ФИЗИКА — Тематическое содержание дисциплины
Семестр 2 Лекции
1.Предмет механики. Кинематика и динамика. Основные физические модели. Кинематика материальной точки, средняя и мгновенная скорость Ускорение. Векторный, координатный и "естественный" способы описания движения. Преобразования Галилея. Теорема сложения скоростей.
2.Первый закон Ньютона
Взаимодействия и силы в природе. Масса. Второй закон Ньютона как основной закон динамики. Третий закон Ньютона.
3.Импульс частицы. Импульс системы частиц. Закон изменения импульса. Закон сохранения импульса. Центр масс системы частиц. Закон движения центра масс.
4.Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальная энергия во внешнем поле и потенциальная энергия взаимодействия частиц. Закон сохранения полной механической энергии системы. Абсолютно упругий и абсолютно неупругий удары.
5. Кинематика вращательного движения. Векторы угловой скорости и ускорения. Динамика вращательного движения. Момент сил. Момент импульса частицы
6. Момент импульса системы частиц и твердого тела. Момент инерции твердого тела. Теорема Штейнера. Уравнение динамики вращательного движения. Закон сохранения момента импульса. Энергия вращательного движения.
7. Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции. Сила Кориолиса. Движение тел переменной массы, реактивная сила
8.Макроскопическая система. Микро- и макроскопические параметры системы; статистический и термодинамический методы описания свойств макросистемы. Состояния и процессы. Кинетическая теория идеальных газов. Давление и температура идеального газа. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов. Законы Менделеева-Клапейрона, закон Дальтона. Число степеней свободы молекулы. Распределение энергии по степеням свободы. Внутренняя энергия газа многоатомных молекул
9.Распределение Максвелла для скоростей молекул. Средняя, среднеквадратичная и наиболее вероятная скорости молекул. Распределение Больцмана. Барометрическая формула.
10.Кинетические явления. Длина свободного пробега. Явления переноса. Диффузия, теплопроводность, вязкость.
11.Первое начало термодинамики. Внутренняя энергия. Работа. Теплота. Квазиравновесные процессы. Теплоемкость, теплоемкость идеального газа. Изопроцессы. Адиабатический процесс. Уравнение Пуассона
12.Циклы. Тепловые и холодильные машины, их КПД. Второе начало термодинамики. Цикл Карно. Энтропия. Закон возрастания энтропии. Статистический смысл энтропии и второго начала термодинамики. Третье начало термодинамики.
13. Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Силовые линии электрического поля. Принцип суперпозиции. Диполь. Электрическое поле диполя. Поток вектора. Теорема Гаусса. Примеры вычисления напряженностей полей с помощью теоремы Гаусса. Работа по перемещению заряда в поле. Теорема о циркуляции вектора напряженности. Потенциал электрического поля, разность потенциалов, эквипотенциальные поверхности. Напряженность как градиент потенциала.
14. Диэлектрики в электрическом поле. Поляризация диэлектриков. Поведение диполя во внешнем электрическом поле. Вектор поляризации. Электрическое смещение. Пьезоэлектричество. Проводники в электростатическом поле. Поверхностные заряды. Электрическое поле в объеме проводника. Электрическое поле у поверхности проводника. Коэффициенты емкости и взаимной емкости проводников. Конденсаторы. Емкость конденсатора. Энергия взаимодействия электрических зарядов. Энергия заряженного конденсатора. Плотность энергии электростатического поля
15.Постоянный электрический ток. Сила и плотность тока. Закон Ома в интегральной и дифференциальной форме.
16.Работа и мощность тока. Закон Джоуля - Ленца. Сторонние силы. ЭДС. Источники ЭДС. Термоэдс. Закон Ома для замкнутой цепи и участка цепи, содержащего источник ЭДС. Напряжение и разность потенциалов. Правила Кирхгофа.
17. Взаимодействие токов. Элемент тока. Магнитное поле. Вектор магнитной индукции. Сила Ампера. Закон Био-Савара и использование его для расчёта магнитных полей. Поле прямого провода и кругового проводника с током. Сила Лоренца. Движение точечного заряда в магнитном поле. Эффект Холла.
18. Магнитный поток. Теорема Гаусса для магнитного поля. Теорема о циркуляции вектора магнитной индукции. Вектор напряжённости магнитного поля Н. Закон полного тока. Магнитный момент контура с током и заряженной частицы. Механический вращающий момент сил, действующий на контур с током в однородном магнитном поле.
19. Магнитное поле в веществе. Намагничивание вещества. Вектор намагничивания. Магнитные проницаемость и восприимчивость. Парамагнетики, диамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики, ферримагнетики. Домены, магнитный гистерезис. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле.
20. Явление электромагнитной индукции. Вихревое электрическое поле. ЭДС электромагнитной индукции. Закон электромагнитной индукции Фарадея. Правило Ленца. Явление самоиндукции. Индуктивность. Индуктивность соленоида. Энергия тока. Энергия магнитного поля. Индуктивность проводов. Взаимная индукция. Трансформатор.
21.Ток смещения. Система уравнений Максвелла в интегральной форме. Дифференциальная форма уравнений Максвелла. Условия для электромагнитного поля на границе раздела двух сред. Квазистацонарное приближение. Релаксационные процессы при включении и выключении тока в электрической цепи. Время релаксации для индуктивности и емкости. Переменный ток. Закон Ома для цепи переменного тока.
Семестр 2
Практические занятия
1. Кинематика материальной точки.
2. Законы Ньютона
3. Законы сохранения импульса и энергии. Упругий и неупругий удар
4. Кинематика и динамика вращательного движения твердого тела.
5. Закон сохранения момента импульса
6. Силы инерции. Сила Кориолиса. Движение тел переменной массы, реактивная сила
7. Уравнение состояния идеального газа. Внутренняя энергия. Распределение энергии по степеням свободы.
