Банк контрольных заданий и вопросов по учебной дисциплине

БАНК КОНТРОЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ И ВОПРОСОВ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ФИЗИКА»
ВОПРОСЫ
для подготовки к отчету по лабораторным работам
комплекса «Физические основы механики»
На защите каждой работы в качестве первого комплексного вопроса задается следующий:
- Расскажите о методах измерения физических величин в проделанной Вами работе, об
устройстве применяемых в работе приборов, о расчете погрешностей итоговых величин.
М 2.2; 2.3; 2.7
1. Материальная точка. Система отсчета. Векторный способ описания
поступательного движения материальной точки; радиус-вектор; перемещение;
скорость; ускорение, траектория.
2. Координатный способ описания движения материальной точки; выражение
радиуса-вектора, скорости, ускорения через координаты.
3. Полное ускорение при криволинейном движении, нормальное и тангенциальное
ускорение, их направление, физический смысл.
М 2.1; 2.4; 2.5; 2.6; 2.12
1. Предмет динамики. Инерциальные системы отсчета. Первый закон Ньютона.
2. Масса и импульс материальной точки, второй закон Ньютона.
3. Сила и ее свойства. Принцип независимости действия сил. Фундаментальные силы
в природе. Третий закон Ньютона.
4. Виды сил в механике. Работа силы. Консервативные и неконсервативные.
М 2.8; 2.9; 2.10; 2.11
1. Импульс материальной точки, импульс системы частиц. Закон сохранения
импульса.
2. Кинетическая энергия тела, ее связь с работой.
3. Силовое поле, его описание, потенциальная энергия тела в консервативном
силовом поле.
4. Консервативные и неконсервативные силы.
5. Полная механическая энергия. Закон сохранения энергии.
6. Общефизический закон сохранения энергии.
Элементы механики твердого тела
М 3.11; 3.12
1. Абсолютно твердое тело; число степеней свободы твердого тела при плоском
движении; число степеней свободы твердого тела, закрепленного на оси.
2. Угловые кинематические характеристики: перемещение; скорость; ускорение; их
связь с линейными характеристиками движения.
3. Кинетическая энергия тела, вращающегося вокруг неподвижной оси; кинетическая
энергия тела, совершающего плоское движение.
М 3.1; 3.2; 3.3; 3.10
1. Абсолютно твердое тело; число степеней свободы твердого тела, закрепленного на
оси.
2. Динамические характеристики вращательного движения; момент силы, момент
импульса.
3. Уравнение моментов (основное уравнение динамики вращательного движения).
Аналогия поступательного и вращательного движений.
М 3.4; 3.5; 3.6; 3.7; 3.8
1. Основное уравнение динамики вращательного движения.
2. Момент инерции частицы и твердого тела.
3. Теорема Штейнера.
4. Момент импульса частицы и твердого тела. Закон сохранения момента импульса.
5. Кинетическая энергия твердого тела, вращающегося вокруг неподвижной оси.
6. Работа момента внешних сил при вращении. Аналогия поступательного и
вращательного движений.
ВОПРОСЫ
для подготовки к отчету по лабораторным работам
комплексов «Молекулярно-кинетическая теория»
и «Термодинамика»
ТМ1; ТМ2; ТМ3
1. Термодинамическая система. Термодинамический процесс; изопроцессы в
идеальном газе; термодинамический цикл.
2. Первый закон термодинамики, его применение к изопроцессам; теплоемкость
идеального газа в изопроцессах.
3. Адиабатический процесс; уравнение адиабаты.
4. Работа идеального газа в изопроцессах и адиабатном процессе.
5. Тепловые машины; цикл Карно; к.п.д. цикла Карно.
ТМ7; ТМ8; ТМ10; ТМ11; ТМ12
1. Термодинамические системы, способы их описания; микро- и макропараметры.
2. Модель идеального газа. Вероятная, средняя, среднеквадратичная скорости
молекул газа.
3. Уравнение состояния идеального газа, смысл понятий «давление» и «температура»
газа.
4. Эффективный диаметр молекул газа; средняя длина свободного пробега молекул
газа.
5. Явления переноса: диффузия, теплопроводность; внутреннее трение. Причины
возникновения явлений переноса.
ТМ4; ТМ5; ТМ6
1. Термодинамический процесс. Обратимые и необратимые процессы.
2. Термодинамическое определение энтропии, ее свойства, вычисление энтропии
идеального газа.
3. Второй закон термодинамики.
4. Термодинамические функции: внутренняя энергия; энтальпия; энтропия.
5. Гетерогенные системы. Фазовые переходы первого рода. Удельная теплота
фазового перехода; изменение энтропии при фазовом переходе.
ВОПРОСЫ
для подготовки к отчету по лабораторным работам
комплекса «Электростатика»
1. Электрический заряд. Два вида электрических зарядов и их взаимодействие.
Элементарный заряд. Дискретность электрического заряда. Электризация тел. Модель
точечного и пробного заряда. Линейная, поверхностная и объемная плотности заряда.
2. Электрическая изолированная система. Закон сохранения заряда.
3. Закон Кулона (векторная и скалярная формы). Принцип суперпозиции для
электростатических сил. Методика расчета сил взаимодействия заряженных тел в случае
распределенного заряда.
4. Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля. Методика
определения направления вектора напряженности в заданной точке поля с помощью
пробного заряда. Напряженность электрического поля, созданного точечным зарядом.
Принцип суперпозиции полей. Расчет напряженности поля, созданного распределенным
зарядом.
