Рабочая программа дисциплины Основы теоретической физики (стр. 3 )

12. Какое из утверждений ниже неправильное:
12.1. Кинетическая энергия системы материальных точек равна сумме кинетической энергии поступательного движения их общего центра масс и кинетической энергии их относительного движения в системе отсчёта, связанной с центром масс.
12.2. Работа гравитационных сил не зависит от пути перехода системы из начального состояния в конечное - она определяется исключительно самими конфигурациями начального и конечного состояния.
12.3. Момент инерции тела относительно какой-либо оси равен моменту инерции его относительно параллельной оси, проходящей через центр масс, плюс ma2, где a - расстояние между осями.
12.4. Два события, происходящие одновременно в двух разных точках неподвижной системы отсчёта, будут происходить одновременно и в системе отсчёта, движущейся относительно первой, с какой бы скоростью она не двигалась.

13. Какая из формул НЕ работает для ультрарелятивистской частицы (E - полная энергия частицы, p - импульс частицы, m - масса покоя) :
13.1. Е = mc2 + mv2/2 
13.2. E2 = (mc2)2+p2c2
13.3. Е = mс2/(1-v2/с2)1/2
13.4. p = mv/(1-v2/с2)1/2

14. Обруч радиуса R и массой m, раскрученный до угловой скорости ω0, поставили на землю. Требуется найти скорость обруча v, с которой он покатится, когда проскальзывание прекратится. Какое из уравнений позволяет это сделать?:
14.1. Iω0²/2 = Iω²/2 + mv²/2 14.2. Iω0 = Iω + mvR 14.3. Iω0²/2 = mv²/2 14.4. Iω0 = mvR

15. Шар массой m1, летящий со скоростью v, упруго ударяется о покоящийся шар, масса которого m2=3m1. Найти скорости шаров после удара, если в момент столкновения угол между линией, соединяющей центры шаров, и скоростью налетающего шара до удара равен 60°. Эту задачу удобно решать одним из двух графических способов, изображённых на рисунке выше. Чему в этих графических схемах равен параметр β?

1. 
15.1. β = 2m1/(m1+m2) 15.2. β = m2/(m1+m2) 15.3. β = 2m2/(m1+m2) 15.4. β = m2/m1

16. Два одинаковых гладких шара испытывают упругий нецентральный удар. Один из шаров до соударения покоился. Определите угол разлёта шаров:
16.1. Это зависит от прицельного параметра 16.2. 45° 16.3. 90° 16°

17. Лазерный луч полностью сфокусирован на пылинке. Мощность лазера подобрана таким образом, что в единицу времени на пылинку падаетN фотонов. В каком случае ускорение пылинки будет максимальным:
17.1. Красный свет лазера полностью поглощается пылинкой
17.2. Красный свет лазера полностью отражается пылинкой
17.3. Зелёный свет лазера полностью поглощается пылинкой
17.4. Зелёный свет лазера полностью отражается пылинкой

18. В каком из изложенных ниже методов определения добротности резонатора Q допущена ошибка?
18.1. Добротность показывает во сколько раз запасённая в контуре энергия превосходит среднюю величину энергии, теряемой контуром за время, в течение которого фаза колебаний меняется на 1 радиан
18.2. Q = ω0/Δω, где Δω-полная ширина резонансной кривой на уровне, равном половине амплитуды резонансных колебаний.
18.3. Амплитуда резонансных колебаний высокодобротного резонатора в Q раз больше амплитуды колебаний на низких частотах (квазистатика).
18.4. Добротность Q = π/γ, где γ = ln(xn/xn+1) – логарифмический декремент затухания.

19. К чему приводят сила трения, действующая в точке опоры механического волчка
19.1. Прецессии оси волчка
19.2. Нутации оси волчка
19.3. Поднятию оси волчка
19.4. Параметрическому движению волчка

20. При гармонических колебаниях возвращающая сила
20.1. Прямо пропорциональна смещению.
20.2. Обратно пропорциональна смещению.
20.3. Пропорциональна квадрату смещения.
20.4. Не зависит от смещения.

Демонстрационные варианты контрольных работ

Электродинамика.

Контрольная работа №1

1. Определить напряженность электрического поля создаваемого бесконечным круговым проводящим цилиндром радиуса a, заряженным с поверхностной плотностью s. Диэлектрическая проницаемость среды e.

