zhChinese    enEnglish
  ПМ-ПУ  » Образование  » Программы курсов » Физика

Физика

Общий курс для студентов, обучающихся по направлению «Прикладные математика и физика»

Составители: д.ф.-м.н., проф. Егоров Н.В., к.ф.-м.н. Антонов А.Ю.

1. ФИЗИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА
Введение. Физические явления и их математические модели. Роль эксперимента в становлении и усовершенствовании математической модели. Иерархия материальных объектов в природе. Фундаментальные взаимодействия. Роль измерений в физике. Единицы измерений и системы единиц. Кинематика. Материя и движение. Материальная точка. Системы отсчета и системы координат. Механическое движение. Скорость. Ускорение. Степени свободы и обобщенные координаты. Абсолютно твердое тело. Вращательное движение. Динамика материальной точки. Инерциальные системы отсчета. Масса и импульс. Законы Ньютона. Принцип относительности Галилея. Силы. Упругие силы. Силы трения. Сила тяжести и вес. Система центра масс. Законы сохранения. Кинетическая энергия. Работа. Мощность. Консервативные силы. Потенциальная энергия. Закон сохранения энергии. Условия равновесия механической системы. Закон сохранения импульса. Закон сохранения момента импульса. Столкновения частиц. Неинерциальные системы отсчета. Центробежная сила инерции. Сила Кориолиса. Маятник Фуко. Законы сохранения в неинерциальных системах отсчета. Кинематика и динамика абсолютно твердого тела. Движение центра масс. Момент инерции. Главные оси инерции. Кинетическая энергия вращающегося твердого тела. Гироскоп. Кинетическая энергия плоского движения твердого тела. Всемирное тяготение. Закон тяготения. Гравитационное поле. Принцип эквивалентности. Законы Кеплера. Космические скорости. Релятивистская механика. Принцип относительности. Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца. Интервал. Преобразование скоростей. Инвариантность. Релятивистский импульс. Релятивистская энергия. Преобразования энергии и импульса. Взаимосвязь массы и энергии. Частицы с нулевой массой покоя. Законы сохранения релятивистской механики. Гравитация. Псевдоевклидовость пространства-времени. Элементы общей теории относительности. Элементы теории упругости. Деформация и напряжения в твердых телах. Растяжение, сжатие, сдвиг. Упругие и пластические деформации. Закон Гука. Коэффициент Пуассона. Модули упругости. Упругая энергия деформации. Скорость распространения упругих деформаций. Механика жидкостей и газов. Линии тока. Неразрывность струи. Уравнение Бернулли. Формула Торричелли. Формула Пуазейля. Течение жидкости сквозь отверстие. Внутренне трение. Ламинарное и турбулентное течения. Число Рейнольдса. Течение жидкости в круглой трубе. Движение тел в жидкостях и газах. Эффект Магнуса.
2. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА
Молекулярно-кинетическая теория. Агрегатные состояния вещества. Строение газообразных, жидких и твердых тел. Масса и размеры молекул. Состояние системы. Внутренняя энергия. Первое начало термодинамики. Работа, совершаемая при изменении объема. Температура. Уравнение состояния идеального газа. Теплоемкость. Изотермический, изобарический, изохорический, адиабатический и политропический процессы. Уравнение состояния реального газа. Барометрическая формула. Статистическая физика. Характер теплового движения молекул. Число ударов молекул о стенку. Давление газа на стенку. Средняя энергия молекул. Распределение Максвелла. Распределение Больцмана. Статистический вес. Энтропия. Второе и третье начала термодинамики. Флуктуации. Основные законы термодинамики. Коэффициент полезного действия. Цикл Карно. Термодинамическая шкала температур. Термодинамические потенциалы. Свободная энергия Гельмгольца. Энтальпия. Энергия Гиббса. Кристаллическое состояние. Классификация кристаллов. Физические типы кристаллических решеток. Дефекты в кристаллах. Теплоемкость кристаллов. Тепловое расширение. Жидкое состояние. Строение жидкостей. Поверхностное натяжение. Явления на границе жидкости и твердого тела. Краевой угол. Смачивание и несмачивание. Закон Лапласа. Капиллярные явления. Фазовые равновесия. Испарение и конденсация. Равновесие жидкости и насыщенного пара. Критическое состояние. Критическая точка. Тройная точка. Пересыщенный пар и перегретая жидкость. Плавление и кристаллизация. Уравнение Клапейрона Клазиуса. Диаграмма состояния. Физическая кинетика. Явления переноса. Длина свободного пробега. Время релаксации. Диффузия. Теплопроводность. Вязкость. Подвижность. Формула Эйнштейна. Эффузия.
3. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ
Электрическое поле в вакууме. Электрический заряд. Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции. Теорема Гаусса. Скалярный потенциал электростатического поля. Уравнение Лапласа. Уравнение Пуассона. Поле электрического диполя. Диполь во внешнем электрическом поле. Движение заряженных частиц в электростатическом поле. Поле в диэлектриках. Полярные и неполярные молекулы. Поляризация. Свободные и связанные заряды. Поляризуемость. Диэлектрическая проницаемость. Вектор электрического смещения. Граничные условия для силовых характеристик электрического поля. Сегнетоэлектрики. Проводники в электрическом поле. Равновесие зарядов на проводнике. Метод электрических изображений. Электроемкость. Конденсаторы. Энергия электрического поля. Случай системы точечных зарядов. Случай заряженного проводника. Общий случай. Постоянный электрический ток. Сила и плотность тока. Электродвижущая сила. Закон Ома. Правила Кирхгофа. Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля Ленца. Классическая теория электропроводности металлов. Газовый разряд. Плазма. Магнитное поле в вакууме. Вектор магнитной индукции. Векторный потенциал магнитного поля. Магнитный момент тока. Закон Био Савара Лапласа. Закон Ампера. Сила Лоренца. Контур с током в магнитном поле. Поле тороида и соленоида. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Движение заряженных частиц в комбинированных полях. Ускорители заряженных частиц. Эффект Холла. Магнитное поле в веществе. Вектор намагниченности. Магнитная проницаемость. Токи проводимости и молекулярные токи. Напряженность магнитного поля. Граничные условия для силовых характеристик магнитного поля. Магнитная восприимчивость. Магнитный момент атома. Диа , пара и ферромагнетизм. Гистерезис. Электромагнитная индукция. Э.д.с. индукции. Правило Ленца. Самоиндукция. Ток при замыкании и размыкании цепи. Взаимная индукция. Энергия магнитного поля. Уравнения Максвелла. Вихревое электрическое поле. Ток смещения. Циркуляция и поток напряженности электрического поля. Циркуляция и поток вектора магнитной индукции. Преобразования Лоренца для характеристик электромагнитного поля. Поток энергии электромагнитного поля. Уравнения электромагнитного поля в потенциалах. Колебательные процессы. Колебательное движение. Колебания в природе. Амплитуда и фаза. Гармонические колебания. Маятник. Электрический колебательный контур. Переменные токи. Импеданс. Скин-эффект. Биения. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний. Затухающие колебания. Коэффициент затухания, логарифмический декремент, добротность. Вынужденные колебания. Резонанс. Продольные и поперечные волны. Волны в упругой среде. Бегущая волна. Волновое уравнение. Фазовая скорость упругих волн. Энергия упругой волны. Вектор Пойнтинга. Звуковые волны. Волны в сплошной среде и элементы акустики. Стоячие волны. Волновой пакет. Групповая скорость. Электромагнитные волны. Излучение диполя. Эффект Доплера. Принцип Ферма. Законы геометрической оптики. Элементы фотометрии. Монохроматические волны. Световая волна. Принцип Гюйгенса. Интерференция света. Пространственная и временная когерентность. Случай двух источников. Случай тонкой пленки. Многолучевая интерференция. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Зоны Френеля. Дифракция Френеля. Дифракция Фраунгофера. Дифракционная решетка. Дифракция на пространственных структурах. Голография. Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Степень поляризации света. Поляризация при отражении и преломлении. Поляризация при двойном лучепреломлении. Поляроиды. Закон Малюса. Искусственная оптическая анизотропия. Распространение света в веществе. Дисперсия. Поглощение и рассеяние света. Эффект Вавилова Черенкова.
4. АТОМНАЯ И КВАНТОВАЯ ФИЗИКА
Тепловое излучение. Люминесценция. Закон Кирхгофа. Закон Стефана Больцмана. Закон Вина. Формула Рэлея Джинса. Формула Планка. Фотоны. Корпускулярно-волновой дуализм. Дифракция электронов. Тормозное рентгеновское излучение. Фотоэлектронная эмиссия. Эффект Комптона. Атомная физика. Физика твердого тела. Ядерная физика. Физика элементарных частиц. Теория атома Бора. Атомные спектры. Модель Томсона. Ядерная модель. Постулаты Бора. Правила квантования круговых орбит. Элементарная боровская теория водородного атома. Элементы квантовой механики. Волновые свойства вещества. Волны де-Бройля. Принцип Гейзенберга. Волновая функция. Уравнение Шредингера. Плотность потока. Квантование энергии. Квантование момента импульса. Принцип суперпозиции. Туннельный эффект. Потенциальный барьер, потенциальная яма. Кулоновский потенциал. Полевая электронная эмиссия. Сканирующий туннельный микроскоп. Гармонический осциллятор. Атомы и молекулы. Атом водорода. Спектральные линии. Спин электрона. Механический момент атома. Магнитный момент атома. Эффект Зеемана. Принцип Паули. Функция распределения электронов по энергиям. Энергия молекулы. Комбинационное рассеяние света. Вынужденное излучение. Лазеры. Нелинейная оптика. Кристаллическая решетка. Индексы Миллера. Теплоемкость кристаллов. Теория Эйнштейна. Теория Дебая. Фононы. Эффект Мессбауэра. Зонная теория. Теория свободных электронов. Распределение Ферми Дирака. Распределение Бозе Эйнштейна. Энергетические зоны в кристаллах. Металлы, полупроводники, диэлектрики. Динамика электронов в кристаллической решетке. Электропроводность. Случай металлов. Сверхпроводимость. Случай полупроводников. Электроны и дырки. Собственная проводимость. Примесная проводимость. Контактные явления. Работа выхода. Термоэлектронная эмиссия. Контактная разность потенциалов. Явление Зеебека. Явление Пельтье. Явление Томсона. Полупроводниковые диоды и триоды. Внутренний фотоэффект. Атомное ядро. Состав атомного ядра. Масса и энергия связи. Модели ядра. Ядерные силы. Радиоактивность. Ядерные реакции. Деление ядер. Термоядерные реакции. Элементарные частицы. Виды взаимодействий. Классы элементарных частиц. Частицы и античастицы. Изотопические частицы. Странные частицы. Нейтрино. Кварки.

