Ким Т.А. Ляховский Н.П. Общая физика - файл n1.doc

Ким Т.А. Ляховский Н.П. Общая физика
скачать (531.3 kb.)
Доступные файлы (2):
n1.doc1134kb.11.10.2005 18:02скачать
n2.doc1178kb.11.10.2005 18:02скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5   6


Министерство образования Российской Федерации

Красноярский государственный технический университет

Т. А. Ким Н.П. Ляховский
ОБЩАЯ ФИЗИКА


Рекомендовано Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
Красноярск 2002
УДК 53(07)

К40
Рецензенты:

А. Ф. Смык, доцент кафедры физики КрасГАСА;

И. С. Эдельман, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института физики СО РАН


Ким, Т. А.

К40 Общая физика: Учебное пособие / Т. А. Ким. Н.П.Ляховский. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2002. 158 с.

ISBN 5-7636-0444-Х


Изложены рабочая программа курса "Общая физика", экзаменационные вопросы и методические указания по решению задач и оформлению контрольных работ, а также специальные методы, приемы, общие для решения некоторых групп задач.

Основной учебный материал курса распределен на шесть разделов.
В каждом разделе приведены основные формулы, примеры решения задач, задачи для самостоятельного решения (с ответами) и десять вариантов контрольных заданий. Подробно разобраны 48 задач и предложены 600 задач для самостоятельного решения.

Предназначено для студентов всех специальностей дистанционного обучения.


УДК 53(07)


ISBN 5-7636-0444-Х  КГТУ, 2002

 Т. А. Ким, 2002

Редактор А. А. Гетьман
Гигиенический сертификат № 24.49.04.953.П.000338.05.01 от 25.05.2001 г.

Подп. в печать 19.06.2002 . Формат 60х84/8. Бумага тип. № 1. Офсетная печать.

Усл. печ. л. 9,3. Уч.-изд. л. 8,0. Тираж 300 экз. Заказ С 191

Отпечатано в ИПЦ КГТУ

660074, Красноярск, ул. Киренского, 26

Предисловие



Цель настоящего учебного пособия – оказать помощь в изучении курса общей физики студентам заочного факультета, обучающимся по дистанционным технологиям.

В пособии изложена рабочая программа курса для инженерно-технических специальностей высших учебных заведений, приведены темы контрольных работ, план – график учебного процесса, указания по решению задач и оформлению контрольных работ.

Материал курса распределен на шесть разделов:

  1. Физические основы механики;

  2. Статистическая физика и термодинамика;

  3. Электростатика и постоянный ток;

  4. Электромагнетизм и электромагнитные колебания;

  5. Оптика;

  6. Физика атомов, атомного ядра и элементарных частиц, основы квантовой механики.

В каждом разделе приведены основные формулы, примеры решения задач, задачи для самостоятельного решения и варианты контрольных заданий. Эта часть пособия выполнена Т.А. Ким.

Задачи для самостоятельного решения и контрольных работ взяты из следующих источников:

  1. Банк задач по физике для индивидуальных заданий студентам в семестре. Сост. Н.П. Ляховский, А.Г. Рипп и др. (рукопись).

  2. Банк задач по физике для коллоквиумов и экзаменов RUBIKON. Сост. Н.П. Ляховский, А.Г. Рипп и др. (рукопись).

  3. Электронный банк задач по физике для индивидуальных заданий студентам в семестре. Сост. Н.П. Ляховский, А.Г. Рипп и др. (электронный вариант).

  4. Электронный банк задач по физике для коллоквиумов и экзаменов RUBIKON. Сост. Н.П. Ляховский, А.Г. Рипп и др. (электронный вариант).


Таблицы значений физических величин в электронном виде любезно предоставлены Н.Ф.Шемяковым.

ПРОГРАММА КУРСА




Цель и задачи курса



Изучение основных физических явлений, фундаментальных понятий, законов и теорий классической и современной физики; овладение методами физического исследования, приемами и методами решения конкретных задач из различных областей физики; формирование научного мировоззрения и современного физического мышления, а также навыков проведения физического эксперимента, умения выделить конкретное физическое содержание в прикладных задачах будущей специальности; ознакомление с современной научной аппаратурой.
ВВЕДЕНИЕ
Предмет физики. Методы физического исследования: опыт, гипотеза, эксперимент, теория. Роль физики в развитии техники и влияние техники на развитие физики. Физика как культура моделирования. Общая структура и задачи курса физики.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ




Элементы кинематики



Пространственно-временные отношения. Система отсчета. Скалярные и векторные физические величины. Физические модели: материальная точка (частица), система материальных точек, абсолютно твердое тело, сплошная среда. Кинематическое описание движения. О смысле производной и интеграла в приложении к физическим задачам.

Прямолинейное движение точки. Движение по окружности. Угловая скорость и угловое ускорение. Скорость и ускорение при криволинейном движении. Нормальное и касательное ускорения.

