физика акимов (АДб)

вращательного движения твёрдого тела относительно неподвижной оси. Кинематическая энергия вращающегося тела. Закон сохранения момента импульса и его связь с изотропностью пространства.

2.2. Механические колебания и волны в упругих средах

Гармонические механические колебания. Кинематические характеристики гармонических колебаний. Дифференциальное уравнение гармонических колебаний. Пружинный, физический и математический маятники. Энергия гармонических колебаний.

Сложение гармонических колебаний одного направления и одинаковой частоты. Биения. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний и методы решения. Амплитуда смещения и фаза вынужденных колебаний. Понятие о резонансе.

Волновые процессы. Механизм образования механических волн в упругой среде. Продольные и поперечные волны. Уравнение бегущей волны. Длина волны и волновое число. Фазовая скорость. Энергия волн. Принцип суперпозиции волн и границы его применимости. Когерентность.

Интерференция волн. Образование стоячих волн. Уравнение стоячих волн. Уравнение стоячей волны и его анализ. Звуковые волны.

2.3. Основы молекулярной физики и термодинамики

Термодинамические параметры. Равновесные состояния и процессы, их изображение на термодинамических диаграммах. Вывод уравнения молекулярно-кинетической теории идеальных газов для давления и его сравнение с уравнением Менделеева Клапейрона. Средняя кинетическая энергия молекул. Молекулярно-кинетическое толкование термодинамической температуры. Число степеней свободы молекулы. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы молекул.

Внутренняя энергия идеального газа. Работа газа при изменении его объёма. Количество теплоты. Теплоёмкость. Первое начало термодинамики. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам и энергиям теплового движения. Среднее число столкновений и средняя длина свободного пробела молекул. Явление

11

переноса в термодинамически неравновесных системах. Молеку- лярно-кинетическая теория этих явлений.

Обратимые и необратимые процессы. Круговой процесс (цикл). Тепловые двигатели и холодильные машины. Цикл Карно и его КПД для идеального газа. Второе начало термодинамики.

2.4. Электростатика. Постоянный электрический ток

Закон сохранения электрического заряда. Электрическое поле. Основные характеристики электрического поля – напряжённость и потенциал. Напряжённость как градиент потенциала. Расчёт электростатических полей методом суперпозиции. Поток вектора напряжённости. Теорема Гаусса и её применение к расчёту поля. Диэлектрическая проницаемость.

Проводники в электрическом поле. Поле внутри проводника и у его поверхности. Распределение зарядов в проводнике. Взаимная ёмкость двух проводников. Конденсаторы. Энергия заряженного проводника, конденсатора и системы проводников.

Энергия электрического поля. Объёмная плотность энергии. Постоянный электрический ток, его характеристики и условия существования. Классическая электронная теория электропроводности металлов и её опытное обоснование. Вывод закона Ома в дифференциальной форме из электронных представлений. Закон Ома в интегральной форме. Разность потенциалов, электродвижущая сила, напряжение.

2.5. Электромагнетизм

Магнитное поле. Магнитная индукция. Закон Ампера. Магнитное поле тока. Закон Био–Савара–Лапласа и его применение к расчёту магнитного поля. Магнитное поле кругового тока. Магнитный момент витка с током. Вихревой характер магнитного поля. Закон полного тока (циркуляция вектора магнитной индукции) для магнитного поля в вакууме и его применение к расчёту магнитного поля тороида и длинного соленоида. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Контур с током в магнитном поле. Магнитный поток. Работа перемещения проводника и контура с током в магнитном поле.

12

Явление электромагнитной индукции (опыты Фарадея). Правило Ленца. Закон электромагнитной индукции и его вывод из закона сохранения энергии. Явление самоиндукции. Индуктивность. Токи при замыкании и размыкании цепи. Явления взаимной индукции. Взаимная индуктивность. Энергия системы проводников с током. Объёмная плотность энергии магнитного поля.

Магнитное поле в веществе. Типы магнетиков. Намагниченность. Микро- и макротоки. Элементарная теория диа- и парамагнетизма. Магнитная восприимчивость вещества и её зависимость от температуры. Закон полного тока для магнитного поля в веществе. Магнитная проницаемость среды. Ферромагнетики. Кривая намагничивания. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Домены.

Электрический колебательный контур. Дифференциальное уравнение электромагнитных колебаний и его решение. Затухающие и вынужденные электромагнитные колебания. Резонанс. Энергия электромагнитных колебаний. Электромагнитные волны. Основные свойства электромагнитных волн. Энергия электромагнитных волн. Поток энергии.