Литература

  1. Сивухин Д.В. Общий курс физики (в 5 томах). М.: Наука. 1989.
  2. Савельев И.В. Курс общей физики (в 3 томах). М.: Наука. 1998.
  3. Берклеевский курс физики (в 5 томах). М.: Наука. 1972.
  4. Стрелков С.П. Механика. М.: Наука. 1975.
  5. Хайкин С.Э. Физические основы механики. М.: Наука. 1971.
  6. Щеголев И.Ф. Элементы статистической механики, термодинамики и кинетики. М.: Янус. 1996.
  7. Калашников С.Г. Электричество. М.: Наука. 1997.
  8. Парселл Э. Электричество и магнетизм. М.: Наука. 1983.
  9. Бутиков Е.И. Оптика. М.: Высшая школа. 1986.
  10. Ландсберг Г.С. Оптика. М.: Наука. 1976.
  11. Горелик Г.С. Колебания и волны. М.: Физматгиз. 1959.
  12. Гольдин Л.Л., Новикова Г.И. Введение в квантовую физику. М.: Наука. 1988.
  13. Ципенюк Ю.М. Принципы и методы ядерной физики. М.: Энергоиздат. 1993.
  14. Широков Ю.М., Юдин Н.П. Ядерная физика. М.: Наука. 1980.
  15. Китель Ч. Элементарная физика твердого тела. М.: Наука. 1965.