Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский государственный университет им. »
Утверждено Учебно-методическим советом по физике Учебно-методического объединения по классическому университетскому образованию РФ Зам. председателя УМС по физике ____________________________ «____» _______________ 200__ г. |
ПРОГРАММА ГОСУДАРСТВЕННОГО ЭКЗАМЕНА
Специальность 010702 «Астрономия» (квалификация астроном)
г. Екатеринбург, 2005 г.
I Общая физика и теоретическая физика
Механика
Кинематика материальной точки. Динамика материальной точки. Законы Ньютона. Динамика системы материальных точек. Законы сохранения. Функция Лагранжа и уравнения Лагранжа системы материальных точек. Интегралы движения. Движение относительно неинерциальных систем отсчета. Вариационный принцип Гамильтона. Колебания систем с одной и многими степенями свободы. Свободные и вынужденные колебания. Канонические уравнения Гамильтона. Скобки Пуассона. Уравнения Гамильтона - Якоби.Литература
Механика и теория относительности. М., Высшая школа, 1986. Курс теоретической механики для физиков. М., Изд-во МГУ, 1978. , Механика. М., Наука, 1988. Теоретическая механика. М., Наука, 1981.Молекулярная физика и статистическая механика
Термодинамический подход к описанию молекулярных явлений. Температура. Первое начало термодинамики. Циклические процессы Второе начало термодинамики. Энтропия термодинамической системы. Термодинамические потенциалы. Взаимодействие молекул. Идеальный газ. Основные газовые законы. Распределение молекул газа по скоростям. Идеальный газ во внешнем потенциальном поле. Канонические распределения. Идеальные бозе - и ферми – газы. Равновесное излучение. Теплоемкость твердых тел. Модели Дебая и Эйнштейна. Теория флуктуаций. Броуновское движение. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Жидкости. Поверхностные явления. Фазовые переходы первого и второго рода. Условия устойчивости и равновесия. Явления переноса. Кинетическое уравнение Больцмана. Понятие об Н-теореме. Плазменное состояние вещества. Уравнение Власова. Понятие о самосогласованном поле.Литература
НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?
Электродинамика и оптика
Электростатическое поле. Закон Кулона. Теорема Гаусса. Мультипольное разложение потенциала. Статическое магнитное поле. Закон Био-Савара-Лапласа. Электромагнитная индукция. Уравнение Максвелла в вакууме. Скалярный и векторный потенциалы. Калибровочная инвариантность. Энергия электромагнитного поля. Вектор Пойнтинга. Излучение электромагнитных волн в электрическом дипольном приближении. Радиационное трение. Уравнения Максвелла в среде. Материальные уравнения. Комплексная диэлектрическая проницаемость и показатель преломления, их пространственная и временная дисперсия. Диэлектрики, магнетики, проводники, сверхпроводники и их электромагнитные свойства. Квазистационарное приближение. Скин-эффект. Основы специальной теории относительности. Преобразования Лоренца. Эффект Черенкова. Циклотронное и синхротронное излучение. Рассеяние электромагнитных волн на свободных электронах. Лазеры на свободных электронах. Интерференция света. Временная и пространственная когерентность. Интерферометры. Дифракция света. Приближения Френеля и Фраунгофера. Спектральные приборы. Излучение света атомами и молекулами. Ширина линии излучения. Спонтанные и вынужденные переходы. Лазеры. Взаимодействие света и вещества. Законы фотоэффекта. Закон Стефана-Больцмана.Литература
Наука, 1985.
8. , Электродинамика сплошных сред. М., Наука, 1982.
9. Специальная теория относительности. М., Наука, 1969.