Элементы динамики



Понятие состояния частицы в классической механике. Основная задача динамики. Первый закон Ньютона и понятие инерциальной системы отсчета. Уравнения движения. Масса и импульс. Второй закон Ньютона как уравнение движения. Сила как производная импульса. Третий закон Ньютона и закон сохранения импульса. Современная трактовка законов Ньютона. Границы применимости классического способа описания движения частиц (волновые свойства частиц и релятивистские скорости).

Законы сохранения в механике



Закон сохранения импульса как фундаментальный закон природы. Центр инерции. Система центра инерции. Теорема о движении центра инерции. Реактивное движение. Закон сохранения импульса как фундаментальный закон природы. Момент импульса. Момент силы. Уравнение моментов. Закон сохранения момента импульса. Закон всемирного тяготения. Движение в центральном поле. Законы Кеплера.

Работа. Мощность. Кинетическая энергия. Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальная энергия и энергия взаимодействия. Внутренняя энергия. Закон сохранения энергии в механике.

Общефизический закон сохранения энергии. Законы сохранения и симметрия пространства и времени.

Принцип относительности в механике



Принцип относительности Галилея. Преобразования Галилея. Инварианты преобразований. Описание движения в неинерциальных системах отсчета. Силы инерции. Эквивалентность инертной и гравитационной масс.

Элементы релятивистской динамики



Постулаты специальной теории относительности. Преобразования Лоренца для координат и времени и их следствия. Релятивистский импульс. Инвариантность уравнений движения относительно преобразований Лоренца.

Работа и энергия в релятивистском случае. Полная кинетическая энергия и энергия покоя частицы.

Четырехмерный вектор энергии-импульса частицы. Закон сохранения четырехмерного вектора энергии-импульса. Столкновение релятивистских частиц.

Элементы механики твердого тела



Уравнения движения и равновесия твердого тела. Понятие статически неопределенных систем. Уравнение движения твердого тела, вращающегося вокруг неподвижной оси. Момент инерции твердого тела относительно оси. Энергия вращающегося тела. Вращательный момент. Гироскопы.

Элементы механики сплошных сред



Общие свойства газов и жидкостей. Кинематическое описание движения жидкости. Уравнения движения и равновесия жидкости. Идеальная жидкость. Стационарное течение идеальной жидкости.

Уравнение Бернулли. Вязкая жидкость. Силы внутреннего трения. Стационарное течение вязкой жидкости. Законы гидродинамического подобия. Гидродинамическая неустойчивость. Понятие о турбулентности.

Идеально упругое тело. Упругие деформации и напряжения.

Закон Гука. Пластические деформации. Предел прочности.

ФИЗИКА КОЛЕБАНИЙ И ВОЛН



Общие представления о колебательных и волновых процессах. Единый подход к описанию колебаний и волн различной физической природы.

Кинематика гармонических колебаний



Характеристики гармонических колебаний. Векторные диаграммы. Комплексная форма представления гармонических колебаний.

Фазовая плоскость. Сложение скалярных и векторных колебаний. Биения. Фигуры Лиссажу.

Гармонический осциллятор



Движение системы вблизи устойчивого положения равновесия. Модель гармонического осциллятора. Примеры гармонических осцилляторов: физический маятник, математический маятник, пружинный маятник и т. д. Уравнения динамики свободных незатухающих колебаний. Энергетические соотношения для гармонического осциллятора. Фазовая плоскость осциллятора.

Затухающие колебания. Коэффициент затухания, логарифмический декремент, добротность.

Вынужденные колебания осциллятора под действием периодической силы. Резонанс. Процесс установления колебаний и его связь с добротностью.

Осциллятор как спектральный прибор. Параметрические колебания.

Понятие о связанных гармонических осцилляторах. Нормальные колебания (моды).

Ангармонические колебания



Нелинейный осциллятор. Физические системы, содержащие нелинейность. Автоколебания. Обратная связь. Условие самовозбуждения колебаний. Роль нелинейности. Фазовая плоскость генератора. Предельные циклы. Аттракторы. Понятие о релаксационных колебаниях.

Волновые процессы



Типы волн. Фазовая скорость, длина волны, волновое число. Одномерное волновое уравнение. Интерференция волн. Стоячие волны.

Упругие волны в газах, жидкостях и твердых телах. Энергетические характеристики упругих волн. Вектор Умова. Поведение звука на границе раздела двух сред. Эффект Доплера. Понятие об ударных волнах.

СТАТИСТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА




Статистические и термодинамические методы исследования



Методы описания систем с большим числом частиц. Макроскопические параметры. Уравнение состояния. Тепловое хаотическое движение молекул. Идеальный газ. Уравнение состояния и внутренняя энергия идеального газа. Давление газа с точки зрения молекулярно-кинетической теории. Молекулярно-кинетический смысл температуры.

