Контрольные вопросы к коллоквиуму и экзаменам по разделу физики
1 Физические основы механики
1. Введение. Основные единицы в физике Международной системы СИ. Кинематические величины поступательного и вращательного движения (путь, перемещение, скорость, угловая скорость, угол, угловое ускорение). Единицы измерения. Связь между ними.
2. Векторы и скаляры в физике. Математические операции с ними.
3. Равномерное движение по окружности. Формула Гюйгенса-Ньютона для центростремительного ускорения. Нормальное, тангенциальное и полное ускорения.
4. Законы Ньютона для материальной точки. Понятия и единицы измерения физических величин: массы, силы, импульса. Инерциальные и неинерциальные системы отсчета. Уравнения движения.
5. Силы в природе. Формулы, определяющие эти силы: трения, упругости. Понятия упругости и жесткости. Связь между жесткостью и модулем упругости. Закон Всемирного тяготения.
6. Закон сохранения в нерелятивистской механике: масса, импульс, энергия и момент инерции. Формулы работы, кинетической и потенциальной энергии, момента сил. Единицы измерения.
7. Принципы относительности Галилея в механики и Эйнштейна в физике. Постулаты специальной теории относительности А. Эйнштейна.
8. Динамика твердого тела, вращающегося вокруг неподвижной оси. Момент инерции. Теорема Штейнера-Гюйгенса. Формулы энергии твердого тела (поступательное и вращательное движение)
9. Механика жидкостей и газов. Давление. Сообщающиеся сосуды. Гидравлический пресс. Уравнение Бернулли для движущейся жидкости. Виды давлений: статическое, гидростатическое и динамическое.
10. Физика механических колебаний. Кинематика гармонического колебания. Параметры колебательного движения: амплитуда, смещение, период, частота, угловая частота и фаза. Связь между этими величинами. Маятники: математический, пружинный, физический. Формулы периодов.
11. Затухающий гармонический осциллятор. Декремент колебания (коэффициент затухания), логарифмический декремент колебаний, добротность. Представление сложного периодического колебания в ряд Фурье. Спектр частот. Вынужденные колебания.
2 Основы статистической физики и термодинамики.
Электрическое поле.
1. Физические величины молекулярной физики. Термодинамическая температура. Понятие идеального газа. Основные уравнения молекулярно-кинетической теории газов. Степени свободы. Уравнение Клайперона-Менделеева для идеального газа. Изопроцессы: законы Бойля-Мариотта, Гей-Люссака, Шарля. Графики. Основные положения молекулярно-кинетической теории.
2. Основы термодинамики. Начала термодинамики. Первое начало термодинамики. Единицы измерения: теплоты, работы и внутренней энергии. Виды теплоемкостей и единицы измерения: теплоемкость, молярная теплоемкость, удельная теплоемкость. Майера. Адиабатный процесс и уравнение Пуассона для адиабаты.
3. Второе начало термодинамики. Цикл Карно и его к. п.д. Понятие об энтропии. Термодинамическая шкала температур. Абсолютный нуль. Третье начало термодинамики. Термодинамические потенциалы.
4. Процессы неравновесной термодинамики: диффузия (закон Фука), внутреннее трение (закон Ньютона), теплопроводность (закон Фурье). Длина свободного пути молекулы.
5. Фазовые превращения. Переходы: твердое тело – жидкость, жидкость – пар (газ). Основная характеристика – удельная теплота перехода. 3 рода фазовых переходов. Тройная точка вещества. Температура тройной точки. Кельвин и градус Цельсия.
6. Электрические заряды: положительные и отрицательные. Закон сохранения заряда и квантование заряда. Понятие о кварках. Закон Кулона. Сходства и различие кулоновских и гравитационных сил. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Единица измерения. Теорема Остроградского-Гаусса для напряженности электрического поля.
7. Электрический потенциал. Физический смысл разности потенциалов. Единицы измерения. Эквипотенциальные поверхности. Металлы и диэлектрики в электрическом поле. Относительная и абсолютная диэлектрические проницаемости. Электрическое смещение. Электрическая емкость. Конденсаторы. Соединения конденсаторов: последовательное и параллельное. Энергия электростатического поля.
8. Квазистационарные токи. Электрический ток. Проводники первого и второго рода. Варианты закона Ома: для участка цепи; для полной цепи. Понятие об э. д.с. цепи. Сопротивление, проводимость, удельное сопротивление и удельная проводимость. Единица измерения. Температурная зависимость сопротивления. Сверхпроводимость и высокотемпературная сверхпроводимость. Цепи постоянного тока. Соединения (последовательное и параллельное) проводников.
9. Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца. Единицы измерения работы, тепла и мощности в СИ. Внесистемная единица измерения электрической энергии – 1киловатт-час (1кВт·ч).
10. Правила Кирхгофа для разветвленных цепей.
11. Электрическая диссоциация. Закон Фарадея для электролитов.
3 Магнитостатика и электромагнитная индукция. Электромагнитные колебания. Оптика. Квантовая статистика.
1. Постоянные магниты. Магнитное поле. Фундаментальная величина магнитного поля – магнитная индукция. Сила Лоренца. Земля как магнит. Магнитное поле проводника с током. Правило буравчика. Закон Био-Савара-Лапласа. Магнитный поток. Флюксоид – квант магнитного поля. Теория Остроградского-Гаусса для магнитной индукции. Теорема Ампера о происхождении магнетизма.
2. Проводник с током в магнитном поле. Закон Ампера. Правило Левой руки. Взаимодействие проводников с током. Ампер как основная величина в электричестве в СИ.
3. Магнитостатика в веществе. Диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики. Магнитные проницаемости: относительная(Мr) и абсолютная (Мa). Петля гистерезиса в ферромагнетиках. Связь между магнитной индукцией и напряженностью (Н) магнитного поля.
4. Электромагнитная индукция. Опыты и закон Фарадея. Правило Ленца. Закон электромагнитной индукции. Получение переменного тока. Параметры переменного тока. Разновидности сопротивлений переменного тока: активное (ZR), емкостное (ZC) и индуктивное (ZL). Импеданс и реактанс. Мощность переменного электрического тока. Эффективное (действующее) значение тока и напряжения.
5. Основы теории Максвелла для электромагнитного поля. Вектор Пойнтинга. Уравнение Максвелла в интегральной и дифференциальной форме. Шкала электромагнитных волн.
6. Гармонический и ангармонический осциллятор. Колебательный контур. Томсона для периода колебательного контура. Кинематика волновых процессов. Интерференция и дифракция волн. Продольные, поперечные и стоячие волны.
7. Волновая оптика. Интерференция света. Условия максимума и минимума амплитуды. Способы получения интерференции света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция света. Зоны Френеля. Дифракции Френеля и Фраунгофера. Дифракционная решетка. Основные элементы и понятия Фурье – оптики.
8. Геометрическая оптика. Фокус и фокусное расстояние линзы. Построения в линзах (выпуклых и вогнутых). Законы геометрической оптики.
9. Квантовая статистика. Планка – фундаментальная постоянная Планка (h), полученная из электромагнитного излучения абсолютно черного тела.
10. Фотоэлектронная эмиссия. Законы для фотоэффекта. Формула Эйнштейна, как подтверждение квантовой природы излучения. Фотон.
11. Атомная физика. Модели строения атома. Спектры водорода. Обобщенная формула И. Бальмера для водорода. Модель Резерфорда-Бора. Постулаты Бора.