Атомная физика и квантовая механика
Экспериментальные факты, лежащие в основе квантовой теории. Волновые и корпускулярные свойства материи. Атом водорода по Бору. Основные постулаты квантовой механики. Чистые и смешанные состояния квантовомеханической системы. Волновая функция, матрица плотности. Принцип неопределенности. Описание эволюции квантовомеханических систем. Уравнения Гейзенберга и Шредингера. Стационарные состояния. Линейный квантовый гармонический осциллятор. Энергии и волновые функции стационарных состояний. Прохождение частиц через потенциальный барьер. Туннельный эффект. Угловой момент. Сложение моментов. Движение в центральном поле. Атом водорода: волновые функции и уровни энергии. Стационарная теория возмущений в отсутствие и при наличии вырождения. Эффекты Зеемана и Штарка. Уравнение Дирака. Квазирелятивистское приближение. Спин-орбитальное взаимодействие. Тонкая структура спектра атома водорода. Системы тождественных частиц. Бозоны и фермионы. Принцип Паули. Многоэлектронный атом. Приближение самосогласованного поля. Электронная конфигурация. Терм. Тонкая структура терма. Приближение LS и jj-связей. Правила Хунда. Вторичное квантование свободного электромагнитного поля. Взаимодействие атома с квантованным полем излучения.Литература
Физика атомного ядра и частиц
Основные характеристики атомных ядер. Квантовые характеристики ядерных состояний. Радиоактивность. Деление и синтез ядер. Ядерная энергия. Реакторы. Модели атомных ядер. Гамма-излучение ядер. Эффект Мессбауэра. Механизмы ядерных реакций. Ядерные силы и их свойства. Частицы и взаимодействия. Взаимодействие как обмен квантами калибровочного поля (калибровочными бозонами). Фундаментальные частицы – лептоны и кварки. Античастицы. Электромагнитное взаимодействие. Сильное взаимодействие. Кварковая структура адронов. Цветовой заряд кварков. Глюоны. Слабое взаимодействие и процессы, им обусловленные. Слабые распады кварков и лептонов. Нейтрино. Симметрии и законы сохранения. Объединение взаимодействий. Нуклеосинтез во Вселенной. Ядерные реакции в звездах. Космические лучи и их основные характеристики. Взаимодействие частиц и излучений с веществом.Литература
Экспериментальная ядерная физика, т.1,2. М., Энергоатомиздат, 1993. Субатомная физика. Вопросы, задачи, факты (учебное пособие под ред. ). М., Изд-во МГУ, 1994. Введение в физику ядра и частиц. М., Изд-во МГУ, 2000. Ядерная физика. М., Изд-во МГУ, 1981. убатомная физика. М., Мир, 1979.II Специальные дисциплины
Системы небесных координат. Вычисление моментов восхода и захода, моментов и высот кульминаций для объектов с известными координатами. Видимые движения звезд, Солнца, Луны и планет. Принципы создания инерциальной системы координат астрометрическими методами. Международная небесная опорная система, её реализации в радиодиапазоне и оптическом диапазоне спектра. Астрономические шкалы времени. Звездное, всемирное, эфемеридное время, геоцентрическое координатное время, барицентрическое координатное время. Методы определения координат светил, собственных движений, параллаксов и лучевых скоростей. Приведение координат на видимое и среднее место: учёт рефракции, аберрации, параллакса, собственного движения небесных тел. Определение расстояний и векторов скоростей для тел Солнечной системы и звезд. Математические и физические основы методов спутниковой навигации. Системы GPS, ГЛОНАСС. Вращение Земли: прецессия, нутация, движение полюса, осевое вращение. Параметры вращения Земли. Год (звездный, тропический, драконический, аномалистический). Невозмущенное кеплеровское движение. Уравнения движения. Интегралы движения. Элементы орбит. Методы Гаусса и Лагранжа для определения орбиты небесного тела по астрономическим наблюдениям. Задача N тел. Уравнения движения. Интегралы движения. Разложение возмущающей функции задачи N тел. Теория вековых возмущений. Ограниченная задача трех тел. Интеграл Якоби. Области возможных движений. Точки либрации. Оптические телескопы и радиотелескопы. Угловое разрешение телескопов и способы его улучшения. Принципы оптической и радио интерферометрии. Астрономические спектрографы. Спектроскопические наблюдения. Спектрофотометрия. Фотометрия. Системы фотоэлектрических звездных величин и показателей цвета. Нормальные цвета звезд и избытки цвета. Межзвездное поглощение света. Феноменологическое описание процессов взаимодействия излучения и непрерывной среды. Макроскопические коэффициенты поглощения и излучения. Уравнение переноса. Образование спектральных линий. Естественная ширина линии. Механизмы уширения спектральных линий. Естественное уширение, уширение давлением, доплеровское уширение. Вращение звезд. Совместное действие различных механизмов уширения. Основные предположения о физическом состоянии атмосфер звезд. Уравнение