Кинетическая теория газов



Барометрическая формула. Распределение Больцмана. Функция распределения молекул по скоростям. Распределение Максвелла, его экспериментальная проверка. Распределение Гиббса; статистики Ферми – Дирака и Бозе – Эйнштейна.

Законы термодинамики



Тепловые процессы. Первое начало термодинамики. Теплоемкость многоатомных газов; ограниченность классической теории теплоемкостей. Второе начало термодинамики; статистический смысл энтропии. Цикл Карно, его КПД. Термодинамические функции и условия равновесия. Третье начало термодинамики (теорема Нернста), его следствия.

Явления переноса



Время релаксации, эффективное сечение рассеяния, длина свободного пробега. Общее уравнение переноса. Теплопроводность, вязкость, диффузия.

Реальные газы и пары



Фазы и фазовые превращения. Силы межмолекулярного взаимодействия.

Уравнения состояния реального газа. Изотермы Ван-дер-Ваальса. Критическое состояние вещества. Метастабильные состояния. Эффект Джоуля –Томсона. Уравнение Клапейрона – Клаузиуса. Условия равновесия фаз. Фазовые диаграммы. Фазовые переходы первого и второго рода.

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ



Предмет классической электродинамики. Электрический заряд, его дискретность и закон сохранения электрического заряда. Идея близкодействия. Границы применимости классической электродинамики.

Электростатика



Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции. Теорема Гаусса, примеры ее применения. Работа электростатического поля. Циркуляция электростатического поля. Потенциал электростатического поля и его связь с напряженностью.

Идеальный проводник в электростатическом поле. Поверхностные заряды. Граничные условия на поверхности раздела «идеальный проводник – вакуум». Электростатическое поле в полости идеального проводника. Электростатическая защита. Электроемкость проводника, конденсатора.

Энергия взаимодействия электрических зарядов. Энергия системы заряженных проводников. Энергия заряженного конденсатора. Плотность энергии электростатического поля.

Электростатическое поле в веществе



Плоский конденсатор с диэлектриком. Энергия электрического диполя во внешнем электростатическом поле.

Поляризация диэлектрика. Поляризационные заряды. Поляризованность. Электрическое смещение. Диэлектрическая проницаемость среды.

Плотность энергии электрического поля в диэлектрике.

Пьезо- и сегнетоэлектрики: свойства и применение.

Постоянный электрический ток



Условия существования электрического тока. Проводники и изоляторы. Закон Ома для однородного участка цепи.

Сторонние силы. ЭДС. Закон Ома для неоднородного участка цепи и замкнутой цепи. Правила Кирхгофа. Электропроводность металлов.

Основы классической теории электропроводности металлов.

Элементы зонной теории твердых тел



Заполнение зон; металлы, диэлектрики и полупроводники.

Понятие о дырочной проводимости. Собственные и примесные полупроводники.

Температурная зависимость сопротивления металлов, полупроводников и диэлектриков. Явление сверхпроводимости. Куперовские пары. Высокотемпературные сверхпроводники.

Электрический ток в вакууме



Термоэлектронная эмиссия. Электронные лампы. Электрический ток в газе.

Процессы ионизации и рекомбинации. Понятие о плазме, ее электропроводность. Дебаевская длина.

Контактные явления



Контактная разность потенциалов. Термоэлектрические явления. Контакт двух полупроводников с различным типом проводимости (р-п переход). Полупроводниковые диоды и триоды (транзисторы).

Магнитное поле



Сила Лоренца и сила Ампера. Вектор магнитной индукции. Закон Био – Савара. Принцип суперпозиции для магнитного поля. Магнитное поле прямого и кругового тока. Магнитный момент. Виток с током в магнитном поле, его потенциальная энергия. Магнитное поле длинного соленоида. Поток и циркуляция магнитного поля.

Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца. Явление самоиндукции. Индуктивность соленоида. Энергия магнитного поля, ее плотность.

Взаимная индукция, трансформатор. Токи Фуко. Скин-эффект. Квазистационарные явления в линейных проводниках. Установление и исчезновение тока в цепи. Цепи переменного тока. Импеданс.

Магнитное поле в веществе



Магнетики. Молекулярные токи. Намагниченность. Напряженность магнитного поля. Магнитная проницаемость. Граничные условия на границе раздела двух магнетиков. Пара-, диа-, ферро- и антиферромагнетики. Доменная структура. Техническая кривая намагничивания. Применение магнитных материалов.

Основы теории Максвелла



Фарадеевская и максвелловская трактовка явления электромагнитной индукции. Вихревое электрическое поле. Ток смещения. Система уравнений Максвелла в интегральной и дифференциальной формах. Скалярный и векторный потенциалы электромагнитного поля. Плотность энергии электромагнитного поля. Инвариантность уравнений Максвелла относительно преобразований Лоренца.