5. Силовые линии электрического поля (линии напряженности). Графическое
изображение полей. Однородное поле.
6. Электрический диполь. Плечо диполя, электрический момент диполя.
Электрическое поле диполя и его графическое изображение.
7. Поток и дивергенция вектора напряженности электростатического поля. Теорема
Гаусса-Остроградского. Методика применения теоремы Гаусса-Остроградского. Расчет
полей, созданных бесконечной равномерно заряженной плоскостью, бесконечной
равномерно заряженной прямой нитью, бесконечным равномерно заряженным
цилиндром, равномерно заряженным шаром.
8. Работа сил электростатического поля по перемещению заряда. Потенциальный
характер электростатических сил. Потенциальная энергия заряда в электрическом поле.
Потенциал. Разность потенциалов (напряжение). Потенциал поля, созданного точечным
зарядом. Принципы суперпозиции электрических полей применительно к потенциалам.
9. Циркуляция и ротор вектора напряженности электрического поля. Интегральный
и дифференциальный критерии потенциальности электрического поля.
10. Связь между напряженностью электростатического поля и потенциалом.
Градиент скалярной функции и его математическое выражение в декартовой системе
координат.
11. Проводники в электрическом поле. Напряженность поля вблизи поверхности
заряженного проводника. Напряженность поля внутри проводника, находящегося в
электрическом поле. В чем суть электростатической защиты?
12. Электроемкость уединенного проводника и конденсатора. Электроемкость
плоского конденсатора. Как определяется электроемкость при последовательном и
параллельном соединении конденсаторов?
13. Диэлектрики в электрическом поле. Полярные и неполярные диэлектрики.
Сущность явления поляризации. Свободные и связанные заряды. Вектор
поляризованности. Связь вектора поляризованности с вектором напряженности
электростатического поля. Связь вектора поляризованности с поверхностной плотностью
связанных зарядов. Вектор электрического смещения. Диэлектрическая проницаемость.
Связь между вектором электрического смещения и вектором напряженности
электрического поля. Постулат Максвелла (интегральная и дифференциальная формы).
Преломление силовых линий на границе раздела диэлектриков. Соотношения между
нормальными и тангенциальными составляющими вектора напряженности и вектора
электрического смещения на границе двух диэлектриков.
14. Потенциальная энергия взаимодействия системы точечных зарядов. Энергия
заряженного проводника. Энергия заряженного плоского конденсатора. Объемная
плотность энергии электрического поля и ее зависимость от напряженности поля. Энергия
электрического поля (интегральная форма).
Вопросы для подготовки к отчету по лабораторным работам комплекса
«Постоянный электрический ток»
1. Электрический ток. Виды электрического тока (ток проводимости, ток переноса, ток
смещения). Условия существования электрического тока.
2. Сила тока. Вектор плотности тока. Сила тока как поток вектора плотности тока. Связь
плотности тока с концентрацией и скоростью дрейфа носителей заряда. Уравнение
непрерывности для вектора плотности тока. Условие стационарности тока. Линии
тока.
3. Закон Ома для участка цепи. Сопротивление проводника. Зависимость удельного
сопротивления
от
температуры.
Сверхпроводимость.
Параллельное
и
последовательное соединения сопротивлений. Закон Ома и Джоуля-Ленца в
дифференциальной (локальной) формах.
4. Сторонние электродвижущие силы. ЭДС источника тока. Закон Ома для замкнутой
цепи, содержащей источник тока. КПД источника тока. Максимальная мощность тока
во внешней цепи.
5. Первое правило Кирхгофа. Второе правило Кирхгофа. Методика применения 1-го и 2го правил Кирхгофа для расчета цепей постоянного тока.
6. Работа и мощность постоянного тока. Тепловое действие электрического тока.
Интегральная форма закона Джоуля-Ленца.
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ОТЧЕТУ ПО ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ
КОМПЛЕКСА «ФИЗИКА КОЛЕБАНИЙ»
Общие вопросы.
Что называется колебаниями?
Периодические и непериодические колебания. Период, частота, циклическая
частота и связь между ними.
1.3.
Свободные (собственные) колебания, вынужденные колебания, автоколебания
и параметрические колебания.
1.4.
Гармонические колебания и их уравнение. Амплитуда, фаза и начальная фаза.
1.5.
Скорость и ускорение при механических колебаниях.
1.6.
Превращение и сохранение энергии в идеальных колебательных системах
(математический и пружинный маятники, колебательный контур).
1.7.
Свободные незатухающие колебания в идеальных колебательных системах.
Дифференциальное уравнение колебаний и его общее решение.
1.8.
Свободные затухающие колебания в реальных системах. Дифференциальное
уравнение и его решение. Коэффициент затухания, логарифмический декремент
затухания.
1.9.
Вынужденные колебания в реальных системах. Дифференциальное уравнение
колебаний и его общее решение. Амплитуда и фаза вынужденных колебаний.
Резонанс.
1.10. Представление гармонических колебаний в векторной форме. Метод векторных
диаграмм.
1.
1.1.
1.2.
2.
КВ-1.1.
КВ-1.2.
Специальные вопросы к лабораторным работам.
а) Вынужденные электромагнитные колебания в контуре при действии в нем
гармонического напряжения. Дифференциальное уравнение колебаний заряда
и его решение. Амплитуда заряда и фаза вынужденных колебаний. Сдвиг фаз
между током и напряжением на каждом элементе контура. Индуктивное,
емкостное и полное сопротивление контура. Векторная диаграмма
напряжений.
КВ-1.3.
а) Сложение гармонических колебаний одного направления с близкими
частотами. Биения.
