Программа Физика+x

1. Рабочая учебная программа дисциплины
3.1. Организационно - методический раздел
Место курса в профессиональной подготовке выпускника.
Дисциплина «Физика» относится к естественнонаучному циклу ГОС ВПО,
является одним из общеобразовательных курсов, имеющим большое
значение в формировании целостного естественнонаучного мировоззрения,
обеспечивающая логическую взаимосвязь всех дисциплин и имеет своей
целью: подготовить, совместно с другими дисциплинами учебного плана,
специалиста
по специальности 220100.65 «Вычислительные машины,
комплексы, системы и сети» с высшим профессиональным образованием,
имеющего необходимый объем знаний по физике и практических навыков,
чтобы в соответствии с общими целями ООП ВПО и квалификационными
требованиями, грамотно применять их при решении профессиональноприкладных задач в ходе осуществления научно-исследовательской и
эксплуатационной деятельности. Изучение фундаментальных физических
законов, теорий, методов классической и современной физики.
Формирование научного мировоззрения. Формирование навыков владения
основными приемами и методами решения прикладных проблем.
Формирование навыков проведения научных исследований, ознакомление с
современной научной аппаратурой. Ознакомление с историей физики и ее
развитием, а также с основными направлениями и тенденциями развития
современной физики.
Задачи дисциплины: ознакомление студентов с основными законами и
научными методами физики, их теоретическими и экспериментальными
обоснованиями; связь физики с другими науками. Роль идей материализма и
диалектики в развитии и становлении физики как науки. В результате
освоения дисциплины студенты должны:
иметь представление: о мировоззренческих и методических аспектах
основных концепций физики и их развитии.
знать: основные законы и научные методы физики, их теоретическое и
экспериментальное обоснование.
уметь: применять законы и методы физики при решении задач
теоретического, экспериментального и прикладного характера, выполнять
физические измерения и оценивать получаемые результаты.
иметь навыки: в выполнении физических измерений и оценки полученных
результатов.
3.2. Формы текущего и промежуточного контроля
Изучение дисциплины осуществляется в течение 2, 3 и 4 семестров.
Дисциплина изучается путем чтения лекций, проведением практических и
самостоятельных занятий.
Контроль усвоения дисциплины и качества
1
подготовки студентов включает текущий контроль успеваемости,
промежуточную и итоговую аттестацию.
Текущий контроль успеваемости предназначен для проверки хода и
качества усвоения учебного материала, стимулирования учебной работы
обучающихся и совершенствования методики проведения занятий. Он может
проводиться в ходе всех видов занятий в форме, избранной преподавателем
или предусмотренной тематическим планом. Текущий контроль
успеваемости обучающихся осуществляется согласно утвержденному
расписанию учебных занятий, составленного на основе рабочего учебного
плана
разработанного
в
соответствии
с
государственными
общеобязательными стандартами высшего образования. Примерный
перечень форм текущего контроля освоения студентами дисциплины:
микроконтрольные работы; контрольные работы; письменные домашние
задания; промежуточное тестирование по отдельным разделам. Результаты
текущего контроля успеваемости отражаются в журнале учета учебных
занятий и используются учебным отделом, факультетами и кафедрами для
оперативного управления образовательным процессом.
Промежуточная аттестация имеет целью определить степень достижения
учебных целей по учебной дисциплине (курсу) и устанавливается учебным
планом, академическим календарем и профессиональными учебными
программами,
разработанными
на
основе
государственных
общеобязательных стандартов высшего образования.
Промежуточная
аттестация проводится с целью оценки качества освоения студентами
содержания части или всего объема одной учебной дисциплины после
завершения ее изучения. По дисциплине «Физика» предусмотрен
промежуточный контроль в виде зачёта по практическим работам.
Итоговая аттестация − процедура, проводимая с целью определения степени
освоения студентами объема учебных дисциплин, предусмотренных
государственным общеобязательным стандартом соответствующего уровня
образования.
Промежуточный и итоговый контроль знаний по дисциплине может
проводиться как: а) зачет ( в форме тестирования ; контрольная работа); б)
экзамен (в устной или письменной форме). Перечень аттестационных
контрольных мероприятий по семестрам:
2, 3, 4 семестры - экзамен.
2
3.3. Объем и распределение часов дисциплины по модулям, разделам,
темам и видам занятий
Очная форма обучения
Вид занятий (учебной
работы)
Лекции
Лабораторные
Практические
КСР
Семинары
Итого аудиторных занятий:
РГЗ
Реферат
Курсовой проект (работа)
Другие виды самостоят.
работы
Итого самостоятельных
занятий:
ИТОГО:
2 сем
3 сем
4 сем
Итого:
34
18
12
30
16
12
38
20
12
102
54
36
64
58
70
192
68
62
80
210
68
62
80
210
132
120
150
402
Вид итогового контроля-экзамен
Заочная форма обучения
Вид занятий (учебной
работы)
Лекции
Лабораторные
2 сем
3 сем
4 сем
Итого:
10
2
12
2
12
2
34
6
3
Практические
КСР
Семинары
Итого аудиторных занятий:
РГЗ
Реферат
Курсовой проект (работа)
Другие виды самостоят.
работы
Итого самостоятельных
занятий:
ИТОГО:
2
4
4
10
14
18
18
50
118
102
132
352
118
102
132
352
132
120
150
402
Вид итогового контроля-экзамен
4
Объем и распределение часов дисциплины по модулям, разделам,
темам и видам занятий
3
4
5
6
7
10
10
5
5
18
18
10
11
5
12
Микро- и
макросостояния
9
Кинетическая
теория
10
Основы
термодинамики
11
Кинетические
явления, порядок и
беспорядок в
природе
Итого
8
сам.работы
Кинематика
4
2
2
8
Динамика
4
2
2
8
Законы сохранения
4
1
5
Колебания
4
2
6
Основы
релятивистской
4
2
1
7
механики
Раздел II. Молекулярная физика и термодинамика
Реферат
Курсовой проект
(работа)
Другие
виды
11
РГЗ
7
Семинары
7
КСР
5
Практич.
ИТОГО
1
2
Лаборат.
Введение
2
2
Измерения в физике.
Статистическая
2
2
4
обработка результатов
измерений
Раздел I. Физические основы механики
Раздел дисциплины
Лекции
Итого сам.работы
№
п/п
Итого аудиторных
Очная форма (2 семестр)
2
2
1
5
6
11
4
2
1
7
5
12
2
3
1
6
5
11
2
3
1
6
5
11
34
18
12
64
68
132
Форма контроляэкзамен (36ч)
5
Итого сам.работы
ИТОГО
сам.работы
Курсовой проект
(работа)
Другие
виды
Реферат
РГЗ
Итого аудиторных
Семинары
КСР
Практич.
Раздел дисциплины
Лаборат.
№
п/
п
Лекции
Очная форма (3 семестр)
5
7
8
12
8
15
8
18
4
8
4
10
5
8
Раздел III. Электричество и магнетизм
12 Электростатическое
2
2
поле
13 Электростатическое
2
2
4
поле в веществе
14 Энергия заряженных тел
и механические силы в
3
2
2
7
электростатическом
поле
15 Электрический ток
4
4
2
10
16 Электрический ток в
вакууме, газах и
3
1
4
жидкостях
17 Магнитное поле
2
2
2
6
18 Магнитное поле в
2
1
3
веществе
Раздел IV. Электромагнитные волны. Оптика
19 Основы теории
Максвелла
20 Электромагнитные
волны
21 Волновая оптика,
принцип голографии
22 Принцип
относительности в
электродинамике
Итого
2
1
3
5
8
4
2
1
7
5
12
4
2
1
7
5
12
2
2
1
5
5
10
30
16
12
58
62
120
Форма контроляэкзамен (36ч)
6
ИТОГО
Итого сам.работы
Курсовой проект
(работа)
Другие
виды
сам.работы
Реферат
РГЗ
КСР
Семинары
Практич.
Лаборат.
Раздел дисциплины
Лекции
№
п/п
Итого аудиторных
Очная форма (4 семестр)
Раздел V. Основы квантовой физики
23
24
25
26
27
28
29
Тепловое излучение.
2
2
4
6
Фотоны.
Элементы
квантовой
4
2
6
10
механики
Раздел VI. Физика атомов и молекул. Спиновые системы. Твердое тело
Строение атома
Магнетизм
микрочастиц
Взаимодействие
атомов и молекул с
электромагнитным
полем. Спиновые
системы
Твердое тело
Контактные явления
Атомное
ядро.
