ФМ_ДО_2013

АННОТИРОВАННЫЕ ВОПРОСЫ К ГОСЭКЗАМЕНУ ПО ФИЗИКЕ ИМЕТОДИКЕПРЕПОДАВАНИЯ

ДЛЯСПЕЦИАЛЬНОСТИ«ФИЗИКАИМАТЕМАТИКА»

2012-2013 УЧ.Г.

Общая физика

1. Кинематика

Пространство и время, система отсчета. Относительность движения. Способы задания уравнения движения материальной точки. Движение, относительность движения. Система отсчета. Материальная точка, радиус-вектор, векторы перемещения, скорости, ускорения. Закон движения, траектория и пройденный путь. Криволинейное движение. Движение точки по окружности. Связь линейных и угловых величин.

2. Динамика

Инерциальные системы отсчета. Первый закон Ньютона. Масса. Сила, фундаментальные взаимодействия. Второй закон Ньютона. Третий закон Ньютона. Импульс. Границы применимости законов Ньютона.

3. Неинерциальные системы отсчета

Силы инерции. Понятие о принципе эквивалентности. Задача о движении в неинерциальных системах отсчета. Ускорение Кориолиса.

4. Закон сохранения энергии

Работа силы, мощность, кинетическая энергия. Потенциальная энергия. Энергия системы материальных точек. Консервативные силы, консервативные системы. Законы сохранения механической энергии в консервативной системе.

5. Закон сохранения импульса

Система материальных точек. Внешние и внутренние силы. Центр масс. Движение центра масс. Закон сохранения импульса и его следствия. Реактивное движение. Уравнения Мещерского и Циолковского.

6. Закон всемирного тяготения

Гравитационное поле. Закон всемирного тяготения. Опыт Кавендиша. Инертная и гравитационная массы.

7. Специальная теория относительности

Экспериментальные основы Специальной Теории Относительности (СТО). Постулаты Эйнштейна. Пространство, время и системы отсчета в СТО. Преобразования Лоренца и их кинематические следствия. Преобразование скорости. Относительная скорость. Релятивистские импульс и энергия, связь между ними. Энергия покоя. Частицы с нулевой массой покоя. Релятивистские уравнения движения частиц. Закон сохранения энергии - импульса.

8. Основы Молекулярно-кинетической теории

Основные представления молекулярно-кинетической теории газов. Давление газа. Абсолютная температура. Идеальный газ. Уравнение Клапейрона-Менделеева. Газовые законы. Основное уравнение кинетической теории газов. Молекулярно-кинетическое истолкование абсолютной температуры и давления.

1

9. Распределение Максвелла и Больцмана.

Макроскопическая система. Число Авогадро. Параметры макроскопической системы, задающие ее равновесное состояние: объём, давление, температура. Столкновения молекул. Средняя длина свободного пробега молекул. Диффузия и теплопроводность. Распределение Максвелла. Экспериментальная проверка распределения Максвелла. Распределение Больцмана. Барометрическая формула.

10.Первое начало термодинамики

Виды взаимодействия макросистем. Работа и теплота как формы обмена энергией между системами. Первое начало термодинамики. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам.

11.Второе начало термодинамики.

Второе начало термодинамики. Обратимые и необратимые процессы. Тепловые машины. Цикл Карно. Теоремы Карно. Реальные циклы. Неосуществимость вечных двигателей. Энтропия. Приведенная теплота. Статистическое истолкование второго начала термодинамики.

12.Реальные газы

Экспериментальные изотермы реального газа. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Сопоставление изотерм Ван-дер-Ваальса с экcпериментальными изотермами. Критическое состояние. Внутренняя энергия реального газа. Эффект ДжоуляТомсона. Сжижение газов и получение низких температур.

13.Электростатическое взаимодействие

Электрический заряд. Дискретность заряда. Измерение заряда. Измерение удельного заряда частиц (опыт Томсона) и элементарного заряда (опыт Милликена и Иоффе). Закон сохранения заряда (уравнение неразрывности). Релятивистская инвариантность электрического заряда.

