Документация кафедры > программа курса физики
Программа курса физики.pdf [304,19 Kb]

*Чтобы скачать файл, нажмите на ссылку правой кнопкой мыши и выберите пункт "Сохранить объект как..."
Для чтения файла необходимо скачать и установить программу Adobe Reader



СОДЕРЖАНИЕ КУРСА ФИЗИКИ
ЧАСТЬ 1 
Раздел 1. МЕХАНИКА
Кинематика. Динамика. Законы сохранения. Вращательное движение. Элементы специальной теории относительности.

Введение. Кинематика материальной точки.
Предмет физики. Роль физики в современном естествознании. Представление о свойствах пространства и времени, лежащие в основе классической механики. Кинематика материальной точки. Основные характеристики движения материальной точки: радиус-вектор, траектория, радиус кривизны траектории, перемещение, длина пути, скорость, ускорение, нормальное и тангенциальное ускорение. Кинематика вращательного движения материальной точки по окружности. Угловая скорость и угло-вое ускорение, их связь с линейными характеристиками движения.

Динамика материальной точки.
Принцип относительности Галилея. Инерциальные системы отсчета. Сила. Масса. Законы динамики. Силы в природе: силы упругости, трения, тяготения. Закон всемирного тяготения. Импульс материальной точки. Системы материальных точек: замкнутые и незамкнутые системы. Импульс системы материальных точек. Внешние и внутренние силы. Центр инерции. Закон изменения и закон сохранения импульса. 

Работа и энергия. 
Работа. Работа переменной силы. Мощность. Кинетическая энергия материальной точки. Кинетическая энергия системы материальных точек и ее связь с работой внешних и внутренних сил. Понятие поля. Консервативные силы и потенциальные поля. Поле центральных сил. Потенциальная энергия материальной точки во внешнем силовом поле. Связь силы и потенциальной энергии. Полная механическая энергия. Закон изменения и закон сохранения полной механической энергии.

Механика твердого тела.
Поступательное и вращательное движение твердого тела. Момент силы. Момент импульса. Основное уравнение динамики вращательного движения. Момент инерции. Теорема Штейнера. Закон изменения и закон сохранения момента импульса. Кинетическая энергия вращающегося тела. Работа внешних сил при вращении твердого тела. Колебания математического и физического маятников.

Элементы специальной теории относительности.
Принципы специальной теории относительности (СТО) Эйнштейна. Опыт Майкельсона. Постулаты СТО. Преобразования Лоренца. Релятивистское изменение длин и промежутков времени. Релятивистский закон сложения скоростей. Соотношение между энергией, импульсом и массой. Границы применимости классической механики.

Раздел 2. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА
Молекулярно-кинетическая теория. Термодинамика. Статистическая физика. Кинетика. Реальные газы.

Основные понятия молекулярно-кинетической теории.
Статистический и термодинамический методы исследования. Термодинамические параметры. Равновесные состояния и процессы. Идеальный газ. Изопроцессы идеального газа. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеальных газов. Уравнение Клапейрона-Менделеева. 

Энергия идеального газа. Первое начало термодинамики.
Среднеквадратичная скорость молекул. Молекулярно-кинетическое тол-кование абсолютной температуры. Число степеней свободы молекулы. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы молекул. Внутренняя энергия идеального газа. Работа газа при изменении его объема. Количество теплоты. Первое начало термодинамики. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам идеального газа. Адиабатический процесс. Понятие теплоемкости. Зависимость теплоемкости от вида процесса.

Термодинамика.
Круговой процесс (цикл). Тепловые двигатели и холодильные машины. Цикл Карно для идеального газа и его КПД. Обратимые и необратимые процессы. Второе начало термодинамики. Понятие энтропии. Энтропия идеального газа. Статистическое толкование второго начала термодинамики. 

Статистика идеального газа.
Основные понятия теории вероятности. Закон Максвелла для распределения молекул идеального газа по скоростям и энергиям теплового движения. Закон Больцмана для распределения частиц во внешнем потенциальном поле. Барометрическая формула. Основы кинетики идеального газа: среднее число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул, эффективный диаметр молекулы. Явления переноса: диффузия, теплопроводность, вязкость.

Реальные газы.
Отступления от законов идеального газа. Реальные газы. Силы и потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия. Внутренняя энергия реального газа. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Сравнение изотерм Ван-дер-Ваальса с экспериментальными изотермами. Фазовые переходы. Критическое состояние. Сжижение газов.