Радиоактивность
31
Ядерные
реакции.
Элементарные
частицы
32
Заключение.
Современная
физическая картина
мира
Итого
16
4
2
2
8
8
16
4
2
2
8
6
14
4
2
1
7
8
15
6
6
14
14
4
2
2
8
4
2
2
8
Раздел VII. Ядерная физика. Элементарные частицы
30
10
4
2
1
7
10
17
4
2
1
7
10
17
4
2
1
7
10
17
38
20
12
70
80
150
Форма контроляэкзамен (36ч)
7
10
12
12
12
12
12
15
15
12
12
10
11
10
10
3
10
13
2
13
15
15
15
120
134
Курсовой проект
(работа)
Другие
виды
сам.работы
4
Реферат
4
РГЗ
Семинары
КСР
Практич.
ИТОГО
3
4
5
6
7
Итого сам.работы
1
2
Лаборат.
Раздел дисциплины
Лекции
№
п/п
Итого аудиторных
Заочная форма (2 семестр)
Введение
Измерения в физике.
Статистическая
2
2
обработка результатов
измерений
Раздел I. Физические основы механики
Кинематика
2
1
3
Динамика
2
1
3
Законы сохранения
Колебания
Основы
релятивистской
1
1
механики
Раздел II. Молекулярная физика и термодинамика
Микро- и
макросостояния
9
Кинетическая
теория
10
Основы
термодинамики
11
Кинетические
явления, порядок и
беспорядок в
природе
Итого
8
2
1
2
10
2
2
Форма контроля
8
14
Итого сам.работы
ИТОГО
10
12
15
18
10
14
15
15
12
12
10
13
8
8
2
8
10
4
10
14
10
10
116
134
Курсовой проект
(работа)
Другие виды
сам.работы
8
Реферат
8
РГЗ
Семинары
КСР
Практич.
Лаборат.
Раздел дисциплины
Лекции
№
п/п
Итого аудиторных
Заочная форма (3 семестр)
Раздел III. Электричество и магнетизм
12
13
14
15
16
17
18
Электростатическое
поле
Электростатическое
2
2
поле в веществе
Энергия заряженных
тел и механические
силы в
2
1
3
электростатическом
поле
Электрический ток
2
2
4
Электрический ток в
вакууме, газах и
жидкостях
Магнитное поле
Магнитное поле в
2
1
3
веществе
Раздел IV. Электромагнитные волны. Оптика
Основы теории
Максвелла
20 Электромагнитные
волны
21 Волновая оптика,
принцип голографии
22 Принцип
относительности в
электродинамике
Итого
19
2
2
12
2
2
4
18
Форма контроляэкзамен (9ч)
9
ИТОГО
Итого сам.работы
Курсовой проект
(работа)
Другие
виды
сам.работы
Реферат
РГЗ
Семинары
КСР
Практич.
Лаборат.
Раздел дисциплины
Лекции
№
п/п
Итого аудиторных
Заочная форма (4 семестр)
Раздел V. Основы квантовой физики
23
24
25
26
27
28
29
Тепловое излучение.
2
2
12
Фотоны.
Элементы
квантовой
2
2
12
механики
Раздел VI. Физика атомов и молекул. Спиновые системы. Твердое тело
Строение атома
2
1
3
Магнетизм
2
2
4
микрочастиц
Взаимодействие
атомов и молекул с
электромагнитным
2
2
полем. Спиновые
системы
Твердое тело
Контактные явления
1
1
Раздел VII. Ядерная физика. Элементарные частицы
Атомное
ядро.
Радиоактивность
31
Ядерные
реакции.
Элементарные
1
частицы
32
Заключение.
Современная
1
физическая картина
мира
Итого
12
30
2
14
14
14
17
12
16
14
16
10
12
10
13
10
10
1
2
10
12
1
2
10
12
4
18
116
134
Форма контроляэкзамен (9ч)
10
3.4. Содержание дисциплины
3.4.1. Основные вопросы разделов и тем модулей
Тема 1. Введение
Естественные науки. Физика как наука. Методы физического
исследования (опыт, гипотеза, эксперимент, теория). Роль математики в
физике. Связь физики с другими науками. Физика и философия, роль идей
материализма и диалектики в развитии и становлении физики как науки.
Границы применимости физических теорий. Важнейшие этапы истории
физики. Связь физики с техникой и практической деятельностью людей.
Компьютеры и физика. Физические модели. Общая структура и задачи курса
физики. Роль физики в образовании. Задачи курса физики в вузе.
Тема 2. Измерения в физике. Статистическая обработка результатов
измерений.
Роль эксперимента в физике. Размерности физических величин.
Значение метрологии. Измерения. Оценка их качества и классификация.
Погрешности. Погрешности прямых измерений. Виды погрешностей.
Нормальный закон распределения, его параметры и их оценка. Погрешности
косвенных
измерений.
Подбор
параметров
экспериментально
устанавливаемых зависимостей. Метод наименьших квадратов. Графическая
обработка результатов эксперимента.
Раздел I. Физические основы механики
Предмет
механики.
Классическая
и
квантовая
механика.
Нерелятивистская и релятивистская классическая механика. Основные
физические модели: частица, система частиц, твердое тело, сплошная среда.
Тема 3. Кинематика.
Пространство. Время. Геометрические свойства и свойства симметрии
пространства и времени. Механическое движение. Система отсчета.
Относительность механического движения. Движение материальной
частицы. Радиус-вектор. Траектория. Путь и перемещение. Сложение
перемещений. Скорость и ускорение. О смысле производной и интеграла в
приложении к физическим величинам. Движение материальной частицы по
окружности. Угловая скорость и угловое ускорение. Нормальное и
тангенциальное ускорение. Движение твердого тела. Поступательное
перемещение и вращение. Сложение движений. Степени свободы и
обобщённые координаты.
Тема 4. Динамика.
Состояние в классической механике. Сила и масса. Законы Ньютона.
Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности Галилея.
Уравнения движения. Решение уравнений движения. Начальные условия.
Детерминизм в классической механике. Система материальных точек и
11
твердое тело. Центр инерции. Момент силы, момент инерции, момент
импульса. Моменты инерции тел. Теорема Штейнера. Равновесие твердого
тела. Движение центра инерции. Уравнения движения твердого тела.
Основное уравнение динамики вращательного движения. Движение твердого
тела с фиксированной осью вращения. Неинерциальные системы отсчета.
Силы инерции.
Тема 5. Законы сохранения.
Открытые и замкнутые системы. Изменение и сохранение импульса и
момента импульса. Работа и кинетическая энергия. Работа внешних сил при
вращении твердого тела. Кинетическая энергия вращающегося тела. Силовое
поле. Потенциальная энергия. Потенциальное поле. Сохранение
механической энергии и консервативные силы. Диссипативные системы.
Движение в диссипативной среде. Законы сохранения и их связь с
симметрией пространства и времени.
Тема 6. Колебания.
Упругие и квазиупругие силы. Уравнения движения линейного
гармонического осциллятора. Математический и физический маятник.
Сохранение энергии при колебательном движении. Сложение параллельных
и перпендикулярных колебаний, биения. Осциллятор с затуханием.
Колебательный и апериодический процесс. Параметры затухания
осциллятора. Фазовая траектория осциллятора. Вынужденные колебания.
Колебания системы с многими степенями свободы. Связанные осцилляторы.
Тема 7. Основы релятивистской механики.
Постулаты специальной теории относительности. Преобразования
Лоренца. Скорость света в инерциальных системах отсчета. Инвариантность
скорости света. Эффект Доплера Сложение скоростей. Сокращение длины.
Замедление времени, измеряемого движущимися часами. Релятивистское
выражение энергии. Взаимосвязь массы и энергии. Преобразование импульса
и энергии. Релятивистская форма основного уравнения динамики. Частицы с
нулевой массой покоя.
Раздел II. Молекулярная физика и термодинамика
Динамический, статистический и термодинамический методы изучения
макросистем. Макроскопические и микроскопические состояния.
Тема 8. Микро- и макросостояния.
Вероятность состояния. Макроскопические параметры. Интенсивные и
экстенсивные параметры. Уравнение состояния. Функции состояния.
Тема 9. Кинетическая теория.
Газообразное состояние вещества. Опытные газовые законы. Тепловое
движение. Основные представления кинетической теории газов. Модель
идеального газа. Уравнение состояния идеального газа. Статистическое
определение температуры. Среднеквадратичная скорость молекул.
