Програма на державний іспит для спеціальності 7.04020401 та 8.04020401 – Прикладна фізика

Затверджена на засіданні Ради

фізичного факультету

протокол № від 201_р.

Механіка. Коливання і хвилі.

1. Динаміка матеріальної точки. Закони Ньютона. Закон всесвітнього тяжіння. Закони Кеплера. Принципи відносності Галілея та Ейнштейна. Центробіжна і коріолісова сили.

2. Закони збереження енергії, імпульсу і моменту імпульсу в нерелятивістському і релятивістському випадках. Застосування законів збереження.

3. Механіка твердого тіла. Рівняння руху твердого тіла. Поняття про тензор інерції. Теорема Гюйгенса-Штейнера.

4. Коливання і хвилі. Гармонічні коливання. Додавання гармонічних коливань. Математичний і фізичний маятник. Власні і вимушені коливання з однією ступінню вільності. Поздовжні і поперечні хвилі. Інтерференція і дифракція хвиль. Стоячі хвилі.

5. Фізичні явища в неперервному середовищі. Поняття неперервного середовища, його деформації. Закон Гука. Енергія пружньої деформації.

6. Стаціонарна течія рідини. Рівняння неперервності. Рівняння Бернулі. В'язкість рідини, її ламінарна і турбулентна течія. Закон Пуазейля. Лобовий опір і підйомна сила.

Молекулярна фізика, термодинаміка і статистична фізика

1. Статистичний метод у фізиці. Функції розподілу. Розподіл Гаусса. Розподіл молекул за швидкостями - розподіл Максвелла. Експериментальні методи визначення швидкостей газових молекул. Газ у полі зовнішніх сил. Розподіл Больцмана. Розподіл Максвелла-Больцмана.

2. Молекулярно-кінетична теорія газів. Основні характеристики молекулярного руху: середня швидкість, середня частота зіткнень, середня довжина вільного пробігу, поперечний газо-кінетичний переріз. Розподіл молекул за довжинами вільного пробігу.

3. Основне рівняння кінетичної теорії газів. Рівняння Клайпейрона-Менделєєва. Газові закони. Закон Дальтона.

4. Перший принцип термодинаміки. Теплоємність при ізохоричному та ізобаричному процесах. Рівняння Майера. Застосування першого принципу термодинаміки для обчислення внутрішньої енергії, роботи і кількості теплоти при ізопроцесах. Адіабатичний процес. Політропічні процеси.

5. Другий принцип термодинаміки. Ентропія. Розрахунок зміни ентропії при різних процесах в ідеальних газах. Зв'язок ентропії і термодинамічної імовірності. Цикл Карно і його к.к.д.

6. Третій принцип термодинаміки. Абсолютна термодинамічна шкала температур. Теорема Нерста.

7. Кристалічні та аморфні тверді тіла. Близький, проміжковий і далекий порядок кристалічної гратки. Елементи симетрії твердих тіл. Ґратки Браве.

8. Теплове розширення. Ангармонізм коливань атомів кристалічної ґратки. Класична теорія теплоємності твердих тіл та її недоліки. Модель Ейнштейна. Модель Дебая. Абсолютна термодинамічна шкала температур.

Електрика і магнетизм

1. Електростатичне поле. Основні характеристики електростатичного поля та зв'язок між ними. Теорема Остроградського-Гаусса в інтегральній та диференціальній формах.

2. Електроємність відокремленого провідника. Ємність конденсаторів: плоского, сферичного та циліндричного. Енергія електричного поля. Об'ємна густина енергії електричного поля.

3. Магнітне поле постійного струму у вакуумі. Індукція і напруженість магнітного поля. Закон Біо-Савара-Лапласа. Потік вектора магнітної індукції. Теорема Гаусса для магнітного поля.

4. Циркуляція вектора індукції магнітного поля. Закон повного струму в інтегральній та диференціальній формах. Дія електричного і магнітного полів на рухомі заряди. Сила Лоренца.

5. Електромагнітна індукція. Закон електромагнітної індукції Фарадея в інтегральній та диференціальній формах. Правило Ленца.