2. Определить напряженность магнитного поля на оси тонкого кругового проводника радиуса a. Сила тока в проводнике I.

Контрольная работа № 2

1. Найти энергию электростатического поля трех проводящих шаров радиуса a заряженных с поверхностной плотностью s и находящихся в вершинах равностороннего треугольника со стороной A. Диэлектрическая проницаемость среды e.

2. Катушка с индуктивностью L и сопротивлением R подключают к источнику тока с ЭДС E и внутренним сопротивлением r. Найти силу тока в цепи как функцию времени.

Контрольная работа №3

1. Определить напряженность электрического поля диэлектрического шара радиуса a, заряд шара Q , объемная плотность заряда постоянна. Диэлектрическая проницаемость среды и шара e.

2. Найти напряженность магнитного поля бесконечного проводника круглого сечения радиусом a, по которому протекает постоянный ток силой I. Плотность тока по сечению проводника постоянна.

Квантовая механика

Контрольная работа №1

1.

Определить коэффициент пpозpачности неоднородности потенциального поля. Масса частицы m, энергия .

2. Непосредственным вычислением убедиться в ортогональности собственных функций гамильтониана для частицы массой m, находящейся в одномерной прямоугольной бесконечно глубокой потенциальной яме шириной a

Контрольная работа №2

1. Определить среднее значение силы взаимодействия электрона с ядром в атоме водорода находящегося в основном состоянии.

2. Определить возможные собственные значения опеpатоpа и их вероятности для системы находящейся в состоянии

Контрольная работа №3

1. Определить возможные собственные значения опеpатоpа и их вероятности для системы находящейся в состоянии

2. Вычислить наиболее вероятное расстояние 2p- и 3d-электpонов от ядра в атоме водорода.

6.3. Организация промежуточной аттестации.

Вопросы к зачету (7 семестр)

Квантовая механика.

1.  Предмет и методы квантовой механики.

2.  Экспериментальные предпосылки создания КМ. Формула Планка.

3.  Экспериментальные предпосылки создания КМ. Внешний фотоэффект.

4.  Экспериментальные предпосылки создания КМ. Опыты Франка-Герца.

5.  Экспериментальные предпосылки создания КМ. Эффект Комптона.

6.  Экспериментальные предпосылки создания КМ. Теория Бора.

7.  Гипотеза Де Бройля и ее экспериментальное подтверждение. Корпускулярно-волновой дуализм.

8.  Волны Де Бройля и их свойства. Волновая функция, статистическая интерпретация волновой функции.

9.  Соотношение неопределенностей Гейзенберга.

10.  Принцип суперпозиции в квантовой механике.

11.  Линейные самосопряженные операторы и их свойства.

12.  Собственные функции линейных самосопряженных операторов и их свойства.

13.  Операторы основных физических величин.

14.  Условия одновременной измеримости физических величин. Перестановочные соотношения Гейзенберга. Полный набор физических величин.

15.  Уравнение Шредингера. Принцип причинности в квантовой механике.

16.  Вектор плотности потока вероятности. Уравнение непрерывности.

17.  Дифференцирование операторов по времени. Квантовые скобки Пуассона.

18.  Теоремы Эренфеста.

19.  Законы сохранения в квантовой механике и их связь с симметрией пространства и времени.

20.  Частица в бесконечно глубокой потенциальной яме.

21.  Частица в потенциальной яме конечной глубины.

22.  Частица в трехмерной бесконечно глубокой потенциальной яме.

23.  Прохождение частицей прямоугольного потенциального барьера.

24.  Прохождение частицей потенциального барьера произвольной формы. Холодная эмиссия электронов.

25.  Уравнение Шредингера для центрально-симметричного поля. Разделение переменных.

26.  Оператор проекции момента импульса. Собственные функции и собственные значения оператора.

27.  Оператор квадрата момента импульса. Собственные функции и собственные значения оператора.

28.  Решение углового волнового уравнения.

29.  Решение радиального волнового уравнения Шредингера.

30.  Волновые функции для атома водорода.

31.  Пространственная структура атома водорода.

32.  Расчет характеристик атома водорода.

33.  Модель оптического электрона в атомах щелочных металлов.

34.  Магнитный момент орбитального движения электронов.

