомит с механической энергией , формой энергии, которую легче всего наблюдать ежедневно. Все движущиеся объекты обладают механической энергией. Есть два типа механической энергии: потенциальная энергия и кинетическая энергия. Потенциальная энергия — это энергия, которую объект имеет из-за своего положения и измеряется в Джоулях (Дж). Потенциальную энергию также можно рассматривать как запасенную энергию. Кинетическая энергия — это энергия, которую объект получает из-за своего движения, которая также измеряется в Джоулях (Дж). В соответствии с принципом сохранения энергии энергия может изменять свою форму (потенциальную, кинетическую, тепловую / тепловую, электрическую, световую, звуковую и т. Д.), Но она никогда не создается и не разрушается.

В контексте механической энергии потенциальная энергия является результатом положения объекта, массы и ускорения свободного падения. Книга, стоящая на краю стола, обладает потенциальной энергией; если бы вы отодвинули ее от края, книга упала бы.Иногда ее называют гравитационной потенциальной энергией ( PE ). Математически это можно выразить следующим образом:

PE = масса x г x высота или PE = вес x высота

где PE — потенциальная энергия, а g — ускорение свободного падения. На уровне моря g = 9,81 м / сек 2 или 32,2 фута / сек 2 . В метрической системе мы обычно использовали бы массу в килограммах или граммах с первым уравнением. В английских единицах измерения во втором уравнении обычно используется вес в фунтах.

Кинетическая энергия ( KE ) — энергия движения. Любой движущийся объект обладает кинетической энергией. Примером может служить брошенный бейсбольный мяч. Кинетическая энергия зависит как от массы, так и от скорости и математически может быть выражена следующим образом:

KE = 1/2 м x v 2

Здесь KE обозначает кинетическую энергию. Обратите внимание, что изменение скорости будет иметь гораздо большее влияние на количество кинетической энергии, потому что этот член возведен в квадрат.Общее количество механической энергии в системе — это сумма потенциальной и кинетической энергии, также измеряемая в Джоулях (Дж).

Общая механическая энергия = потенциальная энергия + кинетическая энергия

Инженеры должны понимать как потенциальную кинетическую энергию , так и . Простым примером может служить конструкция американских горок — проект, в котором участвуют инженеры-механики и инженеры-строители. В начале американских горок у автомобилей должно быть достаточно потенциальной энергии, чтобы питать их всю оставшуюся поездку.Это можно сделать, подняв автомобили на большую высоту. Затем увеличенная потенциальная энергия автомобилей преобразуется в кинетическую энергию, достаточную для того, чтобы поддерживать их движение на протяжении всей трассы. Вот почему машины для нанесения покрытий валиком обычно начинают с большого холма. Когда автомобили трогаются с первого холма, потенциальная энергия превращается в кинетическую, и автомобили набирают скорость. Инженеры проектируют американские горки так, чтобы у них было достаточно энергии для прохождения трасс и , чтобы преодолеть эффект истощения энергии трения.

Сопутствующие мероприятия

  • Качающийся маятник — учащиеся предсказывают, насколько быстро маятник будет качаться, путем преобразования потенциальной энергии в кинетическую. Они проверяют свои прогнозы, измеряя его скорость.

    Посмотреть это занятие на YouTube

  • Качающийся маятник (для старших классов) — это упражнение показывает учащимся важность понимания законов механической энергии с инженерной точки зрения.В частности, он демонстрирует, как потенциальная энергия может быть преобразована в кинетическую энергию и обратно. Учитывая высоту маятника, учащиеся рассчитывают и предсказывают, насколько быстро маятник будет качаться, используя уравнения для потенциальной и кинетической энергии.

    Посмотреть это занятие на YouTube

Закрытие урока

Подтвердите, что и потенциальная энергия, и кинетическая энергия являются формами механической энергии.Потенциальная энергия — это энергия положения, а кинетическая энергия — это энергия движения. Мяч, который вы держите в руке, обладает потенциальной энергией, а мяч, который вы бросаете, обладает кинетической энергией. Эти две формы энергии можно преобразовывать взад и вперед. Когда вы бросаете мяч, вы демонстрируете пример превращения потенциальной энергии в кинетическую.

Объясните: энергия — важное инженерное понятие. Инженеры должны понимать множество различных форм энергии, чтобы создавать полезные продукты.Электрическая точилка для карандашей служит для иллюстрации этого. Во-первых, дизайнер должен знать количество кинетической энергии, необходимое вращающимся лезвиям, чтобы успешно сбрить конец карандаша. Затем проектировщик должен выбрать двигатель с соответствующим питанием для обеспечения необходимой энергии. Наконец, проектировщик должен знать требования к электрической энергии двигателя, чтобы двигатель мог должным образом выполнять возложенную на него задачу.

Словарь / Определения

сохранение энергии: принцип, согласно которому общая энергия изолированной системы остается постоянной независимо от изменений в системе.Энергия не может быть ни создана, ни уничтожена.

энергия: Энергия — это способность выполнять работу.

кинетическая энергия: энергия движения.

механическая энергия: энергия, состоящая из потенциальной и кинетической энергии.

потенциальная энергия: энергия положения или запасенная энергия.

Оценка

Оценка перед уроком

Вопросы для обсуждения: Запрашивайте, объединяйте и обобщайте ответы студентов.

  • Каковы примеры опасного небезопасного размещения предметов? (Возможные ответы: валуны на краю обрыва, посуда едва на полках и т. Д.).

Оценка после введения

Вопрос / ответ: Задайте ученикам и обсудите в классе:

  • Что имеет больше потенциальной энергии: валун на земле или перо на высоте 10 футов в воздухе? (Ответ: перо, потому что валун находится на земле и имеет нулевую потенциальную энергию.Однако, если бы валун находился на высоте 1 мм от земли, он, вероятно, имел бы больше потенциальной энергии.)

Итоги урока Оценка

Групповой мозговой штурм: Дайте каждой группе учащихся по мячу (например, теннисный мяч). Напомните им, что энергия может быть преобразована из потенциальной в кинетическую и наоборот. Напишите вопрос на доске и предложите им провести мозговой штурм в своих группах. Попросите учащихся записать свои ответы в своих дневниках или на листах бумаги и сдать их.Обсудите ответы студенческих групп с классом.

  • Как вы можете бросить мяч и изменить его энергию с кинетической на потенциальную и обратно на кинетическую, не касаясь мяча, когда он вылетает из вашей руки? (Ответ: Подбросить прямо в воздух.)

