4. Содержание лекционного курса

Всего часов

№ лекции

Тема лекции. Вопросы, отрабатываемые на лекции

СЕМЕСТР 2

2

1

Физика XX века. Предмет изучения физики: законы и взаимодействие в иерархической структуре природы. Суперобъединение взаимодействий. Структура классической механики

2

2

Кинематика материальной точки и абсолютно твердого тела. Основные понятия и определения. Скорость и ускорение при поступательном движении. Кинематика вращательного движения. Связь линейной и угловой скорости и ускорений

2

3

Динамика. Механический принцип относительности Галилея. Преобразование Галилея. Инварианты преобразований Галилея. Первый закон Ньютона. Сила, масса, импульс. Второй закон Ньютона. Третий закон Ньютона. Закон изменения и сохранения импульса

2

4

Работа постоянной и переменной силы. Мощность. Кинетическая и потенциальная энергии. Связь работы с кинетической и потенциальной энергией. Закон сохранения механической энергии. Потенциальные (консервативные) силы. Связь силы с потенциальной энергией

2

5

Динамика вращательного движения. Момент силы. Момент импульса. Закон изменения и сохранения момента импульса. Момент инерции. Основное уравнение динамики вращательного движения. Кинетическая энергия вращающегося тела. Теорема Штейнера

2

6

Специальная теория относительности. Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца. Относительность длин и промежутков времени. Относительность понятия одновременности

2

7

Инвариантность события. Преобразование скоростей. Релятивистская динамика. Выражение для кинетической энергии. Полная энергия и энергия покоя. Закон взаимосвязи массы и энергии. Формула связи между полной энергией частицы и ее импульсом

2

8

Механические колебания. Основные характеристики гармонических колебаний. Уравнение гармонических колебаний. кинетическая, потенциальная и полная энергия гармонических колебаний. Примеры систем, совершающих свободные гармонические колебания: гармонический осциллятор, физический маятник, математический маятник

2

9

Сложение гармонических колебаний. Биение. Затухающие колебания. Уравнение затухающих колебаний и его решение. Основные характеристики: время релаксации, логарифмический декремент затухания, добротность

2

10

Вынужденные колебания. Уравнение вынужденных колебаний и его решение. Резонанс.

2

11

Волны. Основные определения и характеристики. Уравнение плоской волны. Фазовая скорость. Волновое уравнение (одномерное и трехмерное)

2

12

Когерентные волны. Интерференция. Стоячие волны. Поток и плотность потока энергии упругой волны. Вектор Умова

2

13

Методы рассмотрения систем многих частиц. Постулат равновероятности и эргодическая гипотеза. Идеальный газ. Равновесное пространственное распределение идеального газа. Биноминальное распределение

2

14

Распределения Пуассона и Гаусса. Распределения Максвелла и Больцмана

2

15

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории. Средняя кинетическая энергия молекул. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы. Теплоемкость

2

16

Внутренняя энергия, теплота, работа. Первое начало термодинамики. Дифференциальные формы и полные дифференциалы. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам. Формулы для вычисления работы при изопроцессах

2

17

Обратимые и необратимые процессы. Второе начало термодинамики. Циклические процессы. КПД. Цикл Карно. Теоремы Карно. Неравенства Клаузиуса. Энтропия. Закон возрастания энтропии. Статистическая интерпретация второго начала термодинамики

Всего:

34 ч.

СЕМЕСТР 3

2

1

Предмет классической электродинамики. Электрический заряд. Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции. Электрический диполь

2

2

Поток вектора напряженности. Теорема Гаусса. Примеры на применение теоремы Гаусса

2

3

Работа сил электростатического поля. Потенциал. Разность потенциалов. Связь потенциала с напряженностью электрического поля

2

4

Проводники в электрическом поле. Поле внутри проводника и его поверхности. Электроемкость уединенного проводника. Взаимная емкость двух проводников. Конденсаторы. Энергия электростатического поля

2

5

Электрическое поле в веществе. Свободные и связанные заряды в диэлектриках. Типы диэлектриков. Электронная и ориентационная изоляция. Поляризованность

2

6

Диэлектрическая восприимчивость вещества. Теорема Гаусса для электрического поля в диэлектрике. Электрическое смещение. Диэлектрическая проницаемость среды. Вычисление напряженности поля в диэлектрике

2

7

Классическая электронная теория электропроводности металлов и ее опытное обоснование. Постоянный ток и условия его существования. Сила тока. Плотность тока

2

8

Вывод закона Ома в дифференциальной форме из электронных представлений. Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной формах