14.Электростатическое поле

Электрическое поле в вакууме и среде, его потенциальность. Закон Кулона. Принцип суперпозиции и теорема Гаусса, Силовые линии. Эквипотенциальные поверхности. Напряжённость электрического поля, вектор электрической индукции. Вектор поляризации. Диэлектрическая проницаемость, Диэлектрическая восприимчивость. Виды поляризации. Сегнетоэлектрики.

15.Электрическое поле в веществе

Электростатическое поле в диэлектриках и проводниках. Напряженность поля у поверхности проводника. Электроемкость уединенного проводника. Конденсаторы. Соединения конденсаторов. Поляризация диэлектриков. Полярные и неполярные молекулы. Механизмы поляризации диэлектриков. Поляризационные заряды. Вектор поляризации диэлектрическая проницаемость и восприимчивость.

16.Законы постоянного тока

Постоянный ток в металлах. Электродвижущая сила. Интегральная и дифференциальная формы законов Ома и Джоуля-Ленца. Правила Кирхгофа.

2

17.Энергия электрического поля

Энергия системы покоящихся зарядов. Плотность энергии электростатического поля. Система покоящихся зарядов во внешнем электрическом поле.

18.Магнитное поле

Постоянное магнитное поле в вакууме. Закон Био-Савара-Лапласа. Теорема о циркуляции магнитных полей (прямой и круговой токи, соленоид).

19.Магнитное поле в веществе

Магнетики, уравнения для векторов В и H, граничные условия. Магнитная проницаемость, диа-, пара- и ферромагнетизм.

20.Электромагнитная индукция

Опыты Фарадея. Закон электромагнитной индукции Фарадея и правило Ленца. Электродвижущаяся сила индукции. Вихревые токи. Скин-эффект. Самоиндукция и взаимоиндукция. Электродвижущая сила самоиндукции. Индуктивность проводника.

21.Электромагнитные колебания

Колебательный контур. Свободные и вынужденные колебания, резонанс. Генерация незатухающих электромагнитных колебаний.

22. Электромагнитные волны

Излучение электромагнитных волн. Дипольное излучение. Электромагнитная природа света. Шкала электромагнитных волн.

23.Распространение света в среде

Отражение и преломление света. Поглощение света. Дисперсия света. Естественный и поляризованный свет.

24. Геометрическая оптика

Приближение коротких волн. Основные понятия и законы лучевой оптики. Зеркала, линзы, оптические приборы.

25.Волновая оптика

Когерентные и некогерентные источники света. Интерференция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция света.

26.Квантование излучения

Свойства фотона. Фотоэффект. Эффект Комптона. Волновые свойства микрочастиц. Корпускулярно-волновой дуализм микрочастиц.

27.Атом

Дискретность состояния микрообъектов. Постулаты Бора, опыты Франка-Герца. Спектр атома водорода.

28.Радиоактивность

Типы радиоактивных превращений. Механизмы альфа-распада и бетараспада. Нейтрино, его свойства. Закон сохранения четности. Несохранение четности в бета-распадных процессах, альфа распад. Явление ядерной изомерии.

29.Атомные ядра

Опыты Резерфорда. Планетарная модель строения атома. Несостоятельность классической физики при объяснении атомных явлений. Состав ядра, его заряд и массовое число. Ядерные силы и их основные свойства.

3

30. Свойства атомных ядер. Элементарные частицы

Основные свойства атомных ядер. Энергия связи ядра. Полуэмпирическая формула для энергии связи. Зависимость удельной энергии связи от массового числа. Способы получения ядерной энергии. Методы регистрации элементарных частиц. Источники частиц. Ускорители. Классификация элементарных частиц.

Теоретическая физика

1. Пространство и время в релятивистской и нерелятивистской фи-

зике

Системы отсчета. Кинематика материальной точки. Сложение движений. Преобразования Галилея и Лоренца, их кинематические следствия.