Расчет: Попросите студентов попрактиковаться в решении задач для потенциальной энергии и кинетической энергии:

  • Если груз весом 8 кг удерживается на высоте 10 м, какова его потенциальная энергия? (Ответ: ПЭ = (8 кг) * (9.8 м / с 2 ) * (10 м) = 784 кг * м 2 / с 2 = 784 Дж)
  • Теперь рассмотрим объект с кинетической энергией 800 Дж и массой 12 кг. Какая у него скорость? (Ответ: v = sqrt (2 * KE / м) = sqrt ((2 * 800 Дж) / 12 кг) = 11,55 м / с)

Мероприятия по продлению урока

Существует еще одна форма потенциальной энергии, не связанная с высотой, которая называется потенциалом пружины или потенциальной энергией упругости .В этом случае энергия сохраняется, когда вы сжимаете или удлиняете пружину. Попросите учащихся поискать в Интернете или библиотеке уравнение потенциальной энергии пружины и объяснить, что представляют собой переменные в уравнении. Ответ

PE пружина = ½ k ∙ x 2

, где k — жесткость пружины, измеренная в Н / м (Ньютон / м), а x — степень сжатия или растяжения пружины, измеренная в м (метрах).

Рекомендации

Argonne Transportation — Лазерное остекление рельсов.29 сентября 2003 г. Аргоннская национальная лаборатория, Центр исследований и разработок транспортных технологий. 15 октября 2003 г. http://www.anl.gov/index.html

Азимов, Исаак. История физики. Нью-Йорк: Walker & Co., 1984.

.

Джонс, Эдвин Р. и Ричард Л. Чайлдерс. Современный колледж физики. Ридинг, Массачусетс: Addison-Wesley Publishing Co., 1993.

Кахан, Питер. Исследователь науки: движение, силы и энергия. Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси: Prentice Hall, 2000.

Luehmann, апрель. Дай мне энергию. 12 июня 2003 г. Инициатива по науке и математике для улучшения обучения, Технологический институт Иллинойса. 15 октября 2003 г. http://www.iit.edu/~smile/ph9407.html

Нейв, C.R. HyperPhysics. 2000. Кафедра физики и астрономии, Государственный университет Джорджии. 15 октября 2003 г. hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hframe.html

Семья Атомов — Могила мумии — Raceways. Музей науки Майами и космический транзитный планетарий.15 октября 2003 г. http://www.miamisci.org/af/sln/mummy/raceways.html

Другая сопутствующая информация

Просмотрите концентратор учебной программы по физике, согласованный с NGSS, чтобы найти дополнительные учебные программы по физике и физическим наукам, посвященные инженерии.

Авторские права

© 2004 Регенты Университета Колорадо.

Авторы

Бейли Джонс; Мэтт Лундберг; Крис Якацки; Малинда Шефер Зарске; Дениз Карлсон

Программа поддержки

Комплексная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере

Благодарности

Содержание этой учебной программы цифровой библиотеки было разработано при гранте Фонда улучшения послесреднего образования (FIPSE), U.S. Министерство образования и Национальный научный фонд ГК-12, грант No. 0338326. Однако это содержание не обязательно отражает политику Министерства образования или Национального научного фонда, и вам не следует предполагать, что оно одобрено федеральным правительством.

Последнее изменение: 30 апреля 2021 г.

Закон сохранения энергии Примеры

Закон сохранения энергии — это физический закон, который гласит, что энергия не может быть создана или уничтожена, а только преобразована из одной формы в другую или передана от одного объекта к другому.Этот закон преподается учащимся средних и старших классов на уроках физики, физики и химии.

Понимание закона сохранения энергии

Определение закона сохранения энергии подчеркивает, что энергия не является чем-то, что может быть разрушено или создано. Важно понимать, что это на самом деле означает. Было бы неправильно сказать, что целью эксперимента было бы получение энергии, поскольку это потребовало бы усилий по созданию чего-то, что не может быть создано.Вместо этого энергия постоянно преобразуется, чтобы ее можно было использовать. Например, солнечные панели не создают солнечную энергию. Они используют энергию солнца и преобразуют ее в другой вид энергии (электричество).

Повседневные примеры: закон сохранения энергии

Многие примеры, иллюстрирующие закон сохранения энергии, можно увидеть в повседневной жизни. Просмотрите эти знакомые примеры передачи энергии, чтобы составить четкое представление о том, как научный закон сохранения энергии влияет на повседневные явления.

Сохранение энергии Примеры с участием людей

Энергия может передаваться между людьми или от людей к объектам. Все эти примеры иллюстрируют закон сохранения энергии.

  • Келли побежала через комнату и врезалась в своего брата, повалив его на пол. Кинетическая энергия, которой она обладала из-за своего движения, была передана ее брату, заставив его двигаться.
  • Два футболиста столкнулись на поле, и оба полетели назад.Энергия передавалась от каждого игрока к другому, отправляя их в том направлении, в котором они бежали.
  • Когда вы толкаете книгу по столу, энергия движущейся руки передается от вашего тела к книге, заставляя книгу двигаться.
  • При ударе ногой по мячу, стоящему на земле, энергия передается от тела бьющего к мячу, приводя его в движение.
  • Сэм переставлял мебель, и ему потребовалась помощь, чтобы сдвинуть тяжелый диван.Его брат подошел, и вместе они смогли толкнуть диван через всю комнату. Когда диван скользил по деревянному полу, энергия передавалась от мужчин к предмету мебели.
  • Пальцы, ударяющие по клавишам пианино, передают энергию от руки игрока к клавишам.
  • Билли ударил боксерскую грушу, передавая энергию из руки в стационарную грушу.
  • Бет так сильно ударилась о стену, что проделала в ней дыру. Энергия передавалась от тела Бет к гипсокартону, заставляя его двигаться.

Примеры экономии энергии от объекта к объекту

Когда два объекта сталкиваются друг с другом, энергия передается между двумя объектами.