Релятивистские преобразования зарядов, токов и электромагнитных полей. Инварианты преобразований. Относительность разделения электромагнитного поля на электрическое и магнитное поля.

Электромагнитные волны. Волновое уравнение. Скорость распространения электромагнитных волн. Плоские электромагнитные волны. Энергетические характеристики электромагнитных волн. Вектор Пойнтинга. Излучение диполя. Диаграмма направленности. Сферические и цилиндрические волны.

ВОЛНОВАЯ ОПТИКА



Световые волны, их особенности. Отражение и преломление света. Полное внутреннее отражение.

Интерференция волн



Принцип суперпозиции для световых волн. Интерференция плоских и сферических монохроматических волн. Одномерная решетка из источников сферических или цилиндрических монохроматических волн. Когерентность.

Временное и спектральное рассмотрение интерференционных явлений. Примеры использования интерференционных явлений. Интерферометры.

Дифракция волн



Принцип Гюйгенса – Френеля. Зоны Френеля. Дифракция Фраунгофера. Дифракция на круглом отверстии, дифракция на одной и многих параллельных щелях. Дифракционная решетка. Спектральное разложение. Разрешающая способность спектральных приборов. Дифракция рентгеновских лучей. Принцип голографии.

Взаимодействие электромагнитных волн с веществом



Модель среды с дисперсией. Показатель преломления. Нормальная и аномальная дисперсии. Групповая скорость. Поглощение волн. Поведение волн на границе раздела двух сред. Понятие о волноводах. Анизотропные среды. Элементы кристаллооптики. Электрооптические и магнитооптические явления. Элементы нелинейной оптики: самофокусировка света, генерация оптических гармоник.

КВАНТОВАЯ ФИЗИКА




Квантовая оптика



Противоречия классической физики. Тепловое равновесное излучение. Фотоэлектрический эффект. Стабильность и размеры атомов. Гипотеза Планка. Эффект Комптона. Фотоны. Энергия и импульс фотонов. Корпускулярно-волновой дуализм природы света.

Волновые свойства микрочастиц



Гипотеза де Бройля. Дифракция электронов: опыты Дэвиссона и Джермера, Тарковского. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Наборы одновременно измеримых величин. Туннельный эффект.

Временное и стационарное уравнения Шрёдингера. Волновая функция, её статистический смысл. Амплитуда вероятностей. Операторы. Суперпозиция состояний в квантовой теории. Частица в одномерной потенциальной яме. Принцип соответствия. Гармонический осциллятор.

Атомы и молекулы



Частица в сферически симметричном поле. Водородоподобные атомы. Энергетические уровни. Потенциалы возбуждения и ионизации. Спектры водородоподобных атомов. Пространственное распределение электронов в атомах. Квантовые числа. Принцип Паули. Периодическая система элементов Д. И. Менделеева.

Физическая природа химической связи молекул. Ионная и ковалентная связи. Электронная, колебательная и вращательная структуры молекулярных спектров.

Элементы квантовой электроники



Спонтанное и вынужденное излучение. Коэффициенты Эйнштейна. Принцип работы квантового генератора. Типы лазеров: газоразрядные, твердотельные, лазеры на красителях и т. д.

Ядерная физика



Атомное ядро. Строение атомных ядер. Феноменологические модели ядра. Ядерные реакции. Порог реакции. Механизмы ядерных реакций. Радиоактивные превращения атомных ядер. Закон радиоактивных превращений, период полураспада. Цепная реакция деления. Ядерный реактор. Термоядерные реакции.

Элементарные частицы. Сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное взаимодействия. Иерархия взаимодействий. Стандартная модель элементарных частиц. КЭД и КХД. Великое объединение. Современная физическая картина мира

Библиографический список

Рекомендуемый



1. Трофимова, Т. Н. Курс физики / Т. Н. Трофимова. М.: Высшая школа, 1984–1998.

2. Савельев, И. В. Курс общей физики: В 3 т. / И. В. Савельев. М.: Наука, 1982–1992.

3. Детлаф, А. А. Курс физики: В 3 т. / А. А. Детлаф, Б. М. Яворский. М.: Высшая школа, 1973–1994.

4. Волькенштейн, В. С. Сборник задач по общему курсу физики / В. С. Волькенштейн. М.: Высшая школа, 1980.

5. Иродов, И. Е. Задачи по общей физике / И. Е. Иродов. М.: Наука, 1997.

6. Сивухин, Д. В. Общий курс физики: В 5 т. / Д. В. Сивухин. М.: Наука, 1979–1994.

7. Матвеев, А. И. Курс общей физики: В 5 т. / А. И. Матвеев. М.: Высшая школа, 1976–1989.

8. Астахов, А. В. Курс физики: В 3 т. / А. В. Астахов, Ю. М. Широков. М.: Наука, 1977–1981.

9. Орир, Д. Физика: В 2 т. / Д. Орир. М.: Мир, 1981.