КВ-1.4.
а) Сложение взаимно перпендикулярных гармонических колебаний. Фигуры
Лиссажу.
КВ-2.1.
а) Пружинный маятник. Дифференциальное уравнение движения груза на
пружине и его решение. Период колебаний пружинного маятника.
Превращение и сохранение энергии при колебаниях груза на пружине. Полная
энергия.
КВ-2.2.
а) Физический маятник. Дифференциальное уравнение движения физического
маятника и его решение. Период колебаний. Приведенная длина и ее
физический смысл. Зависимость периода колебаний физического маятника от
амплитуды.
КВ-2.3.
а) Свободные затухающие колебания математического маятника.
Дифференциальное уравнение затухающих колебаний и его решение.
Коэффициент затухания. Зависимость амплитуды колебания от времени.
Логарифмический декремент затуханий. Апериодические колебания.
КВ-2.4.
а)
Свободные
затухающие
колебания
физического
маятника.
Дифференциальное уравнение и его решение. Период колебаний физического
маятника при наличии затухания.
КВ-2.5.
а) Свободные затухающие колебания в контуре. Дифференциальное уравнение
колебаний заряда на конденсаторе и его решение. Период затухающих
колебаний. Логарифмический декремент затухания. Добротность контура.
Волновое сопротивление.
КВ-2.6.
а) Апериодический разряд конденсатора. Время релаксации.
КВ-2.7.
а) Вынужденные электромагнитные колебания в контуре при действии в нем
гармонической ЭДС. Дифференциальное уравнение и его решение.
Коэффициент затухания. Логарифмический декремент, добротность контура.
Резонанс в последовательном колебательном контуре. Резонансные кривые в
зависимости от коэффициента затухания.
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ОТЧЕТУ ПО ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ
КОМПЛЕКСА «ВОЛНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ»
1. Общие характеристики волновых процессов (Что называется волной? Волновой
фронт и волновая поверхность, длина волны, волновой вектор, фазовая скорость.).
2. Поперечные и продольные волны.
3. Уравнение плоской гармонической волны.
4. Волновое уравнение, его математический и физический смысл.
5. Стоячие волны. Узлы и пучности.
6. Эффект Доплера для упругих волн.
7. Электромагнитные волны. Их природа. Поперечный характер ЭМВ.
8. Волновые уравнения для ЭМП (без вывода). Скорость распространения ЭМВ.
9. Движение энергии в ЭМВ. Вектор Пойтинга.
10. Световые волны. Корпускулярно-волновой дуализм.
11. Когерентные волны. Интерференция. Оптическая разность хода. Условия усиления
(максимума) и ослабления (минимума) при интерференции когерентных волн.
12. Дифракция.
13. Принцип Гюйгенса-Френеля.
14. Метод зон Френеля. Дифракция сферических волн на круглом отверстии, на
круглом непрозрачном диске.
15. Дифракция плоских волн на щели. Дифракционная решетка.
16. Поляризация света. Законы Малюса и Брюстера.
17. Дисперсия света.
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ОТЧЕТУ ПО ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ
КОМПЛЕКСА «ОСНОВЫ КВАНТОВОЙ ФИЗИКИ»
КФ 1.1; КФ 1.1а; КФ 1.5; КФ 1.6
1. Квантовая гипотеза Планка. Квантование энергии.
2. Гипотеза де-Бройля о корпускулярно-волновом дуализме микрообъектов. Формула
де-Бройля.
3. Волновая функция и ее свойства.
4. Соотношения неопределенностей.
5. Уравнение Шредингера для стационарных состояний.
КФ 1.2
1. Уравнение Шредингера. Собственные функции и собственные значения.
2. Стационарные состояния. Уравнение Шредингера для стационарных состояний.
Виды энергетических спектров микрочастицы.
3. Рентгеновские спектры, характеристическое излучение.
4. Как возникают серии характеристического излучения.
5. Рентгеновские спектры, тормозное излучение. Коротковолновая граница спектра
тормозного излучения.
6. Закон Мозли, постоянная экранирования.
КФ 1.3
1. Волновая функция и плотность вероятности.
2. Корпускулярно-волновой дуализм, формула де-Бройля.
3. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.
4. Законы фотоэффекта.
5. Работа выхода и красная граница фотоэффекта.
КФ 1.4; КФ 1.4,а
1. Уравнение Шредингера. Собственные функции, собственные значения.
2. Как объясняется образование линейчатых спектров в квантовой механике?
3. Спектры излучения и поглощения и принцип суперпозиции квантовых состояний.
4. Квантовые числа (главное, орбитальное, магнитное, типовое). Квантовые
состояния. Правила отбора.
5. Оптические спектры и спектральные серии.
6. Правила квантования орбит и квантовые переходы в теории Бора.
7. Формула Бальмера. Постоянная Ридберга.
КФ 1-7
1. Волновая функция и плотность вероятности.
2. Гипотеза и формула де-Бройля.
3. Соотношение неопределенностей.
4. Физический смысл соотношения для энергии.
5. Принцип неопределенности и измерение в квантовой механике.
КФ 1.8; КФ 1.9
1. Характеристики теплового излучения. Черное тело.
2. Законы теплового излучения (Кирхгофа, Стефана, Больцмана, Вина, РэлеяДжинса).
3. Физический смысл функции Кирхгофа. Ультрафиолетовая катастрофа.
4. Квантовая гипотеза. Формула планка.
5. Постоянная Планка и ее физический смысл.
КФ 2.1; КФ 2.2
1. Волновая функция и ее свойства.