  • При игре в пул биток выполняется по неподвижному шару-восьмерке. Биток обладает энергией. Когда биток попадает в шар-восьмерку, энергия передается от шара-восьмерки, заставляя его двигаться. Биток теряет энергию из-за того, что энергия, которая была передана шару-восьмерке, замедляется.
  • При игре в мяч для игры на лужайке бочче бросается маленький мяч с намерением попасть в более крупные шары и заставить их двигаться. Когда больший шар движется из-за того, что в него попал маленький шар, энергия передается от маленького шара к большему.
  • Бейсбольный мяч попадает в окно дома, разбивая стекло. Энергия шара передавалась стеклу, заставляя его разлетаться на части и лететь в разных направлениях.
  • Когда движущийся автомобиль ударяется о припаркованный автомобиль и заставляет припаркованный автомобиль двигаться, механическая энергия передается от движущегося автомобиля к припаркованному.
  • Клэр бросила шар, который ударил в вазу ее матери, опрокинув ее. Энергия передавалась от движущегося шара к неподвижной вазе, заставляя вазу двигаться.
  • При наезде на дорожный знак знак упадет. Энергия будет передаваться от движущегося автомобиля к неподвижному знаку, заставляя знак двигаться.
  • Когда шар для боулинга сбивает кегли, которые стояли неподвижно, энергия передается от шара к кеглям. Энергия не теряется.
  • Автомобиль при ударе о бордюр развалился.Энергия от движущегося автомобиля передавалась неподвижному цементу, заставляя его двигаться.

Другие примеры сохранения энергии

Многие другие ситуации иллюстрируют, как энергия может переходить из одной формы в другую или передаваться между объектами.

  • Вода может производить электричество. Когда вода падает с неба, она преобразует потенциальную энергию в кинетическую. Затем эта энергия используется для вращения турбины генератора для производства электроэнергии. Потенциальная энергия воды в плотине может быть преобразована в кинетическую энергию.
  • Потенциальная энергия из нефти или газа — это вид химической энергии. Его энергию можно использовать для обогрева домов, офисов и других зданий, чтобы согреться зимой.
  • Лампочки преобразуют электрическую энергию в свет, который освещает темные места.
  • Кошка, сидящая на самой высокой ветке дерева, обладает так называемой потенциальной энергией. Если кошка упадет с ветки и упадет на землю, ее потенциальная энергия теперь преобразуется в кинетическую.
  • Собака налетела на елку и свалила ее. Во время удара энергия передавалась от движущейся собаки к неподвижному дереву, заставляя дерево двигаться.

Подробнее об энергии

Вышеприведенные примеры закона сохранения энергии показывают, насколько банальна эта физическая концепция в повседневной жизни. Теперь, когда вы знакомы с этим научным законом, найдите время, чтобы узнать о различных типах энергии.

Квантовая механика и повседневность

Размышления о повседневных квантовых событиях

В каком-то смысле трудно не увидеть квантовую механику в повседневной жизни.Например, существование сложной химии и объем, занимаемый обычной материей, являются прямыми последствиями так называемого исключения Паули. Это квантовое правило, которое требует, чтобы каждый электрон во Вселенной имел уникальный адрес, состоящий из его местоположения в пространстве (три числа), его импульса (более или менее скорость для электронов одинаковой массы, а также трех чисел) и еще одна нечетная, называемая ориентацией спина (двойная, вверх или вниз). Когда отрицательно заряженные электроны плотно упакованы, скажем, из-за положительного притяжения атомного ядра, эти правила уникального адреса заставляют электроны занимать уникальные положения и ориентации вокруг атомов (химия) и сопротивляться сжатию вместе сверх определенного точка (объем).

Атомная связь в химии — без которой мы не были бы здесь, чтобы обсуждать это! — в значительной степени исчезнет без этого последнего правила нечетного адреса о вращениях вверх-вниз. Способность двух электронов делить одно и то же пространство за счет противоположных спинов дает некоторым атомам возможность украсть электрон у других атомов, создав уютный дом с общим адресом вдали от дома — эффект, который в химии называется ионной связью. В других случаях правило образования пар вверх-вниз позволяет двум атомам поровну разделить пару электронов, что также называется ковалентной связью.

Видеть значит верить

Однако я думаю, что ваш вопрос был больше сосредоточен на обнаружении «явления, видимого невооруженным глазом, которое требует квантовой механики», и что вы хотели чего-то более глубокого и большого , чем просто подведение итогов крупномасштабного столкновения многих очень малых квантовых событий. Я подозреваю, что вы надеялись на то, что сможет увидеть невооруженным глазом, без необходимости в лаборатории, заполненной экзотическим оборудованием.

Такие вещи действительно существуют. Фактически, вы, скорее всего, прямо сегодня утром рассмотрели пример. Их называют зеркалами.

То есть способность полированных металлов отражать прекрасно точные изображения окружающих их миров, в то время как большинство (не все!) Других веществ являются темными, тусклыми или прозрачными, — это тип крупномасштабного квантового события, которое вызывает каждый немного страннее экзотики, такой как лабораторные бозе-конденсаты. Это классический пример того, как знакомство порождает безразличие: металлическое отражение настолько распространено и легко поддается наблюдению, что мы забываем, насколько оно странно и неклассично.

Расстояние наружу, для реального

Так почему же металлическое отражение является глубоко квантовым?

На самом деле, это квантово во многих отношениях. Первый шаг заключается в том, что вы должны отправить огромное количество электронов в своего рода любопытную альтернативную форму пространства, в которой системы координат для нахождения электрона больше не состоят из трех направлений пространства, а вместо этого должны быть выражены в три направления импульса .

Как может электрон «потеряться» в обычном пространстве? То, как они туда попадают, звучит на удивление несложно и обыденно: в металлах определенным электронам дается свобода перемещаться по всему объему металла.То есть атомы металлов твердо верят в своего рода совместное использование некоторыми из своих электронных детей в рамках всего сообщества, не заботясь ни в малейшей степени о том, окажется ли их собственный электрон действительно очень далеко, пока другие электроны остаются достаточно близко, чтобы компенсировать их положительные заряды.

Блуждающий электрон не будет казаться таким уж необычным, пока вы не поймете, что электроны настолько легкие, что квантовую механику нельзя игнорировать. Что квантовая механика делает с очень легкими объектами, так это то, что их квантовые описания начинают занимать пространство по всему всему объему металла , по которому они бродят.То есть, вместо того, чтобы электрон двигался назад и поперек кристалла, как это делал бы массивный классический объект, невозмущенный и свободно перемещающийся электрон наиболее точно представлен как находящийся в равной степени во всех местах в металле одновременно .

Попробуйте проделать этот трюк на своей машине!

Какой ваш адрес, пожалуйста?

