fizika_exam_updated

ПРОГРАММА ЭКЗАМЕНА ПО ФИЗИКЕ

1. ОСНОВЫ РЕЛЯТИВИСТСКОЙ МЕХАНИКИ. ИСО. Постулаты специальной теории относительности и их экспериментальное обоснование. Преобразования Галилея и Лоренца. Относительность одновременности. Относительность промежутков времени. Относительность длин. Закон сложения скоростей. Релятивистский импульс. Основной закон релятивистской динамики материальной точки. Релятивистское выражение для ки­нетической энергии. Взаимосвязь массы и энергии. Соотношение между полной энергией и импульсом части­цы. Границы применимости классической механики. Инвариантные величины в СТО.

2. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА. Статистический и термодинамический методы исследования систем многих частиц. Фазовое пространство. Случайные величины. Вероятность события. Элементарная ячейка фазового пространства. Плотность состоя­ний в фазовом пространстве.

1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКИ. Микроскопические и макроскопические па­раметры. Вероятность и флуктуация. Функция распределения и ее свойства. Постулаты молекулярно- кинетической теории. Термодинамические параметры состояния системы: объем, давление, температура. Рав­новесные и неравновесные состояния системы и процессы. Идеальный газ. Температура в MKT. Распределе­ние Максвелла. Опыты Штерна, Ламмерта. Средняя, наиболее вероятная и среднеквадратическая скорости. Распределение молекул идеального газа по энергиям теплового движения. Средняя кинетическая энергия. Статистический смысл температуры. Число степеней свободы молекулы. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы молекул. Давление газа в MKT. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа для давления. Газовые законы как следствие молекулярно-кинетической теории. Иде­альный газ в поле тяготения. Барометрическая формула. Закон Больцмана для распределения частиц во внеш­нем потенциальном поле (примеры практического использования). Опыты Перрена. Внутренняя энергия си­стемы. Внутренняя энергия идеального газа. Реальные газы. Уравнение состояния реального газа и теоретиче­ские изотермы. Внутренняя энергия реального газа. Экспериментальные изотермы и критическое состояние.

2. ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ. Обратимые и необратимые процессы, круговые и некруговые процес­сы. Способы изменения внутренней энергии термодинамической системы. Работа газа и правило знаков. Рас­чет работы при изопроцессах и за цикл. Графический метод определения работы газа. Количество теплоты и правило знаков. Теплопередача, массообмен. Виды термодинамических систем. Первое начало термодинами­ки. Анализ изопроцессов и адиабатного процесса в идеальном газе на основе первого начала термодинамики. Уравнения Пуассона (вывод), графики адиабаты. Теплоемкость: полная, молярная, удельная. Молярная тепло­емкость идеального газа при различных изопроцессах (вывод). Уравнение Майера. Необратимость и направ­ленность самопроизвольных процессов в замкнутых системах. Макросостояния и микросостояния термоди­намической системы. Термодинамическая вероятность макросостояния (статистический вес). Энтропия и формула Больцмана. Расчет изменения энтропии с помощью интеграла приведенных теплот. Примеры расчета при изопроцессах и фазовых переходах. Второе начало термодинамики (статистические и термодинамические формулировки). Цикл Карно и его анализ. КПД идеальной тепловой машины. Независимость КПД обратимо­го цикла Карно от природы рабочего тела. Максимальный КПД тепловой машины. Необходимость отвода теплоты при работе тепловой машины. Третье начало термодинамики (теорема Нернста).

3. ЭЛЕМЕНТЫ ФИЗИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ. Среднее число столкновений и средняя длина свободного про­бега молекул. Эффективный диаметр молекул. Вакуум. Явления переноса в термодинамически неравновесных систе­мах. Опытные законы диффузии, теплопроводности и внутреннего трения. Молекулярно-кинетическая теория явлений переноса. Уравнения диффузии, теплопроводности и вязкости. Коэффициенты диффузии, теплопроводности, вязкости. Зависимость коэффициентов переноса в газах от давления и температуры.

3. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО.

Предмет классической электродинамики. Идея близкодействия. Границы применимости классической элек­тродинамики. Электрический заряд. Точечный и распределенный заряд. Дискретность заряда. Закон сохране­ния электрического заряда. Закон Кулона. Принцип суперпозиции.

3.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ В ВАКУУМЕ. Электростатическое поле и вихревое электрическое поле. Однородное и неоднородное поле. Напряженность электрического поля. Силовые линии электростатического поля и вихревого поля. Принцип суперпозиции для напряженности. Расчет электрических полей из принципа суперпозиции: поле диполя, заряженного кольца и отрезка. Теорема Гаусса для электростатического поля. Применение теоремы Гаусса для расчета полей: поле однородно заряженной бесконечно протяженной плос­кости, поле равномерно заряженной бесконечно длинной нити, поле равномерно заряженной бесконечно длинной цилиндрической поверхности, поле равномерно заряженной сферической поверхности, поле равно­мерно заряженного по объему шара. Работа сил электростатического поля. Потенциальный характер электро­статического поля. Потенциал. Циркуляция вектора напряженности. Напряженность электростатического по­ля как градиент потенциала.

3. 2. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ В ВЕЩЕСТВЕ. Напряженность поля в веществе. Относительная диэлектрическая проницаемость среды. Эмпирическая классификация веществ по их диэлектрическим свойствам (проводники и диэлектрики). Электризация проводников. Поле внутри проводника и у его поверхности. По­лярные и неполярные диэлектрики. Поляризация неполярных диэлектриков. Механизмы поляризации. Диполь в однородном и неоднородном электрическом поле. Поляризация полярных диэлектриков. Вектор поляриза­ции. Диэлектрическая восприимчивость вещества. Индукция электрического поля. Диэлектрики с особыми свойствами. Пьезоэлектрический эффект. Пьезоэлектрики, сегнетоэлектрики, электреты. 3. 3. КОНДЕНСАТОРЫ. Электроемкость уединенного проводника. Взаимная емкость двух проводников Конденсаторы. Расчет электроемкости плоского, сферического, цилиндрического конденсатора (коаксиаль­ный кабель). Электроемкость системы конденсаторов. Энергия заряженного проводника и конденсатора. Объ­емная плотность энергии электрического поля.

3.4. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК. Электрический ток, его разновидности и характеристики (плотность и сила тока). Условия существования электрического тока. Дрейфовая и тепловая скорости носителей заряда (чис­ленные оценки). Закон Ома для однородного, неоднородного и замкнутого участка цепи. Сторонние силы в электрической цепи. Источники тока. Электродвижущая сила. Напряжение на участке цепи. Правила Кирхго­фа (примеры применения). Работа и мощность электрического тока. Закон Ома и закон Джоуля-Ленца (интегральная и дифференциальная форма). Элементы классической теории электропроводности металлов.

4. ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ.

1. Магнитное поле. Магнитное взаимодействие. Силы магнитного взаимодействия. Индукция магнитного поля. Принцип суперпозиции. Магнитное поле движущегося заряда. Сила Лоренца. Теорема Гаусса для век­тора индукции магнитного поля. Магнитное поле элемента тока. Закон Био-Савара-Лапласа. Применение закона Био-Савара-Лапласа к расчету магнитных полей, созданных: кольцевым током и током, текущим по пря­молинейному отрезку проводника с током. Закон Ампера. Циркуляция вектора магнитной индукции (закон полного тока) для магнитного поля в вакууме. Применение теоремы о циркуляции к расчету магнитного по­ля соленоида и тороида. Контур с током в однородном магнитном поле. Магнитный момент контура с током. Работа перемещения проводника и контура с током в магнитном поле. Поток вектора индукции магнитного поля. Энергия контура с током в магнитном поле. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Эффект Холла.

2. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ. Опыты Фарадея. Явление электромагнитной индукции. Закон электромагнитной индукции и его вывод из закона сохранения энергии. Правило Ленца. Возникновение ЭДС индукции в проводнике, движущемся в магнитном поле, и в рамке, равномерно вращающейся в однородном магнитном поле. Применение ЭМИ в технике. Самоиндукция. Индуктивность контура, соленоида (расчет). ЭДС самоиндукции. Правило Ленца. Взаимная индукция. Взаимная индуктивность. Закон изменения тока при замыкании и размыкании электрической цепи. Энергия магнитного поля проводника с током. Объемная плот­ность энергии магнитного поля.

3. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ Максвелла. Вихревое электрическое поле. Бетатрон Ток смещения. Система уравнений Максвелла для электромагнитного поля в интегральной форме. Материальные уравнения. Единство и относительность электрического и магнитного полей.

4. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВЕЩЕСТВЕ. Основные характеристики для описания магнитного поля в веще­стве. Виды магнетиков.

5. КОЛЕБАНИЯ

1. МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ. Понятие о колебательных процессах (условия возникновения). Гар­монические колебания. Кинематика гармонических колебаний. Механические незатухающие колебания. Дифференциальное уравнение незатухающих колебаний. Полная энергия собственных механических колеба­ний и взаимное превращение кинетической и потенциальной энергий. Квазиупругая сила. Пружинный, мате­матический и физический маятники. Векторная диаграмма. Сложение гармонических колебаний одного направления и одинаковой частоты. Биения. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний. Фигуры Лис- сажу. Затухающие колебания. Дифференциальное уравнение затухающих колебаний и его решение. Характе­ристики для описания затухающих колебаний: коэффициент затухания, логарифмический декремент затуха­ния, добротность. Вынужденные механические колебания. Дифференциальное уравнение вынужденных коле­баний. Резонанс. Резонансные кривые.

2. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ. Электрический колебательный контур. Аналогии между ме­ханическими и электромагнитными колебаниями. Свободные электромагнитные колебания в закрытом коле­бательном контуре без активного сопротивления. Полная энергия свободных электромагнитных колебаний и взаимное превращение энергий электрического и магнитного полей. Затухающие электромагнитные колеба­ния. Зависимость частоты затухающих колебаний от сопротивления. Апериодический разряд конденсатора. Вынужденные колебания. Резонанс тока и напряжения. Резонансные кривые.