2. Уравнение Шредингера для стационарных состояний.
3. Собственные функции, собственные значения. Дискретный энергетический спектр.
Главное квантовое число.
4. Потенциальная яма, потенциальный барьер, их влияние на энергетический спектр
микрочастицы.
5. Квантовые числа.
КФ 2.6
1. Волновая функция и ее свойства.
2. Классический осциллятор, уравнение движения.
3. Квантовый осциллятор, уравнение Шредингера.
4. Собственные значения энергии осциллятора. Главное квантовое число.
5. Соотношение неопределенностей, нулевые колебания и их физический смысл.
КФ 2.7
1. Волновая функция и ее свойства.
2. Классический осциллятор, уравнение движения.
3. Квантовый осциллятор, уравнение Шредингера.
4. Собственные значения энергии осциллятора. Главное квантовое число.
5. Соотношение неопределенностей, нулевые колебания и их физический смысл.
6. Квантовые числа. Квантование энергии и момента импульса.
7. Собственные волновые функции. Радиальные и угловые функции.
П1
1. На чем основано деление твердых тел на металлы, полупроводники и изоляторы?
Чем объясняется различие в их проводимости?
2. Дайте графическое изображение энергетического спектра собственного и
примесного полупроводников.
3. Какие типы проводимости в полупроводниках Вы знаете?
4. Какова зависимость собственной и примесной проводимости полупроводников от
температуры?
П2
1. Как объясняет проводимость твердых тел зонная теория.
2. Какие вещества относятся к полупроводникам?
3. Какие существуют типы полупроводников и каков энергетический спектр
собственных и примесных полупроводников?
4. Какова классификация проводимости полупроводников по типу и способу
возбуждения носителей заряда?
5. Какой формулой выражается зависимость проводимости полупроводников от
температуры в случае наличия примесей одного типа.
П3
1. Какие вещества относятся к металлам, полупроводникам, диэлектрикам. Приведите
схему энергетических зон собственного и примесного полупроводников.
2. Какой функцией описывается распределение электронов по энергиям в
полупроводниках?
3. Какой вид имеет зависимость собственной и примесной проводимости
полупроводника от температуры?
4. Как по температурной зависимости электропроводности полупроводника
определить ширину запрещенной зоны?
П4
1. На чем основан принцип классификации твердых тел на металлы, диэлектрики и
полупроводники?
2. Какова температурная зависимость собственной и примесной электропроводности
полупроводников?
3. Что характеризует температурный коэффициент сопротивления полупроводников?
4. Как по температурной зависимости сопротивления полупроводника определить
постоянные В и R0?
П5
1. Какие вещества относятся к металлам, полупроводникам и изоляторам. Чем
объясняется различие их электрических свойств?
2. Получите выражения (8) для определения эдс Холла.
3. Что называется подвижностью носителей и как она зависит от температуры?
4. Как по знаку эдс Холла определить тип проводимости полпроводника?
5. У каких веществ  проводников или полупроводников  постоянная Холла сильнее
зависит от температуры? Почему?
П6
1. Как возникает с точки зрения зонной теории твердого тела собственная и
примесная проводимость полупроводников?
2. Какие носители заряда называются «основными», «неосновными»? Каков
физический смысл энергии Ферми в полупроводниках? Где располагается уровень
ферми в собственном и примесном полупроводниках?
3. Как влияет внешнее электрическое поле на изменение высоты потенциального
барьера между р- и п-областями? Приведите энергетические схемы р-п перехода в
равновесии, прямом и обратном включении.
4. Справедлив ли закон Ома для системы, содержащей р-п переход?
5. Изобразите ВАХ р-п перехода и расскажите о физических процессах,
определяющих форму характеристики на различных участках.
6. Расскажите о применении полупроводниковых диодов.
П7
1. Как возникает собственная и примесная проводимость полупроводников с точки
зрения зонной теории твердого тела?
2. Какие полупроводники называются вырожденными?
3. Чем отличается зонная модель туннельного диода от обычного р-п перехода в
условиях равновесия?
4. Укажите существенные отличия ВАХ туннельного диода от обычного
полупроводникового диода.
5. Как по ВАХ туннельного диода определить глубину залегания уровней Ферми в
собственных полупроводниках?
6. Как определить величину среднего отрицательного сопротивления туннельного
диода?
Поясните
смысл
понятия
«отрицательное
дифференциальное
сопротивление».
7. Расскажите о применении туннельного диода.
П8
1. Как объясняется механизм проводимости полупроводников (собственных и
примесных) в зонной теории твердого тела?
2. Какие явления называются генерацией и рекомбинацией носителей заряда в
полупроводниках?
3. Какая разница между равновесными и неравновесными носителями?
4. Дайте определение времени жизни неравновесного носителя заряда.
5. Чем обусловлена инерционность фоторезистора и где они применяются.
П9
1. Как объяснить проводимость металлов, полупроводников и диэлектриков с точки
зрения зонной теории твердого тела.
2. Что общего и чем отличается внутренний фотоэффект от внешнего?
3. Какие явления называются генерацией и рекомбинацией носителей заряда?
4. Как по типу рекомбинации носителей заряда в полупроводнике определить тип его
проводимости?
5. Дайте понятие светового и темнового тока фоторезистора.
6. Назовите основные параметры фоторезистора. Как они определяются?
7. Расскажите об устройстве и применении фоторезисторов.
П10
1. Как возникает собственная и примесная проводимость полупроводников с точки
зрения зонной теории твердого тела?
2. Почему возникает контактная разность потенциалов на р-п переходе?