Однако, поскольку в любом отдельном куске металла сверхлегкие общие электроны все делают одно и то же: «Я везде!» Уловка в то же время возникает проблема с той проблемой адреса, о которой я упоминал ранее: каждый электрон во вселенной должен иметь полностью уникальный адрес.

Если все эти потерянные электроны делят пространство в одном и том же куске металла, это означает, что они также находятся в практически идентичных (даже если нечетных) местах в обычном пространстве … и этого просто не будет. Это означает, что каждый такой электрон в металле должен найти новый способ сохранить уникальный «адрес» во Вселенной. Вариант «вверх-вниз» помогает, но позволяет использовать один и тот же адрес только для двух электронов. Итак, единственный оставшийся вариант — электроны начать восхождение к единственному оставшемуся набору координат, который представляет собой разнообразный диапазон скоростей и направлений (скоростей), называемый импульсным пространством.

Теперь я должен отметить, что при наблюдении за этим процессом с нашей точки зрения обычного пространства с координатами XYZ, электроны, поднимающиеся в импульсное пространство, просто выглядят так, как будто все они приобретают разные скорости, что не звучит так уж экзотично. Но на электроны, движущиеся в импульсном пространстве, на самом деле все обстоит иначе. Вот основная причина, почему: на самом деле электроны могут сталкиваться друг с другом , когда они входят в импульсное пространство, точно так же, как молекулы воды, заполняющие контейнер в обычном пространстве.Все эти толчки и толчки в импульсном пространстве вынуждают электроны распространяться и занимать там больше места, опять же, что поразительно похоже на то, как молекулы воды накапливаются в обычном пространстве XYZ.

Квантовый всплеск

Фактически, процесс столкновения и распространения электронов в импульсном пространстве настолько похож на то, как молекулы воды заполняют контейнер, что такое скопление электронов в металлах называется море Ферми .(В стороне: у Энрико Ферми, должно быть, был действительно хороший пресс-агент, работавший на него, учитывая все крутые вещи, которые названы в его честь в физике.) Этот тип жидкости в импульсном пространстве даже имеет четко определенную поверхность, как обычная жидкость.

Однако напомним, что с нашей точки зрения в обычном пространстве XYZ электроны, скопившиеся в импульсном пространстве, просто кажутся движущимися с разными скоростями. Эта эквивалентность означает, что электроны, расположенные ближе к поверхности моря Ферми в импульсном пространстве, обязательно должны двигаться быстрее в обычном пространстве XYZ.Фактически, для хорошего проводника, такого как серебро, электроны на поверхности моря Ферми действительно движутся очень быстро. Поскольку скорость для небольшого объекта — это то же самое, что мы называем теплом, насколько горячими (насколько горячими) становятся эти электроны в конечном итоге?

Мы чувствуем себя горячими, горячими, горячими

Что ж, если бы электроны на вершине моря Ферми в большом куске серебра внезапно потеряли всю свою энергию, оно испускалось бы в форме рентгеновских лучей. Взрыв будет настолько мощным, что любой, кто окажется поблизости, погибнет.Это очень круто! К счастью для владельцев ювелирных изделий, этого категорически не может произойти, потому что все электроны, находящиеся ниже в море Ферми, отказываются сдвинуться с места. Им действительно нравятся более прохладные места в инерционном пространстве, и они не собираются отказываться от них!

Зеркало Зеркало на стене

Теперь пришло время вернуться ко всему этому к вопросу о том, можете ли вы «увидеть» квантовые эффекты в масштабе обычной жизни.

Квантовая магия начинается всякий раз, когда вы смотрите в обычное зеркало.Как только вы это сделаете, вы уже смотрите в море электронов, которые с квантово-механической точки зрения не существуют в обычном космосе. Они «теряются» в пространстве XYZ, которое мы знаем лучше всего, пространстве, в котором их точные квантовые представления в некоторых случаях достигают размеров всей поверхности зеркала.

И большая часть этих потерянных электронов также скрыта! Это потому, что свет, который мы видим отражающимся от зеркала, исходит только от очень небольшого процента электронов моря Ферми, особенно от очень горячих электронов на самой вершине моря Ферми.Это потому, что они — единственные электроны, у которых есть «пространство для маневра», чтобы принять фотон и поиграть с ним.

Происходит вот что: электрон на поверхности моря Ферми может принять частицу света, фотон, и тем самым немного ускориться. Но в отличие от электронов в глубине моря, когда электрон на поверхности ускоряется, он создает «пустое пятно» в море Ферми. Этот процесс очень похож на то, как брызги воды могут подняться в воздух, но затем понимают, что под ними больше нет воды, чтобы поддерживать их.В отличие от воды в море, брызги над поверхностью воды нестабильны: они должны падать обратно на поверхность.

Очень похоже на такой всплеск воды, электрон на поверхности Ферми, на который «брызгает» падающая частица света (фотон), не имеет под собой опоры, чтобы удерживать его там. Значит, он должен вернуться на поверхность моря Ферми. При этом он отказывается от энергии фотона, которую он так кратковременно удерживал, повторно излукая почти идентичную версию фотона, которую он только что поглотил.Это переизлучение фотона из электрона на поверхности Ферми является наименьшей и наиболее фундаментальной единицей отражения, событием, из которого складываются более крупномасштабные отражения.

Простота от сложности

Что действительно интересно в таких повторных выбросах, так это то, что если ваш металл гладкий и сплошной и отполирован на поверхности, каждый такой эффект повторного излучения в конечном итоге направляется высокой симметрией как плоской металлической поверхности, так и ее гладкости. Ферми-море электронов, заставляющее излучаемый фотон (или, точнее, множество фотонов, взаимодействующих по всей поверхности) возникать очень точным образом, который мы называем углом отражения.Это случай, когда сложная физика, управляемая еще более сложной математикой, в конечном итоге дает потрясающе простой результат, и это событие мы просто называем отражением.

И что самое удивительное, эта простота во многом зависит от квантовых эффектов, которые проходят через все зеркало. Для этого требуются электроны, которые коллективно заблудились в обычном пространстве и нашли убежище в пространстве, которое не похоже на пространство, которое мы обычно видим, но все же позволяет им сталкиваться друг с другом. Они образуют жидкость в этом своеобразном импульсном пространстве, море, которое переворачивает с ног на голову само наше понимание того, что такое «объект» или «жидкость» и как он должен себя вести.Мельчайшая полоска этих скрытых электронов затем возвращается к нам, когда они бороздят поверхность своих скрытых, демонстрируя невероятные скорости, которых они достигли, отбрасывая фотоны обратно в нас в акте согласованного жонглирования, который мы видим как в яркой яркости зеркало, или красота сверкающего орнамента, или немного яркого серебра или золота.