10. Калашников, С. Г. Электричество / С. Г. Калашников. М.: Наука, 1985.

11. Тарасов, Л. В. Основы квантовой механики / Л. В. Тарасов. М.: Высшая школа, 1978.

12. Суханов, А. Д. Лекции по квантовой физике / А. Д. Суханов. М.: Высшая школа, 1991.

13. Киттель, Ч. Введение в физику твердого тела / Ч. Киттель. М.: Наука, 1978.

14. Епифанов, Г. И. Физика твердого тела / Г. И. Епифанов. М.: Высшая школа, 1977.

15. Готтфрид, К. Концепция физики элементарных частиц / К. Готтфрид, В. Вайскопф. М.: Мир, 1988.

16. Савельев, И. В. Сборник вопросов и задач по общей физике / И. В. Савельев. М.: Наука, 1982.

17. Козел, С. М. Сборник задач по физике / С. М. Козел, Э. И. Рашба, С. А. Славатинский. М.: Наука, 1987.

18. Чертов, А. Г. Задачник по физике / А. Г. Чертов, А. А. Воробьев. М., 1981.

Использованный



19. Волохов, А. Н. Задачник по физике / А. Н. Волохов, А. А. Воробьев, М. Ф. Федоров, А. Г. Чертов. М.: Росвузиздат, 1963.

20. Фирганг, Е. В. Руководство к решению задач по курсу общей физики /
Е. В. Фирганг. М.: Высшая школа, 1977.

21. Волькенштейн, В. С. Сборник задач по общему курсу физики / В. С. Волькенштейн. М.: Наука, 1973.

22. Задачник: Практикум по курсу общей физики / Под ред. А. Я. Яшкина. М.: Просвещение, 1973.

КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ



Контрольная работа состоит из 8 задач по нижеприведенным темам, которые студент решает самостоятельно с последующей проверкой и обсуждением с преподавателем, принимающим зачет.

Темы контрольных работ и график их выполнения



1. Физические основы механики.

2. Молекулярная физика и термодинамика.

3. Электростатика. Постоянный ток.

4. Электромагнетизм. Электромагнитные колебания и волны.

5. Оптика.

6. Физика атомов и атомного ядра. Элементарные частицы. Основы квантовой механики. Физика твердого тела.

Контрольные работы № 1, 2 должны быть выполнены и отправлены на проверку в течение третьего семестра, контрольные работы № 3, 4 – в течение четвертого семестра, контрольные работы № 5, 6 – в течение пятого семестра.

План-график учебного процесса





Условные обозначения: 1–6 – номера контрольных работ.

Методические указания по решению задач по физике



В основу любой физической задачи положен тот или иной частный случай проявления общих законов физики. Поэтому приступать к решению задач можно только после изучения соответствующего раздела физики по учебным пособиям, указанным в программе, и конспектам лекций, прослушанных во время сессий. Без знания теории никогда нельзя рассчитывать на успешное решение даже сравнительно простых задач.

Из каждого раздела физики необходимо самостоятельно решить
несколько задач различной трудности. Это поможет подготовиться к выполнению контрольных работ.

Приступая к решению задачи, необходимо четко представить себе ее физическую суть и составить план решения. Возможен следующий вариант такого плана:

1. Изучение условия задачи.

2. Запись условия в буквенных обозначениях.

3. Выполнение чертежа, схемы.

4. Анализ физических процессов, происходящих по условию задачи, и выявление тех законов, которым подчиняются эти процессы.

5. Запись уравнений законов и решение полученной системы уравнений относительно искомой величины с целью получения ответа в общем виде.

6. Исследование полученного решения в общем виде.

7. Выражение всех величин в единицах СИ.

8. Проверка решения путем действий над единицами измерения величин.

9. Подстановка числовых значений величин с наименованиями их единиц в формулу для нахождения ответа и вычисление искомой величины.

10. Оценка реальности и достоверности полученного результата.

На зачете студент предъявляет тетрадь с самостоятельно решенными контрольными работами. После ее проверки преподаватель по своему усмотрению предлагает решить в его присутствии две-три задачи.

К экзамену студент допускается только после сдачи отчетов по лабораторным работам и зачета по решению задач.

Требования, предъявляемые к выполнению контрольной работы



1. Контрольная работа выполняется в отдельной тетради, страницы которой должны быть пронумерованы. Необходимо оставить поля для замечаний рецензента.

2. На обложке тетради с высылаемой на проверку контрольной работой следует указать: курс, факультет (отделение), фамилию, имя, отчество выполнившего работу, название дисциплины, номер варианта контрольной работы, первичная или повторная работа, точный домашний адрес.

3. Контрольная работа должна быть написана ручкой, разборчивым почерком, без сокращения слов. Необходимые для пояснения решения задачи рисунки или чертежи с нанесенными на них обозначениями должны быть выполнены четко.