3. Какова ее полярность и величина? Приведите энергетическую диаграмму р-п
перехода в равновесии.
4. Как влияет свет на свойства р-п перехода?
5. Приведите энергетическую схему фотоэлемента в вентильном режиме.
6. Дайте определение фотоэдс и тока короткого замыкания фотоэлемента.
7. Какими основными параметрами характеризуется фотоэлемент и как они
определяются?
ВОПРОСЫ К ПРОМЕЖУТОЧНЫМ АТТЕСТАЦИЯМ (ПО МОДУЛЯМ)
К ЭКЗАМЕНАМ БИЛЕТЫ ФОРМИРУЮТСЯ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ:
1 семестр – 1 вопрос из модулей 1-2, 2 вопрос – из модуля 3
2 семестр – 1 вопрос из модуля 4, 2 вопрос – из модулей 5,6
3 семестр – 1 вопрос из модуля 7, 2 вопрос – из модуля 8.
Третий вопрос в экзаменационных билетах – задача.
Рекомендуемые вопросы – модуль 1
Элементы кинематики и динамики поступательного движения
1. Пространственно-временные соотношения. Система отсчета.
2. Материальная точка, радиус-вектор, траектория, путь, скорость, ускорение.
3. Кинематические способы описание движения материальной точки: векторный,
координатный, естественный. Прямая задача кинематики.
4. Нормальная и тангенциальная компоненты ускорения в криволинейном движении.
5. Законы Ньютона. Второй закон Ньютона как уравнение движения. Область
применимости.
6. Импульс. Закон сохранения импульса.
7. Центр инерции. Закон движения центра инерции.
8. Силовые поля. Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальное поле.
9. Силы упругости, трения, гравитации.
10. Работа силы. Работа переменной силы на криволинейной траектории. Мощность.
11. Кинетическая энергия и ее связь с работой силы.
12. Потенциальная энергия. Ее неоднозначность.
13. Связь между силой и потенциальной энергией.
14. Закон сохранения энергии в механике. Условие его выполнения.
15. Общефизический закон сохранения энергии.
16. Потенциальные кривые. Финитное и инфинитное движения.
Рекомендуемые вопросы – модуль 2
Элементы динамики вращательного движения Релятивистская механика. Механика
сплошной среды
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Угловые скорость и ускорение, их направление, связь с линейными величинами.
Момент силы относительно точки и оси.
Момент импульса относительно точки и оси.
Момент инерции тела. Его вычисление. Теорема Штейнера.
Уравнение динамики вращательного движения.
Закон сохранения момента импульса. Условие его выполнения.
Работа и кинетическая энергия при вращательном движении.
Понятие о прецессии. Гироскоп.
Движение материальной точки в однородном силовом поле.
Относительность механического движения. Преобразования Галилея. Опыт
Майкельсона.
Постулаты СТО. Принцип относительности Эйнштейна.
Преобразования Лоренца. Следствия из них.
Релятивистский закон сложения скоростей.
Зависимость массы от скорости. Релятивистская энергия.
Связь между релятивистской энергией и импульсом.
11.
12.
13.
14.
15.
16. Упругие напряжения и деформации. Закон Гука
17.
18.
19.
20.
21.
22.
Общие свойства жидкостей и газов
Поток вектора скорости; уравнение непрерывности
Циркуляция векторного поля. Ротор вектора
Уравнения движения и равновесия жидкости
Стационарное течение идеальной жидкости. Уравнение Бернулли
Стационарное течение вязкой жидкости
Рекомендуемые вопросы – модуль 3
Молекулярно-кинетическая теория. Термодинамика
Термодинамическая система; макросостояния; макропроцесс.
Идеальный газ. Уравнение состояния идеального газа.
Уравнение молекулярно-кинетической теории для давления. Закон Дальтона.
Степени свободы. Закон равномерного распределения энергии молекул по
степеням свободы.
5. Микро- и макросостояния. Равновесное состояние. Равновесные обратимые и
необратимые процессы.
6. Распределение Максвелла. Следствия из закона распределения. Условие
нормировки. Вычисление средних значений в распределении Максвелла.
7. Газы в силовом поле. Барометрическая формула.
8. Распределение Больцмана.
9. Явления переноса. Элементы молекулярно-кинетической теории явлений
переноса. Особенности диффузии и теплопроводности в конденсированных средах.
10.Работа и теплота как обобщенные формы обмена энергии в термодинамике. Работа
газа и ее вычисление для различных изопроцессов.
11.Внутренняя энергия идеального газа.
12.Первое начало термодинамики его применение к изопроцессам.
13.Изохорическая и изобарическая теплоемкости идеального газа.
14.Адиабатический процесс. Уравнение Пуассона.
15. Термодинамические функции. Получение информации о свойствах тел с помощью
термодинамических функций. Соотношения Максвелла и уравнения ГиббсаГельмгольца. Вариационные принципы термодинамики.
16.Химический потенциал. Условия фазового равновесия. Уравнение КлайперонаКлаузиуса.
17.Второе начало термодинамики. Его формулировки.
18.Энтропия и ее свойства.
19.Энтропия идеального газа и ее вычисление.
20.Статистический смысл энтропии. Закон возрастания энтропии.
21.Цикл Карно и его КПД. P-V и S-T .диаграммы цикла. Теорема Карно.
22. Теорема Нернста.
23.Фазовые переходы первого и второго рода.
24. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Метастабильные состояния. Критическая точка.
25.Термодинамические системы вдали от равновесия. Синергетика.
1.
2.
3.
4.