35.  Спектры щелочных металлов. Спин электрона. Опыт Штерна-Герлаха. Опыт Эйнштейна- де-Гааз.

36.  Принцип тождественности микрочастиц.

37.  Принцип Паули.

38.  Периодический закон Менделеева. Таблица элементов Менделеева.

39.  Атом гелия. Обменная энергия.

Вопросы к экзамену

Классическая механика и СТО (5 семестр)

1. Предмет, задачи и математический аппарат классический механики.
2. Классические представления о пространстве и времени.
3. Инвариантный метод описания движения материальной точки.
4. Координатные методы исследования движения точки.
5. Кинематика поступательного движения твердого тела.
6. Вращение твердого тела относительно неподвижной оси.
7. Скорость и ускорение материальной точки. Теоремы сложения скоростей и ускорений.
8. Понятия силы и массы.
9. Принцип относительности Галилея.
10. Первый и второй законы Ньютона.
11.Третий закон Ньютона, его связь с симметрией пространства.
12. Уравнение движения механической системы.
13. Основная задача динамики. Роль начальных условий.
14. Принцип причинности классической механики.
15. Работа силы. Потенциальная энергия материальной точки во внешнем силовом поле.
16. Полная потенциальная энергия механической системы. Классификация свободных механических систем.
17. Первые интегралы уравнений движения и законы сохранения.
18. Закон сохранения и изменения механической энергии.
19. Закон сохранения импульса замкнутой системы.
20. Теорема о движении центра масс.
21. Закон сохранения момента импульса замкнутой системы.
22. Теоремы об изменении импульса и механического момента для незамкнутых систем.
23. Одномерное движение.
24. Задача двух тел.
25. Упругие столкновения частиц.
26. Одномерный эффективный потенциал.
27. Качественное исследование движения в центрально-симметрическом поле.
28. Задача о движении несвободной механической системы.
29. Виртуальные перемещения и определение идеальных связей.
30. Принцип виртуальных перемещений и условия равновесия голономной механической системы.
31. Уравнения Лагранжа и принцип Даламбера.
32. Функция Лагранжа.
33. Принцип Гамильтона-Остроградского.
34. Канонические уравнения движения.
35. Скобки Пуассона.
36. Постулаты Эйнштейна. Пространство-время и система отсчета в СТО.
37. Преобразования Лоренца и их кинематические следствия.
38. Второй закон Ньютона в СТО.
39. Релятивистский импульс и энергия, связь между ними. Энергия покоя.
40. Частицы с нулевой массой. Закон сохранения энергии-импульса.

Электродинамика (6 семестр)

1.  Классическая электродинамика, ее предмет и методы.

2.  Основные понятия классической электродинамики.

3.  Закон Гаусса и его применение для расчета полей.

4.  Закон сохранения электрического заряда. Уравнение непрерывности.

5.  Ток смещения. Закон полного тока.

6.  Закон электромагнитной индукции. 4 уравнение Максвелла.

7.  Система уравнений Максвелла.

8.  Система граничных условий для электромагнитного поля.

9.  Энергия электромагнитного поля. Закон сохранения энергии для электромагнитного поля. Вектор Пойнтинга.

10.  Электромагнитные потенциалы. Уравнения для скалярного и векторного потенциалов электромагнитного поля.

11.  Калибровочное преобразование Лоренца для электромагнитных потенциалов.

12.  Электростатика. Система уравнений Максвелла. Потенциал электростатического поля.

13.  Потенциал системы зарядов. Уравнение Лапласса. Уравнение Пуассона. Потенциал системы зарядов на большом расстоянии.

14.  Применение уравнений Лапласа и Пуассона для расчета полей.

15.  Свойства проводников в электростатическом поле.

16.  Механические силы, действующие на проводники в электростатическом поле. Энергия проводников.

17.  Поляризация диэлектриков в электростатическом поле.

18.  Силы, действующие на диэлектрики в электростатическом поле.

19.  Метод электрических изображений.

20.  Энергия электростатического поля.

21.  Стационарное магнитное поле. Система уравнений. Векторный потенциал. Уравнение для вектор-потенциала.

22.  Магнитный момент тока. Механические силы, действующие на проводники с током в магнитном поле.

23.  Индукция и напряженность магнитного поля в однородном магнетике. Закон Био-Савара.

24.  Сторонние ЭДС. Обобщенный закон Ома, закон Джоуля-Ленца.