Парциальные давления в газовых смесях. Средняя кинетическая энергия
частицы. Скорости теплового движения молекул. Распределение Максвелла.
12
Барометрическая формула. Распределение Больцмана. Опыт Перрена.
Опытное определение скоростей газовых молекул. Средняя длина
свободного пробега газовых молекул. Понятие о физической кинетике.
Диффузия и теплопроводность. Температуропроводность. Вязкость.
Динамическая и кинематическая вязкость. Число степеней свободы и
внутренняя энергия идеального газа. Теплоёмкость многоатомных газов.
Классическая теория теплоемкости и границы ее применимости.
Тема 10. Основы термодинамики.
Термодинамические системы. Теплота. Работа. Внутренняя энергия.
Первое начало термодинамики. Круговые процессы или циклы. Тепловые и
холодильные машины. Адиабатический процесс. Работа при адиабатическом
и изотермическом процессе. Обратимые и необратимые процессы. Второе
начало термодинамики. Преобразование теплоты в работу. Цикл Карно.
Термодинамическая шкала температур. Неравенство Клаузиуса. Энтропия
системы. Статистический смысл второго начала термодинамики. Более и
менее вероятные состояния. Энтропия и вероятность состояния. Третье
начало термодинамики. Теорема Нернста.
Тема 11. Кинетические явления, порядок и беспорядок в природе.
Кинетические явления. Фазы и фазовые превращения. Условие
равновесия фаз. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Реальные газы. Изотермы
Ван-дер-Ваальса. Критическая точка. Метастабильные состояния. Тройная
точка. Фазовые переходы первого и второго рода.
Раздел III. Электричество и магнетизм
Тема 12. Электростатическое поле.
Понятия поля и заряда. Идея близкодействия. Электромагнитное поле и
его частные случаи. Классическая электродинамика и границы ее
применимости. Электрический заряд и его свойства. Сохранение и
квантование заряда. Взаимодействие зарядов. Закон Кулона. Принцип
суперпозиции. Электростатическое поле. Напряжённость и индукция
электростатического поля. Закон Гаусса. Работа перемещения заряда в
электростатическом поле. Циркуляция напряженности электростатического
поля. Потенциальный характер электростатического поля. Потенциал. Связь
потенциала с напряжённостью электростатического поля. Электрический
диполь, поле электрического диполя, электрический дипольный момент.
Тема 13. Электростатическое поле в веществе.
Проводники. Проводники в электростатическом поле. Распределение
зарядов на проводнике. Электрическое поле вблизи поверхности проводника.
Потенциал заряженного проводника. Электроёмкость. Конденсаторы.
Диэлектрики в электростатическом поле. Поляризация диэлектриков.
Связанные заряды и вектор поляризации. Электрическое поле в
диэлектриках. Диэлектрическая восприимчивость и проницаемость.
Напряжённость и индукция электростатического поля. Граничные условия
векторов напряженности и индукции электростатического поля.
13
Тема 14. Энергия заряженных тел и механические силы в
электростатическом поле.
Энергия взаимодействия электрических зарядов. Энергия заряженного
проводника и конденсатора. Внутренняя и свободная энергия диэлектрика во
внешнем электростатическом поле. Энергия электростатического поля.
Плотность энергии электростатического поля. Механические силы в
электростатическом поле. Электрический диполь во внешнем поле.
Тема 15. Электрический ток.
Природа носителей тока в проводниках. Условия возникновения
электрического тока. Сторонние силы. Электродвижущая сила. Однородный
и неоднородный участок цепи. Законы Ома и Джоуля - Ленца. Классическая
электронная теория проводимости металлов. Правила Кирхгофа. Расчет
простых электрических цепей. Заряд и разряд конденсатора. Уравнение
непрерывности.
Тема 16. Электрический ток в вакууме, газах и жидкостях.
Электрический ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия.
Электрический ток в газах. Процессы ионизации и рекомбинации. Понятие о
плазме. Электрический ток в жидкостях. Электрохимический эквивалент.
Законы Фарадея.
Тема 17. Магнитное поле.
Магнитные взаимодействия. Магнитный диполь. Теорема Ампера.
Опыт Эрстеда. Взаимодействие тока и движущегося заряда. Релятивистский
характер магнитных взаимодействий. Магнитное поле тока. Закон БиоСавара. Сила Лоренца. Индукция и напряженность магнитного поля. Контур
с током в магнитном поле. Магнитный момент. Движение заряженных
частиц в электрическом и магнитном полях. Эффект Холла. Циркуляция
вектора индукции магнитного поля. Закон полного тока. Магнитный поток.
Работа перемещения проводника и контура с током в магнитном поле.
Взаимная энергия проводников с током. Энергия контура с током в
магнитном поле. Энергия магнитного поля длинного соленоида. Объемная
плотность энергии магнитного поля. Электромагнитная индукция. Закон
Фарадея и правило Ленца. Самоиндукция. Взаимная индукция.
Индуктивность. Установление тока в цепи с индуктивностью.
Тема 18. Магнитное поле в веществе.
Вещество в магнитном поле. Молекулярные токи. Намагниченность.
Вектор намагниченности. Магнитная восприимчивость и проницаемость.
Напряженность и индукция магнитного поля. Граничные условия. Понятие о
диа-, пара- и ферромагнетизме. Доменная структура ферромагнетика. Кривая
намагниченности ферромагнетика. Гистерезис.
Раздел IV. Электромагнитные волны. Оптика
Тема 19. Основы теории Максвелла.
Фарадеевская и максвелловская трактовка явления электромагнитной
индукции. Вихревое электрическое поле. Ток смещения. Система уравнения
14
Максвелла. Электромагнитное поле в вакууме. Волновое уравнение.
Скорость
распространения
электромагнитных
взаимодействий.
Электромагнитные волны. Шкала электромагнитных волн.
Тема 20. Электромагнитные волны.
Плоская электромагнитная волна. Волновое уравнение плоской
электромагнитной волны. Электрическая и магнитная составляющие в
плоской электромагнитной волне. Поляризация плоской электромагнитной
волны. Плотность энергии электромагнитного поля. Поток энергии и вектор
Пойнтинга. Импульс электромагнитной волны.
Тема 21. Волновая оптика, принцип голографии.
Отражение и преломление электромагнитных волн. Показатель
преломления. Интерференция монохроматических волн. Когерентность.
Интерференция в тонких пленках. Интерферометры. Дифракция. Принцип
Гюйгенса-Френеля. Дифракция Френеля. Зоны Френеля. Дифракция
Фраунгофера. Дифракционная решетка. Спектральное разложение.
Разрешающая
способность
спектральных
приборов.
Дифракция
рентгеновских лучей. Естественный и поляризованный свет. Поляризация
при отражении и преломлении. Двойное лучепреломление. Оптическая
активность. Поляризация волн при отражении.
Тема 22. Принцип относительности в электродинамике.
Опыты Физо и Майкельсона. Независимость скорости света от
движения источника. Инвариантность уравнений Максвелла относительно
преобразований Лоренца. Относительность электрической и магнитной
составляющих электромагнитного поля.
Раздел V. Основы квантовой физики
Тема 23. Тепловое излучение. Фотоны.
Противоречия классической физики: проблемы теплового излучения,
фотоэффекта, стабильности атома. Основы фотометрии. Термодинамика
теплового излучения. Абсолютно черное тело. Закон Кирхгофа. Закон
Стефана - Больцмана. Закон Вина. Излучение абсолютно черного тела.
Приближение Релея и Джинса. Ультрафиолетовая катастрофа. Гипотеза и
формула Планка. Квантование электромагнитного излучения. Тепловое
излучение и исследование Вселенной, реликтовое излучение. Неконтактные
методы измерения температуры. Фотоэффект. Формула Эйнштейна для
фотоэффекта. Опыт Боте. Тормозное рентгеновское излучение. Эффект
Комптона. Фотоны. Масса фотона. Энергия и импульс фотона. Образование
и аннигиляция электрон-позитронных пар. Физический вакуум.
Тема 24. Элементы квантовой механики.
Гипотеза де Бройля. Дифракция микрочастиц. Волновые свойства
микрочастиц
и
принцип
неопределённости.
Соотношение
неопределённостей. Волновая функция де Бройля. Опыты Девиссона и
Джермера. Экспериментальное обоснование основных идей квантовой
механики. Опыты Франка и Герца, опыты Штерна и Герлаха. Волновая
15
функция и ее статистический смысл. Вероятность в квантовой теории.
