Квантовая физика атома, ядра и элементарных частиц

Программа по «Общей физике» для поступающих в аспирантуру
ИНХ СО РАН по специальности «Физическая химия»
I. Механика
1) Кинематика
Пространство. Время. Движение. Кинематика прямолинейного движения. Кинематика
движения материальной точки. Мгновенное, касательное, нормальное ускорение
материальной точки. Движение материальной точки по окружности. Основные задачи
кинематики. Формулы для радиуса вектора r и вектора скорости V .
Задачи
2) Динамика прямолинейного движения материальной точки
Инерциальная система отсчета. Принцип инерции Галилея. Сила. Масса. Законы Ньютона.
Импульс. Момент импульса. Работа. Кинетическая энергия. Консервативная сила. Полная
механическая энергия. Движение частицы в постоянном и однородном силовом поле.
Центральная сила. Потенциальная энергия взаимодействия частиц.
Задачи
3) Механические колебания
Гармонические колебания. Крутильные колебания. Затухающие колебания. Вынужденные
колебания. Сложение колебаний. Векторные диаграммы.
Задачи
4) Волны
Волновое уравнение. Гармоническая волна. Бегущая волна. Интерференция волн. Стоячая
волна. Энергия волны.
Задачи
5) Специальная теория относительности
Инерциальные и неинерциальные системы отсчета. Преобразование Галилея. Постоянство
скорости света для всех систем отсчета. Преобразование Лоренца. Следствие из
преобразований Лоренца (сокращение длины, замедление времени). Импульс и энергия
релятивистской частицы. Законы сохранения импульса и энергии в релятивистской
механике.
Задачи
II. Электричество
1) Постоянное электрическое поле в вакууме.
Закон сохранения заряда. Взаимодействие двух точечных зарядов. Закон Кулона и
принцип суперпозиции. Напряженность электрического поля. Потенциал электрического
поля. Работа при перемещении заряда в постоянном электрическом поле. Силовые линии
и эквипотенциальные поверхности. Электрическое поле точечного заряда. Электрический
диполь. Электрическое поле системы зарядов на больших расстояниях.
Уравнения электростатики в дифференциальной форме.
Задачи
2) Электрическое поле в диэлектриках
Полярные и неполярные молекулы. Диполь во внешнем электрическом поле. Поляризация
диэлектриков. Уравнения электростатики для диэлектриков. Объемные и поверхностные
плотности зарядов.
Задачи
3) Электрический ток
Плотность тока. Сила тока. Закон Ома. Электродвижущая сила. Закон Джоуля-Ленца.
Уравнение непрерывности.
Задачи
III. Магнетизм
1) Действие магнитного поля на заряды и ток.
Сила Лоренца. Движение заряженной частицы в постоянном магнитном поле. Эффект
Холла. Взаимодействие токов.
Задачи
2) Постоянное магнитное поле в веществе
Электрические токи в атомах и молекулах. Намагниченность вещества. Магнитная
восприимчивость и магнитная проницаемость. Виды магнетиков. Диамагнетизм.
Парамагнетизм. Ферромагнетизм. Домены.
Задачи
3) Электромагнитное поле
Уравнение Максвелла. Плотность и поток энергии электромагнитного поля. Волновое
уравнение. Плоские электромагнитные волны. Интенсивность волны.
Задачи
IV. Волновая оптика
1) Интерференция света
Сложение волн. Когерентность. Интерференция света от двух точечных источников.
Задачи
2) Дифракция света
Принцип Гюйгенса-Френкеля. Дифракция света на щели. Дифракционная решетка.
Задачи
3) Поляризация света
Поляризация электромагнитной волны. Естественный и поляризованный свет.
Интерференция поляризованных лучей. Поляризация света при двойном
лучепреломлении.
Задачи
4) Взаимодействие света с веществом
Дисперсия света. Электронная теория дисперсии. Поглощение света.
Задачи
V. Статистическая физика и термодинамика
1) Элементы молекулярно-кинетической теории
Термодинамическая система. Состояние процесса. Идеальный газ. Работа, тепло,
внутренняя энергия. Первое начало термодинамики. Второе начало термодинамики.