Финал: уделите время размышлениям

Итак, металлическое отражение — это глубоко квантовое событие, происходящее в человеческом масштабе, уникально красивое и полезное.Если вы находите свою Вселенную немного скучной по утрам, найдите момент, чтобы поздороваться с этой милой квантовой странностью, когда вы посмотрите в утреннее зеркало! И подумайте немного о своем отражении, чтобы напомнить вам, в какой удивительной вселенной мы живем.

$
$

Приложение 20.06.2015: Видение как квантовая физика

Я должен добавить пример крупномасштабных квантовых явлений, которые намного ближе к дому, чем зеркало. Это факт, что вы вообще можете видеть.

Линзы, в том числе и линзы в ваших глазах, — это в высшей степени квантовые устройства. Если бы не квантово-механическое преобразование крупномасштабной формы линзы в руководство по перемещению микроскопических частиц света (фотонов), линзы в ваших глазах были бы непрозрачными, как сталь, и вы бы не читали этот текст. .

Проблема заключается в следующем: поскольку свет излучается и принимается в виде крошечных частиц, подобных единицам энергии, или фотонам, классическая физика требует, чтобы эти фотоны оставались частицами во время своего путешествия между этими двумя точками.

И это проблема. В конце концов, как электромагнитный фотон проходит через линзу, полную атомов, богатых электронами, которые должны бить его так или иначе, как лабиринт ошеломляющей сложности, не говоря уже о формировании изображения? Он может несколько мгновений подпрыгивать в самых внешних атомных слоях линзы, но у него не будет шансов проникнуть глубже, прежде чем он будет потерян или поглощен.

Именно квантовая механика спасает нас от парадокса классической фотонной слепоты.

Математически квантовая механика позволяет одиночному фотону «исследовать» всю форму линзы посредством процесса, называемого интегрированием всех возможных историй. Классически этот процесс не имеет никакого смысла, так как фотон как бы исследовал буквально все возможные пути между своей начальной и конечной точками. Эти виртуальные исследования затем суммируются особым образом, чтобы получить волновую функцию фотона, которая сообщает, какой пучок путей с наибольшей вероятностью будет содержать настоящий фотон.

Именно этот бесконечный набор путей виртуальных фотонов позволяет одиночному фотону «унюхать» общую форму и форму линзы, такой как линзы в ваших глазах. Учитывая невероятно крошечное количество энергии, содержащееся в одном фотоне по сравнению с огромной линзой человеческого масштаба, это довольно выдающийся подвиг. Это примерно то же самое, что вывести на орбиту маленький фонарик и «увидеть» форму всей Земли, направив ее на ночную сторону. Примечательно то, что каждый фотон должен делать это сам по себе, поскольку результат просвечивания каждого фотона в луче света один за другим через линзу такой же, как и при освещении их всех одновременно.

Суть в следующем: каждая форма отражения, преломления или прозрачности, которую вы видите при использовании обычного света, в значительной степени является чудом квантовой механики. Ни один из этих эффектов не может существовать без фотонов, «вынюхивающих» крупномасштабную форму зеркала, линзы или окна (которое на самом деле является просто плоской линзой) таким образом, чтобы они могли игнорировать невероятную сложность этих объектов. Вместо этого сосредоточьтесь на их общей форме и оптических свойствах.

Итак, как далеко вам нужно зайти, чтобы увидеть глубоко квантовые эффекты в повседневной жизни? Совсем недалеко, потому что сам акт использования глаз для поиска таких эффектов является глубоко квантовым.

Полный список курсов по физике | Физика

Номер курса

Название курса

Описание

ФИЗ 0030 Основы физики A

Знакомит с механикой движения. Предназначен для концентраторов в других естественных науках, кроме физики, в том числе для студентов-медиковPHYS0030 применяет алгебру, геометрию, тригонометрию и аналитическую геометрию. Студентам с большим опытом в области математического анализа следует подумать о том, чтобы вместо этого взять PHYS0050 или PHYS0070. Состоит из лекций и лаборатории.

Рекомендуется: MATH0090 или MATH0100.

PHYS 0040 Основы физики B

Этот курс знакомит с фундаментальными элементами электрических и магнитных явлений, оптики и волновой оптики, а также с избранными темами современной физики.Материалы вводятся через лекции, семинары и лабораторные занятия. Обсуждаемые темы включают: электрическую силу, поле и потенциалы, схемы и элементы схем, магнитные поля и магнитные явления, индукцию, электромагнитные волны, оптику, интерференцию и дифракцию, дуальность волны-частицы и фотоэлектрический эффект, а также радиоактивность. Курс преподается на уровне, предполагающем знакомство с алгеброй и тригонометрией, но без математического анализа. Студентам с сильным опытом в области математического анализа следует рассмотреть возможность использования PHYS0060.Настоятельно рекомендуется PHYS0030 или сильное образование в области механики средней школы.

PHYS 0060 Основы электромагнетизма и современной физики

Этот курс предоставляет основанное на исчислении введение в принципы и явления электричества, магнетизма, оптики и концепций современной физики. Он предназначен для концентраторов науки и подчеркивает концептуальное понимание принципов физики и развитие вычислительных навыков, необходимых для применения этих принципов в физической вселенной.

Предпосылка: PHYS0050.

PHYS 0112 Чужие миры: поиск внеземных планет и внеземной жизни

Курс будет охватывать значительные достижения в обнаружении и описании
планетных систем за пределами Солнца за последние почти 30 лет. Мы будем изучать методы обнаружения планет за пределами нашей солнечной системы, свойства экзопланет, открытых на данный момент, и перспективы будущих открытий, с акцентом на поиск «аналогов Земли» и значение для астробиологии.

За последние 30 лет в нашем понимании планет произошла революция.
Первая экзопланета была открыта в 1988 году, и сегодня мы знаем о тысячах планет
за пределами нашей Солнечной системы. Большое разнообразие планет и конфигураций планет позволило нам по-новому взглянуть на формирование и характеристики планет. Многие вещи, которые мы считали само собой разумеющимися, когда нам нужно было описать только солнечную систему, оказались неправдой. Удивительно, но даже не видя напрямую большинство этих планет, мы можем понять их состав, климат и вероятность того, что на них будет жизнь.В этом курсе мы представим эти новые открытия и исследуем, как наше понимание планет, обитаемых миров и поиск жизни во Вселенной изменилось в результате этих открытий.