25.  Методы расчета магнитных полей.

26.  Коэффициенты взаимной индукции и самоиндукции.

27.  Энергия магнитного поля.

28.  Квазистационарное электромагнитное поле. Система уравнений Максвелла

29.  Уравнения для скалярного и векторного потенциалов квазистационарного электромагнитного поля.

30.  Закон Ома с учетом электромагнитной индукции, закон Джоуля-Ленца.

31.  Переменное электромагнитное поле. Система уравнений Максвелла.

32.  Уравнение Даламбера для электромагнитных потенциалов и его решение.

33.  Плоские монохроматические электромагнитные волны и их свойства.

34.  Распространение электромагнитных волн в проводящей среде.

35.  Поляризация электромагнитных волн.

36.  Прохождение электромагнитной волны через границу раздела сред. Законы Снеллиуса.

37.  Коэффициенты Френеля для вертикально поляризованной волны.

38.  Коэффициенты Френеля для горизонтально поляризованной волны.

39.  Потенциалы и векторы электромагнитного поля элементарного диполя.

40.  Излучение гармонического диполя. Энергия и угловое распределение излучения диполя.

Статистическая физика и термодинамика.

Физика атомного ядра и элементарных частиц (8 семестр)

1.  Основные положения статистической физики.

2.  Среднее по времени. Статистический ансамбль, функция распределения.

3.  Классическая и квантовая статистики. Классический и квантовый способы описания микросостояний.

4.  Фазовая ячейка. Число квантовых состояний. Вырожденные состояния.

5.  Микроканоническое распределение.

6.  Каноническое распределение Гиббса. Статистическая температура.

7.  Статистическое обоснование законов термодинамики.

8.  Система термодинамических понятий.

9.  Применение первого закона термодинамики к анализу основных термодинамических процессов.

10.  Теплоемкость. Политропические процессы.

11.  Второй закон термодинамики. Основное термодинамическое неравенство.

12.  Связь термического и калорического уравнений состояния.

13.  Термодинамические функции

14.  Фазовые переходы I рода

15.  Уравнение Клапейрона - Клаузиуса.

16.  Фазовые переходы II рода

17.  Распределение Максвелла – Больцмана.

18.  Классическое каноническое распределение Гиббса.

19.  Распределение Максвелла. Характерные скорости молекул при максвелловском распределении.

20.  Распределение Больцмана. Барометрическая формула для изотермической атмосферы.

21.  Статистика идеального газа.

22.  Классическая теория теплоемкостей идеального газа и кристаллов.

23.  Квантовая теория теплоемкостей двухатомного идеального газа.

24.  Распределение Бозе – Эйнштейна и Ферми – Дирака.

25.  Формула Планка. Законы излучения абсолютно черного тела.

26.  Общие понятия о ядре.

27.  NZ-диаграмма стабильных и долгоживущих ядер.

28.  Модель жидкой капли.

29.  Квантовые характеристики ядерных состояний.

30.  Особенности спинов ядер. Четность системы частиц.

31.  Общие закономерности радиоактивного распада.

32.  -распад. Нейтрино. Слабое взаимодействие. Промежуточные бозоны.

33.  - распад. Классификация фотонов.

34.  Зависимость ядерных сил от спина, их не центральность.

35.  Теория Юкавы. Изоспин частиц и ядер.

36.  Ядерные реакции. Законы сохранения в ядерных реакциях.

37.  Сечение образования составного ядра нейтроном в нерезонансной области.

38.  Модель ядерных оболочек.

39.  Квантовые характеристики основных состояний ядер в одночастичной модели оболочек.

40.  Многочастичная модель оболочек.

41.  Источники элементарных частиц.

42.  Детекторы элементарных частиц.

43.  Типы взаимодействий частиц. Константы и радиусы взаимодействий.

44.  Диаграммы Фейнмана для электромагнитных взаимодействий.

45.  Кванты полей. Фундаментальные бозоны.

46.  Систематика частиц. Фундаментальные частицы. Барионы и мезоны.

47.  Законы сохранения в мире частиц. Барионное и лептонное квантовые числа. Странность.

48.  Сильные взаимодействия. Адроны.

49.  Квантовая хромодинамика.

50.  Слабые взаимодействия. Лептонные заряды. Типы нейтрино.

