Рабочая программа дисциплины физика (стр. 2 )

Введение

Физика в системе естественных наук. Задачи дисциплины «Физика». Физические величины, их измерение и оценка погрешностей.

Механика

1).  Кинематика

Способы описания движения. Системы отсчета. Основные кинематические характеристики движения: перемещение, скорость и ускорение. Нормальное и тангенциальное ускорение.

Кинематика вращательного движения: Угол поворота, угловая скорость и угловое ускорение, их связь с линейной скоростью и ускорением.

2).  Динамика поступательного движения

Инерциальные системы отсчета и первый закон Ньютона. Второй закон Ньютона. Масса, импульс, сила. Уравнение движения материальной точки. Третий закон Ньютона. Закон изменения и сохранения импульса. Баллистический маятник.

3).  Динамика вращательного движения

Момент силы. Момент импульса. Уравнение моментов. Движение системы материальных точек. Центр масс. Момент инерции материальной точки и материального тела. Теорема Штейнера. Закон изменения и сохранения момента импульса.

4).  Механическая энергия

Энергия. Работа силы. Мощность. Кинетическая энергия поступательного и вращательного движения.

Потенциальные силы. Потенциальная энергия.

Закон изменения и сохранения механической энергии.

5).  Виды сил в механике

Силы упругости. Деформации. Типы деформаций. Закон Гука. Энергия упруго деформированного тела.

Движение при наличии трения. Сухое трение. Трение скольжения. Трение покоя. Трение качения.

Силы тяготения. Закон всемирного тяготения. Поле тяготения. Движение планет и комет. Секторная скорость. Законы Кеплера.

6).  Столкновения

Столкновения. Диаграммы столкновений. Законы сохранения при столкновениях. Упругие и неупругие столкновения.

7).  Основы релятивистской механики

Принцип относительности и преобразования Галилея. Постулаты специальной теории относительности (СТО) Эйнштейна. Относительность одновременности и преобразования Лоренца. Кинематические эффекты в СТО: сокращение длины и замедление времени в движущихся системах отсчета. Релятивистский импульс. Взаимосвязь массы и энергии.

8).  Колебания и волны

Гармоническое колебание, его характеристики. Сложение гармонических колебаний. Собственные колебания. Динамика колебательного движения. Затухающие и вынужденные колебания. Резонанс.

Гармонические волны. Продольные и поперечные механические волны. Звук. Характеристики звуковых волн. Характеристики слухового ощущения.

Молекулярная физика и термодинамика

1).  Основные понятия

Предмет молекулярной физики. Модель материального тела. Основные понятия: единичная атомная масса, относительные атомная и молекулярная массы, моль, число Авогадро, молярная масса.

Агрегатные состояния вещества. Силы взаимодействия между молекулами. Соотношение потенциальной и кинетической энергий.

Молекулярное движение в газах, жидкостях и твердых телах.

2).  Молекулярно-кинетическая теория идеального газа.

Основные положения молекулярно-кинетической теории. Методы молекулярной физики: статистический и термодинамический. Понятие идеального газа. Сравнительная характеристика статистического и термодинамического методов. Распределение Максвелла. Понятие температуры. Характерные скорости для распределения Максвелла.

Основное уравнение кинетической теории газов. Уравнение Менделеева – Клапейрона. Законы идеальных газов: закон Бойля – Мариотта, законы Гей-Люссака, закон Дальтона, закон Авогадро.

Распределение энергии по степеням свободы. Число степеней свободы. Теорема о равном распределении энергии по степеням свободы.

3).  Первое начало термодинамики

Задача термодинамики. Работа, совершаемая газом. Теплота. Внутренняя энергия системы. Параметры системы: внутренние и внешние. Первое начало термодинамики.

Теплоемкость (молярная и удельная). Теплоемкость идеального газа.

Применение первого начала термодинамики к изобарическому, изотермическому и изохорическому процессам в идеальных газах. Адиабатический процесс. Политропические процессы.

4).  Второе начало термодинамики

Энтропия идеального газа. Формула Больцмана. Второе начало термодинамики. Изменение энтропии в политропических процессах.

Циклические процессы. Работа и коэффициент полезного действия цикла. Цикл Карно. Обратный цикл Карно.

5).  Реальные газы и пары.

Силы взаимодействия. Силы Ван-дер-Ваальса. Экспериментальные изотермы реальных газов. Критическое состояние.

Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы Ван-дер-Ваальса.

6).  Явления переноса

Сущность процессов переноса. Кинематические характеристики молекулярного движения: поперечное сечение, средняя длина свободного пробега, частота столкновений.

Процессы переноса в газах. Основное уравнение процесса переноса.

Теплопроводность. Уравнение Фурье. Зависимость коэффициента теплопроводности газа от его температуры и давления.

Вязкость. Уравнение Ньютона. Коэффициент вязкости.

Диффузия. Уравнение Фика. Коэффициент диффузии.

Разреженные газы.

Электричество и магнетизм

1).  Электростатика

Четыре вида взаимодействия.

Основные понятия: заряд, точечный заряд, непрерывное распределение зарядов, объемная и поверхностная плотности зарядов, концентрация зарядов, плотность тока.

Закон сохранения заряда. Закон Кулона.