2.Закон сохранения импульса в релятивистской и нерелятивистской механике

Связь законов сохранения со свойствами пространства и времени. Инерциальные и неинерциальные системы отсчета. Принципы относительности Галилея и Лоренца.

3.Задача двух тел

Приведенная масса. Частица в центрально-симметричном поле. Задача Кеплера. Движение частицы в кулоновском поле.

4.Закон сохранения энергии в релятивистской и нерелятивистской механике

Связь законов сохранения со свойствами пространства и времени

5.Кинематика и динамика вращательного движения абсолютно твердого тела

Тензор инерции. Теорема Штейнера. Уравнения Эйлера. Углы Эйлера. Прецессия гироскопа.

6.Механические колебания и волны

Свободные и вынужденные колебания линейного гармонического осциллятора. Колебания при наличии трения. Распространение волн в упругих средах.

7.Система уравнений Максвелла для электромагнитного поля в ва-

кууме

Система уравнений Максвелла для электромагнитного поля в вакууме в интегральной и дифференциальной формах. Физический смысл и свойства уравнений Максвелла.

8.Уравнение Максвелла-Лоренца для микроскопического поля

Уравнение Максвелла-Лоренца для микроскопического поля их макро-

r r

скопическое усреднение. Поля D и H . Система уравнений Максвелла в веществе, материальные уравнения. Плотность энергии и плотность потока энергии электромагнитного поля в веществе.

4

9. Уравнение Максвелла в диэлектриках r

Уравнения для векторов E и D , граничные условия. Диэлектрическая проницаемость. Энергия электростатического поля в диэлектриках.

10. Уравнение баланса энергии электромагнитного поля

Вектор Умова-Пойтинга. Импульс электромагнитного поля. Калибровочная инвариантность электромагнитных потенциалов.

11. Электромагнитное поле в вакууме и его характеристики

Принцип суперпозиции. Относительность понятий электрического и магнитного полей. Преобразование полей и его следствия.

12. Квазистационарное электромагнитное поле

Условия квазистационарности. Переменный ток. Сопротивление, емкость и индуктивность в цепи переменного тока. Работа и мощность в цепи переменного тока.

13. Законы излучения абсолютно черного тела

Несостоятельность классической физики при их объяснении. Гипотеза Планка о световых квантах. Объяснение фотоэффекта А. Эйнштейна. Некогерентное рассеяние света (эффект Комптона). Волновые свойства микрочастиц. Гипотеза Луи де Бройля.

14. Одномерные квантовомеханические задачи

Стационарное уравнение Шредингера для свободной частицы и частицы во внешнем потенциальном поле. Задача о частице в одномерном, абсолютно непрозрачном ящике. Задача о частице в потенциальной яме со стенками конечной высоты. Линейный гармонический осциллятор. Прохождение частицы через потенциальный барьер.

15. Квантовомеханическая задача об атоме водорода

Волновые функции электрона и собственные значения энергии. Спектроскопическая классификация состояний. Кратность вырождения состояний. Периодическая система Д.И. Менделеева. Заполнение оболочек в атомах.

16.Экспериментальные доказательства существования спина элек-

трона

Опыты Штерна и Герлаха, дублетная структура спектров паров щелочных металлов, опыты Эйнштейна и де Гааза.

17.Принцип тождественности одинаковых микрочастиц

Оператор перестановки частиц. Симметричные и антисимметричные состояния. Фермионные и бозонные системы. Принцип Паули. Волновые функции систем, состоящих из фермионов и бозонов.

18. Понятие о волновой функции частицы

Соотношение неопределенностей для координаты и импульса. Мысленные опыты по одновременному определению координаты и импульса микрочастицы. Роль процесса измерения в квантовой механике. Вероятностный характер законов в квантовой механике.

19. Фазы вещества

Фазовые переходы. Условия равновесия фаз вещества и его устойчивость. Правило фаз Гиббса. Фазовые переходы первого и второго рода. Кривая равновесия фаз. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса.