Рекомендуемые вопросы – модуль 4
Электростатика. Постоянный ток
1. Электрический заряд. Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона.
2. Закон сохранения электрического заряда.
3. Электростатическое поле. Напряженность.
4. Принцип суперпозиции электростатических полей.
5. Поток вектора напряженности через поверхность. Теорема Гаусса для вектора
напряженности.
6. Применение теоремы Гаусса к расчету электрических полей простейших симметрий.
7. Потенциал электростатического поля. Потенциал полей простейших симметрий.
8. Работа по перемещению заряда в электростатическом поле.
9. Циркуляция вектора напряженности.
10. Напряженность поля и градиент потенциала. Уравнение Пуассона.
11. Диполь и его поле. Поведение диполя во внешнем электростатическом поле.
12. Типы диэлектриков и поляризации. Вектор поляризации. Свободные и связанные
заряды.
13. Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектрике.
14. Вектор электрического смещения. Основные уравнения электростатического поля.
Постулат Максвелла.
15. Граничные условия на поверхности раздела двух диэлектриков.
16. Проводники в электростатическом поле. Поле внутри проводника и на его
поверхности.
17. Электроемкость. Емкости конденсаторов простейших симметрий.
18. Энергия заряженного уединенного проводника и системы точечных зарядов.
19. Энергия заряженного конденсатора. Энергия электрического поля. Объемная
плотность энергии электрического поля.
20. Постоянный электрический ток, условия его существования.
21. Электродвижущая сила. Работа сторонних сил по замкнутому контуру.
22. Законы Ома и Джоуля - Ленца в интегральной и дифференциальной формах.
23. Классическая электронная теория проводимости металлов и ее затруднения.
24. Правила Кирхгофа и их применение к разветвленным электрическим цепям.
Рекомендуемые вопросы – модуль 5
Электромагнетизм
1. Источники магнитного поля. Магнитное взаимодействие токов. Закон Ампера.
2. Сила Ампера, действующая на проводник с током в магнитном поле. Магнитный
момент контура с током.
3. Сила Лоренца. Движение заряженной частицы в магнитном поле.
4. Момент сил, действующий на контур с током в однородном магнитном поле.
Магнитный момент контура с током. Поведение контура с током в неоднородном
магнитном поле.
5. Закон Био - Савара - Лапласа. Принцип суперпозиции магнитных полей.
6. Магнитное поле прямого тока.
7. Магнитное поле кругового тока.
8. Работа перемещения проводника и контура с током в магнитном поле.
9. Потенциальная энергия контура с током в магнитном поле.
10.Поток вектора магнитной индукции через поверхность. Теорема Гаусса для вектора
В.
11.Циркуляция вектора магнитной индукции.
12.Магнитное поле соленоида и тороида.
13.Основные уравнения для магнитного поля в вакууме в интегральной и
дифференциальной формах.
14.Магнитное поле в веществе. Вектор намагничивания.
15.Магнитомеханические явления. Орбитальные и спиновые магнитные моменты.
16.Поток и циркуляция вектора напряженности магнитного поля в веществе. Закон
полного тока.
17.Граничные условия для магнитного поля
18.Диамагнетики и парамагнетики. Ферромагнетики.
19.Электромагнитная индукция. Два вида индукционных явлений. Законы
электромагнитной индукции.
20.Явление самоиндукции. Индуктивность. Индуктивность соленоида.
21.Магнитная энергия контуров с током. Энергия магнитного поля. Плотность
энергии магнитного поля.
22.Ток смещения.
23.Уравнения Максвелла в интегральной форме.
24.Уравнения Максвелла в дифференциальной форме. Материальные уравнения.
25.Относительность электрических и магнитных полей.
Рекомендуемые вопросы – модуль 6
Колебания и волны
1. Гармонические колебания. Уравнение гармонических колебаний.
2. Пружинный маятник. Период колебаний.
3. Физический и математический маятники. Период колебаний.
4. Идеальный колебательный контур. Период свободных колебаний.
5. Энергия гармонических колебаний.
6. Затухающие колебания. Уравнение затухающих колебаний.
7. Логарифмический декремент затухания. Добротность колебательной системы.
8. Вынужденные колебания. Резонанс.
9. Сложение колебаний одного направления.
10.Биения.
11.Сложение взаимно перпендикулярных колебаний.
12.Уравнение плоской волны. Частота, волновой вектор, фазовая скорость.
13.Стоячие волны.
14.Электромагнитные волны. Их свойства.
15.Закон сохранения энергии в электромагнитной волне. Плотность потока энергии
электромагнитного поля.
16.Световая волна. Показатель преломления. Интенсивность света. Понятие о
поляризации световой волны. Импульс световой волны.
17.Интерференция волн. Условия максимума и минимума. Когерентность волн.
18.Интерференция двух когерентных воли. Особенности интерференционной
картины.
19.Интерференция в тонких пленках. Полосы равного наклона.
20.Полосы равной толщины. Кольца Ньютона.
21.Дифракция света. Принцип Гюйгенса - Френеля.
22.Метод зон Френеля. Свойства зон Френеля.
23.Дифракция Френеля от простейших препятствий.
24.Дифракция Фраунгофера от щели. Условия максимума и минимума. Распределение
интенсивности на дифракционной картине.
25.Дифракционная
решетка. Условия главных максимумов и минимумов.
Распределение интенсивности на дифракционной картине (качественно).
26.Разрешающая способность, угловая и линейная дисперсии дифракционной
решетки.
27.Дифракция рентгеновских лучей на трехмерных структурах.