переноса излучения. Потемнение к краю диска звезды. Уравнение лучистого равновесия. Наблюдаемые состояния межзвездной среды. Области нейтрального водорода. Тепловая неустойчивость межзвездной среды. Объемный нагрев и охлаждение межзвездной среды. Ионизованный водород и зоны HII. Радиус стационарной зоны HII. Физические механизмы, ведущие к формированию непрерывного спектра излучения и поглощения в астрофизических условиях. Межзвездное магнитное поле и его наблюдаемые проявления в оптическом и в радиодиапазоне. Представление о "вмороженности" магнитного поля в плазму. Космические лучи: энергия, состав, происхождение, методы наблюдений, взаимодействие с межзвездным и межгалактическим магнитным полем. Излучение электронов в магнитном поле. Образование звезд. Гравитационная неустойчивость. Критическая (джинсовская) масса. Стадия гравитационного сжатия. Методы определения расстояний до звезд и их физических параметров (эффективной температуры, массы, светимости, радиуса, возраста), интервал наблюдаемых значений. Спектральная классификация звезд. Спектральный класс и класс светимости. Физические основы спектральной классификации. Диаграмма Герцшпрунга-Рессела. Основы теории внутреннего строения звезд. Уравнение гидростатического равновесия. Динамическая и кельвиновская шкалы времени звезды. Оценка температуры и давления в недрах нормальных звезд. Источники энергии звезд. Термоядерные реакции. Протон-протонный (водородный) цикл и CNO-цикл. Реакции «горения» гелия. Проблема солнечных нейтрино. Образование тяжелых элементов в природе. Эволюция звезд на основе ядерных реакций (до «загорания» гелия). Эволюционные треки и изохроны. Эволюция звезд после «загорания» гелия. Различия в эволюции звезд разных масс. Вспышки Сверхновых II типа. Особенности эволюции звезд в тесных двойных системах. Сценарии эволюции. Новые звезды. Сверхновые I типа Атмосфера Солнца: фотосфера, хромосфера, корона. Физическое состояние вещества, наблюдаемая структура и спектр излучения этих слоев. Магнитные поля и нестационарные процессы на Солнце. Активные области и солнечные вспышки. Цикл солнечной активности и изменение магнитного поля Солнца. Подсистемы Галактики, структурно-кинематические различия между ними. Химический состав звезд подсистем. История звездообразования в Галактике. Вращение Галактики и проблема оценки массы Галактики. Методы оценки расстояний до галактик. Космологическое красное смещение, закон Хаббла. Наблюдательные основы космологии. Крупномасштабная структура Вселенной. Космический микроволновой фон. Оценивание плотности и функции распределения. Построение функции светимости. Численные эксперименты в статистическом анализе. Влияние ошибок на определение кривой вращения Галактики. Метод максимального правдоподобия. Выделение членов звездного скопления по кинематическим данным. Основное уравнение звездной динамики. Теоремы Джинса и Лиувилля. Интегралы основного уравнения звездной динамики, их геометрическая интерпретация: представление фазовой плотности через независимые первые интегралы движения. Эргодическая гипотеза. Задача Джинса (прямая) в трех случаях распределения массы в звездной системе (произвольная, осесимметричная, сферическое распределение). Теорема вириала. Потенциальная энергия звездных систем. Потенциальная энергия однородного гравитирующего шара. Приложения теоремы вириала (оценка вириальной массы звездной системы, связь средней критической и среднеквадратической скоростей движения звезд в системе).Литература
, Общий курс астрономии. М., УРСС, 2001 , Общая астрометрия. М., Наука, 1982. Небесная механика: основные задачи и методы. М., Наука, 1975. Введение в теоретическую астрономию. М., Наука, 1968. Курс практической астрофизики. М., Наука, 1977 Курс общей астрофизики. М., Наука, 1988 Физика космоса: маленькая энциклопедия. М., СЭ, 1986 Стандарт основных вычислений астрономии. Основные алгоритмы спутниковой геодинамики. Янус-К, 2001. . Современная астрометрия. Фрязино: Век 2, 2004. Интерферометры в астрофизике, УФН, 87, 471, 1965. Проблемы оптической астрономии. М., Наука, 1986. еременные звезды. М., Наука, 1990. Астрофизика нейтронных звезд. М., Наука, 1987. , Галактика. М., Наука, 1986 олнечная магнитодинамика. М., Наука, 1981 , Физика межзвездной среды, М., Наука, 1979 изические процессы в межзвездной среде, М., Мир, 1981 , , Космология ранней Вселенной. М., Издательство МГУ, 1988 ногомерные статистические методы. М.: Статистика,1979. Звездная астрономия. М.: Наука, 1980. Звездные скопления. М.: Наука, 1981. Динамика звездных систем. М., 1958. Курс астрофизики и звездной астрономии. Т.2. М., 1962. Введение в классическую звездную динамику. М., 2002.Утверждено Ученым советом физического факультета
Уральского государственного университета
18 ноября 2005 года, протокол №3