5

20. Распределение Максвелла частиц по скоростям

Каноническое, микроскопическое и большое каноническое распределения. Распределение Больцмана молекул идеального газа.

21. Степени свободы

Теорема о равномерном распределении кинетической энергии по степеням свободы. Классическая теория теплоемкости одноатомного и многоатомного газа. Свободная энергия, энтропия, химический потенциал, внутренняя энергия, теплоемкость идеального газа. Теплоемкость кристаллической решетки в классическом и квантовом случаях.

22. Термодинамические процессы

Равновесные и неравновесные процессы. Обратимые и необратимые процессы. Кинетическое уравнение Больцмана. Явление переноса.

23. Идеальный газ фермионов

Статистика Ферми-Дирака. Электронный газ в металле. Уровень Ферми. Теплоемкость электронного газа.

24. Идеальный газ бозонов

Статистика Бозе-Эйнштейна. Тепловое излучение и его законы.

25.Типы и основные характеристики фундаментальных взаимодей-

ствий

Основные свойства атомных ядер и ядерных сил. Капельная модель ядра. Модели ядер с независимыми нуклонами. Радиоактивный распад ядер.

26.Ядерные реакции

Законы сохранения в ядерных реакциях. Деление тяжелых ядер: спонтанное и вынужденное. Цепная ядерная реакция. Основы ядерной энергетики.

27. Классификация элементарных частиц

Характеристики основных классов элементарных частиц. Фотоны, лептоны, мезоны, барионы. Времена жизни нестабильных частиц. Взаимопревращения элементарных частиц.

28. Барионы

Барионный заряд. Закон сохранения барионного заряда. Мезоны. Адроны. Гиперзаряд. Странность. Закон сохранения странности и его нарушения в слабых взаимодействиях. Кварки. Цветовой заряд кварков. Лептоны. Классификация лептонов. Закон сохранения лептонного числа.

29. Кристаллические системы

Плоские и пространственные решетки. Ячейка Вигнера-Зейтца. Виды решеток Бравэ. Кристаллографические индексы Миллера. Обратная решетка. Зоны Бриллюэна. Дефекты кристаллической решетки. Дифракция рентгеновских лучей на идеальной кристаллической решетке. Условие Брэгга-Вульфа.

30. Электрон в периодическом поле кристаллической решетки

Метод Хартри-Фока. Теорема Блоха. Следствия из теоремы Блоха. Метод эффективной массы. Типы кристаллических твердых тел. Полупроводники. Донорные и акцепторные примеси.

6

Теория и методика обучения физике

1. Теория и методика обучения физике как педагогическая наука

Теория и методика обучения физике как педагогическая наука, её предмет и методы исследования. История становления и развития методики обучения физике. Связь теории и методики обучения физике с другими науками. Задачи теории и методики обучения физике как науки на современном этапе развития образования.

2. Физика как учебный предмет общеобразовательной школы

Физика как наука и как школьный учебный предмет. Значение преподавания физики в общеобразовательной школе. Анализ возможных систем построения (радиальная, концентрическая и ступенчатая) школьного курса физики. Отбор и структурирование содержания курса физики как методическая проблема. Реализация дидактических принципов в процессе обучения физике.

3. Школьный курс физики на современном этапе

Структура и содержание курса физики общеобразовательной школы на современном этапе. Состояние, современные тенденции и перспективы развития физического образования в школе. Современный стандарт школьного физического образования.

4. Цели и задачи обучения физике в школе

Основные цели и задачи обучения физике в школе: формирование глубоких и прочных знаний, умений и навыков по основным вопросам курса физики; формирование научного мировоззрения; воспитание (патриотическое, нравственное, трудовое, экологическое и эстетическое) школьников; политехническое обучение и профессиональная ориентация; развитие мышления и познавательных способностей; привитие учащимся интереса к физической науке.

