Документация кафедры > программа курса физики
Программа курса физики (очная форма обучения).pdf [230,54 Kb]

Программа курса физики (очно-заочная форма обучения).pdf [229,3 Kb]

Программа курса физики (заочная форма обучения).pdf [229,15 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 ОЧНОЙ ФОРМЫ ОБУЧЕНИЯ

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 угловое 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 толкование 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. Потенциальность постоянного электрического поля. Циркуляция вектора напряженности. Потенциал поля. Связь напряженности и потенциала. Потенциал точечного заряда. Диполь. Напряженность и потенциал электрического поля диполя.

Электрическое поле в диэлектриках.

Диэлектрики. Свободные и связанные заряды. Полярные и неполярные молекулы. Электронная поляризация. Ориентационная поляризация. Вектор поляризации. Электрическое поле внутри диэлектрика. Диэлектрическая восприимчивость и диэлектрическая проницаемость среды. Вектор электрической индукции. Теорема Гаусса для электрической индукции. Электрическое поле на границе раздела двух диэлектрических сред. Сегнетоэлектрики.

Проводники в электрическом поле.

Поле внутри проводника и у его поверхности. Распределение зарядов в проводнике. Электроемкость. Электроемкость уединенного проводника. Конденсаторы. 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, электродвижущая сила, напряжение. Закон Ома. Работа, мощность и тепловое действие тока. Закон Джоуля-Ленца. Законы Ома и Джоуля-Ленца в дифференциальной форме. Сверхпроводимость. Электрический ток в газах. Несамостоятельный и самостоятельный разряды. Газоразрядная плазма. Работа выхода электронов из металла. Термоэлектронная эмиссия.

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. Относительный характер электрической и магнитной составляющих электромагнитного поля.

Действие магнитного поля на токи

Закон Ампера. Взаимодействие параллельных проводников 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.

Магнитное поле в веществе.

Магнитные моменты атомов. Микро- и макротоки. Намагничивание вещества. Вектор намагничивания. Описание магнитного поля в веществе. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость. Вектор напряженности магнитного поля. Магнитное поле на границе раздела двух магнетиков.

Магнетики.

Магнетики. Типы магнетиков. Магнитный момент и момент импульса. Спин электрона. Элементарная теория диамагнетизма. Элементарная теория парамагнетизма. Ферромагнетизм. Зависимость магнитной восприимчивости от температуры (закон Кюри). Кривая намагничивания. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Домены. Спиновая природа ферромагнетизма.

Электромагнитная индукция.

Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца. Закон Фарадея-Максвелла. Явление самоиндукции. Индуктивность. Токи при замыкании и размыкании цепи. Явление взаимной индукции. Взаимная индуктивность. Энергия системы проводников с током. Плотность энергии магнитного поля.

Уравнения Максвелла.

Основы теории Максвелла для электромагнитного поля. Ток смещения. Уравнения Максвелла для электромагнитного поля в интегральной и дифференциальной формах.


Раздел 2. КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ

Колебания. Волны. Электромагнитные волны.

Колебания.

Общие сведения о колебаниях. Гармонические колебания (механические и электромагнитные) и их характеристики. Дифференциальное уравнение гармонических колебаний и его решение. Энергия гармонических колебаний. Электрический колебательный контур.

Затухающие колебания.

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

Вынужденные колебания.

Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний и его решение. Амплитуда и фаза вынужденных колебаний. Резонанс. Резонансные кривые колебательного контура.

Волны.

Волновые процессы. Механизм образования механических волн в упругой среде. Продольные и поперечные волны. Синусоидальные (гармонические) волны. Уравнение плоской волны. Длина волны и волновое число. Волновой вектор. Волновое уравнение.

Электромагнитные волны.

Дифференциальное уравнение электромагнитной волны. Плоская электромагнитная волна. Основные свойства электромагнитных волн. Поток энергии. Вектор Умова-Пойнтинга. Интенсивность электромагнитной волны. Фазовая скорость и дисперсия волн. Волновой пакет. Групповая скорость. Стоячие волны. Эффект Допплера. Законы отражения и преломления электромагнитных волн на границе раздела двух диэлектрических сред.

 

ЧАСТЬ 3

Раздел 1. ОПТИКА

Интерференция. Дифракция. Поляризация. Дисперсия. Квантовые свойства света.

Интерференция света.

Электромагнитная природа света. Скорость света. Световой поток. Интенсивность и другие фотометрические характеристики. Интерференция световых волн. Принцип суперпозиции. Когерентность и монохроматичность. Время и длина когерентности. 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. Интерферометры. Применение интерференции.

Дифракция света.

Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция Френеля от диска и круглого отверстия. Дифракция в параллельных лучах 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. Закон Малюса. Степень поляризации. Поляризация при отражении и преломлении света на границе двух диэлектрических сред. Формулы Френеля. Угол Брюстера. Естественная анизотропия. Одноосные кристаллы. Поляроиды и поляризационные призмы. Пластинки в 1/4 и 1/2 длины волны. Искусственная анизотропия. Электрооптические эффекты Керра и Поккельса. Упругооптический эффект. Вращение плоскости поляризации. Оптическая активность. Магнитооптический эффект Фарадея.

Тепловое излучение.

Равновесное излучение. Испускательная и поглощательная способности. Абсолютно черное тело. Закон Кирхгофа. Распределение энергии в спектре абсолютно черного тела. Формула Рэлея-Джинса. "Ультрафиолетовая катастрофа". Квантовая гипотеза и формула Планка. Следствия формулы Планка. Законы Стефана-Больцмана и Вина. Оптическая пирометрия.

Квантовые свойства света.

Корпускулярно-волновой дуализм излучения. Энергия и импульс фотона. Тормозное рентгеновское излучение и его коротковолновая граница. Фотоэффект. Уравнение Эйнштейна фотоэффекта. Виды фотоэффекта. Эффект Комптона и его теория. Давление света. Опыты Лебедева. Квантовое и волновое объяснения давления света.


Раздел 2. ОСНОВЫ АТОМНОЙ ФИЗИКИ

Спектры. Атом. Введение в квантовую механику. Лазер.

Боровская теория атома.

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

Волновые свойства частиц.

Гипотеза де Бройля. Длина волны де Бройля. Опытное обоснование корпускулярно-волнового дуализма частиц. Дифракция электронов. Соотношение неопределенностей. Волновая функция и ее статистический смысл. Уравнение Шредингера. Стационарные состояния. Принцип соответствия.

Взаимодействие излучения с веществом. Лазеры.

Поглощение излучения, спонтанное и вынужденное испускание излучения. Резонансное поглощение. Вывод формулы Планка по Эйнштейну. Кинетика вынужденных переходов. Инверсная заселенность уровней и способы ее создания. Трех и четырехуровневые схемы накачки.  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.

Радиоактивность. Ядерные реакции.

Радиоактивность. Закономерности a  и b - распадов атомных ядер. Закон радиоактивного распада. Активность. Ядерные реакции и законы сохранения. Реакции деления ядер. Цепная реакция. Реакция синтеза ядер. Ядерная и термоядерная энергетика. Проблема управляемых термоядерных реакций. Методы получения и наблюдения элементарных частиц. Космические лучи и ускорители.