2.6. Волновая оптика, квантовая природа излучения

Интерференция волн. Когерентность и монохроматичность световых волн. Расчёт интерференционной картины от двух когерентных источников. Оптическая длина пути. Интерференция света в тонких плёнках. Интерферометры. Дифракция света. Принцип Гюйгенса–Френеля. Прямолинейное распространение света. Дифракция на одной щели и дифракционной решётке. Разрешающая способность оптических приборов. Дифракция на пространственной решётке. Принцип голографии. Дисперсия света. Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Поляризация света при отражении. Закон Брюстера. Двойное лучепреломление. Поляроиды. Закон Малюса.

Тепловое излучение. Чёрное тело. Закон Кирхгофа. Закон Стефана–Бальцмана. Распределение энергии в спектре абсолютно чёрного тела. Закон смещения Вина. Квантовая гипотеза и формула Планка. Оптическая пирометрия.

Внешний фотоэффект и его законы. Фотоны. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Масса и импульс фотона. Давление света. Квантовое и волновое объяснение давления света.

13

Эффект Комптона и его теория. Диалектическое единство корпускулярных и волновых свойств электромагнитного излучения. Опытное обоснование корпускулярно-волнового дуализма свойств вещества. Формула де Бройля. Соотношение неопределённостей как проявление корпускулярно-волнового дуализма свойств материи. Волновая функция и её статистический смысл. Уравнение Шредингера для стационарных состояний.

Атом водорода. Главное, орбитальные и магнитные квантовые числа. Спин электрона. Спиновое квантовое число. Принцип Паули. Спектры атомов и молекул. Поглощение, спонтанное и вынужденное излучения. Понятие о лазере. Распределение электронов в атоме по состояниям.

2.7. Физика атома. Физика твёрдого тела

Строение атома. Теория Бора: Опыты Резерфорда по рассеянию-частиц. Модель атома по Резерфорду. Следствия из модели Резерфорда. Спектры излучения атомов и их количественное описание. Модель атома Бора. Постулаты Бора. Теория водородоподобного атома Бора. Опыт Франка и Герца. Элементы квантовой механики. Гипотеза де Бройля. Формула де Бройля для свободной частицы. Границы применимости классической механики. Соотношение неопределённостей. Применение соотношения неопределённостей к решению квантово-механических задач. Уравнение Шредингера для стационарных состояний. Решение уравнения Шредингера для случая частицы с бесконечно глубокой «потенциальной яме». Энергетический спектр частицы в потенциальной яме. Уравнение Шредингера для атома водорода.

Спин электрона. Магнитные свойства атома. Тонкая структура спектров щелочных металлов. Опыты Штерна и Герлаха. Понятие о спине электрона. Полный момент импульса электрона в атоме. Полный магнитный момент атома. Эффект Зеемана. Принцип Паули. Распределение электронов в атоме.

Элементы квантовой теории кристаллов. Анизотропия кристаллов. Моно и поликристаллы. Кристаллическая решётка. Виды межатомных связей в кристаллических телах. Квантовая теория теплоёмкости Дебая. Фононы. Электронный газ. Энергетические зоны кристаллической решётки. Вырождение электронного газа. Функция Ферми. Энергия Ферми.

14

Диэлектрики и металлы. Изоляторы, проводники и полупроводники. Свойства диэлектриков с точки зрения зонной теории. Квантовая теория электропроводности, теплопроводности, контактных явлений. Сверхпроводимость – макроскопический квантовый эффект.

Магнитные свойства металлов. Спиновая природа ферромагнетизма. Доменная структура ферромагнетиков. Анализ кривой намагничивания.

Полупроводники. Основные особенности структуры энергетических зон в полупроводниках. Собственная электронная и дырочная проводимости. Доноры и акцепторы. Примесная проводимость. Явление на границе полупроводника с металлом. Контакт двух полупроводников различных типов (p-, n-переходы). Полупроводниковые диоды и триоды. Действие света на полупроводники.

2.8. Физика атомного ядра и элементарных частиц

Строение и свойства атомных ядер. Состав ядра: протоны, нейтроны. Основные характеристики нуклонов и ядер. Изотопы. Понятие о ядерных силах. Масса и энергия связи в ядре. Средняя энергия нуклонов и её зависимость от массового числа. Неустойчивость тяжёлых ядер по отношению к некоторым типам распада.

Радиоактивность. Ядерные реакции. Сущность явления радиоактивности. Типы радиоактивного распада. Основные характеристики -распада, -распада. Спектр -частиц. Нейтрино, -излу- чения радиоактивных ядер. Дозы ионизирующего излучения.

Понятие о ядерных реакциях. Законы сохранения в ядерных реакциях. Деление тяжёлых ядер. Понятие об элементарных частицах. Современная картина мира.

15

3.ОСНОВНЫЕ РАБОЧИЕ ФОРМУЛЫ

СКРАТКИМИ ПОЯСНЕНИЯМИ

3.1.Физические основы механики

1. Вектор скорости точки есть производная радиус-вектора движущейся точки по времени:

v dr . dt

Радиус-вектор r вектор, проведённый из начала координат в данную точку.

2. Вектор ускорения точки

a dv . dt

3. Проекции скорости v на оси координат:

5. Величина скорости

v dS . dt

6. Вектор ускорения точки при криволинейном движении

16

Численные значения этих ускорений:

где R – радиус кривизны траектории в данной точке.

7. Ускорение при прямолинейном движении (R = )

8. Формулы для равномерного движения точки (v= const):

9. Формулы для равномерного движения точки (aτ = const):

v v0 a t; S v0 t a t2 .

2

10. Угловая скорость тела есть первая производная угла поворота по времени:

d . dt

11. Угловое ускорение тела есть первая производная угловой скорости по времени:

d .

где T – период вращения (время одного полного оборота); N – число оборотов, совершаемых телом за время t.

17

15. Угловая скорость тела, вращающегося равномерно,

2 2 N . t T T

16. Формулы равномерного вращения тела (ε = const):

0 t; 0 t t2 . 2

17. Пройденный путь, скорость и ускорения точки вращающегося тела:

где R – расстояние точки от оси вращения.

18.Импульс материальной точки массой m, движущейся со скоростью v, равен

Рm v.

19.Импульс системы материальных точек равен (по определению) векторной сумме импульсов всех частиц, образующих

систему:

20. Второй закон Ньютона:

dP F dt,

где F – результирующая сила, действующая на материальную точку. 21. Если масса постоянная, второй закон Ньютона может быть

выражен формулой

F m a,

где a – ускорение.

22. Если сила F постоянна по величине и направлению, то изменение импульса тела за конечный промежуток времени t равно

произведению силы на время её действия:

Р F t или m v2 m v1 F t ,

где v1 и v2 – начальная и конечная скорости, разделённые промежутком времени t.

18

23. Сила упругости

F k x,

где k – коэффициент упругости (в случае пружины жёсткость). 24. Сила гравитационного взаимодействия

F m1 m2 , r2

где – гравитационная постоянная; m1, m2 – массы взаимодействующих тел; r – расстояние между ними.

25. Сила трения (скольжения). N – сила нормального давления.

Fтр .

N

26. Закон сохранения импульса:

n

Pi const,

i1

где n – число материальных точек (или тел), входящих в замкнутую систему.

27. Кинетическая энергия тела, движущегося поступательно,

E m v2 .

k2

28.Потенциальная энергия:

а) упругодеформированной пружины:

E k x2 ,

p 2

где k – жесткость пружины; x – абсолютная деформация. б) гравитационного взаимодействия:

Ер m1 m2 , r

где гравитационная постоянная; m1 и m2 – массы взаимодействующих тел; r – расстояние между ними (тела рассматриваются как материальные точки).

в) тела, находящегося в однородном поле силы тяжести:

E m g h,

p

19

где g – ускорение свободного падения; h – высота тела над уровнем, принятым за нулевой (формула справедлива при условии h<<R, здесь

R– радиус Земли).

29.Закон сохранения механической энергии:

E E E const.

kp

30.Работа, совершаемая внешними силами, действующими на тело, и изменение его кинетической энергии связаны соотношением

AEk Ek2 Ek1 .

31.Основное уравнение динамики вращательного движения относительно неподвижной оси z:

Mz Jz ,

где Mz результирующий момент внешних сил относительно оси z,

действующих на тело; ε – угловое ускорение; Jz момент инерции

относительно оси вращения.

32. Момент инерции однородных тел вращения массовой m относительно их геометрических осей вращения:

33. Момент инерции однородного тонкого стержня длиной L относительно оси, проходящей через середину стержня перпендикулярно его длине,

34. Момент инерции тела Jz относительно любой оси вращения и момент инерции J0 относительно оси, параллельной данной и

проходящей через центр масс тела, связаны соотношением (теорема Штейнера)

Jz J0 m a2 ,

где a – расстояние между осями; m – масса тела.

20