ЧАСТЬ 2
Раздел 1. ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ
Постоянное электрическое поле в вакууме и в веществе. Постоянный ток. Магнитное поле в вакууме и в веществе. Явление электромагнитной индукции. Уравнения Максвелла.

Постоянное электрическое поле в вакууме.
Электрические свойства тел. Закон сохранения электрического заряда. Электрическое поле. Вектор напряженности электрического поля. Принцип суперпозиции. Понятие потока вектора напряженности. Теорема Гаусса и ее применение к расчету полей заряженной плоскости, цилиндра, шара. Потенциал электрического поля. Связь напряженности и потенциала. Потенциал поля точечного заряда, сферы, шара. Диполь. Напряженность и потенциал.

Электрическое поле в диэлектриках.
Диэлектрики. Свободные и связанные заряды. Полярные и неполярные молекулы. Электронная и ориентационная поляризация. Электрический диполь. Вектор поляризации. Диэлектрическая восприимчивость и диэлектрическая проницаемость среды. Связь вектора поляризации с плотностью связанных зарядов. Вектор электрической индукции. Теорема Гаусса для вектора электрической индукции. Условия на границе раздела двух диэлектрических сред. 

Проводники в электрическом поле.
Поле внутри проводника и у его поверхности. Распределение зарядов в проводнике. Электроемкость. Электроемкость уединенного проводника. Конденсаторы. Электроемкость конденсатора. Соединения конденсато-ров. Энергия заряженного уединенного проводника, конденсатора и системы проводников. Энергия электрического поля. Объемная плотность энергии.

Постоянный электрический ток.
Природа носителей тока в металлах. Постоянный электрический ток, его характеристики и условия существования. Разность потенциалов, элек-тродвижущая сила, напряжение. Закон Ома. Работа, мощность и тепловое действие тока. Закон Джоуля-Ленца. Законы Ома и Джоуля-Ленца в дифференциальной форме. 

Постоянное магнитное поле в вакууме.
Магнитное поле. Вектор магнитной индукции. Закон Био-Савара-Лапласа и его применение к расчету полей прямого и кругового токов. Вихревой характер магнитного поля. Закон полного тока и его применение к расчету полей соленоида и тороида. 

Действие магнитного поля на токи
Закон Ампера. Взаимодействие параллельных проводников с током. Магнитный момент контура с током. Контур с током в магнитном поле. Магнитный поток. Работа перемещения проводника и контура с током в магнитном поле. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Эффект Холла. Циклотрон.

Магнитное поле в веществе.
Магнитные моменты атомов. Микро- и макротоки. Намагничивание вещества. Вектор намагниченности. Описание магнитного поля в веществе. Вектор напряженности магнитного поля. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость. Закон полного тока для магнитного поля в веществе. Условия для векторов напряженности и индукции магнитного поля на границе раздела двух магнетиков. Типы магнетиков. Диамагнетики и парамагнетики. Ферромагнетизм. Кривая намагничивания. Домены. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. 

Электромагнитная индукция.
Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца. Закон электромагнитной индукции Фарадея. Явление самоиндукции. Индуктивность. Индуктивность соленоида. Токи при замыкании и размыкании цепи. Явление взаимной индукции. Взаимная индуктивность. Энергия магнитного поля. Энергия катушки с током. Плотность энергии магнитного поля.

Уравнения Максвелла.
Основы теории Максвелла для электромагнитного поля. Закон электромагнитной индукции и первое уравнение Максвелла. Ток смещения. Закон полного тока и второе уравнение Максвелла. Система уравнений Максвелла для электромагнитного поля в интегральной форме 

Раздел 2. КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ
Колебания. Волны. Электромагнитные волны.

Свободные колебания.
Общие сведения о колебаниях. Гармонические колебания (механические и электромагнитные) и их характеристики. Свободные незатухающие гармонические колебания в колебательном контуре. Дифференциальное уравнение свободных незатухающих гармонических колебаний и его решение. Свободные механические колебания. Пружинный маятник. Энергия гармонических колебаний в колебательном контуре и в пружинном маятнике. 

Затухающие колебания.
Дифференциальное уравнение свободных затухающих колебаний (механических и электромагнитных) и его решение. Логарифмический декремент и коэффициент затухания. Добротность колебательного контура. Апериодический процесс.

Вынужденные колебания.
Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний для колебательного контура и его решение. Амплитуда и фаза вынужденных колебаний. Резонанс. Резонансные кривые для напряжений и токов в колебательном контуре.

