6 Семестр

Розділ 4. Фізика коливань і хвиль. Теорія відносності - 2 години

4.1 Механічні та електромагнітні коливання й хвилі

Вільні механічні коливання. Кінематика гармонічних коливань. Амплітуда, період, частота, циклічна частота, фаза гармонічних коливань. Комплексна форма представлення коливань. Енергетичні співвідношення для осцилятора. Фізичний та математичний маятники, період їх коливань. Додавання гармонічних коливань. Векторні діаграми. Додавання гармонічних коливань одного напрямку. Додавання взаємно перпендикулярних гармонічних коливань. .Вільні загасаючі коливання. Диференціальне рівняння загасаючих коливань та його розв'язок. Період, частота, амплітуда загасаючих коливань. Коефіцієнт загасання коливань, логарифмічний декремент загасання, добротність коливальної системи. Вимушені механічні коливання. Резонанс. Вільні електромагнітні коливання в електричному коливальному контурі. Вимушені коливання в електричних колах. Резонансні явища у коливальному контурі.

4.2 Елементи хвильової оптики

Хвильові процеси. Основні характеристики пружних хвиль. Механізм утворення хвиль у пружному середовищі. Поздовжні та поперечні хвилі. Рівняння хвилі. Хвильовий фронт та хвильові поверхні. Біжучі хвилі. Плоска синусоїдальна хвиля. Фазова швидкість, довжина хвилі, хвильове число. Хвильове рівняння. Енергія хвилі. Принцип суперпозиції хвиль. Поширення хвиль у середовищах з дисперсією. Групова швидкість та її зв'язок з фазовою швидкістю. Інтерференція пружних хвиль. Рівняння стоячої хвилі та його аналіз. Електромагнітні хвилі. Диференціальне рівняння електромагнітної хвилі. Основні властивості електромагнітних хвиль. Швидкість поширення електромагнітних збурень. Плоскі електромагнітні хвилі. Густина енергії, густина потоку енергії. Вектор Пойнтінга. Інтенсивність електромагнітних хвиль. Світло як сукупність електромагнітних хвиль різної частоти. Світловий вектор. Поняття про монохроматичність та когерентність світла. Інтерференція світла та способи її спостерігання. Інтерференційна картина від двох точкових когерентних джерел. Інтерференція при відбиванні світла у тонких плівках. Дифракція світла. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракція Фраунгофера та дифракція Френеля. Метод зон Френеля. Дифракція Фраунгофера на одній щілині та на системі щілин паралельних щілин. Розрізнювальна здатність оптичних приладів. Голографія. Взаємодія світла з речовиною. Електромагнітні хвилі в речовині. Прозорі середовища. Дисперсія світла. Нормальна та аномальна дисперсія. Світло природне та поляризоване. Поляризатори та аналізатори. Закон Малюса. Поляризація світла при відбиванні. Закон Брюстера. Подвійне заломлення променів. Штучна оптична анізотропія. Оптична активність речовин та розчинів. Обертання площини поляризації.

4.3 Спеціальна теорія відносності

Принцип відносності у механіці. Постулати спеціальної теорії відносності. Перетворення Лоренца та деякі наслідки з них. Елементи релятивістської динаміки. Енергія та робота у релятивістській механіці. Принцип відносності в електродинаміці. Інваріантність рівнянь Максвела відносно перетворень Лоренца. Релятивістське перетворення полів, зарядів, струмів. Відносність магнітних та електричний полів.

Розділ 5. Квантова та статистична фізика - 1 години.

5.1 Теплове випромінювання

Квантова фізика. Протиріччя класичної фізики. Проблеми випромінення чорного тіла, фотоефекту, стабільності та розміру атому. Відкриття сталої Планка. Елементарна квантова теорія випромінення.

5.2 Фотоефект. Фотони

Фотони. Енергія та імпульс світлових квантів. Фотоефект. Ефект Комптона. Експериментальне обгрунтування основних ідей квантової теорії. Обґрунтування ідеї квантування. Правило частот Бора. Лінійчаті спектри атомів. Принцип відповідності. Дослід Франка та Герца.

Розділ 6. Атомне ядро. Сучасна фізична картина Всесвіту - 1 години.

6.1 Хвильові властивості мікрочастинок

Корпускулярно-хвильовий дуалізм. Гіпотеза де Бройля. Дифракція електронів. Дифракція нейтронів. Хвильові властивості частинок. Співвідношення невизначеностей Гейзенберга. Набори одночасно вимірюваних величин.

Квантовий стан. Завдання стану мікрочастинки. Хвильова функція та її статистичний сенс. Амплітуда ймовірностей. Ймовірність в квантовій теорії. Часове рівняння Шредингера. Рівняння Шредингера. Стаціонарне рівняння Шредингера. Лінійний гармонічний осцилятор. Оцінка нульових коливань осцилятора. Частинка в одновимірній та трьохвимірній потенціальних скриньках.

6.2 Фізика атому

Проходження частинки крізь потенціальний бар'єр. Пояснення тунельного ефекту.

Частинка у сферично симетричному полі. Досліди Резерфорда з розсіювання альфа-частинок речовиною. Ядерна модель атома. Лінійчатий спектр атома водню. Теорія Бора для воднеподібних атомів. Воднеподібна система у квантовій механіці. Енергетичні рівні. Потенціали збудження та іонізації. Просторовий розподіл електрона в атомі водню. Дослід Штерна і Герлаха. Спектри воднеподібних атомів. Мезоатоми. Ширина рівнів. Структура електронних рівнів в складних атомах. Принцип Паулі. Періодична система елементів Д.І Менделєєва.

6. 3Елементи квантової механіки

Випромінення та поглинання світла. Основи фізики лазерів. Елементи квантової електроніки. Рівняння Шредингера за наявності збурень. Ймовірність переходу. Коефіцієнт Ейнштейна для індукованих переходів в дворівневій системі. Принцип роботи квантового генератора. Твердотільні та газові лазери. Метод трьох рівнів. Відкритий резонатор. Елементи статистики. Статистичні розподіли. Імовірність та флуктуація розподілу Максвела по абсолютним значенням швидкості теплового руху частинок. Розподіл Больцмана. Статистичний опис квантової системи. Відмінність між квантово-механічною і статистичною ймовірностями. Симетрія хвильової функції багатьох однакових частинок. Квантові ідеальні гази. Розподіли Бозе-Ейнштейна та Фермі-Дірака.

6.4 Фізика атомного ядра

Атомне ядро. Будова атомних ядер. Феноменологічні моделі: газова, крапельна, оболонкова. Явище радіоактивності. Ядерні реакції. Поріг реакції. Механізм ядерних реакцій. Реакції ядерного ділення. Ланцюгова реакція ділення. Ядерний реактор. Проблема джерел енергії. Термоядерні реакції. Енергія зірок. Керований термоядерний синтез.

6.5 Фізика елементарних частинок

Сучасна фізична картина світу. Речовина та поле. Елементарні частинки. Взаємоперетворення частинок. Фундаментальні взаємодії: сильна, слабка, електромагнітна та гравітаційна.

6.6 Фізика твердого тіла

Теплоємність твердих тіл. Основи квантової теорії електропровідності металів. Явище надпровідності. Кількість електронних станів в зоні. Елементи зонної структури кристалів. Рівень Фермі. Поверхня Фермі. Заповнення зон: метали, діелектрики, напівпровідники. Поняття про діркову провідність. Власні та домішкові напівпровідники.