Нормировка волновой функции. Уравнение Шредингера. Стационарные
состояния. Частица в одномерной потенциальной яме. Простые барьерные
задачи квантовой механики, туннельный эффект. Гармонический
осциллятор. Оценка энергии основного состояния устойчивого атома и
энергии нулевых колебаний гармонического осциллятора. Философские
вопросы квантовой механики.
Раздел VI. Физика атомов и молекул. Спиновые системы. Твердое тело
Тема 25. Строение атома.
Атом водорода. Квантовые числа. Пространственное распределение
плотности вероятности для электрона в атоме водорода. Водородоподобные
атомы. Энергетические уровни. Спектры водородоподобных атомов. Тонкая
и сверхтонкая структура атомных спектров. Спин электрона. Спинорбитальное взаимодействие. Правила отбора и их физический смысл.
Структура атомных уровней в многоэлектронных атомах. Принцип Паули.
Периодическая система элементов Д. И. Менделеева.
Тема 26. Магнетизм микрочастиц.
Векторная модель атома. Механический и магнитный моменты атома.
Магнетон Бора. Гиромагнитное отношение. Магнитные свойства атомов.
Природа диа- и парамагнетизма. Эффект Зеемана.
Тема 27. Взаимодействие атомов и молекул с электромагнитным полем.
Спиновые системы.
Основные представления о строении молекул. Физическая природа
химической связи. Электронные термы двухатомной молекулы.
Колебательные и вращательные спектры молекул. Населенности
энергетических уровней. Вынужденные и спонтанные переходы.
Коэффициенты Эйнштейна.
Молекулярные спектры.
Неравновесные
среды. Принцип работы квантового генератора.
Тема 28. Твердое тело.
Виды межатомных связей в твердых телах. Структура твердых тел.
Кристаллическое состояние. Колебания кристаллической решетки.
Акустические и оптические моды колебаний. Понятие о фононах.
Теплоемкость кристаллов при высоких и низких температурах. Понятие о
квантовой теории электропроводности металлов и полупроводников.
Внутренний
фотоэффект.
Явление
сверхпроводимости.
Ионная
электропроводность твердых тел и жидкостей.
Тема 29. Контактные явления.
Работа выхода электрона из металла. Контактная разность
потенциалов. Контакт двух металлов. Контакт металл-полупроводник.
Термоэлектричество.
16
Раздел VII. Ядерная физика. Элементарные частицы
Тема 30. Атомное ядро. Радиоактивность.
Строение атомных ядер. Заряд, масса и спин ядра. Дефект массы.
Энергия связи и устойчивость ядер. Феноменологические модели ядра,
ядерные силы, гипотеза Юкавы. Механический и магнитный момент
атомного ядра. Ядерный магнетон. Магнитные свойства ядер. Ядерный
эффект
Зеемана.
Ядерный
магнитный
резонанс.
Естественная
радиоактивность. Радиоактивные превращения ядер. Закон радиоактивного
распада. Ядерное излучение, α- и ρ-распад ядер. Туннельный характер αизлучения. γ-излучение, взаимодействие γ-излучения с веществом.
Тема 31. Ядерные реакции. Элементарные частицы.
Ядерные реакции. Искусственная радиоактивность. Деление тяжелых
ядер. Цепная реакция деления. Ядерный реактор. Синтез легких ядер.
Термоядерные реакции. Энергия звезд. Управляемый термоядерный синтез.
Проблема источников энергии. Элементарные частицы, их классификация.
Частицы и античастицы. Взаимопревращения частиц. Проблема
элементарных частиц в современной физике. Субъядерные структуры.
Кварки.
Тема 32. Заключение. Современная физическая картина мира.
Сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное взаимодействие.
Иерархия взаимодействий. Проблема объединения взаимодействий.
Представление об общей теории относительности. Фундаментальное
гравитационное взаимодействие. Современная астрофизика. Развитие и
модель Вселенной. Основные направления развития современной физики.
Мировоззренческая,
научно-методологическая
и
производственноэкономическая роль физики на различных этапах ее развития и в
современный период. Физическая картина мира как философская категория.
Лабораторный практикум
Лабораторная работа 1. Исследование динамики вращательного движения
Лабораторная работа 2. Исследование колебательных систем
Лабораторная работа 3. Исследование термодинамики тепловых процессов
Лабораторная работа 4. Исследование кинематики диссипативных систем
Лабораторная работа 5. Моделирование электростатических полей
Лабораторная работа 6. Исследование поля диэлектрика
Лабораторная работа 7. Исследование цепей постоянного тока
Лабораторная работа 8. Моделирование магнитного поля
Лабораторная работа 9. Исследование ферромагнетиков
Лабораторная работа 10. Исследование явлений интерференции, дифракция.
Лабораторная работа 11. Оптическая пирометрия
Лабораторная работа 12. Задачи квантовой механики
Лабораторная работа 13. Исследование внешнего фотоэффекта
Лабораторная работа 14. Твердое тело
17
Лабораторная работа 15. Магнитные свойства вещества
По дисциплине «Физика» предусмотрен промежуточный контроль в виде
зачёта по лабораторным работам, итоговый контроль в виде экзамена по
теоретическому материалу и текущий контроль в виде защиты курсовой
работы. Порядок проведения текущего контроля, промежуточной аттестации
и итогового контроля строго соответствует Положению о проведении
текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации студентов в
университете. Для проведения зачёта в письменной или тестовой форме
разрабатывается перечень вопросов, утверждаемых на кафедре. В перечень
включаются вопросы из различных разделов курса, позволяющие проверить
и оценить теоретические знания студентов.
3.4.2. Перечень примерных контрольных вопросов и заданий для
самостоятельной работы по разделам
Материалы промежуточного контроля
Работа №1. Изучение гравитационного поля.
1. Сформулируйте законы Кеплера.
2. Написать и сформулировать закон всемирного тяготения.
3.Что называется напряженностью и потенциалом гравитационного поля
Земли и от чего они зависят? Назовите единицы их измерения.
4.Каково различие представление о гравитационном взаимодействии в
классической физике и общей теории относительности?
5. Напишите выражение для силы, действующей на тело массой m в
гравитационном поле Земли.
Работа №2. Изучение свободных колебаний физического и
математического маятников
1. Что такое гармонические колебания? Примеры гармонических
колебаний.
2. Дайте определение физического и математического маятников.
Сделайте чертёж и покажите действующие силы.
3. Напишите дифференциальные уравнения колебаний физического и
математического маятника и объясните их.
4. Что называется приведённой длиной физического маятника? Как
определить приведённую длину?
5. Имеются два стержня одинакового размера и массы – сплошной и
полый. Сравните их периоды колебаний, если ось вращения проходит
через концы стержней.
6. Имеются два стержня одинакового размера –стальной и деревянный.
Сравните их периоды колебаний, если ось вращения проходит через
концы стержней.
18
Работа №3. Изучение магнитного поля Земли.
1. Назовите основные характеристики магнитного поля. Чем отличается
магнитное поле от электростатического?
2. Как определяют направление вектора магнитной индукции магнитного
поля? Как ориентированы линии магнитной индукции проводника с
током?
3. Какова физическая природа магнитного поля Земли?
4. Что представляет собой магнитосфера Земли и её особенности?
5. Как определяется горизонтальная составляющая индукции магнитного
поля Земли?
Работа №4. Измерение длины световой волны с помощью дифракционной
решетки
1. Что называется электромагнитной волной? Назовите характеристики
электромагнитной волны.
2. Что называется дифракцией света? Сформулируйте принцип ГюйгенсаФренеля.
3. Что называется дифракционной решёткой? Постоянная решётки.
4. Напишите условия образования главных максимумов и минимумов.
От чего зависит ширина дифракционного спектра?
5. Объясните, как определяется длина световой волны при помощи
дифракционной решётки.
Работа №5. Определение показателя адиабаты (отношения удельных
теплоёмкостей) воздуха методом Клемана-Дезорма
1. Сформулируйте первое начало термодинамики. Какой основной закон
природы оно выражает?
2. Дайте определение теплоёмкости тела. От чего она зависит?
Перечислите основные виды теплоёмкостей.
3. Что такое число степеней свободы? Чему равно число степеней
свободы для одно-двух-, трёхатомных молекул?
4. Какой процесс называется адиабатическим? Начертить график
адиабатического процесса.
5. Какие процессы и в каком порядке претерпевает воздух в ходе
выполнения лабораторной работы?
6. Почему при адиабатическом расширении газ охлаждается?