Сложение колебаний
Сложение гармонических колебаний одного направления и одинаковой частоты. Векторная диаграмма. Биения. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний.

Волны.
Механические волны в упругой среде. Продольные и поперечные волны. Волновой фронт и волновая поверхность. Уравнение плоской волны. Длина волны и волновое число. Волновой вектор. Волновое уравнение.

Электромагнитные волны.
Дифференциальное уравнение электромагнитной волны. Плоская электромагнитная волна. Энергия электромагнитной волны. Поток энергии. Вектор Умова-Пойнтинга. 

ЧАСТЬ 3 
Раздел 1. ОПТИКА 
Интерференция. Дифракция. Поляризация. Дисперсия. Квантовые свойства света.

Интерференция света.
Электромагнитная природа света. Электромагнитные волны и их характеристики. Интерференция световых волн. Когерентность и монохроматичность. Пространственная и временная когерентность. Расчет интерференционной картины от двух источников. Оптическая длина пути. Способы получения интерференционных картин. Интерференция света в тонких пленках. Полосы равной толщины и равного наклона. Кольца Ньютона. Практическое применение явления интерференции. Интерферометры.

Дифракция света.
Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Ди-фракция Френеля от диска и круглого отверстия. Дифракция Фраунгофера от щели. Дифракционная решетка. Дисперсия и разрешающая способность дифракционной решетки. Дифракция на пространственной решетке. Формула Вульфа-Брэгга. Исследование структуры кристаллов.

Поляризация света.
Естественный и поляризованный свет. Степень поляризации. Поляри-зация при отражении и преломлении света на границе двух диэлектрических сред. Формулы Френеля. Закон Брюстера. Закон Малюса Двойное лучепреломление. Поляроиды и поляризационные призмы. Пластинки в 1/4 и 1/2 длины волны. Вращение плоскости поляризации. Искусственная анизотропия. Эффект Керра. Эффект Фарадея. 

Тепловое излучение.
Тепловое излучение и его основные характеристики. Испускательная и поглощательная способности. Абсолютно черное тело. Законы теплового излучения. Распределение энергии в спектре абсолютно черного тела. Квантовая гипотеза и формула Планка. Следствия формулы Планка (законы Стефана-Больцмана, Вина, формула Рэлея-Джинса). Оптическая пирометрия.

Квантовые свойства света.
Квантовые свойства света. Фотоэффект. Тормозное рентгеновское излучение. Эффект Комптона. Опыт Боте. Энергия, масса и импульс фотона. Давление света. Опыты Лебедева.

Раздел 2. ОСНОВЫ АТОМНОЙ ФИЗИКИ 
Спектры. Атом. Введение в квантовую механику. Лазер.

Боровская теория атома.
Атомные спектры.  Сериальные формулы. Опыт Резерфорда. Постулаты Бора. Опыт Франка и Герца. Элементарная теория атома водорода. Рентгеновские характеристические спектры. Закон Мозли.

Волновые свойства частиц.
Гипотеза де Бройля. Длина волны де Бройля. Опытное обоснование корпускулярно-волнового дуализма. Волновая функция и ее статистический смысл. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Уравнение Шредингера. Стационарное уравнение Шредингера. Собственные функции и собственные значения. Квантовомеханическое описание частицы в бесконечно глубокой прямоугольной потенциальной яме.

Взаимодействие излучения с веществом. Лазеры.
Поглощение излучения, спонтанное и вынужденное испускание излучения. Резонансное поглощение. Инверсная заселенность уровней и способы ее создания. Ширина линии. Лазеры (рубиновый и гелий-неоновый). 

Раздел 3.  ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА И ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ 
Атомное ядро. Ядерные реакции. Элементарные частицы.

Строение атомного ядра.
Заряд, размер и масса атомного ядра. Массовое и зарядовое числа. Состав ядра. Нуклоны. Понятие о свойствах и природе ядерных сил. Энергия связи ядра. Удельная энергия связи ядра и ее зависимость от массового числа. Альфа-,  бета- и гамма- распад и их закономерности. Закон радиоактивного распада. Активность. 

Радиоактивность. Ядерные реакции.
Радиоактивность. Закономерности альфа  и бета - распадов атомных ядер. Закон радиоактивного распада. Активность, период полураспада, среднее время жизни ядер. Ядерные реакции и законы сохранения. Реакции деления ядер. Цепная реакция. Реакция синтеза ядер. Элементарные частицы и античастицы. Виды взаимодействия частиц и их объединение в рамках единой теории. Кварки. Систематика элементарных частиц.