Электростатическое поле. Напряженность. Принцип суперпозиции. Поток вектора напряженности. Теорема Гаусса (дифференциальная и интегральная форма). Силовые линии (линии напряженности). Их свойства.

Работа в электрическом поле. Потенциальность кулоновского поля. Потенциал. Потенциал поля точечного заряда, систем точечных зарядов, непрерывно распределенного заряда по объему и по поверхности.

Связь напряженности и потенциала. Уравнение Пуассона. Уравнение Лапласа. Эквипотенциальные поверхности.

Диполь. Поле диполя. Поведение диполя в электростатическом поле.

2).  Проводники и диэлектрики в электрическом поле.

Электростатическое поле при наличии проводников. Закон Ома (интегральная и дифференциальная форма). Поле внутри проводника. Электрическая индукция. Емкость проводника.

Конденсаторы. Емкость конденсатора.

Электростатическое поле при наличии диэлектриков. Поляризация. Степень поляризации. Полярные и неполярные молекулы. Виды поляризации. Связанные заряды. Поверхностная плотность связанных зарядов. Электростатическая индукция (электрическое смещение). Теорема Гаусса с учетом связанных зарядов.

Энергия электростатического поля. Плотность энергии. Энергия конденсатора.

3).  Постоянный электрический ток

Электрический ток. Постоянный ток. Условия существования стационарных токов.

Закон Ома. Закон Джоуля – Ленца (интегральная и дифференциальная форма). Обобщенный закон Ома. Электродвижущая сила. Закон Ома для полной цепи. Правила Кирхгофа.

4).  Стационарное магнитное поле в вакууме

Магнитное поле. Индукция магнитного поля. Сила Лоренца и сила Ампера. Закон Био – Савара – Лапласа. Взаимодействие параллельных проводников с током.

Действие магнитного поля на контур с током. Магнитный момент. Поведение контура в однородном и неоднородном магнитном поле.

Закон полного тока (интегральная и дифференциальная форма).

5).  Магнетики.

Магнитное поле в среде. Магнетики. Намагниченность. Напряженность магнитного поля.

Диамагнетизм. Прецессия Лармора. Диамагнитная восприимчивость.

Парамагнетизм. Основы теории Ланжевена. Парамагнитная восприимчивость.

Ферромагнетизм. Доменная структура. Гистерезис. Магнитная проницаемость.

6).  Электромагнитная индукция

Индукция токов в движущихся проводниках. Электродвижущая сила индукции. Закон Фарадея. Правило Ленца.

Самоиндукция. Индуктивность.

Энергия магнитного поля. Энергия магнитного поля нескольких контуров с током. Поле соленоида. Энергия соленоида. Плотность энергии магнитного поля.

Влияние индуктивности на ток при включении и выключении постоянной ЭДС.

7).  Переменные токи

Получение переменной ЭДС. Переходные процессы.

Цепи переменного тока, содержащие только активное сопротивление, индуктивность и емкость. Сдвиг фаз между током и напряжением. Полное сопротивление в цепи переменного тока. Резонанс.

Работа и мощность переменного тока. Эффективные значения для тока и напряжения.

8).  Электромагнитное поле

Ток смещения. Опыт Эйхенвальда.

Система уравнений Максвелла (интегральная и дифференциальная формы). Материальные уравнения.

Электромагнитные волны. Скорость распространения электромагнитных волн. Свойства плоских волн. Энергия электромагнитных волн. Объемная плотность энергии. Теорема Умова – Пойнтинга. Шкала электромагнитных волн.

Поляризация электромагнитных волн. Типы поляризации.

Волновая оптика

1).  Интерференция света

Оптическая разность хода. Условия максимума и минимума интерференции. Когерентность. Способы получения когерентных источников в оптике.

Интерференция от двух точечных источников. Ширина интерференционной полосы.

Интерференция в тонких пленках. Полосы равного наклона и полосы равной толщины. Кольца Ньютона.

2).  Дифракция света

Принцип Гюйгенса. Положения принципа Гюйгенса – Френеля. Зоны Френеля. Дифракция на круглом отверстии и на круглом экране.

Дифракция Фраунгофера на щели. Дифракционная решетка. Период дифракционной решетки. Угловая дисперсия. Разрешающая способность.

3).  Отражение и преломление света на границе двух диэлектриков

Законы отражения и преломления света. Полное внутреннее отражение. Принцип действия световодов. Формулы Френеля. Явление Брюстера.

4).  Квантовые свойства света

Тепловое излучение. Энергетическая светимость. Спектральная плотность излучения. Коэффициент поглощения. Абсолютно черное тело. Закон Кирхгофа. Законы Стефана – Больцмана, Вина, Рэлея – Джинса. Гипотеза Планка. Формула Планка.

Фотоэффект. Виды фотоэффекта. Опыты Столетова. Законы фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна. Красная граница.

Давление света. Опыты Лебедева.

Эффект Комптона. Постоянная Комптона.

5).  Корпускулярно-волновая двойственность частиц вещества

Волны де Бройля. Рассеяние электронов кристаллами. Вероятностный смысл волн де Бройля. Соотношение неопределенности Гейзенберга. Уравнение Шредингера.