Работа №6. Изучение законов сохранения на примере фотоядерных
реакций.
1. Какое строение имеют ядра химических элементов? Какие частицы входят
в состав ядра?
2. Что называется ядерной реакцией? Какие законы сохранения выполняются
в ядерных реакциях?
19
3. Какие законы сохранения лежат в основе определения типов фотоядерных
реакций?
4. Какие частицы оставляют треки в камере Вильсона?
5. Как по радиусу кривизны трека частицы определить её импульс и
энергию?
6. От чего зависит кривизна, толщина и длина трека частицы в камере
Вильсона?
Итоговый контроль
При контроле знаний в устной форме преподаватель использует метод
индивидуального собеседования, в ходе которого обсуждает со студентом
один или несколько вопросов учебной программы. При необходимости могут
быть предложены дополнительные вопросы, задачи и примеры.
Вопросы к самостоятельной работе
1. Кинематика материальной точки и твердого тела. Мгновенные скорость и
ускорение. Нормальное, тангенциальное и полное ускорение. Вращательное
движение. Угловые скорость и ускорение. Связь между линейными и
угловыми кинематическими характеристиками движения. Кинематические
схемы в бытовых устройствах.
2. Силы упругости и трения. Виды деформации. Закон Гука. Энергия
упругодеформированного тела. Силы трения покоя, скольжения и качения.
Коэффициент трения. Роль сил трения в технике.
3. Динамика материальной точки и твердого тела. Понятия силы, массы,
количества движения. Законы Ньютона. Динамика тел при вращательном
движении. Понятия момента сил, момента инерции, момента количества
движения. Уравнение динамики вращательного движения твердого тела.
Условие равновесия тел. Вес тела и его измерение.
4. Силы тяготения. Закон всемирного тяготения. Гравитационное поле и его
напряженность. Принцип эквивалентности. Потенциальные силовые поля.
Космические скорости. Искусственные спутники Земли и современная
радиосвязь.
5. Понятия момента сил, момента инерции, момента количества движения.
Закон сохранения момента количества движения. Гироскопический эффект.
Центрифуги. Центробежные фильтры.
6. Законы сохранения импульса, момента импульса и энергии в механике.
Связь законов сохранения со свойствами симметрии пространства и времени.
Понятие к.п.д. машин и механизмов.
7. Работа и энергия. Работа переменной силы. Мощность. Энергия
кинетическая и потенциальная. Кинетическая энергия вращающегося тела.
Закон сохранения энергии в механике. Экологические проблемы, связанные с
возрастанием энергопотребления человечеством.
8. Основы релятивистской механики. Постулаты специальной теории
20
относительности. Преобразования Галилея и Лоренца. Относительность
пространственных и временных промежутков. Эквивалентность массы и
энергии.
9. Элементарный заряд. Закон сохранения заряда. Закон Кулона.
Электрическое поле и его характеристики. Свободные и связанные заряды.
Поток вектора напряженности и вектора электрического смещения. Теорема
Гаусса для электрического поля в веществе и в диэлектрике.
10. Постоянный электрический ток. Классическая электронная теория
электропроводности металлов. Закон Ома в дифференциальной форме.
Разность потенциалов, электродвижущая сила, напряжение. Виды
современных источников э.д.с.
11. Потенциальный характер электрического поля. Связь между вектором
напряженности электрического поля и потенциалом. Действие
электрического поля на человеческий организм.
12. Работа и мощность тока. Электронагревательные приборы.
Использование тока для осушения участков грунта под фундаментами в
транспортном строительстве.
13. Проводники в электрическом поле. Электрическое поле внутри
проводника и у его поверхности. Распределение зарядов в проводнике и у его
поверхности. Защита от электростатических полей.
14. Характеристики магнитного поля. Закон Био-Савара-Лапласа. Магнитное
поле прямолинейного и кругового тока. Магнитный момент витка с током.
Закон полного тока для магнитного поля. Действие магнитного поля на
человеческий организм.
15. Конденсаторы. Влияние материала диэлектрика на электроёмкость
конденсатора. Электрический пробой диэлектрика. Соединение
конденсаторов. Энергия электростатического поля. Объемная плотность
энергии.
16. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца.
Использование силы Лоренца в телевизионных трубках, ускорителях
заряженных частиц. Эффект Холла и его использование в технике.
17. Контур с током в магнитном поле. Магнитный поток Теорема Гаусса.
Работа перемещению проводника и контура с током в магнитном поле.
Принципы работы электродвигателей.
18. Ферромагнетизм. Магнитный гистерезис. Магнитные материалы и их
использование в современных технологиях.
19. Электромагнитная индукция. Опыты Фарадея. Правило Ленца. Закон
электромагнитной индукции. Принципы работы двигателей и генераторов
электрического тока.
20. Магнитные методы дефектоскопии строительных материалов и
конструкций. Магнитная дефектоскопия рельсов. Принципы магнитной
записи и воспроизведения информации.
21. Явления самоиндукции и взаимной индукции. Индуктивность
проводников. Трансформатор. Энергия системы проводников с током.
21
Объемная плотность энергии магнитного поля. Электромагнитные методы
определения параметров строительных материалов.
22. Механические колебания и волны. Гармонические колебания. Уравнение
гармонических колебаний. Периоды колебаний математического и
физического маятников. Затухающие колебания, логарифмический
декремент затухания. Вынужденные колебания, резонанс. Применение
резонанса в технике.
23. Магнитное поле в веществе. Магнитные моменты атомов.
Намагниченность. Диа-, пара-магнетизм. Использование методов
электронного и ядерного магнитного резонанса в технике.
24. Волновые процессы. Продольные и поперечные волны. Уравнение волны
и его решение. Характеристики волны. Энергия волны, поток энергии,
плотность энергии. Звук. Шкала интенсивности звука. Спектр сигнала.
25. Волны в упругой среде. Ультразвуковая дефектоскопия. Активные и
пассивные методы дефектоскопии.
26. Электромагнитные колебания и волны. Колебательный контур.
Уравнение гармонических колебаний в электрическом контуре. Формула
Томсона. Вынужденные колебания, резонанс. Теоретические принципы
радиосвязи и телевещания.
27. Основные свойства электромагнитных волн. Поток энергии. Вектор
Умова-Пойнтинга. Действие переменных электромагнитных полей на
человека.
28. Интерференция света. Оптическая длина пути. Способы получения
когерентных источников. Расчет интерференционной картины от двух
источников. Просветленная оптика. Интерференционные методы контроля
поверхности.
29. Интерференция света: использование для оптической записи
информации. Принцип работы CD-дисков.
30. Когерентность и ее использование в технике. Голография. Применение
голографии в технике.
31. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Условия наблюдения
дифракции. Дифракционная решетка. Использование дифракционных
решёток в спектральных приборах. Разрешающая способность оптических
приборов.
32. Явление полного внутреннего отражения. Световоды. Оптоволоконные
датчики, линии связи.
33. Дифракция электромагнитного излучения на трёхмерной дифракционной
решетке. Формула Вульфа-Брэгга. Изучение структуры материалов
дифракционными методами.
34. Тепловое излучение и квантовая природа света. Абсолютно черное тело.
Законы излучения черного тела. Квантовая гипотеза и формула Планка.
Тепловизоры. Использование тепловизоров для контроля поездного состава,
в дефектоскопии сооружений.
35. Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Двойное
22
лучепреломление. Поляризация света при отражении. Закон Брюстера.
Поляроиды и поляризационные призмы. Закон Малюса. Вращение плоскости
поляризации. Сахарометрия.
36. Фотоэффект. Законы фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна для внешнего
фотоэффекта. Масса и импульс фотона. Фотоэлектрические преобразователи
в технике.
37. Взаимодействие электромагнитных волн с веществом. Показатель
преломления. Нормальная и аномальная дисперсия. Групповая скорость.
Поглощение и отражение волн на границе раздела двух сред. Использование
явления дисперсии для анализа спектра электромагнитных волн.
38. Физические основы работы лазера. Основные характеристики лазерного
излучения. Применение лазеров в технике и технологии.
39. Гипотеза де Бройля. Соотношения неопределенностей. Волновая
функция. Уравнение Шредингера. Опытное обоснование корпускулярно
волнового дуализма свойств вещества.
40. Контактные явления. P-n-переходы. Современная микроэлектроника.
Понятие об интегральных схемах. Новые технологии в физике твердого тела.
Наноэлектроника.