4. Контрольные работы выполняются только по условиям задач данного пособия в соответствии с номером варианта, определяемым последней цифрой шифра зачетной книжки студента.

5. Решение всех задач должно сопровождаться подробными пояснениями, раскрывающими физический смысл применяемых формул и всего хода решения, а также рисунками и чертежами, когда решение на них опирается. Буквенные обозначения должны быть пояснены.

6. При решении задач следует все величины, данные в условии задачи, выражать в единицах системы СИ.

7. В конце контрольной работы необходимо указать, какие учебники или учебные пособия были использованы при решении задач.

8. После проверки преподавателем контрольная работа возвращается студенту с развернутыми замечаниями и оценкой: зачтена работа или не зачтена.

9. Если работа не зачтена, студент должен выполнить в той же тетради всю или только часть работы по указанию рецензента повторно, исправив все отмеченные недочеты в первичной работе, и выслать ее в университет с надписью «повторная».

Экзаменационные вопросы




Физические основы механики.
Статистическая физика и термодинамика



1. Материальная точка. Тело отсчета, система отсчета. Кинематические характеристики движения. Кинематическое уравнение движения. Скорость при криволинейном движении.

2. Три закона Ньютона, следствия из них. Инерциальные системы отсчета. Механические принципы относительности. Преобразование Галилея.

3. Механическая энергия. Кинетическая и потенциальная энергия.

4. Закон сохранения механической энергии.

5. Механическая работа постоянной и переменной сил. Понятие о консервативных силах. Мощность.

6. Закон сохранения и изменения импульса системы тел (доказательство в общем виде).

7. Закон сохранения и изменения импульса системы тел (вывод). Применение закона в технике.

8. Неинерциальные системы отсчета. Сила инерции. Принцип Д’ Аламбера.

9. Ускорение при криволинейном движении. Касательное и нормальное ускорение.

10. Вращательное движение, его характеристики. Угловая скорость, угловое ускорение. Связь между угловыми и линейными характеристиками движения.

11. Основные понятия динамики вращательного движения (момент силы, момент инерции, момент импульса). Вывод основного уравнения динамики вращательного движения для материальной точки.

12. Вывод основного уравнения динамики вращательного движения для твердого тела. Следствия из уравнения. Теорема Штейнера.

13. Работа и энергия при вращательном движении.

14. Гармоническое колебательное движение. Три способа представления колебательного движения. Скорость и ускорение при колебательном движении. Основное уравнение динамики.

15. Сложение одинаково направленных колебаний равного периода. Понятие о биениях.

16. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний равного периода.

17. Затухающие колебания (уравнение динамики и смещения, параметр затухания, логарифмический декремент, график). Апериодический режим.

18. Вынужденные колебания (уравнение динамики и смещения, график). Понятие о резонансе.

19. Уравнение амплитуды вынужденных колебаний. Частные случаи этого уравнения.

20. Физический, математический и пружинный маятники.

21. Интерференция волн. Принцип Гюйгенса. Принцип суперпозиции волн. Условия минимума и максимума интерференции.

22. Продольный эффект Доплера. Его применение в технике.

23. Волны в упругих средах. Продольные и поперечные волны, их скорости. Фронт волны, луч, длина волны.

24. Вывод уравнения бегущей волны.

25. Статистический и термодинамический методы исследований.

26. Термодинамическое состояние. Термодинамические процессы (равновесные, неравновесные, обратимые, необратимые).

27. Основные положения молекулярно-кинетической теории. Идеальный газ. Параметры газа.

28. Вывод основного уравнения молекулярно-кинетической теории идеальных газов.

29. Следствия из основного уравнения молекулярно-кинетической теории газа.

30. Закон Менделеева – Клапейрона.

31. Средняя квадратичная скорость молекул. Молекулярно-кинетическое толкование абсолютной температуры.

32. Число степеней свободы. Принцип равнораспределения энергии по степеням свободы. Внутренняя энергия идеального газа.

33. Работа, энергия, теплота с точки зрения термодинамики. Термодинамические параметры.

34. Первое начало термодинамики, его применение к изопроцессам.

35. Адиабатический процесс. Уравнение Пуассона.

36. Работа при адиабатическом процессе.

37. Классическая теория теплоемкости газа. Уравнение Майера.

38. Границы применимости закона распределения энергии и понятие о квантовании энергии вращения и колебания молекул.

39. Статистический метод описания свойств тел. Закон распределения молекул по скоростям и энергиям теплового движения (Максвелла).

40. Закон Больцмана для распределения частиц во внешнем потенциальном поле.

41. Среднее число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул.

42. Явление переноса в термодинамически неравновесных системах. Опытные законы диффузии, теплопроводности и внутреннего трения.

43. Круговой процесс (цикл). Тепловые двигатели и холодильные машины. Цикл Карно. КПД. тепловой машины, работающей по циклу Карно.