6. Система рівнянь Максвелла в інтегральній та диференціальній формах. Фізичний зміст окремих рівнянь Максвелла та їх значення.

7. Електромагнітні хвилі, як наслідок рівнянь Максвелла. Хвильове рівняння. Плоскі електромагнітні хвилі у вакуумі. Енергія електромагнітної хвилі. Потік енергії. Вектор Умова-Пойтінга.

8. Природа носіїв заряду в металах. Ефект Холла в металах. Основні положення класичної електронної теорії металів. Закони Ома, Джоуля-Ленца та Відемана-Франца. Труднощі класичної електронної теорії металів.

9. Низькотемпературна надпровідність та її основні властивості. Діамагнетизм надпровідників. Низькотемпературні надпровідники першого та другого роду. Куперівські пари.

10. Відмінність металів, напівпровідників та діелектриків по електропровідності. Власні та домішкові напівпровідники. Донори і акцептори. Температурна залежність провідності власного та домішкового напівпровідників.

11. Магнітне поле в магнетиках. Класифікація магнетиків. Діамагнетики. Парамагнетики..

12. Феромагнетики та їх основні властивості.. Точка Кюрі. Закон Кюрі-Вейсса. Доменна структура феромагнетиків.

ОПТИКА І КВАНТОВА ФІЗИКА

1. Характеристика оптичного діапазону електромагнітних хвиль. Фазова і групова швидкості світла в середовищі. Ефект Вавілова-Черенкова. Поляризація електромагнітних хвиль. Основні фотометричні поняття та величини.

2. Інтерференція світла. Двопроменева інтерференція, що здійснюється поділом амплітуди та хвльового фронту. Схема Юнга. Інтерференція в тонких плівках. Інтерферометри. Використання явища інтерференції.

3. Дифракція світла. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракція Френеля і Фраунгофера. Дифракційна гратка. Похиле падіння променів на гратку. Дифракція рентгенівських променів. Дифракція на ультразвукових хвилях.

4. Відбивання та заломлення світла на межі двох діелектриків. Повне відбивання світла. Світловоди. Нормальна та аномальна дисперсія. Методи спостереження дисперсії світла. Поглинання світла. Закони Бугера та Бугера-Ламберта-Бера. Коефіцієнт та показник поглинання.

5. Подвійне променезаломлення. Звичайний та незвичайний промені. Поляризаційні прилади. Пластинки в четвертину хвилі і півхвилю. Обертання площини поляризації в оптично активних середовищах.

6. Фізичні основи методу голографічного запису зображень. Схеми запису та відновлення в тонкошарових та товстошарових голограмах. Застосування голограм як носіїв інформації.

7. Природа процесів розсіювання. Релеївське, молекулярне, мандельштам-бріллюенівське та раманівське розсіювання світла.

8. Класична та квантова теорії теплового випромінювання. Фотоефект, основні експериментальні закономірності та їх пояснення. Фотоелектричні приймачі світла. Люмінесценція світла, основні закономірності та застосування.

9. Фізичні процеси в оптичних квантових генераторах. Спонтанні та вимушені переходи, коефіцієнти Ейнштейна. Інверсна заселеність рівнів. Принципова схема лазера. Характеристики лазерного випромінювання.

10. Хвилі де-Бройля. Співвідношення невизначеностей Гейзенберга. Рівняння Шредінгера.

11. Спектральні серії випромінювання атомів водню. Дослід Резерфорда. Постулати Бора. Дослід Франка і Герца. Спін електрона. Принцип Паулі. Хвильова функція та її фізичний зміст.

12. Склад та характеристики атомного ядра. Дефект мас та енергії зв'язку ядер. Ядерні сили. Моделі атомного ядра. Природна та штучна радіоактивність. Закони радіоактивного розпаду. Правила зміщення та радіоактивної сім'ї. Альфа-розпад, бета-розпад та гама-випромінювання. Ядерні реакції. Реакції поділу важких ядер. Реакція термоядерного синтезу.

13. Типи взаємодії та класи елементарних частинок. Методи реєстрації елементарних частинок. Частинки та античастинки. Нейтрино. Кварки.