5. Место школьного курса физики в системе учебных предметов

Место школьного курса физики в системе учебных предметов. Виды межпредметных связей. Связь обучения физике с преподаванием других естественнонаучных предметов (математика, информатика, астрономия, химия, биология, география, технология и др.). Межпредметные связи физики с предметами гуманитарного цикла (история, литература, музыкальное и изобразительное искусство и т.д.). Основные направления в деятельности учителя физики по реализации межпредметных связей.

6. Методы обучения физике

Метод обучения в дидактике. Функции методов обучения. Обзор методов обучения физике, их классификация. Связь методов обучения физике с методами научного познания. Выбор методов обучения и условия эффективности их применения. Методические приёмы, их систематизация и связь с методами обучения.

7. Современный школьный физический эксперимент

Учебный физический эксперимент, его значение и задачи. Основные типы школьных физических приборов. Система современного школьного физического эксперимента.

7

8. Демонстрационный эксперимент по физике

Демонстрационный эксперимент по физике, его значение в преподавании. Методические требования к демонстрационному эксперименту. Методика и технология подготовки и проведения демонстраций.

9. Лабораторные занятия по физике и методика их проведения

Лабораторные занятия по физике, их значение в учебном процессе. Виды лабораторных занятий: фронтальные лабораторные работы и опыты, физический практикум, внеклассные и домашние опыты и наблюдения. Организация, методика проведения и содержание каждого вида лабораторных занятий. Активизация деятельности учащихся на лабораторных занятиях. Обработка и оформление результатов эксперимента. Соблюдение правил безопасности труда.

10. Решение задач по физике как метод обучения

Решение задач по физике как метод обучения. Значение решения задач, место их в учебном процессе. Классификация физических задач и методика их решения. Способы записи условия и решения физической задачи. Методика обучения учащихся решению физических задач.

11. Проверка и оценка достижения учащимися целей обучения физике

Значение и функции проверки достижения учащимися целей обучения физике. Методы, формы и средства проверки знаний, умений и навыков учащихся по физике. Назначение каждого метода проверки, его место в учебном процессе и методика проведения. Система оценки знаний, умений и навыков учащихся по физике.

12. Средства обучения физике

Средства обучения физике и их классификация. Использование компьютеров при обучении физике. Дидактические принципы построения аудио-, видео-, аудиовизуальных и компьютерных учебных пособий. Банк современных учебных материалов. Интерактивные технологии обучения. Современный учебно-методический комплекс для обучения физике.

13. Традиционные средства обучения физике

Классная доска и методика работы с ней. Рисунки и чертежи на уроках физики, методические требования к ним. Методика применения на уроках физики плакатов и таблиц. Традиционные технические средства обучения и их классификация. Использование традиционных ТСО учителем физики. Дидактические материалы к техническим средствам обучения, их типология и методика применения. Самодельные средства обучения физике, методика их создания и использования в общеобразовательной школе.

14. Использование информационных и коммуникационных технологий в учебном процессе

Информатизация образования. Цели и задачи использования информационных и коммуникационных технологий в учебном процессе. Роль информационных и коммуникационных технологий в активизации познавательной деятельности учащихся, в реализации системы контроля, оценки и мониторинга их учебных достижений. Методы анализа и экспертизы для электронных программно-методических и технологических средств учебного назна-

8

чения. Методические аспекты использования информационных и коммуникационных технологий в учебном процессе.

15. Урок как основная форма учебных занятий по физике

Урок как основная форма учебных занятий по физике. Виды уроков и их структура. Содержание и формы изложения нового материала на уроке. Методика проведения обобщающих занятий. Активизация познавательной деятельности учащихся на уроке. Требования к современному уроку физики. Проектирование системы уроков.

16.Самостоятельная работа учащихся по физике и методическое руководство ею

Самостоятельная работа учащихся по физике, её значение и место в учебном процессе. Самостоятельная работа учащихся на уроке и её виды. Самостоятельная работа учащихся с учебником физики. Домашняя самостоятельная работа учащихся и методические требования к её содержанию и сложности. Подготовка докладов и сообщений, написание рефератов, самостоятельное решение задач, изготовление самодельных приборов как отдельные виды самостоятельной работы учащихся по физике. Организация самостоятельной работы учащихся и методическое руководство ею.