44. Второе начало термодинамики. Энтропия идеального газа. Статистическое толкование второго начала термодинамики.

45. Уравнение состояния реального газа (Ван-дер-Ваальса). Физический смысл поправок.

46. Изотермы Ван-дер-Ваальса, сравнение их с экспериментальными изотермами.

47. Внутренняя энергия реального газа.

48. Фазовые переходы первого и второго рода. Критическое состояние вещества.

Электростатика. Постоянный ток.
Электромагнитные волны. Электромагнетизм





  1. Природа электрических зарядов. Электризация тел. Закон сохранения электрического заряда.

  2. Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона.

  3. Электрическое поле, его характеристики. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции полей.

  4. Графическое изображение электростатического поля. Силовые линии.

  5. Теорема Остроградского – Гаусса и ее применение.

  6. Работа сил электростатического поля по перемещению заряда. Циркуляция вектора напряженности.

  7. Потенциал электрического поля. Потенциал поля точечного заряда.

  8. Связь между напряженностью электрического поля и потенциалом.

  9. Электрический диполь. Электрический момент диполя. Диполь в электрическом поле.

  10. Вектор электрической индукции. Поток вектора. Теорема Остроградского – Гаусса.

  11. Поляризация диэлектриков. Вектор поляризации.

  12. Поляризованность. Напряженность поля в диэлектрике.

  13. Электрическое поле внутри диэлектрика. Диэлектрическая проницаемость среды.

  14. Условия на границе раздела двух диэлектриков.

  15. Сегнетоэлектрики.

  16. Проводники в электрическом поле. Электрическое поле внутри заряженного проводника. Принцип электростатической защиты.

  17. Электроемкость проводников. Конденсаторы. Соединение конденсаторов.

  18. Энергия взаимодействия электрических зарядов. Энергия системы заряженных проводников. Энергия конденсатора. Энергия электростатического поля, плотность электрической энергии.

  19. Постоянный электрический ток, его характеристики и условия существования.

  20. Закон Ома для однородного участка цепи. Электросопротивление.

  21. Источники тока. Электродвижущая сила (ЭДС). Закон Ома для
    неоднородного участка цепи.

  22. Закон Ома для неоднородного участка цепи. Закон Ома для замкнутой цепи.

  23. Напряжение.

  24. Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа.

  25. Работа и мощность тока. КПД источника тока. Закон Джоуля – Ленца.

  26. Элементарная классическая теория электропроводности металлов. Объяснение законов Ома и Джоуля – Ленца на основе этой теории.

  27. Недостаточность классической электронной теории. Температурная зависимость сопротивления металлов.

  28. Контактная разность потенциалов. Термоэлектричество. Термопары.

  29. Магнитное поле движущихся зарядов.

  30. Магнитный момент контура с током. Поведение контура в магнитном поле.

  31. Графическое изображение магнитного поля. Вихревой характер поля.

  32. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц под действием силы Лоренца.

  33. Закон Био – Савара – Лапласа и его применение к расчету магнитных полей кругового тока и прямолинейного проводника с током.

  34. Циркуляция вектора магнитной индукции. Магнитное поле соленоида и тороида.

  35. Проводник с током в магнитном поле. Закон Ампера, сила Ампера. Взаимодействие параллельных токов.

  36. Взаимодействие магнитного поля с веществом. Понятие об элементарных токах. Намагничивание вещества. Намагниченность. Магнитная восприимчивость вещества.

  37. Деление веществ на диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики. Диамагнетизм, парамагнетизм.

  38. Ферромагнетизм. Доменная структура в ферромагнетиках. Магнитный гистерезис. Процессы намагничивания в ферромагнетиках.

  39. Магнитный поток. Работа перемещения проводника и контура с током в магнитном поле.

  40. Явление электромагнитной индукции. ЭДС индукции. Закон Фарадея. Правило Ленца.

  41. Явление самоиндукции. Индуктивность контура, соленоида. Экстратоки замыкания и размыкания цепи.

  42. Взаимная индукция. Токи Фуко.

  43. Энергия магнитного поля и ее плотность.

  44. Основы теории Максвелла для электромагнитного поля. Токи смещения. Система уравнений Максвелла в интегральной и дифференциальной формах.

  45. Электрический колебательный контур. Превращение энергии в контуре.

  46. Собственные, затухающие и вынужденные колебания под действием синусоидальной силы. Резонанс.

  47. Открытый колебательный контур. Скорость распространения электромагнитных возмущений. Плоская электромагнитная волна. Энергия волны. Вектор Пойнтинга. Излучение диполя.



Волновая и квантовая оптика. Физика атомов и атомного ядра.
Элементарные частицы. Основы квантовой механики.
Физика твердого тела





  1. Электромагнитная природа света. Когерентность, монохроматичность световых волн.

