1.2 Організація аудиторної роботи з вивчення дисципліни

Тема за навч. програмою дисципліни

План лекції

К-сть

годин

Теми практичних занять

К-сть годин

Теми лабораторних занять

К-сть годин

1

2

3

4

5

6

7

Семестр 3

32

16

16

Змістовий модуль 1

Основи молекулярної фізики і термодинаміки

10

6

0

1. Основи молекулярної фізики і термодинаміки

Розподіл Макс-вела

1. Поняття про статистичні і термодинамічні методи досліджень. Термодинамічні параметри.

2. Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії ідеального газу. Середня кінетична енергія молекул. Молекулярно-кінетичне тлумачення абсолютної температури. Рівняння Клапейрона-Менделєєва.

3. Розподіл швидкостей молекул за Максвелом. Барометрична формула. Закон Больцмана для розподілу частинок у зовнішньому полі.

4. Ефективний діаметр молекул. Середнє число зіткнень і середня довжина вільного пробігу молекул.

2

Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії.

Розподіл Максвела. Барометрична формула. Середній час і середня довжина вільного пробігу молекул.

2

2. Явища переносу

Явища переносу у газах: дифузія, внутрішнє тертя, теплопровідність.

2

3. Основи термодинаміки

Лекція 1.

1. Внутрішня енергія системи. Робота і теплота як форми передачі енергії. Перший закон термодинаміки.

2. Число ступенів свободи молекул. Теорема про рівномірний розподіл енергії за ступенями вільності.

3. Внутрішня енергія ідеального газу.

4. Молекулярно-кінетична теорія теплоємності ідеального газу. Рівняння Майєра.

2

1

2

3

4

5

6

7

Лекція 2

1. Застосування Першого начала термодинаміки до ізо-процесів.

2. Адіабатний процес.

3. Кругові оборотні і необоротні процеси.

4.Цикл Карно і його к.к.д.

5. Друге начало термодинаміки і його різні формулювання. Ентропія і її зв’язок з імовірністю стану системи.

6. Теорема Нернста. Статистичне обґрунтування другого начала .термодинаміки.

2

Перший закон термодинаміки. Теплоємність.

Адіабатний процес. Цикл Карно.

2

4. Реальні гази

1. Відхилення від законів ідеального газу. Розміри молекул та взаємодія між ними. Рівняння Ван-дер-Ваальса та його аналіз.

2. Критичний стан речовини. Внутрішня енергія реального газу. Фазові переходи.

3 Ефект Джоуля-Томсона. Фізичні основи та сучасні способи зрідження газів. Одержання низьких температур.

4. Властивості та класифікація рідин. Поверхневий натяг. Формула Лапласа.

2

Поверхневий натяг. Формула Лапласа.

2

Змістовий модуль 2

Хвильова оптика. Інтерференція, дифракція і поляризація світла. Теплове випромінювання. Основи квантової оптики

10

6

8

1. Інтерферен-ція світла.

1. Основні закони геометричної оптики. Оптична густина. Монохроматичність. Когерентність.

Оптична різниця ходу. Когерентність хвиль.

2. Інтерференція від двох точкових джерел (дослід Юнга).

2

Вступне заняття в лабораторії оптики, атомної та

ядерної фізики

2

1

2

3

4

5

6

7

3. Методи одержання інтерференційних картин: бідзеркало та біпризма Френеля, дзеркало Ллойда.

3. Інтерференція у тонких плівках. Просвітлення оптики. Кільця Ньютона. Смуги рівної товщини. Інтерферометри.

2. Дифракція світла.

1. Принцип Гюйгенса-Френеля. Зони Френеля. Дифракція Френеля на малих об’єктах.

2. Дифракція Фраунгофера на одній та двох щілинах.

3. Дифракційна гратка. Роздільна здатність. Дифракційний спектр.

4. Дифракція на просторовій гратці. Формула Вульфа-Брегга. Рентгеноструктурний аналіз.

2

Визначення радіуса кривизни лінзи методом інтерференційних кілець Ньютона

2

3.Поляризація світла.

Поширення світла в речовині.

1.Природне світло. Лінійна та циркулярна поляризації світла. Поляризатори. Закон Малюса, кут Брюстера.

2. Оптично-активні середовища. Обертання площини поляризації. Закон Біо. Магнітооптичний ефект Фарадея. Стала Верде.

3. Взаємодія світла з речовиною. Поглинання, розсіювання світла.

4. Дисперсія світла. Класична електронна теорія дисперсії світла.

2

Геометрична оптика.

Інтерференція світла.

Дифракція та поляризація світла.

2

Вивчення поляризації світла

2

4. Теплове випромінювання.

Теплове випромінювання та його особливості. Закон Кірхгофа. Випромінювання абсолютно чорного тіла. Закони Стефана-Больцмана, Віна. Формула Релея-Джинса. Квантова гіпотеза випромінювання. Формула Планка.

Оптична пірометрія.

2

Закони теплового випромінювання.

Фотоефект.

2

1

2

3

4

5

6

7

5.Основи квантової оптики.

1. Енергія, маса та імпульс фотона.

2. Фотоелектричний ефект, його закони. Рівняння Ейнштейна для фотоефекту.

2. Ефект Компотна. Тиск світла. Досліди Лебедєва. Корпускулярно-хвильовий дуалізм світла.

2

Тиск світла. Ефект Компотна. Енергія, маса, імпульс фотона.

2

Визначення сталої

Планка за допомогою фотоелемента

2

Змістовий модуль 3

Будова атомних ядер. Основні положення квантової механіки.

Рівняння Шредінгера. Рентгенівське випромінювання. Радіоактивність. Елементи зонної теорії твердих тіл.

Напівпровідники

12

4

8

1. Розвиток уявлень про будову атома.

Корпуску-

лярно-хвильові властивості світла та речовини

1. Досліди Резерфорда. Ядерна модель атома Резерфорда. Походження лінійчатих спектрів випромінювання атомів. Досліди Франка і Герца. Постулати Бора.

2. Спектри випромінювання воднеподібних атомів. Формула Бальмера-Рідберга. Спектральні серії.

3. Дифракція електронів. Хвилі де Бройля, їх статистичний зміст. Досліди Девіссона і Джермера. Корпускулярно-хвильовий дуалізм світла та речовини.

4. Співвідношення невизначеностей Гейзенберга. Основні уявлення квантової механіки. Хвильова функція і її фізичний зміст. Рівняння Шредінгера. Принцип суперпозиції у квантовій механіці.

2

Постулати Бора.

Спектри випромінювання воднеподібних атомів. Формула Бальмера-Рідберга.

Спектральні серії.

2

2. Застосуван-ня рівняння Шредінгера до розв’язування

1. Частинка у нескінченно глибокій потенціальній ямі.

2. Гармонічний осцилятор.

3. Проходження частинки через потенціальний

2

1

2

3

4

5

6

7

найпростіших одновимірних задач.

Опис стану електронів у багато електронних атомах.

бар’єр (тунельний ефект).

4. Атом водню у квантовій механіці.

5. Квантування енергії, моменту імпульсу і проекції моменту імпульсу. Досліди Штерна і Герлаха. Спін і магнітний момент електрона. Квантові числа електрона в атомі. Принцип Паулі. Електронні шари складних атомів.

6. Періодична система елементів Д.І. Менделєєва.

Визначення сталої Стефана-Больцмана.

2

3.Рентгенів-ське випромі-нювання.

1. Гальмівне і характеристичне рентгенівське випромінювання та його спектри. Застосування рентгенівських променів.

2. Природа характеристичного рентгенівського випромінювання. Закон Мозлі.

3. Спонтанне та індуковане випромінювання. Квантові генератори та їх застосування.

2

Дослідження спектра випромінювання атомарного водню.

2

4.Будова атомних ядер та радіоактивність.

1. Склад атомного ядра. Ізотопи. Ядерні сили та їх властивості. Енергія зв’язку ядер. Дефект мас. Моделі атомного ядра.

2. Природна і штучна радіоактивність. Види радіоактивності, альфа - , бета - розпади. Закон радіоактивного розпаду. Період напіврозпаду. Активність. Одиниці вимірювання у ядерній фізиці. Біологічна дія радіоактивного випромінювання.

2

Визначення періоду напіврозпаду радіоактивного ізотопу.

2

1

2

3

4

5

6

7

5. Ядерні

реакції.

Елементарні частинки.

1. Ядерні реакції. Приклади ядерних перетворень під дією альфа-частинок, протонів, нейтронів, гама-квантів.

2. Поділ важких ядер. Ланцюгові реакції поділу. Ядерні реактори. Реакції термоядерного синтезу, умови їх реалізації. Проблеми керованого термоядерного синтезу. Прискорювачі та детектори ядерних частинок.

1. Загальні відомості про елементарні частинки. Систематика елементарних частинок. Закони збереження у мікросвіті.

2. Фундаментальні взаємодії. Лептони і адрони. Поняття про кварки. Кваркова модель адронів.

2

Склад атомного ядра.

Енергія зв’язку. Дефект мас.

Ядерні реакції.

2

6.Основи фізики твердого тіла

1. Утворення енергетичних зон в кристалах. Поняття про зонну теорію провідності провідників, напівпровідників і діелектриків.

2. Поняття про квантові статистики. Застосування статистики Фермі-Дірака до електронів у металах.

3. Квантові явища при низьких температурах. Надпровідність, надплинність. Електропровідність напівпровідників (власна та домішкова).

4 Контактні явища. Робота виходу електрона з металу. Контактна різниця потенціалів. Контакт металу з напівпровідником. Утворення р-n переходу. Дія зовнішньої різниці потенціалів на p-n перехід. Напівпровідникові діоди і тріоди (транзистори).

2

Визначення концентрації і рухливості носіїв заряду у напівпровіднику.

2

1

2

3

4

5

6

7

Семестр 2

36

18

36

Фізичні основи механіки . Кінематика і динаміка матеріальної точки. Робота і енергія.

Динаміка обертального руху твердого тіла. Елементи механіки рідин. Елементи релятивістської механіки.

10

6

14

1. Вступ.

Кінематика матеріальної точки

Задачі курсу фізики. Предмет фізики. Абстракції та обмеженість моделей. Зв’язок фізики з іншими науками. Експериментальні методи фізики. Роль української фізичної школи у розвитку фізики і техніки.

Механічний рух. Система відліку. Радіус-вектор. Рівняння руху у векторній та координатній формах. Основні кінематичні характеристики руху: траєкторія, переміщення, шлях, швидкість, прискорення. Зв’язок між ними.

Поступальний рух тіла. Рівномірний та рівноприскорений рухи. Вільний рух тіла в полі тяжіння Землі.

Криволінійний рух. Нормальна та тангенціальна складові повного прискорення при криволінійному русі матеріальної точки. Кінематика руху матеріальної точки по колу. Кут повороту, кутова швидкість та кутове прискорення. Зв’язок між лінійними та кутовими характеристиками руху.

2

Кінематика поступального руху.

Рух під кутом до горизонту.

Кінематика обертального руху.

2

Вступне заняття

(лабораторія механіки).

Визначення густини тіл правильної геометричної форми.

Вивчення законів поступального руху.

Вивчення законів обертального руху твердого тіла.

2

2

2

2

1

2

3

4

5

6

7

2. Динаміка матеріальної точки та поступального руху тіла

1. Взаємодія між тілами. Поняття сили та маси. Фундаментальні взаємодії. Сили у природі. Пружні сили. Закон Гука. Сили тертя. Коефіцієнт тертя.

2. Закони Ньютона. Інерціальні системи відліку. Імпульс. Імпульс системи матеріальних точок. Закон збереження імпульсу. Центр мас системи. Рух центра мас.

2

Динаміка поступального руху. Робота та енергія. Закони збереження енергії, імпульсу, моменту імпульсу. Удар.

2

Визначення швидкості польоту кулі за допомогою крутильно-балістичного маятника.

2

3. Робота та енергія

Механічна робота. Визначення роботи змінної сили через лінійний інтеграл. Потужність. Зв’язок між роботою та потужністю. Механічна енергія системи тіл. Кінетична енергія матеріальної точки та системи. Теорема про зміну кінетичної енергії системи.

Консервативні та неконсервативні системи. Центральні сили. Потенціальна енергія системи. Скалярне поле. Градієнт скалярного поля. Диференціальний оператор Гамільтона. Консервативна сила як градієнт потенціальної енергії.

Умови рівноваги механічної системи. Повна механічна енергія системи тіл. Теорема про зміну повної механічної енергії системи. Закон збереження механічної енергії. Пружні та не пружні зіткнення тіл.

2

1

2

3

4

5

6

7

2. Закон всесвітнього тяжіння. Прискорення вільного падіння як напруженість гравітаційного поля та його залежність від висоти над поверхнею Землі. Перша та друга космічні швидкості.

4. Динаміка обертального руху твердого тіла навколо нерухомої осі

Елементи механіки рідин

Обертання твердого тіла навколо нерухомої осі. Момент сили. Робота і потужність моменту сили. Кінетична енергія обертального руху твердого тіла. Момент інерції. Визначення моментів інерції тіл правильної форми. Теорема Штейнера.