41. Решение уравнения Шредингера для атома водорода. Опыты Штерна и
Герлаха. Спин электрона. Принцип Паули. Распределение электронов в атоме
по состояниям. Спектры атомов. Физические принципы спектроскопического
метода анализа состава материалов.
42. Строение и свойства атомных ядер. Заряд, размеры и масса атомного
ядра. Массовое и зарядовое числа. Состав ядра. Нуклоны. Свойства и
природа ядерных сил. Дефект массы и энергия связи ядра. Происхождение и
закономерности альфа-, бета-, гамма- излучения атомных ядер. Радиационная
дозиметрия.
43. Строение кристаллов. Примеры типов кристаллических решёток.
Дефекты решётки и их влияние на свойства материала. Использование
космических технологий для выращивания кристаллов с заданными
свойствами.
44. Закон радиоактивного распада. Ядерные реакции и законы сохранения.
Цепная реакция деления ядер. Управляемые и неуправляемые ядерные
реакции. Понятие о ядерной энергетике. Реакция синтеза атомных ядер.
Проблема управляемых ядерных реакций. Экологические проблемы
современной ядерной энергетики.
45. Строение кристаллического твердого тела. Энергетические зоны в
кристаллах. Распределение электронов по энергетическим зонам. Металлы,
диэлектрики, полупроводники и их применение.
46. Элементарные частицы. Классификация элементарных частиц и
фундаментальные взаимодействия. Современные взгляды на строение и
развитие Вселенной.
47. Термодинамический метод исследования. Термодинамические
параметры. Равновесные процессы, их изображение на термодинамических
23
диаграммах. Идеальный газ. Уравнение молекулярно-кинетической теории
газов. Средняя кинетическая энергия молекул. Уравнение состояния
идеального газа. Воздух, как смесь идеальных газов.
48. Второе начало термодинамики. Энтропия. Статистическое толкование
второго начала термодинамики. Циклические процессы и реальные тепловые
двигатели. Принцип работы холодильных установок. Тепловые насосы и
кондиционеры.
49. Число степеней свободы молекулы. Закон равномерного распределения
энергии по степеням свободы молекул. Внутренняя энергия идеального газа.
Работа газа при изменении его объема. Количество теплоты. Теплоемкость.
50. Реальные газы. Пределы применимости законов идеального газа. Силы и
потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия. Уравнение Вандер-Ваальса. Ожижение газов. Использование сжиженных газов в технике,
быту, медицине.
51. Первое начало термодинамики. Изопроцессы. Адиабатический процесс.
Уравнение Пуассона. Запись формулы первого начала термодинамики для
различных видов процессов.
52. Жидкости. Особенности молекулярно-кинетического строения
жидкостей. Ближний порядок в молекулярном строении жидкостей. Явление
поверхностного натяжения. Капиллярные методы дефектоскопии
поверхности.
53. Круговой процесс. Обратимые и необратимые процессы. Второе начало
термодинамики. Тепловые двигатели. Цикл Карно и его КПД для идеального
газа.
54. Жидкие кристаллы: особенности молекулярно-кинетического строения.
Применение жидких кристаллов в современных устройствах визуального
отображения информации.
55. Функции распределения. Закон Максвелла для распределения молекул
идеального газа по скоростям. Распределение Максвелла для молекул
идеального газа по энергиям теплового движения. Барометрическая формула.
Распределение Больцмана.
56. Явления переноса в термодинамически неравновесных системах.
Опытные законы диффузии, теплопроводности и внутреннего трения. Связь
между коэффициентами переноса.
57. Неравновесные состояния и процессы. Идеи И. Пригожина и их значение
для современной науки. Синергетика. Концепции самоорганизации
неравновесных систем. Самоорганизация и экономика.
58. Фазовые переходы первого рода. Испарение, конденсация, плавление и
кристаллизация. Диаграммы равновесия фаз и их практическое применение.
59. Статистическое описание квантовой системы. Различие между
квантовомеханической и статистической вероятностью. Функции
распределения Бозе и Ферми. Использование квантовой механики для
описания электрических свойств материалов: металлов, диэлектриков,
полупроводников.
60. Сверхпроводимость: физические принципы явления, применение в
24
технических целях. Высокотемпературные сверхпроводники.
3.4.3. Примерный перечень вопросов к экзамену по модулям учебной
дисциплины
Вопросы к экзамену:
Механика
1. Кинематика мат. точки, скорость, ускорение
2. Криволинейное движение. Нормальное и тангенциальное ускорения
3. Принципы относительности Галилея. Инерциальные системы отсчета.
Преобразования Галилея. Принципы относительности Эйнштейна.
Замедление времени. Вывод преобразований Лоренца
4. Лоренцево сокращение длины. Относительность одновременности.
Релятивистское сложение скоростей
5. Законы Ньютона. Импульс. Импульс силы. Закон сохранения импульса
6. Работа и энергия. Силовое поле. Консервативные силы.
7. Потенциальная и кинетическая энергии. Примеры.
8. Связь силы и потенциальной энергии. Закон сохранения энергии.
9. Абсолютно твердое тело. Кинематика А.Т.Т. Момент силы.
10. Основное уравнение динамики вращательного движения А.Т.Т.
11. Центр масс и момент инерции стержня, диска, шара. Теорема Штейнера
12. Кинетическая энергия вращения А.Т.Т.
13. Законы сохранения.
14. Релятивистская динамика. Импульс, сила, энергия, масса в С.Т.О.
15. Связь энергии и импульса в С.Т.О. Взаимосвязь массы и энергии.
16. Движение под действием постоянной силы в С.Т.О.
17. Уравнение гармонических колебаний. Энергия гармонического
осциллятора.
18. Физический и математический маятники. Приведенная длина.
19. 3атухающие колебания. Время релаксации, декремент и дробность
Термодинамика
20. М.К.Т. Уравнение состояния идеального газа
21. М.К.Т. Распределение Максвелла
22. М.К.Т. Распределение Больцмана, барометрическая формула,
распределение Максвелла-Больцмана
23. Первое начало термодинамики. Теплоемкость, Cv и Cp
24. Работа при изотермическом и адиабатическом процессах
25. Цикл Карно. К.П.Д., холодильный коэффициент
25
26. Второй закон термодинамики. Энтропия (термодинамическое
определение)
27. Статистическое определение энтропии
28. Явления переноса. Диффузия
29. Явления переноса. Теплопроводность.
30. Явления переноса. Вязкость
Электростатика
31. Законы Кулона. Электромагнитное поле. Принцип суперпозиции.
Примеры решения задач по определению поля для линейного,
плоскостного и объемного распределения зарядов.
32. Теорема Гаусса. Примеры для цилиндрической и сферической форм
симметрии. Плоский объемный заряженный слой.
33. Потенциальные поля. Потенциал. Работа в электростатических полях.
Пример для сферической и цилиндрической форм симметрии.
34. Проводники в электростатическом поле. Метод зеркальных изображений.
35. Емкость, плоский конденсатор. Емкость двухпроводной линии.
36. Поле диполя. Дипольный момент систем зарядов.
37. Диэлектрики в электростатическом поле. Диэлектрическая
проницаемость и индукция электростатического поля.
38. Дисперсионные свойства диэлектриков, металлов и плазмы
39. Граничные условия на поверхности диэлектриков. Примеры.
40. Энергия электростатического поля.
41. Уравнения Максвелла для электростатики в интегральной и
дифференциальной формах.
42. Постоянный ток. Плотность тока. Уравнение непрерывности. Закон Ома в
интегральной и дифференциальной формах.
43. ЭДС. Закон Ома для неоднородного участка цепи. Правило Кирхгофа.
44. Закон Джоуля- Ленца в интегральной и дифференциальной формах.
45. Классическая электронная теория. Трактовка законов Ома и ДжоуляЛенца. Сверхпроводимость.
Магнитное поле
1. Основные законы магнитостатики. Магнитное поле и СТО.
2. Закон Био-Савара-Лапласа. Поле прямого и кругового тока.
3. Закон полного тока. Магнитный поток. Поле соленоида и тороида.
4. Сила Ампера и сила Лоренца. Движение частицы в магнитном поле:
5. Электромагнитная индукция. Индуктивность.
6. Энергия магнитного поля.
26
Система уравнений Максвелла в дифф. и интегр. формах для магнитных
полей
8. Магнитное поле в веществе. Поле в магнетиках. Граничные условия на
поверхности двух магнетиков.
9. Физическая природа пара-, диа- и ферро-магнетизма.