Энтропия в термодинамике. Термодинамические потенциалы. Равновесие в
термодинамических системах
Задачи
2) Элементы статистической физики
Распределение Больцмана. Микро- и макросостояния. Фазовое пространство.
Распределение Гиббса. Распределение Максвелла. Равновесие и флуктуации.
Статистический смысл понятия энтропии
Задачи
3) Неравновесные процессы
Неравновесный газ. Открытые системы. Самоорганизация. Теорема Пригожина.
Возникновение хаоса. От хаоса к самоорганизации.
Задачи
4) Фаза. Равновесие фаз и фазовые переходы
Фаза и химические потенциалы. Равновесие фаз в фазовом переходе. Фазовые переходы
первого рода. Фазовые переходы второго рода. Диаграммы состояния.
Задачи
VI. Квантовая микрофизика
1) Элементы квантовой механики
Гипотеза де-Бойля. Волновые свойства вещества. Принцип неопределенности. Уравнение
Шредингера. Смысл пси-функции. Квантование энергии. Квантование момента импульса.
Принцип суперпозиции. Прохождение частицы через барьер. Гармонический осциллятор.
Задачи
2) Физика атомов и молекул
Атом водорода. Мультиплетность спектров и спин электрона. Результирующий
механический момент атома. Магнитный момент атома. Принцип Паули и распределение
электронов по энергетическим уровням. Периодическая таблица элементов. Молекула
водорода. Роль обменной энергии в образовании молекул. Вращательные и колебательные
уровни молекул.
Задачи
3) Зонная теории твердых тел
Квантовая теория свободных электронов в металле. Распределение Ферми-Дирака.
Энергетические зоны в кристаллах. Полупроводники. Собственная и примесная
проводимость полупроводников. Сверхпроводимость.
Задачи
4) Колебания кристаллической решетки
Кристаллическая решетка. Индексы Миллера. Теплопроводность кристаллов. Теория
Эйнштейна. Колебания системы с большим числом степеней свободы. Фотоны. Теория
Дебая.
Задачи
5) Атомное ядро и элементарная частица
Состав и характеристика атомных ядер. Энергия связи. Самопроизвольный распад
частицы. Радиоактивность. Ядерные реакции. Капельная модель ядра. Кварковая
структура адронов. Частицы и античастицы. Эволюция Вселенной и происхождение
элементов.
Задачи
Литература
1. Валишев М.Г., Повзнер А.А. Курс общей физики: Учебное пособие.- Спб.: Изд-во
«Лан», 2009. -576 с., ил. (Учебник для вузов. Специальная литература).
2. Кингсен А.С., Лосетин Г.Р., Ольхов О.А., Циненко Ю.Н. Основы физики. Курс общей
физики. Учебн. В 2-х т. Под ред. А.С. Кингсена – (Т.1), Ю.М. Ципенюк (Т. 2). М.,
Физматлит, 2001. Т.1. Механика, электричество и магнетизм. Колебания и волны,
волновая оптика. – 500 с. Т.2. Квантовая и статистическая физики. – 504 с.
3. Россель Ж. Общая физика. Под ред. О.Н. Третьяковой.- М., Вузовская книга. 2008. –
448 с.: ил.
4. Орир Дж. Физика: учебник (пер. с англ. Науч. редактура Ю.Р. Рудного и А.В.
Беркова).- М.; КДУ, 2011. - 752 c.
5. Бордовский Г.А., Бурсиан Э.В. Общая физика: Курс лекций с компьютерной
поддержкой. Учебн. пособие для студентов высш. учебн. заведений. В 2-х т. М., Издво ВЛАДОС-ПРЕСС, 2001. Т. 1 – 240 с., ил. Т.2. – 296 с.: ил.
6. Трофимова Т.Н. Курс физики. Учебн. пособие для вузов. Изд-во «Высшая школа».
2001. Издание седьмое. 2001. – 542 с. Ил.
7. Савельев И.В. Курс общей физики. В 3-х т. Изд-во физико-математической литературы
«Наука». 1997. Т. 1. Механика. Молекулярная физика.
Т.2. электричество и магнетизм. Волны. Оптика. Т 3. Квантовая оптика. Атомная
физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц.
Составил
Профессор по кафедре «Общая физика» НГУ
Д.ф.-м.н.
Л.Н. Мазалов