PHYS 0114 Наука и технология энергетики

Этот курс познакомит студентов с фундаментальными законами, регулирующими энергию и ее использование. Физические концепции будут обсуждаться в контексте важных технологических приложений энергии.Физические концепции включают механическую энергию, термодинамику, цикл Карно, электричество и магнетизм, квантовую механику и ядерную физику. Технологические приложения включают ветровую, гидро- и геотермальную энергию, двигатели и топливо, передачу и хранение электроэнергии, солнечную энергию и фотоэлектрическую энергию, ядерные реакторы и биомассу.

PHYS 0120 Приключения в Наномире

Этот класс представляет собой семинар первого года по нанонауке и квантовой информации.Ричард Фейнман сказал: «Внизу много места» о возможности создания машин размером с молекулы, работающих в соответствии с квантовой механикой. Ученые сейчас изучают искусство. На этом семинаре мы используем базовую физику и простые математические модели, чтобы понять явления и материалы в наномире, от искусственных атомов и квантовых проводов до квантовой механики информации. Мы посещаем несколько лабораторий в здании Barus & Holley и за его пределами. Класс не требует никакого научного образования.

PHYS 0160 Введение в теорию относительности и квантовую физику

Этот курс представляет собой математически строгое введение в специальную теорию относительности, волны и квантовую механику. Это второй курс из трех семестров для тех, кто ищет сильнейшие основы физики, а также подходит для студентов, которым лучше знакомить с современной физикой, чем с электромагнетизмом.

Предварительные требования: PHYS0050 или PHYS0070 (обратите внимание, что ни ENGN0030, ни AP Physics не подходят).Рекомендуется MATH0180 или MATH0200.

PHYS 0220 Астрономия

Концептуальное введение в основные идеи и наблюдения в астрономии. Темы включают: свойства света; наблюдаемое небо; историческое развитие астрономических идей; свойства и жизненные циклы звезд; черные дыры; галактики; и эволюция Вселенной в целом («космология»). Особое внимание уделяется физическим законам, регулирующим астрономические объекты и системы.Материал рассматривается на более базовом уровне, чем PHYS0270. Будут использоваться основы алгебры и тригонометрии, но никакого опыта в области исчисления не требуется. Курс включает вечерние лабораторные занятия.

PHYS 0500 Продвинутая классическая механика

Мы рассмотрим классическую механику на более сложном уровне и представим новую структуру, то есть лагранжеву и гамильтонову механику, которая может упростить решение проблем механики и будет полезна позже в других продвинутых классах физики, таких как квантовая механика.

Пререквизиты: механика нижнего уровня, математический анализ и базовые знания решения дифференциальных уравнений, в частности, дифференциальных уравнений второго порядка с постоянными коэффициентами.

PHYS 0560 Эксперименты в современной физике

Этот курс обучает квантовой механике через эксперимент, дает представление о современной физике и некоторых важных исторических фактах.Кроме того, этот курс развивает лабораторные навыки и навыки анализа данных, знакомит студентов с относительно современными экспериментальными методами исследования и дает студентам представление о том, как устроены эксперименты. Это письменный курс, развивающий навыки научного письма. В то же время презентационный компонент развивает навыки устного общения.

Требования: бакалавриат PHYS0070, минимальная оценка S и бакалавриат PHYS0160, минимальная оценка S или бакалавриат PHYS0050, минимальная оценка S и уровень бакалавриата PHYS0060, минимальная оценка S и уровень бакалавриата PHYS0470, минимальная оценка S.

PHYS 1100 Введение в общую теорию относительности

Обзор специальной теории относительности. Формализм тензоров. Уравнения Эйнштейна. Решение Шварцшильда. Экспериментальные проверки общей теории относительности. Больше общих черных дыр. Гравитационные волны. Более сложные темы.

Предварительные требования: PHYS0470, PHYS0500

PHYS 1170 Введение в ядерную физику и физику высоких энергий

Phys 1170 обеспечивает качественное введение в современную физику элементарных частиц для студентов бакалавриата.Основное внимание в курсе уделяется стандартной модели физики элементарных частиц, которая оказалась весьма успешной в описании свойств и поведения элементарных частиц и полей, фундаментальных строительных блоков нашей Вселенной. Также будут выделены актуальные темы, новые разработки и нерешенные проблемы. Будет дан краткий обзор экспериментальных методов, таких как методы обнаружения элементарных частиц, конструкции детектора и ускорителя. Чтобы пройти этот курс, вам необходимо пройти как минимум два семестра по квантовой механике: первый семестр по квантовой механике PHYS 1410 или эквивалент; Второй семестр квантовой механики 1420 можно было пройти одновременно.

PHYS 1250 Звездная структура и межзвездная среда

Этот курс представляет собой введение в астрофизику звезд: их структуру, формирование и эволюцию. Поскольку звезд не существует в вакууме (просто рядом с ним!), Мы также обсудим важные соображения, касающиеся газа между звездами (межзвездной среды) и его связи со звездами, звездообразованием и эволюцией.Понимание того, как работают звезды, необходимо для понимания Вселенной. Вместе с Ph2270 (внегалактическая астрофизика) и Ph2280 (космология) этот курс является частью цикла, нацеленного на охват всей астрофизики.

Темы: гидростатическое равновесие; Звездная структура; Перенос излучения в звездах; Звездный нуклеосинтез; Тепловой транспорт; Атомная и ионная непрозрачность; Звездные Атмосферы, Звездная эволюция; Звездные нестабильности; Сверхновые и планетарные туманности; Компактные объекты; Структура ISM; Энергетический цикл ISM; ISM Chemistry; Звездообразование; ISM Dynamics; Протозвезды;

PHYS 1420 Квантовая механика B

Этот курс представляет собой вторую часть всеобъемлющего курса квантовой механики.В нем рассматриваются нетривиальные концепции и приложения квантовой механики. Квантование интеграла по путям Фейнмана рассматривается сначала как дополнение к стандартному операторному квантованию Гейзенберга и Шредингера. Продемонстрирована эквивалентность трех методов. Затем следует изучение симметрий в системах одного и двух тел. Подробно обсуждаются угловые моменты и спектры водорода и гелия. Сформулированы методы теории возмущений и дано исследование рассеяния. Обсуждение идентичных частиц и статистики завершает курс.