10. Ток смещения: Полная система уравнений Максвелла
7.
Электромагнитные волны
11. Волны. Колебания струны. Бегущие и стоячие волны.
12. Теория Максвелла. Электромагнитные Волны.
13. Дисперсионное уравнение. Свойства э/м волн.
14. Волновой пакет, фазовая и групповая скорости. Плазма.
15. Энергия, импульс, вектор Пойнтинга, давление света.
16. Излучение диполя.
17. Шкала э/м волн, основы оптики.
Оптика
18. Интерференция света. Опыт Юнга.
19. Пространственная и временная когерентность.
20. Бипризма Френеля, интерференция на тонких пленках, интерференция
на клине, кольца Ньютона. Интерферометр Майкельсона.
21. Дифракция Френеля, Фраунгофера, векторные диаграммы.
22. Дифракционная решетка. Разрешающая способность и угловая
дисперсия.
23. Разрешающая способность объектива. Голография
24. Поляризация света. (Линейная, круг., эллипт.)
25. Поляризация при отражении. Формулы Френеля.
26. Полное внутренне отражение. Световоды, распространение света в
слоисто-неоднородной структуре.
27. Двойное лучепреломление. Кристаллы. Искусственное ДЛ-преломл.
28. Электронная теория дисперсии. Нормальная и аномальная дисперсия.
29. Дисперсия в металлах и плазме.
Квантовая оптика
30. Классическая теория абсолютно черного тела. Формула Релея - Джинса.
Ультрафиолетовая катастрофа.
31. Квантовый эффект в теории АЧТ. Формула Планка. Эффект Хокинга,
реликтовое излучение.
32. Фотоэффект, тормозное рентгеновское излучение.
33. Эффект Комптона. Давление света, опыт Боте.
34. Атомные спектры, опыт Франка-Герца. Боровская модель атома
водорода.
35. Эффект Доплера. Эффект Черенкова.
27
Квантовая механика
36. Физический смысл волновой функции.
37. Соотношение неопределенностей Гейзенберга (атом водорода,
гармонический осциллятор, аналогия из классики).
38. Уравнение Шредингера.
39. Потенциальная яма с бесконечно высокими стенками.
40. Квантово-механическая частица в потенциальной яме с конечными
стенками.
41. Туннельный эффект.
42. Квантовый линейный гармонический осциллятор.
43. Строгая квантово-механическая теория атома водорода.
44. Момент импульса и квантовые числа атома водорода. Излучение и
поглощение
45. Тонкая структура спектров, спин, теория Дирака
46. Векторная модель многоэлектронного атома. Магнитный момент атома.
47. Периодическая система элементов. Электронная конфигурация.
Ионизационный потенциал.
48. Нормальный эффект Зеемана.
49. Аномальный эффект Зеемана
50. Вынужденное излучение. Лазерный эффект. Лазер на рубине, гелий неоновый лазер.
51. Магнитный резонанс (ЭПР, ЯМР).
Физика атомного ядра и элементарных частиц
52. Энергия связи. Средние и тяжелые ядра.
53. Модели ядра, характеристики и структура ядер.
54. Ядерная реакция.
55. Радиоактивность. Период полураспада, активность распада.
56. Элементарные частицы (самостоятельно).
57. Альфа, бета и гамма - распады. Радиоактивное датирование.
58. Ядерный синтез (самостоятельно).
59. Реакция деления ядра.
60. Атомная бомба. Реактор.
Экзаменационные билеты:
Дисциплина: Общая физика. Механика-термодинамика.
БИЛЕТ №1
1. Криволинейное движение. Нормальное и тангенциальное ускорения.
2. Второй закон термодинамики. Энтропия (термодинамическое
определение).
3. Задача.
28
Дисциплина: Общая физика. Механика-термодинамика.
БИЛЕТ №2
1. Принципы относительности Галилея. Инерциальные системы отсчета.
Преобразования Галилея. Принципы относительности Эйнштейна.
Постулаты С.Т.О.
2. М.К.Т. Распределение Максвелла.
3. Задача.
Дисциплина: Общая физика. Механика-термодинамика.
БИЛЕТ №3
1. Замедление времени. Вывод преобразований Лоренца.
2. М.К.Т. Уравнение состояния идеального газа.
3. Задача.
Дисциплина: Общая физика. Механика-термодинамика.
БИЛЕТ №4
1. Лоренцево сокращение длины. Относительность одновременности.
Релятивистское сложение скоростей.
2. М.К.Т. Распределение Больцмана, барометрическая формула,
распределение Максвелла-Больцмана.
3. Задача.
Дисциплина: Общая физика. Механика-термодинамика.
БИЛЕТ №5
1. Законы Ньютона. Импульс. Импульс силы. Закон сохранения импульса.
2. Первое начало термодинамики. Теплоемкость, Cv и Cp.
3. Задача.
Дисциплина: Общая физика. Механика-термодинамика.
БИЛЕТ №6
1. Движение тела переменной массы. Формула Циолковского.
2. Второй закон термодинамики. Энтропия (термодинамическое
определение).
3. Задача.
Дисциплина: Общая физика. Механика-термодинамика.
БИЛЕТ №7
1. Работа и энергия. Силовое поле. Консервативные силы.
29
2. Явления переноса. Диффузия.
3. Задача.
Дисциплина: Общая физика. Механика-термодинамика.
БИЛЕТ №8
1. Потенциальная и кинетическая энергии. Примеры.
2. Явления переноса. Теплопроводность.
3. Задача.
Дисциплина: Общая физика. Механика-термодинамика.
БИЛЕТ №9
1. Связь силы и потенциальной энергии. Закон сохранения энергии.
2. Явления переноса. Вязкость.
3. Задача.
Дисциплина: Общая физика. Механика-термодинамика.
Б И Л Е Т № 10
1. Абсолютно твердое тело. Кинематика А.Т.Т. Момент силы. Момент
импульса. Момент инерции.
2. Работа при изотермическом и адиабатическом процессах.
3. Задача.
Дисциплина: Общая физика. Механика-термодинамика.
Б И Л Е Т № 11
1. Основное уравнение динамики вращательного движения А.Т.Т.
2. Цикл Карно. К.П.Д., холодильный коэффициент.
3. Задача.
Дисциплина: Общая физика. Механика-термодинамика.
Б И Л Е Т № 12
1. Центр масс и момент инерции стержня, диска, шара. Теорема Штейнера.
Тензор момента инерции.
2. Второй закон термодинамики. Энтропия (термодинамическое
определение).
3. Задача.
Дисциплина: Общая физика. Механика-термодинамика.
Б И Л Е Т № 13
30
1. Кинетическая энергия вращения А.Т.Т.
2. Второй закон термодинамики. Статистическое определение энтропии.
3. Задача.
Дисциплина: Общая физика. Механика-термодинамика.
Б И Л Е Т № 14
1. Законы сохранения.
2. Явления переноса. Диффузия.
3. Задача.
Дисциплина: Общая физика. Механика-термодинамика.
Б И Л Е Т № 15
1. Релятивистская динамика. Импульс, сила, энергия, масса в С.Т.О.
2. Первое начало термодинамики. Теплоемкость, Cv и Cp.
3. Задача.
Дисциплина: Общая физика. Механика-термодинамика.
Б И Л Е Т № 16
1. Связь энергии и импульса в С.Т.О. Взаимосвязь массы и энергии.
2. М.К.Т. Распределение Больцмана, барометрическая формула,
распределение Максвелла-Больцмана.
3. Задача.
Дисциплина: Общая физика. Механика-термодинамика.
Б И Л Е Т № 17
1. Движение под действием постоянной силы в С.Т.О.
2. М.К.Т. Уравнение состояния идеального газа.
3. Задача.
Дисциплина: Общая физика. Механика-термодинамика.
Б И Л Е Т № 18
1. Шкалы пространства и времени. Системы отсчета. Кинематика
материальной точки, скорость, ускорение.
2. М.К.Т. Распределение Максвелла.
3. Задача.
Дисциплина: Общая физика. Механика-термодинамика.
Б И Л Е Т № 19
1. Уравнение гармонических колебаний (осциллятор). Энергия
гармонического осциллятора.
31
2. Вынужденные колебания. Параметры вынужденных колебаний. Резонанс.
3. Задача.
Дисциплина: Общая физика. Механика-термодинамика.
Б И Л Е Т № 20
1. Физический и математический маятники. Приведенная длина.
2. 3атухающие колебания. Колебательный и апериодический процессы.
Время релаксации, декремент и добротность.