17.Внеурочная работа учащихся по физике

Виды и организация внеурочной работы учащихся по физике. Организация и методика проведения экскурсий по физике. Физические и технические кружки, методика их организации и содержание работы. Физическая секция школьного научного общества учащихся. Внеурочная работа учителя физики со слабоуспевающими школьниками. Роль школьного кабинета физики во внеурочной работе по предмету.

18.Факультативные занятия и элективные курсы в системе школьного физического образования

Факультативные занятия и их значение. Краткий анализ содержания факультативных курсов по физике. Методика проведения факультативных занятий. Современные элективные курсы по физике, их структура и содержание.

19.Массовые формы внеклассной работы по физике

Массовые формы внеклассной работы учащихся по физике: школьные олимпиады, физические вечера, конференции юных физиков и техников, физические игры, конкурсы и соревнования. Работа учителя физики по подготовке и проведению массовых форм внеклассной работы по предмету.

20. Планирование учебно-воспитательной работы учителя физики

Планирование учебно-воспитательной работы учителя физики: годовой план, календарно-тематическое и поурочное планирование. Подготовка учителя физики к уроку. Конспект и развёрнутый план урока.

21. Особенности методики обучения физике в различных учебных заведениях

Методические особенности обучения физике в сельских малокомплектных школах. Особенности методики обучения физике в профильных классах, в школах и классах с углублённым изучением предмета. Специфика работы учителя физики в инновационных учебных заведениях. Структура,

9

содержание и методические особенности курса физики в реальных (вечерних, сменных) школах. Особенности методики обучения физике в профессиональных учебных заведениях.

22. Методика обучения физике в 7-8 классах

Анализ структуры и содержания курса физики 7-8 классов. Особенности формирования понятий в курсе физики первой ступени. Методика проведения первых уроков физики. Элементы молекулярно-кинетической и электронной теорий в курсе физики 7-8 классов. Их роль в изучении физических понятий. Научно-методический анализ и методика изучения основных тем курса физики 7-8 классов.

23. Методика изучения раздела «Механика» в школьном курсе физики

Значение механики в общем физическом образовании школьников. Особенности механики как раздела школьного курса физики. Содержание и структура раздела «Механика» в основной и средней школе. Методические особенности изучения основных понятий и законов механики на общеобразовательном и профильном уровнях.

24. Методика изучения основ динамики в школьном курсе физики

Анализ и методика формирования понятий «масса» и «сила» в механике. Последовательность введения основных понятий и законов динамики. Методика изучения законов Ньютона. Методика изучения закона всемирного тяготения. Методические особенности изучения основных понятий и законов динамики в курсе физики 10 класса на общеобразовательном и профильном уровнях.

25.Методика изучения законов сохранения в механике в школьном курсе физики

Анализ основного содержания темы «Законы сохранения в механике». Анализ понятий «работа» и «энергия» в механике. Методика изучения работы. Методика изучения энергии. Методика изучения законов сохранения в механике. Методические особенности изучения основных понятий и законов темы в курсе физики 10 класса на общеобразовательном и профильном уровнях.

26.Методика изучения раздела «Молекулярная физика» в средней школе

Анализ структуры и содержания раздела «Молекулярная физика» на

общеобразовательном и профильном уровнях. Научно-методический анализ и методика изучения тем «Основы молекулярно-кинетической теории» и «Основы термодинамики». Методика формирования понятий «внутренняя энергия», «количество теплоты», «температура», «идеальный газ». Методика изучения газовых законов.

27. Методика изучения раздела «Электродинамика» в школьном курсе физики

Значение и место раздела «Электродинамика» в школьном курсе физики. Особенности электродинамики как раздела физической науки и как раздела школьного курса физики. Научно-методический анализ и методика формирования понятий «электрический заряд» и «электромагнитное поле» как основных понятий раздела «Электродинамика», изучаемых в школьном курсе физики. Особенности и методика изучения основных понятий электро-

10