PHYS 1560 Лаборатория современной физики

Этот курс дает практический опыт работы с некоторыми экспериментальными методами современной физики и, в процессе, углубляет понимание отношений между экспериментом и теорией. Студенты проведут шесть экспериментов с явлениями, открытия которых привели к крупным достижениям в физике. За многие эксперименты вы бы получили Нобелевскую премию, если бы вы сделали это первым.

Предварительные требования: PHYS0470, PHYS0500 и PHYS0560; и MATH0520, MATH0540 или PHYS0720; или утвержденные эквиваленты. НАПИСАТЬ

ФИЗ 1600 Вычислительная физика

Введение в научные вычисления применительно к проблемам физики. Этот курс представляет собой общий обзор численных методов с упором на использование этих методов для лучшего понимания физических систем.Темы включают численное решение дифференциальных уравнений, хаотических систем, статистическое моделирование, молекулярную динамику и моделирование методом Монте-Карло.

Предварительные требования: PHYS0070, PHYS0160 (или PHYS0050, PHYS0060) и PHYS2070; MATH0180 и MATH0200 или MATH0350.

PHYS 1931S Медицинская физика

Медицинская физика — это прикладная область физики, связанная с применением концепций и методов для диагностики и лечения заболеваний человека.Это союзники медицинской электроники, биоинженерии, физики здоровья. Студенты ознакомятся с основными текстами и литературой по медицинской физике, познакомятся с методами визуализации и лечения, а также с процедурами контроля качества. Студенты получат физическую и научную подготовку, чтобы задавать вопросы и решать проблемы в области медицинской физики. Темы включают в себя визуализацию — показатели визуализации, ионизирующее излучение, радиационную безопасность, радиоактивность, компьютерную томографию, ядерную медицину, ультразвук, магнитно-резонансную томографию и радиационную терапию — системы доставки, планирование лечения, брахитерапию, визуализацию.

Предварительные требования: PHYS 0030 и (ENGN 0930L или 1930L) или минимальный балл WAIVE в «PreReq для аспирантов».

PHYS 1970C Теория струн для студентов

Введение в теорию струн для старших курсов бакалавриата. Обсуждаемые темы включают специальную теорию относительности, симметрии и теорему Нётер, нерелятивистские струны, релятивистские частицы и струны, квантование струн и фиксацию калибровки, электродинамику в различных измерениях, суперсимметрию и избранные продвинутые темы.

Необходимое условие PHYS0470 и необходимое PHYS1410.

ФИЗ

1970D

Статистическая физика в выводах и (глубоком) обучении В этом курсе студенты будут изучать принципы статистической физики, лежащие в основе вероятностного вывода и различных архитектур нейронных сетей. Курс предназначен для преодоления разрыва между подходами к преподаванию современной статистической физики, которые либо являются чисто теоретическими, либо в основном сосредоточены на ее приложениях в анализе данных.С этой целью будут предприняты сознательные усилия по изучению таких тем, как: модели MaxEnt, вариационные методы, правило Хебба, компромисс смещения и дисперсии, регуляризация и другие с аналитическими выводами, а также разработанные примеры кода в записных книжках Jupyter. Курс предназначен как для студентов, так и для аспирантов; Хотя предварительные знания статистической физики и программирования были бы полезны, курс разработан так, чтобы быть самодостаточным, и все соответствующие концепции будут рассмотрены перед обсуждением их приложений.

ФИЗ

1970G

Топологические вопросы

Это курс по топологии в физике, в котором содержится минимум элементарной топологии. Основная тема — теория, лежащая в основе недавно открытых материалов, называемых топологическими изоляторами, и то, что отличает их от обычных или тривиальных изоляторов. Также рассматривается экспериментальная ситуация.

Пререквизиты: Некоторые знания и интерес к физике и математике.Никаких специальных курсов не требуется, но необходим достаточно гибкий ум, готовый выслушивать новые странные идеи.

ФИЗ 1980 Бакалавриат по физике Экспериментальные или теоретические исследования под руководством преподавателя физики. У каждого профессора есть номер секции.
ФИЗ 1990 Старший конференц-курс Этот класс включает в себя тесное взаимодействие с преподавателем физики, например, курс чтения или контролируемое исследование.У каждого профессора есть номер секции.
PHYS 2010 Методы экспериментальной физики

Курс направлен на то, чтобы помочь студентам докторантуры и магистратуры изучить экспериментальные методы и развить экспериментальные и научные коммуникативные способности в основных областях современной физики. Мы обсуждаем применение научного метода. В течение семестра проводятся четыре основных эксперимента. Студенты развивают навыки, включая наблюдение и измерение физических явлений, анализ и интерпретацию данных (в основном с использованием записных книжек Python), четко определяя и включая возможные источники ошибок, а также делая выводы и публикуя результаты экспериментов.Студенты также учатся навыкам научной презентации и тому, как правильно читать опубликованные результаты и ссылки.

Предварительные требования: Нет (обратите внимание, что этот курс предназначен для студентов докторантуры и магистра наук. В расписании студентов бакалавриата обычно недостаточно времени, чтобы пройти этот курс)

PHYS 2040 Классическая теоретическая физика II

Электростатика проводников и диэлектриков.Краевые задачи. Магнитостатика. Уравнения Максвелла и макроскопический электромагнетизм. Законы сохранения в электродинамике. Электромагнитные волны и распространение волн. Специальная теория относительности. Релятивистские частицы и электромагнитные поля. Электромагнитное излучение. Другие темы, если позволяет время.

Пререквизиты: PHYS2030 и знание основ электромагнетизма на бакалавриате.

PHYS 2060 Квантовая механика II

Второй семестр строгого годичного курса квантовой механики для аспирантов.Будут подчеркнуты две области: (1) Основные инструменты квантовой механики, включая добавление углового момента, теории возмущений и рассеяния, а также введение в релятивистскую квантовую механику. (2) Ключевые результаты квантовой механики, такие как раствор атома водорода, золотое правило Ферми и спонтанный распад возбужденных состояний атомов.

Пререквизиты: Квантовая механика на уровне бакалавриата и на уровне PHYS2050.Многопараметрическое исчисление, линейные обыкновенные и дифференциальные уравнения в частных производных, линейная алгебра. Готовность и способность изучать и использовать Python в простой вычислительной квантовой науке.