28.Голография. Простейшие способы записи и восстановления топографического
изображения. Свойства голограммы.
29.Поляризация света. Виды поляризованных волн. Поляризатор. Прохождение света
через поляризатор. Закон Малюса.
30.Поляризация света при отражении и преломлении на диэлектрической границе.
Закон Брюстера.
31.Двойное лучепреломление. Объяснение на основе волновых представлений.
32.Искусственное двойное лучепреломление. Эффект Керра.
33. Дисперсия света. Нормальная и аномальная дисперсии. Связь групповой и фазовой
скоростей при наличии дисперсии.
Рекомендуемые вопросы – модуль 7
Элементы квантовой физики
1. Противоречия классической физики.
2. Тепловое излучение. Его основные характеристики.
3. Спектр теплового излучения абсолютно черного тела. Законы теплового излучения.
4. Формула Рэлея –Джинса. Ультрафиолетовая катастрофа.
5. Гипотеза и формула Планка.
6. Законы теплового излучения как следствия формулы Планка.
7. Фотоэффект и его закономерности.
8. Тормозное рентгеновское излучение. Коротковолновая граница.
9. Эффект Комптона.
10.Гипотеза де Бройля о двойственной природе микрочастиц. Волновые свойства
микрочастиц и их опытное обоснование.
11.Вероятностное описание состояния микрочастиц. Волновая функция. Стандартные
требования, накладываемые на волновую функцию.
12.Операторы квантовой механики. Собственные функции, собственные значения.
Спектр собственных значений.
13.Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Наборы одновременно измеримых
величин.
14.Принцип причинности в квантовой механике. Уравнение Шредингера. Волновые
свойства микрочастиц и соотношения неопределенностей.
15.Уравнение Шредингера для стационарных состояний.
16.Свободная микрочастица.
17.Частица в потенциальной яме с бесконечными стенками. Квантование энергии.
18.Прохождение частицы через потенциальный барьер. Туннельный эффект.
19.Квантовый гармонический осциллятор.
20.Квантовая модель атома водорода. Квантовые числа. Спектр атома водорода.
Сравнение квантовой и боровской моделей атома водорода.
21.Спин электрона и опытное обоснование его существования.
22. Принцип Паули. Бозоны и фермионы. Периодическая система элементов
Менделеева.
Рекомендуемые вопросы – модуль 8
Физика конденсированного состояния. Физика атомного ядра
1. Элементы зонной теории. Зонный характер энергетического спектра электронов в
кристаллах.
2. Строение кристаллов. Методы определения кристаллической структуры.
3. Дефекты в кристаллах.
4. Теплоемкость кристалла. Теплопроводность кристаллов
5. Зонная структура электронного энергетического спектра в кристаллах. Заполнение
электронами зон в металлах, диэлектриках и проводниках. Классификация
кристаллов на основе зонной теории (металлы, полупроводники, диэлектрики).
6. Плотность состояний электронов в зоне проводимости. Уровень Ферми.
7. Динамика электронов в зоне проводимости. Эффективная масса.
8. Электропроводность металлов.
9. Сверхпроводимость. Основные экспериментальные факты. Основные идеи
микроскопической теории сверхпроводимости. Куперовское спаривание
электронов Высокотемпературная сверхпроводимость. Туннельный контакт.
Эффект Джозефсона и его применение.
10.Квантовая статистика Ферми-Дирака и Бозе-Эйнштейна.
11.Электропроводность
полупроводников.
Собственная
и
примесная
электропроводность. Зависимость электропроводности полупроводников от
температуры.
12. Неравновесная электропроводность проводников
13.Электронно - дырочный переход и его основные свойства. Понятие о биполярном
транзисторе.
14.Вероятность перехода. Элементы квантовой теории излучения. Свойство
спонтанного и вынужденного излучения.
15. Принцип работы квантового генератора. Применения квантовой электроники.
16. Состав и характеристики атомного ядра. Модели атомного ядра. Ядерные силы.
17.Дефект массы. Энергия связи ядра.
18.. Радиоактивные превращения ядер. Закономерности -распада. Бета-распад.
Гамма-излучение и его свойства.
19. Основные дозиметрические величины.
20. Резонансное поглощение -излучений.
21.Ядерные реакции. Законы сохранения при ядерных реакциях. Эффективное
сечение ядерной реакции.
22. Ядерные реакции на нейтронах. Реакция деления. Цепная ядерная реакция.
Ядерные реакторы. Типы ядерных реакторов.
23.Термоядерный синтез. Управляемый термоядерный синтез.
24. Элементарные частицы.
25. Физические аспекты современной космологии.
26.Вещество в условиях высоких плотностей, высоких температур и в сильных
электромагнитных полях.
27.Незавершенность современной физики. Основные этапы эволюции физики и
становление новых форм рационального мышления
Типовые задачи по курсу:
1. Шар массой 1 кг движется со скоростью 4 м/с и сталкивается с шаром массой
2 кг, движущемуся навстречу ему со скоростью 3 м/с. Считая удар абсолютно упругим
найти скорости шаров после удара.
2. На обод диска диаметром d=60 см намотан шнур, к которому привязан груз
массой т=2 кг. Определить момент инерции J диска, если он, вращаясь равноускоренно, за
время t=3 с приобрел угловую скорость =9 рад/с.
3. Колесо вращается с постоянным угловым ускорением 3 рад/с2. Определить радиус
колеса, если через t=1с полное ускорение колеса 7,5 м/с2.