3. Задача.
Дисциплина: Общая физика. II часть.
БИЛЕТ №1
61.Волны. Колебания струны. Бегущие и стоячие волны.
62.Соотношение неопределенностей Гейзенберга (атом водорода,
гармонический осциллятор, аналогия из классики).
63.Задача.
Дисциплина: Общая физика. II часть.
БИЛЕТ №2
46.Теория Максвелла. Электромагнитные Волны.
47.Физический смысл волновой функции.
48.Задача.
Дисциплина: Общая физика. II часть.
БИЛЕТ №3
1. Дисперсионное уравнение. Свойства э/м волн.
2. Уравнение Шредингера.
3. Задача.
Дисциплина: Общая физика. II часть.
БИЛЕТ №4
4. Волновой пакет, фазовая и групповая скорости. Плазма.
5. Потенциальная яма с бесконечно высокими стенками.
6. Задача.
Дисциплина: Общая физика. II часть.
БИЛЕТ №5
32
4. Энергия, импульс, вектор Пойнтинга, давление света.
5. Квантово-механическая частица в потенциальной яме с конечными
стенками.
6. Задача.
Дисциплина: Общая физика. II часть.
БИЛЕТ №6
4. Фотометрия.
5. Туннельный эффект.
6. Задача.
Дисциплина: Общая физика. II часть.
БИЛЕТ №7
4. Излучение электромагнитных волн диполем.
5. Квантовый линейный гармонический осциллятор.
6. Задача.
Дисциплина: Общая физика. II часть.
БИЛЕТ №8
4. Шкала э/м волн, основы оптики.
5. Строгая квантово-механическая теория атома водорода.
6. Задача.
Дисциплина: Общая физика. II часть.
БИЛЕТ №9
4. Интерференция света. Опыт Юнга.
5. Момент импульса и квантовые числа атома водорода. Излучение и
поглощение
6. Задача.
Дисциплина: Общая физика. II часть.
Б И Л Е Т № 10
4. Пространственная и временная когерентность.
5. Нормальный эффект Зеемана.
6. Задача.
33
Дисциплина: Общая физика. II часть.
Б И Л Е Т № 11
4. Бипризма Френеля, интерференция на тонких пленках, интерференция на
клине, кольца Ньютона. Интерферометр Майкельсона.
5. Магнитный резонанс (ЭПР, ЯМР).
6. Задача.
Дисциплина: Общая физика. II часть.
Б И Л Е Т № 12
4. Дифракция Френеля, векторные диаграммы.
5. Классическая теория абсолютно черного тела. Формула Релея - Джинса.
Ультрафиолетовая катастрофа.
6. Задача.
Дисциплина: Общая физика. II часть.
Б И Л Е Т № 13
4. Дифракция Фраунгофера, векторные диаграммы.
5. Квантовый эффект в теории АЧТ. Формула Планка. Эффект Хокинга,
реликтовое излучение.
6. Задача.
Дисциплина: Общая физика. II часть.
Б И Л Е Т № 14
4. Дифракционная решетка. Разрешающая способность и угловая дисперсия
ДР.
5. Фотоэффект, тормозное рентгеновское излучение.
6. Задача.
Дисциплина: Общая физика. II часть.
Б И Л Е Т № 15
4. Разрешающая способность объектива. Голография.
5. Эффект Комптона. Давление света, опыт Боте.
6. Задача.
Дисциплина: Общая физика. II часть.
Б И Л Е Т № 16
4. Основные законы магнитостатики. Магнитное поле и СТО.
34
5. Поляризация света. (Линейная, круг., эллипт.)
6. Задача.
Дисциплина: Общая физика. II часть.
Б И Л Е Т № 17
4. Закон Био-Савара-Лапласа. Поле прямого и кругового тока.
5. Поляризация при отражении. Формулы Френеля.
6. Задача.
Дисциплина: Общая физика. II часть.
Б И Л Е Т № 18
4. Закон полного тока. Магнитный поток. Поле соленоида и тороида.
5. Полное внутреннее отражение. Световоды, распространение света в
слоисто-неоднородной структуре.
6. Задача.
Дисциплина: Общая физика. II часть.
Б И Л Е Т № 19
4. Сила Ампера и сила Лоренца. Движение частицы в магнитном поле:
5. Двойное лучепреломление. Кристаллы. Искусственное ДЛ-преломл.
6. Задача.
Дисциплина: Общая физика. II часть.
Б И Л Е Т № 20
4. Электромагнитная индукция. Индуктивность.
5. Электронная теория дисперсии. Нормальная и аномальная дисперсия
6. Задача.
Дисциплина: Общая физика. II часть.
Б И Л Е Т № 21
1. Энергия магнитного поля.
2. Дисперсия в металлах и плазме.
3. Задача.
Дисциплина: Общая физика. II часть.
Б И Л Е Т № 22
35
1. Система уравнений Максвелла в дифф. и интегр. формах для магнитных
полей
2. Эффект Доплера. Эффект Черенкова.
3. Задача.
Дисциплина: Общая физика. II часть.
Б И Л Е Т № 23
1. Магнитное поле в веществе. Поле в магнетиках. Граничные условия на
поверхности двух магнетиков.
2. Атомные спектры, опыт Франка-Герца. Боровская модель атома водорода.
3. Задача.
Дисциплина: Общая физика. II часть.
Б И Л Е Т № 24
Физическая природа пара-, диа- и ферро- магнетизма.
Дифракция Френеля, Фраунгофера, векторные диаграммы.
Задача.
Дисциплина: Общая физика. II часть.
Б И Л Е Т № 25
Ток смещения: Полная система уравнений Максвелла
Дифракционная решетка. Разрешающая способность и угловая дисперсия ДР.
Задача.
3.4.4. Рекомендуемые информационные источники
Основная литература
1. Трофимова В. А. Курс физики - М.: Высш.шк. ,1994
2. Сивухин Д. В. Общий курс физики. Механика. - М.: Наука, 1989.
Дополнительная литература ?
1. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. - М.: Высш.шк., 1989
2. Савельев И.В. Курс физики: учеб. в 3-х томах. -М.: Наука, т. 1. 1989. т.
3. 1988. т.З. 1987
4.Трофимова Т.И. сборник задач по курсу физики. - М: Высшая школа,
1991
5. Волькенштейн ВС. Сборник задач по общему курсу физики. - М.:
Наука, 1990
36
6. Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике. - М.: Высш.шк., 1981
7. Савельев И.В. Сборник вопросов и задач по общей физике. - М.: Наука,
1988
8. Гакен В.И., Денисов А.Е., Казанский В.М., Петренко И.Ю. Сборник
вопросов и задач для контроля знаний по физике. - Киев: Высшая
школа, 1984
9. Беликов В.С. Решение задач по физике. - М: Высшая школа, 1986
10. Барсуков К.А., Уханов Ю.И. Лабораторный практикум по физике. - М:
Высшая школа
11. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. - М: Наука, 1990
12. Кухлинг X. Справочник по физике. - М.: Мир, 1982
13. Сена А.А. Единицы физических величин и их размерности. - М: Наука,
1988
14. Сивухин Д. В. Общий курс физики. Термодинамика и молекулярная
физика. - М.: Наука, 1990
Сивухин Д. В. Общий курс физики. Оптика. - М.: Наука, 1985
Матвеев А. Н. Электричество и магнетизм. - М.: Наука, 1983
Матвеев А. Н. Оптика. - М.: Наука, 1985
Матвеев А. Н. Атомная физика. - М.: Наука, 1989
Rалашников С. Г. Электричество. - М.: Наука, 1986
Детлаф А. А., Яворский Б. М. Курс физики. М.: Высшая школа, 1989
Бутиков Е. И. Оптика. - М.: Наука, 1986.
Средства обеспечения освоения дисциплины
- компьютерное и мультимедийное оборудование (на лекциях, для
самоконтроля знаний студентов, для обеспечения студентов
методическими рекомендациями в электронной форме);
- приборы и оборудование учебного назначения (при выполнении
лабораторных работ);
- пакет прикладных обучающих программ (для самоподготовки и
самотестирования);
- видео- аудиовизуальные средства обучения (интерактивные доски,
видеопроекторы);
- электронная библиотека курса (в системе ЭБС «КнигаФонд».
Материально-техническое обеспечение дисциплины
Специальные лаборатории и классы
Лаборатории физики
37
Основное учебное оборудование
Персональные компьютеры класса Pentium-4/RAM-1Гб/HDD-1Тб.
38