  2. Интерференция света. Оптическая длина пути, оптическая разность хода, разность фаз. Интерференционные условия максимума и минимума.

  3. Способы получения когерентных источников света (опыт Юнга, зеркала Френеля и т. д.).

  4. Интерференция в тонких пленках. Кольца Ньютона.

  5. Принцип Гюйгенса – Френеля. Метод зон Френеля.

  6. Дифракция Френеля от круглого отверстия и круглого экрана.

  7. Дифракция Фраунгофера от щели.

  8. Дифракционная решетка. Условия минимумов и максимумов при дифракции от решетки.

  9. Дифракция рентгеновских лучей на кристаллах.

  10. Естественный и поляризованный свет. Виды поляризации.

  11. Поляризация света при отражении и преломлении света. Закон Брюстера.

  12. Двойное лучепреломление. Поляроиды и поляризационные призмы.

  13. Анализ поляризованного света. Закон Малюса.

  14. Интерференция поляризованного света. Вращение плоскости поляризации.

  15. Принцип относительности Галилея. Преобразования Галилея.

  16. Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца.

  17. Релятивистское изменение длин и промежутков времени.

  18. Релятивистский закон сложения скоростей. Опыт Физо.

  19. Релятивистский закон сохранения импульса и энергии. Связь между массой и энергией.

  20. Эффект Доплера в оптике.

  21. Электронная теория дисперсии света. Нормальная и аномальная дисперсии.

  22. Рассеяние света. Поглощение света. Спектры поглощения. Цвета тел. Связь дисперсии с поглощением.

  23. Фазовая и групповая скорости света.

  24. Тепловое излучение. Его основные характеристики. Абсолютно черное тело.

  25. Закон Кирхгофа. Закон Стефана – Больцмана. Распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела.

  26. Законы Вина.

  27. Формула Релея – Джинса. «Ультрафиолетовая катастрофа». Гипотеза Планка. Формула Планка.

  28. Фотоэлектрический эффект (внешний, внутренний, вентильный). Законы Столетова для фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна.

  29. Корпускулярные свойства излучения. Фотоны. Энергия, импульс, масса фотона.

  30. Эксперименты по рассеянию рентгеновских лучей веществом. Эффект Комптона.

  31. Опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц. Модель атома по Резерфорду. Следствия из модели Резерфорда.

  32. Спектр излучения атома водорода. Спектры излучения других атомов.

  33. Модель атома Бора. Постулаты Бора. Опыт Франка – Герца.

  34. Теория водородоподобного атома Бора (получить выражение для радиуса орбиты электрона, его скорости, энергии).

  35. Гипотеза де Бройля. Формула де Бройля для свободной частицы.

  36. Опыты Девиссона и Джермера, доказывающие наличие волновых свойств электронов.

  37. Границы применимости классической механики. Соотношение
    неопределенностей.

  38. Уравнение Шредингера для атома водорода.

  39. Квантовые числа.

  40. Опыт Штерна и Герлаха. Понятие о спине электрона.

  41. Принцип неразличимости тождественных частиц.

  42. Принцип Паули. Принцип минимума энергии. Распределение электронов в атоме.

  43. Поглощение, спонтанное и вынужденное излучение.

  44. Фазовое пространство. Элементарная ячейка. Плотность состояний.

  45. Понятие о квантовой статистике Бозе – Эйнштейна. Квазичастицы.

  46. Теплоемкость кристаллической решетки. Характеристическая температура Дебая. Законы Дебая и Дюлонга – Пти.

  47. Понятие о квантовой статистике Ферми – Дирака. Энергия Ферми.

  48. Внутренняя энергия и теплоемкость электронного газа в металле. Сверхпроводимость.

  49. Зонная теория проводимости твердых тел. Изоляторы, проводники и полупроводники с точки зрения зонной теории.

  50. Собственная электронная и дырочная проводимость полупроводников. Уровень Ферми.

  51. Примесная проводимость полупроводников. Электронно-дырочный переход. Принцип действия полупроводникового диода.

  52. Фотопроводимость. Люминесценция.

  53. Состав ядра: протоны и нейтроны. Основные характеристики нуклонов и ядер. Изотопы.

  54. Понятие о ядерных силах. Масса и энергия связи в ядре.

  55. Модели ядер.

  56. Сущность явления радиоактивности. Типы радиоактивного распада.

  57. Закон радиоактивного распада. Период полураспада.

  58. Основные характеристики альфа-, бета- и гамма-излучений. Спектр бета-частиц. Нейтрино.

  59. Законы сохранения энергии при радиоактивном распаде на примере бета-распада.

  60. Гамма-излучение радиоактивных ядер.

  61. Понятие о ядерных реакциях. Законы сохранения в ядерных реакциях.

  62. Элементарные частицы, их классификация и взаимная превращаемость.

  1   2   3   4   5   6


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации