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. МЕХАНИКА
Введение. Материальная точка. Абсолютно твердое тело. Кинематика точки. Перемещение, скорость и ускорение. Координатное и векторное представление. Кинематика твердого тела. Поступательное движение. Вращение вокруг оси. Угловая скорость и угловое ускорение. Преобразования скорости и ускорения при переходе к другой системе отсчета. Движение точки в полярных координатах. Инерциальные системы отсчета. Закон инерции. Принцип относительности Галилея. Преобразования Галилея. Масса. Сила. Законы Ньютона. Гравитационная сила, кулоновская сила и сила тяжести, упругая сила, сила трения скольжения, сила сопротивления. Основное уравнение динамики. Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции. Законы сохранения. Импульс системы. Закон сохранения импульса. Центр масс. Уравнение движения центра масс. Система центра масс. Система из двух частиц. Движение тела переменной массы. Уравнение Мещерского. Работа упругой силы. Работа гравитационной (кулоновской) силы. Работа однородной силы тяжести. Мощность. Консервативные силы. Поле центральных сил. Задача Кеплера. Потенциальная энергия частицы в поле. Потенциальная энергия и сила поля. Понятие поля. Кинетическая энергия частицы. Полная механическая энергия частицы. Собственная потенциальная энергия системы. "Внешняя" потенциальная энергия системы. Диссипативные силы. Кинетическая энергия системы. Полная механическая энергия системы. Закон сохранения механической энергии. Столкновения между частицами. Абсолютно неупругое столкновение. Абсолютно упругое столкновение. Момент импульса частицы. Момент силы. Уравнение моментов. Моменты относительно оси. Теорема Штейнера. Закон сохранения момента импульса. Суммарный момент внешних сил. Собственный момент импульса. Динамика твердого тела. Равнодействующая сила. Условие равновесия. Уравнение динамики вращения. Кинетическая энергия вращающегося твердого тела. Плоское движение твердого тела. Главные оси тела. Гироскопы. Механические колебания (свободные, затухающие, вынужденные). Дорелятивистская физика. Опыт Майкельсона. Постулаты Эйнштейна. Синхронизация часов. Соотношения между событиями. Замедление времени и сокращение длины. Преобразования Лоренца. Понятие одновременности. Интервал. Преобразование скорости. Релятивистский импульс. Основное уравнение релятивистской динамики. Кинетическая энергия релятивистской частицы. Связь массы и энергии. Связь энергии и импульса. Преобразования импульса и энергии. Системы релятивистских частиц. Столкновение релятивистских частиц.
2. ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ
Электрический заряд. Электрическое поле. Поле точечного заряда. Принцип суперпозиции. Распределение заряда. Геометрическое описание и свойства электрического поля. Поток вектора. Теорема Гаусса. Расчет полей с помощью теоремы Гаусса. Дивергенция. Теорема Гаусса в дифференциальной форме. Циркуляция вектора. Теорема о циркуляции. Потенциал. Потенциал точечного заряда. Связь между потенциалом и напряженностью электрического поля. Эквипотенциальные поверхности. Поле диполя. Сила и момент сил, действующие на диполь. Энергия диполя. Микрополе и макрополе. Поле внутри и снаружи проводника. Силы, действующие на поверхность проводника. Общая задача электростатики. Метод изображений. Электроемкость. Плоский, сферический и цилиндрический конденсаторы. Диэлектрики. Поляризация. Сторонние и связанные заряды. Поляризованность. Теорема Гаусса для поляризованности. Граничные условия для поляризованности. Вектор электрического смещения. Условия на границе двух диэлектриков. Поле в однородном диэлектрике. Энергия электрического взаимодействия. Энергия проводника и конденсатора. Энергия электрического поля. Работа поля при поляризации диэлектрика. Силы, действующие на диэлектрик. Электрический ток. Плотность тока. Уравнение непрерывности. Закон Ома для однородного участка цепи. Сторонние силы. Обобщенный закон Ома. Правила Кирхгофа. Закон Джоуля-Ленца. Разрядка и зарядка конденсатора. Сила Лоренца. Магнитное поле движущегося заряда. Занок Био-Савара. Основные теоремы для магнитного поля (теорема Гаусса и теорема о циркуляции). Расчет полей с помощью теоремы о циркуляции. Законы магнитного поля в дифференциальной форме. Закон Ампера. Сила и момент сил, действующие на контур с током. Работа при перемещении контура с током. Магнетики. Намагниченность. Молекулярные токи. Циркуляция намагниченности. Напряженность магнитного поля. Условия на границе двух магнетиков. Поел в однородном магнетике. Ферромагнетизм. Инвариантность заряда. Законы преобразования полей. Электромагнитная индукция. Правило Ленца. Самоиндукция. Индуктивность. Взаимная индукция. Магнитная энергия тока. Энергия магнитного поля. Силы в магнитном поле. Ток смещения. Уравнения Максвелла. Свойства уравнений Максвелла. Теорема Пойнтинга. Импульс электромагнитного поля. Колебательный контур. Незатухающие колебания. Затухающие колебания. Вынужденные колебания. Резонанс и добротность. Импеданс. Мощность в цепи переменного тока.
3. ВОЛНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ
Уравнение волны. Плоская, сферическая и цилиндрические волны. Линейное волновое уравнение. Волновое уравнение общего вида. Скорость волны в стержне. Скорость волны в шнуре. Скорость звука. Плотность энергии упругой волны. Плотность потока энергии. Уравнение и энергия стоячей волны. Колебания струны. Эффект Доплера для звуковых волн. Уравнение для электромагнитной волны. Уравнеие плоской электромагнитной волны. Связь электрической и магнитной составляющих. Стоячая электромагнитная волна. Энергия электромагнитной волны. Импульс электромагнитной волны. Эффект Доплера для электромагнитных волн. Излучение диполя. Световая волна. Показатель преломления. Интенсивность. Прохождение света через границу раздела. Геометрическая оптика. Принцип Ферма. Когерентность. Интерференция. Длина и ширина когерентности. Бипризма Френеля. Бизеркала Френеля. Билинза Бейе. Отражение света от плоскопараллельной пластинки. Отражение от клина. Кольца Ньютона. Интерферометр Майкельсона. Многолучевая интерференция. Принцип Гюйгенса-Френеля. Зоны Френеля. Дифракция Френеля на полуплоскости. Дифракция Френеля на щели. Дифракция Фраунгофера. Дифракция на круглом отверстии. Разрешающая способность объектива. Дифракция Фраунгофера на щели. Дифракционная решетка. Дифракция на пространственных структурах. Условия Лауэ. Формула Брэгга-Вульфа. Голография. Виды поляризации. Степень поляризации. Закон Малюса. Закон Брюстера. Двойное лучепреломление. Наложени поляризованнох волн. Интерференция поляризованных волн. Искуственное двойное лучепреломление. Вращение направления поляризации. Дисперсия света. Классичсекая теория дисперсии. Волновой пакет и групповая скорость. Поглощение света и закон Бугера. Рассеяние света и закон Рэлея. Излучение Вавилова-Черенкова.
4. ФИЗИКА МАКРОСИСТЕМ
Состояние системы. Температура. Процесс. Внутренняя энергия. Работа и количество тепла. Первое начало термодинамики. Работа, совершаемая макросистемой. Уравнение состояния идеального газа. Теплоемкость идеального газа. Адиабатический процесс. Политропические процессы. Работа газа при политропических процессах. Число ударов молекул о стенку сосуда. Давление газа на стенку. Степени свободы и гипотеза о равнораспределении энергии. Внутренняя энергия и степени свободы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Энергия ван-дер-ваальсовского газа. Основные понятия теории вероятностей. Флуктуации. Распределение Максвелла. Распределение по модулю скорости. Характерные скорости. Распределение по энергиям. Проверка на опыте. Распределение Больцмана. Опыт Перрена. Барометрическая формула. Распределение Больцмана при дискрентых уровнях. Распределение Максвелла-Больцмана. Формулироваки второго начала термодинамики. Энтропия и ее свойства. Вычислене энтропии и ее применение. Статистический смысл второго начал термодинамики. Энтропия и статистический вес. Термодинамические соотношения (термодинамические потенциалы). Квантовые статистики. Фазовое пространство и ячейки. Распределение Ферми-Дирака. Энергия Ферми. Зонная структура кристаллов. Электропроводность. Распределение Бозе-Эйнштейна. Закон Стефана-Больцмана. Закон смещения Вина. Закон Дюлонга и Пти. Модель Эйнштейна. Фононы. Формула Дебая. Изотермы. Метастабильные состояния. Фазовые переходы. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Диаграмма состояний. Жидкое состояние. Поверхностное натяжение. Избыточное давление под изогнутой поверхностью. Краевой угол. Капиллярные явления. Строение кристаллов. Типы кристаллов. Плазма. Вынужденное излучение. Лазер. Явления переноса. Длина свободного пробега. Общее уравнение переноса. Диффузия. Внутреннее трение. Теплопроводность. Ультраразреженный газ.
5. КВАНТОВАЯ ФИЗИКА
Тепловое излучение. Квантование. Фотоэффект. Формула Эйнштейна. Тогмозное рентгеновское излучение. Опыт Боте. Эффект Комптона. Модель ядра. Формула Резерфорда. Эффективное сечение. Спектральные серии. Постулаты Бора. Опыты Франка и Герца. Модель Бора. Магнитный момент атома. Недостатки теории Бора. Гипотеза де-Бройля. Опыты Дэвиссона и Джермера. Другие опыты по проверке гипотезы де-Бройля. Принцип неопределенности. Опыт со щелью. Размер атома. Состояние частицы. Уравнение Шредингера. Квантование. Прямоугольная потенциальная яма. Квантовый гармонический осциллятор. Колебаняи молекул. Потенциальный барьер. Туннельный эффект. Операторы физических величин и средние значения. Основные постулаты квантовой теории. Собственные значения. Момент импульса и его квантование. Ротатор. Квантование атома водорода. Квантовые числа. Описание состояний. Спектры щелочных металлов. Правила отбора. Спин электрона. Тонкая структура. Механический момент многоэлектронного атома. Принцип Паули. Периодическая система. Правила Хунда. Характеристическое излучение. Закон Мозли. Орбитальный магнитный момент. Опыты Штерна и Герлаха. Спиновый и полный магнитные моменты атомов. Эффект Зеемана. Эффект Пашена-Бака. Электронный парамагнитный резонанс. Состав ядра. Масса и энергия связи. Ядерные силы. Закон распада ядер. Типы радиоактивности. Эффект Мессбауэра. Ядерные реакции. Энергетическая схема ядерной реакции. Элементарные частицы. Фундаментальные взаимодействия. Систематика элементарных частиц. Частицы и античастицы. Законы сохранения. Четность. Изотопический спин. Кварковая модель.

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.