8. Распределения Максвелла, Больцмана.
9. Явления переноса.
10. Первое начало термодинамики. Теплоемкость.
11. Циклы. Цикл Карно. Энтропия.
12. Коллоквиум
13. Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Расчет поля на основе принципа суперпозиции. Теорема Гаусса. Применение теоремы Гаусса для расчета поля. Потенциал электростатического поля.
14. Диэлектрики в электрическом поле. Проводники в электрическом поле. Электроемкость проводников. Конденсаторы. Энергия электрического поля.
15. Постоянный электрический ток. Законы Ома.Закон Джоуля – Ленца. Правила Кирхгофа
16. Расчет магнитного поля по формуле Био- Савара- Лапласа. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в постоянных электрическом и магнитном полях
17. Сила Ампера. Закон полного тока и его применение для расчета магнитных полей. Магнитный поток
18.Магнитный момент. Магнитный момент в магнитном поле. Намагниченность. Магнитное поле в веществе
19. Электромагнитная индукция. Индуктивность. Самоиндукция. Энергия магнитного поля.
Семестр 3. Лекции
1. Колебательные процессы. Характеристики колебаний. Модель гармонического осциллятора. Математический и физический маятники. Колебательный контур. Дифференциальное уравнение колебаний и его решение в тригонометрической и комплексной форме. Сложение колебаний одного направления с равными и близкими частотами, биения. Метод векторных диаграмм, нахождение амплитуды и начальной фазы результирующего колебания. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний. 4.Волновые процессы. Волновой фронт. Плоские и сферические волны. Монохроматические волны. Длина волны, период волны. Одномерное дифференциальное волновое уравнение и его решение. Бегущая плоская монохроматическая волна. Волновое число. Трехмерное дифференциальное волновое уравнение. Волновой вектор. Наложение волн, фурье-анализ. Волновой пакет. Фазовая и групповая скорости. Интерференция и дифракция. Стоячие волны. |
| 5. Акустика. Упругие волны в газообразных, жидких и твердых средах. Продольные и поперечные волны. Скорость звука. Интенсивность звука, децибел. Частотный спектр звукового сигнала. Ультразвук, инфразвук. |
| 6. Электромагнитные волны. Решение уравнений Максвелла для плоских электромагнитных волн. Скорость света. Связь между напряженностями электрического и магнитного поля. Вектор Пойнтинга. Передача электроэнергии вдоль проводников с током. Излучение электромагнитных волн. Дипольное излучение. Ближняя, промежуточная и дальняя зоны излучения. Прием волн. Антенны. |
| 7. Геометрическая и волновая оптика. Интерференция электромагнитных волн. Понятие когерентности. Расчет интерференционной картины от двух когерентных точечных источников. Оптическая длина пути. Интерференция света в тонких пленках. |
| 8. Дифракция электромагнитных волн. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция Френеля на круглом отверстии и диске. Дифракция Фраунгофера на щели и дифракционной решётке. |
| 9. Поляризация света. Закон Брюстера. Поляризатор, анализатор, закон Малюса. Дисперсия света. Волоконная оптика. |
| 10. Квантовая оптика. Тепловое излучение. Законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина. Теория Планка. Квант света. Фотон. Формула Планка. Эффект Комптона. Фотоэффект, формула Эйнштейна. |
| 11. Основные понятия квантовой теории. Корпускулярно-волновой дуализм. Волны де-Бройля. Формулы де-Бройля. Соотношения неопределенности. Волновая функция и ее смысл. Нестационарное и стационарное уравнение Шредингера. Стационарные состояния. Энергетический спектр квантовой частицы. |
| 12. Частица в потенциальной яме. Квантовый гармонический осциллятор. Спектр энергий, структура волновых функций. Рассеяние частицы. Потенциальная ступенька и потенциальный барьер. Туннельный эффект. |
| 13. Боровская модель атома водорода. Боровский радиус. Энергетические термы. Спектральные закономерности: серии Лаймана, Бальмера, Пашена. Частица в центрально-симметричном поле. Радиальное и угловое уравнение Шредингера. Спектр энергии и характер движения частицы. Квантовые числа. Атом водорода. |
| 14. Спин электрона. Опыт Штерна-Герлаха. Многоэлектронные атомы. Таблица Менделеева. |
| 15. Основные понятия квантовой физики твердого тела. Энергетические зоны. Металлы, диэлектрики и полупроводники. Электроны и дырки. Фононы. Наноэлектроника. |
| 16. Квантовая механика систем тождественных частиц. Фермионы и бозоны. Принцип Паули. Химическая связь. Распределения Ферми-Дирака и Бозе-Эйнштейна. |
| 17. Элементы ядерной физики. |
| 18 Актуальные проблемы современной физики. |
Семестр 3. Практические занятия
1. Механические колебания. Характеристики колебаний.
2. Затухающие колебания. Вынужденные механические колебания. Резонанс.
3. Гармонический переменный ток. Вынужденные электрические колебания. Резонанс.
4. Волны. Упругие волны. Акустика. Скорость звука. Интенсивность звука, децибел. Эффект Доплера. Электромагнитные волны
5. Интерференция света. Дифракция света. Поляризация света.
6. Тепловое излучение и основы квантовой оптики
7. Волны де Бройля, соотношение неопределенностей. Решение уравнения Шредингера для различных квантовых систем. Системы с дискретным спектром. Одномерный случай. Одномерное квантовое рассеяние.
8. Системы с дискретным центром. Трехмерный случай. Квантовые числа. Основные представления квантовой физики твердого тела. Электронные свойства металлов и полупроводников. Фононы. Теплоемкость.
9. Ядерные реакции. Радиоактивность