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение

дисциплины «Основы теоретической физики»

а) основная литература:

1.  Жирнов -практикум по электродинамике. М., Просвещение, 2004.

2.  , Лившиц физика: Учеб. пособие. – М.: Наука, 2000.

3.  Поляков механика. М., Высшая школа, 2000.

4.  , Василевский теоретической физики: Классическая электродинамика.- М.: Просвещение, 2004.

5.  Василевский физика и термодинамика. – М.: Просвещение, 2003.

6.  , Василевский теоретической физики: Квантовая механика - М.: Просвещение, 2004.

7.  Павленко по теоретической механике. М., Наука, 2006.

8.  , Угаров и специальная теория относительности. М., Просвещение, 2005.

9.  Тамм теории электричества. М., Наука, 2007.

10.  Матвеев . М., Высшая школа, 2002.

11.  Блохинцев квантовой механики. Т.1-2, М., Наука, 2006.

12.  Шпольский физика. М., Наука, 2007.

13.  , Основы атомной физики. М., Научный мир, 2006.

14.  Базаров . - М., ФМ, 2002.

15.  Соколовский задачник по теории относительности. - М., Наука, 2004.

16.  Ансельм статистической физики и термодинамики. - М., Наука, 2004.

17.  Павлов твердого тела. М., Высшая школа, 2000.

18.  Наумов атомного ядра и элементарных частиц. М., Просвещение, 2001.

19.  Рау теоретической физики. Атомное ядро и элементарные частицы. – Нижний Новгород, 2006.

20.  Капитонов в физику ядра и частиц. – М., КомКнига, 2006.

21.  Мещеpский задач по теоретической механике, М., Наука, 2006.

22.  и др. Сборник задач по теоретической физике. М., Высшая школа, 2004.

23.  Галицкий по квантовой механике. М., Эдиториал, 2001.

24.  , Янкина задач по термодинамике. М., Просвещение, 2001.

25.  Иродов задач по атомной и ядерной физике. – М., Атомиздат, 2006.

26.  Марко механика. Руководство для самостоятельной работы. – Пенза: ПГПУ, 2010.

б) дополнительная литература:

27.  В. Паули. Теория относительности. М., Наука, 2000.

28.  Давыдов механика. М., Наука, 2003.

29.  , Берестецкий электродинамика. М., 2001.

30.  Окунь и кварки. М., 1981.

31.  , Лифшиц физика, т.3, М., Наука, 2003.

32.  Статистическая физика. - М., Наука, 2004.

33.  О физике и астрофизике. – М., Наука, 2005.

34.  Гинзбург проблемы физики и астрофизики представляются важными и интересными.// УФН. - №4. – 2002.

35.  Кронин Дж., Теоретическая физика. Сборник задач с решениями. – М., КомКнига, 2005.

в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы

36. http://www. *****/Lekc_teor_ph. html - лекции по теоретической физике

37. http://www. *****/ - решение задач по теоретической физике

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Для организации аудиторных занятий по дисциплине «Основы теоретической физики» необходимо наличие аудитории оснащенной стационарным или переносным комплектом проекционной аппаратуры и возможностью выхода в сеть Internet. Для проведения практических занятий используется аудитория, оснащенная персональными компьютерами с возможностью выхода в Internet.

Рабочая программа дисциплины «Основы теоретической физики» составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций примерной ООП ВПО по направлению 050100 подготовки «Педагогическое образование» и профилю подготовки «Физика».

Программу составили:

1. , заведующий кафедрой теоретической физики и общетехнических дисциплин

2. , доцент кафедры теоретической физики и общетехнических дисциплин

Настоящая программа не может быть воспроизведена ни в какой форме без предварительного письменного разрешения кафедры-разработчика программы.

Программа одобрена на заседании кафедры теоретической физики и общетехнических дисциплин

Протокол № 1 от «1» сентября 2011 года

Зав. кафедрой теоретической физики

и общетехнических дисциплин _________________

(подпись)

Программа одобрена учебно-методическим советом физико-математического факультета

Протокол № ___ от «____» ______________ 20__ года

Председатель учебно-методического совета

физико-математического факультета __________________

(подпись)

Программа одобрена учебно-методическим управлением университета

«_____» _____________ 20__ года

Начальник учебно-методического

управления университета ___________________________

(подпись)