4. Определить момент инерции J тонкого однородного стержня длиной l=50см и
массой т=360г относительно оси, перпендикулярной стержню и проходящей через точку,
удаленную на а=20см от одного из концов стержня.
5. Два шара массами m1  10кг и m2  4кг движутся навстречу друг другу со
скоростями 1  4 м с и 2 = 12 м с . Считая удар прямым, упругим, найти кинетические
энергии шаров после удара.
6. Колесо, масса которого m  1кг распределена по ободу, радиусом R  0,1м
вращается вокруг оси, проходящей через его центр перпендикулярно плоскости вращения.
Уравнение вращения имеет вид   2at  5bt 4 , где a  2 рад с 2 , b  1 рад с 5 .
Определить полное ускорение точек обода колеса в момент времени t  2с и момент
силы, вызывающей вращение.
7. На краю платформы, в виде однородного диска, вращающейся по инерции вокруг
неподвижной вертикальной оси с частотой  1  8 мин 1 , стоит человек, массой
m  70кг . Когда человек перешел в центр платформы, она стала вращаться с частотой
 2  10 мин 1 . Определите массу платформы. Момент инерции человека рассчитывать
как для материальной точки.
8.
Через неподвижный блок диаметром d  4см перекинута невесомая нить, к
концам которой прикреплены тела массами m1  50г и m2  60г . Пренебрегая трением
в оси блока, определите момент инерции блока, если он вращается с угловым ускорением
  1,5 рад с 2 .
9. Тело движется согласно уравнению S =A + Bt + Ct2 + Dt3 (C = 0,1 м/с2; D = 0,03 м/с3).
Определить через какое время после начала движения ускорение тела будет равно а = 2
м/с2.
10. Человек массой m1  70кг , бегущий со скоростью 1  9 км ч , догоняет тележку
массой m2  190кг , движущейся со скоростью 2 = 3,6 км ч , и вскакивает на нее. С какой
скоростью будет двигаться тележка с человеком? С какой скоростью будет двигаться
тележка с человеком, если он до прыжка бежал ей навстречу?
11. Электрическое поле создано двумя точечными зарядами q1 = 10 нКл и q2 = -20 нКл,
находящимися на расстоянии d = 20 см друг от друга. Определить напряженность Е
поля в точке, удаленной от первого заряда на r1 = 30 см и от второго на r2 = 50 см.
12.
Тонкое
полукольцо
радиуса
R
=
20
см
заряжено
равно
мерно
зарядом
q
=
0,70
нКл.
Найти
модуль
напряженности
электрического поля в центре кривизны этого полукольца.
14. Электрическое поле создано двумя бесконечными параллельными пластинами,
несущими равномерно распределенный по площади заряд с поверхностными
плотностями  1 = 2 нКл/м2 и  2 = -5 нКл/м2. Определить напряженность Е поля: 1)
между пластинами; 2) вне пластин. Построить график изменения напряженности
вдоль линии, перпендикулярной пластинам.
15. Определить потенциал φ, до которого можно зарядить уединенный металлический
шар радиусом R = 10 см, если напряженность Е поля, при которой происходит пробой
воздуха, равна 3 МВ/м. Найти также максимальную поверхностную плотность σ
электрических зарядов перед пробоем.
16. Электрон влетел в пространство между пластинами плоского конденсатора со
скоростью v0 = 10 Мм/с, направленной параллельно пластинам. На сколько приблизится
электрон к положительно заряженной пластине за время движения внутри конденсатора (поле считать однородным), если расстояние d между пластинами равно 16 мм,
разность потенциалов U = 30 В и длина l пластин равна 6 см?
17. Вычислить сопротивление R графитового проводника, изготовленного в виде прямого
кругового усеченного конуса высотой h = 20 см и радиусами оснований r1 = 12 мм и r2 = 8
мм. Температура t проводника равна 200С.
18. Найти сопротивление проволочного каркаса, имеющего форму куба (рис.), при
включении его в цепь между точками: а) 1-7; б) 1-2; в) 1-3.
Сопротивление каждого ребра каркаса равно R.
19. На рис. показана бесконечная цепь, образованная повторением одного и того же
звена - сопротивлений R1 = 4 Ом и R2 = 3 Ом. Найти сопротивление между точками А и
В.
20. Определить силу тока I3 в резисторе сопротивлением R3 (электрическая цепь
изображена на рис. 12.4) и напряжение U3 на концах этого резистора, если ε1 = 4 В, ε2 =
3 В, R1 = 2 Ом,
R2 = 6 Ом, R3 = 1 Ом. Внутренними сопротивлениями источников
тока пренебречь.
21.
Дифракционная
решетка
содержит
n
=
200
штрихов
на
1 мм. На решетку падает нормально монохроматический свет (λ= 0,6 мкм).
Максимум какого наибольшего порядка дает эта решетка?
22. На дифракционную решетку, содержащую n = 400 штрихов на 1 мм, падает
нормально монохроматический свет
(λ= 0,6мкм). Найти общее число дифракционных
максимумов, которые дает эта решетка. Определить угол φ дифракции,
соответствующий последнему максимуму.
23. Поток энергии Фе,
излучаемый
из
плавильной печи,
равен 34 Вт.
Определить
если площадь отверстия S = 6 см2.
смотрового
температуру
окошка
Т печи,
24. Определить энергию W, излучаемую за время t = 1мин из смотрового окошка
площадью S = 8 см2 плавильной печи, если ее температура Т = 1,2 кК.
25. Температура Т верхних слоев звезды Сириус равна
10 кК. Определить поток
энергии Фе, излучаемый с поверхности площадью S = l км2 этой звезды.