2

9

Закон Видемана-Франца. Зависимость сопротивления от температуры. Сверхпроводники

2

10

Сторонние силы. ЭДС. Закон Ома в интегральной форме для участка цепи. Падение напряжения, разность потенциалов и электродвижущая сила. Обобщенный закон Ома в интегральной форме (для неоднородного участка цепи)

2

11

Экспериментальное подтверждение существования магнитного поля. Магнитная индукция и напряженность магнитного поля. Релятивистская природа магнетизма

2

12

Закон Био-Савара-Лапласа и его применение к расчету магнитного поля прямолинейного проводника с током и кругового тока и его применение к расчету магнитного поля соленоида

2

13

Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца. Закон Ампера

2

14

Поток вектора магнитной индукции. Теорема Гаусса. Контур с током в магнитном поле. Работа перемещения проводника и контура с током в магнитном поле

2

15

Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца. Закон электромагнитной индукции. Явление самоиндукции. Индуктивность. Взаимная индукция. Энергия магнитного поля

2

16

Магнитное поле в веществе. Магнитные моменты электронов и атомов. Прецессия орбиты электрона. Теорема Лармора. Намагниченность. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость. Классификация магнетиков. Ферромагнетики

2

17

Основные теории Максвелла для электромагнитного поля. Ток смещения. Уравнения Максвелла в дифференциальной и интегральных формах. Электромагнитные волны. Шкала электромагнитных волн

Всего:

34 ч.

СЕМЕСТР 4

2

1

Предварительные сведения о световой волне. Основные понятия волновой оптики. Принцип Гюйгенса. Интерференция монохроматических волн. Интерференция при отражении от тонких пленок

2

2

Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Зоны Френеля. Дифракция Френеля от круглого отверстия и непрозрачного диска. Метод графического сложения амплитуд

2

3

Дифракция Фраунгофера от щели. Дифракционная решетка. Понятие о голографии

2

4

Естественный и поляризованный свет. Степень поляризации. Поляризаторы и анализаторы. Закон Малюса. Поляризация при отражении и преломлении. Закон Брюстера

2

5

Тепловое излучение и его характеристики. Законы излучения абсолютно черного тела. Формула Релея-Джинса. Формула Планка

2

6

Фотоэффект. Закон внешнего фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна. Фотон. Энергия, масса и импульс фотона. Эффект Камптона

2

7

Элементы квантовой механики. Предмет квантовой механики. Волны де Бройля. Корпускулярно-волновая двойственность частиц вещества. Опыты Дэвисона и Джермера. Дифракция электронов. Соотношение неопределенностей Гейзенберга

2

8

Дискретность атомных состояний. Строение атома по Резерфорду. Несовместимость планетарной модели атома с представлениями классической физики. Постулаты Бора. Разрешенные значения полной энергии электрона в атоме водорода. Спектральные серии атома водорода

2

9

Поглощение, спонтанное и вынужденное излучение. Вероятности переходов. Коэффициенты Эйнштейна. Принцип детального равновесия. Вывод формулы Планка. Лазеры (на примере трехуровневой системы)

2

10

Постулаты квантовой механики. Задание состояния частицы в квантовой физике: пси-функция, ее свойства и физический смысл. Нормировка. Суперпозиция состояний в квантовой физике. Уравнения Шредингера (стационарное и временное)

2

11

Основные сведения из теории операторов квантовой физики. Собственные значения и собственные функции. Основные свойства и определения из теории квантовых операторов. Средние значения величин. Операторы координаты, импульса, момента импульса, оператор Гамильтона

2

12

Задачи на применение уравнения Шредингера. Частица в одномерной бесконечно глубокой потенциальной яме (одномерный и трехмерных случаи) Квантование энергии, функции состояния, вероятность нахождения частицы на энергетических уровнях

2

13

Гармонический осциллятор (результаты решения). Прохождение частиц через одномерный потенциальный барьер

2

14

Квантово-механическая модель атома водорода (результаты решения уравнения Шредингера). Уровни энергии и пси-функции. Квантовые числа электрона в атоме. Спин. Принцип Паули

2

15

Квантовая теория свободных электронов в кристалле. Плотность энергетических состояний. Распределение Ферми-Дирака

2

16

Энергетические зоны в кристаллах. Металлы, полупровдники, диэлектрики. Полупроводниковые диоды

2

17

Физика ядра. Строение атомных ядер. Основные характеристики стабильных и нестабильных ядер. Размеры ядер. Плотность ядерного вещества. Дефект массы. Энергия связи ядра. Ядерные силы. Модели ядра. Радиоактивность, закон распада. Ядерные реакции. Электрическая схема ядерной реакции. Пути использования ядерной энергии

Всего: 34 ч