PHYS 2100 Общая теория относительности и космология

Этот выпускной курс по общей теории относительности и космологии будет охватывать принципы общей теории относительности Эйнштейна, дифференциальную геометрию, формулировку первого порядка общей теории относительности (теория Эйнштейна-Картана), экспериментальные проверки общей теории относительности и черные дыры.Вторая половина курса будет посвящена релятивистской космологии с упором на ее взаимодействие с теорией поля.

PHYS 2140 Статистическая механика

Этот курс обеспечивает введение для выпускников в основы классической и квантовой статистической механики с приложениями к идеальным газам (включая магнитные свойства электронных газов и конденсацию Бозе-Эйнштейна), взаимодействующим системам и фазовым переходам, включая введение в ренормализационную группу. и масштабирование при непрерывных фазовых переходах.

Пререквизиты: термодинамика, статистическая механика и квантовая механика.

PHYS 2170 Введение в ядерную физику и физику высоких энергий

Этот курс обеспечивает всестороннее введение в современную физику элементарных частиц для аспирантов и студентов старших курсов. Основное внимание в курсе уделяется подробному описанию Стандартной модели физики элементарных частиц, которая оказалась весьма успешной в описании свойств и поведения элементарных частиц и полей.Выделены актуальные темы, новые разработки и нерешенные проблемы. Особое внимание уделяется экспериментальным методам, результатом которых стали важнейшие открытия в физике элементарных частиц.

Предварительные требования: Введение в квантовую механику (PHYS0560, PHYS1410 или эквивалент).

ФИЗ 2280 Астрофизика и космология

Этот курс является выпускным курсом по космологической модели большого взрыва.Курс охватывает три отдельные области: однородная вселенная (кинематика, динамика, нуклеосинтез большого взрыва, производство реликтовых частиц, бариогенез / лептогенез), неоднородная вселенная (инфляция, теория линейных возмущений роста флуктуаций, космический микроволновый фон, крупномасштабный структура, статистические меры) и нелинейная эволюция бесстолкновительных жидкостей (сферический коллапс, экскурсионные множества, задача N тел).

Для этого необходимо пройти аспирантуру по электродинамике, классической, квантовой и статистической механике, а также по общей теории относительности.Предполагаются базовые знания Стандартной модели физики элементарных частиц, а также вычислительные навыки, которые включают решение связанных уравнений в частных производных.

ФИЗ 2300 Квантовая теория полей I

Введение в квантовую теорию полей. Темы включают теорию скалярного поля, квантовую электродинамику, интегралы по траекториям, теорию возмущений и введение в перенормировку.

PHYS 2340 Теория групп

Этот курс призван дать базовое введение в элементы теории групп, наиболее часто встречающиеся в физике, включая дискретные группы, группы Ли и алгебры Ли.В курсе особое внимание уделяется характерам и теории представлений алгебр Ли. Студенты должны иметь солидный фон в области линейной алгебры, и некоторое знакомство с квантовой механикой может быть полезно.

PHYS 2420 Физика твердого тела II

Продвинутые темы по физике твердого тела. Курс концентрируется на коллективных явлениях и уделяет большое внимание концепции квазичастиц в физике конденсированного состояния.Мы охватываем кинетическую теорию газов, теорию ферми-жидкости, сверхтекучие жидкости и сверхпроводники. Ожидается, что студенты будут знакомы с основами физики твердого тела и квантовой механикой.

PHYS 2600 Вычислительная физика

Введение в научные вычисления применительно к проблемам физики. Этот курс представляет собой общий обзор численных методов с упором на использование этих методов для лучшего понимания физических систем.Темы включают численное решение дифференциальных уравнений, хаотических систем, статистическое моделирование, молекулярную динамику и моделирование методом Монте-Карло.

Предварительные требования: PHYS0070, PHYS0160 (или PHYS0050, PHYS0060) и PHYS2070; MATH0180 и MATH0200 или MATH0350.

ФИЗ

2620H

Квантовые вычисления, информация и зондирование

Квантовая физика изменила нашу жизнь.Благодаря изобретению транзистора каждое электронное устройство в вашей руке является примером приложения квантовой физики. Классический компьютер может стать самым важным приложением и произвести революцию в науке и технологиях. Это помогло бы нам получить огромные вычислительные мощности, которых иначе люди не смогли бы достичь. Действительно, квантовая физика также устанавливает жесткий предел для современной кремниевой технологии. Квантовое туннелирование присутствует в наноразмерных транзисторах и подрывает закон Мура.

Похоже, что мы живем во времена второй квантовой революции, когда квантовая физика становится ключом к раскрытию невообразимой силы квантовых вычислений и квантовой информации. Из-за вероятностного характера квантовой механики квантовую информацию невозможно точно скопировать. Это кардинально меняет правила игры в криптографии; квантовые ключи невозможно взломать по законам природы. Квантовый параллелизм и квантовая интерференция обеспечивают фундаментальную основу для квантовых вычислений и позволяют решать ранее невозможные задачи.

Этот курс начнется с обзора основных концепций квантовой механики, которые обеспечивают физическую интерпретацию квантового мира и квантовых измерений. Мы также представим квантовые схемы, важные квантовые алгоритмы (Дойча-Йозса, Гровера, квантовое преобразование Фурье и т. Д.) И квантовые протоколы (BB84, квантовая телепортация и т. Д.). Реализация квантовых алгоритмов на реальных квантовых компьютерах (IBM QISKit) и квантовых симуляторах практически поможет студентам изучить квантовое кодирование.

ФИЗ

2620J

Статистическая физика в выводах и (глубоком) обучении В этом курсе студенты будут изучать принципы статистической физики, лежащие в основе вероятностного вывода и различных архитектур нейронных сетей. Курс предназначен для преодоления разрыва между подходами к преподаванию современной статистической физики, которые либо являются чисто теоретическими, либо в основном сосредоточены на ее приложениях в анализе данных.С этой целью будут предприняты сознательные усилия по изучению таких тем, как: модели MaxEnt, вариационные методы, правило Хебба, компромисс смещения и дисперсии, регуляризация и другие с аналитическими выводами, а также разработанные примеры кода в записных книжках Jupyter. Курс предназначен как для студентов, так и для аспирантов; Хотя предварительные знания статистической физики и программирования были бы полезны, курс разработан так, чтобы быть самодостаточным, и все соответствующие концепции будут рассмотрены перед обсуждением их приложений.
PHYS 2711 Семинар по исследовательским темам Этот курс включает изучение передовых материалов, представляющих актуальный исследовательский интерес, под руководством члена физического факультета.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.