Момент імпульсу матеріальної точки та системи матеріальних точок. Момент імпульсу обертового тіла. Рівняння моментів. Рівняння динаміки обертального руху твердого тіла відносно нерухомої осі. Закон збереження моменту імпульсу.

Основні закони гідростатики. Ламінарна та турбулентна течії рідини. Критерій Рейнольда. Статичний та динамічний тиск. Рівняння Бернуллі. В’язкість рідин. Формула Стокса. Коефіцієнти динамічної та кінематичної в’язкості.

2

Момент інерції. Динаміка обертального руху.

2

Вивчення моменту інерції маховика динамічним методом.

Визначення коефіцієнту внутрішнього тертя рідини методом Стокса.

2

2

5. Елементи релятивістської механіки

Перетворення Галілея. Принцип відносності Галілея. Принцип відносності Ейнштейна. Постулати спеціальної теорії відносності.

2

1

2

3

4

5

6

7

Відносність поняття одночасності подій. Відносність лінійних розмірів та проміжків часу. Перетворення Лоренца для координат, часу та швидкостей. Поняття про інваріантні величини.

Не інерціальні системи відліку. Еквівалентність сил інерції і гравітаційних сил.

Релятивістська маса. Релятивістський імпульс. Інваріантна форма основного закону динаміки релятивістської частинки. Співвідношення між енергією та масою релятивістської частинки. Зв’язок між повною, кінетичною енергіями вільної релятивістської частинки та її імпульсом.

Фотон як релятивістська частинка. Частинки з масою спокою, рівною нулю. Межі застосування класичної механіки.

Електрика та магнетизм

14

6

10

1.Електроста-тичне поле у вакуумі

1. Електричний заряд. Дискретність заряду. Закон збереження електричного заряду. Закон Кулона. Електричне поле. Напруженість електричного поля. Принцип суперпозиції. Поле системи зарядів.

2. Робота сил поля. Потенціальність електростатичного поля. Циркуляція вектора Е. Потенціальна енергія заряду у полі. Потенціал електричного поля. Робота по переміщенню заряду в електричному полі.

2

Вступне заняття

(лабораторія електрики)

2

1

2

3

4

5

6

7

3. Різниця потенціалів. Напруженість як градієнт потенціалу. Еквіпотенціальні поверхні. Електричний диполь. Напруженість і потенціал поля диполя. Диполь у зовнішньому електричному полі. Диполь у неоднорідному полі.

4. Потік вектора. Теорема Остроградського-Гауса для потоку вектора Е в інтегральній і диференціальній формах.

Закон Кулона. Напруженість еле-ктричного поля. Робота і потенці-ал електростатичного поля. Теорема Остроградського-Гауса. Потенціальна енергія точкового заряду.

2

Вивчення електровимірювальних приладів.

2

2. Електричне поле у діелектриках

1. Вільні та зв’язані електричні заряди. Полярні та неполярні молекули. Поляризація діелектриків. Поверхневі зв’язані заряди. Вектор поляризації. Поляризованість.

2. Теорема Остроградського-Гауса для електростатичного поля у середовищі.

3. Зв’язок між векторами D і E. Діелектрична проникність. Умови для електростатичного поля на границі поділу двох ізотропних діелектричних середовищ.

2

3. Провідники в електричнму полі

1. Умови рівноваги зарядів у провіднику. Потенціал провідника. Поле поблизу поверхні провідника. Розподіл зарядів по поверхні провідника. Електростатичний захист.

2. Умови на межі поділу “метал-діелектрик”, “метал-вакуум”. Основна задача електростатики. Рівняння Пуассона. Рівняння Лапласа. Теорема Ірншоу.

2

1

2

3

4

5

6

7

3. Електроємність провідника. Конденсатори. Ємність конденсатора. Енергія системи зарядів. Енергія конденсатора. Енергія і об’ємна густина енергії електричного поля.

4. Постійний електричний струм

1. Електричний струм, умови його існування. Сила та густина струму. Рівняння нерозривності. Закон Ома для ділянки кола в інтегральній та диференціальній формах.

2. Узагальнений закон Ома в інтегральній формі. Різниця потенціалів. Електрорушійна сила. Електрична напруга. Закон Джоуля-Ленца в інтегральній та диференціальній формах. Потужність і к.к.д. в колі постійного струму. Розгалужені кола. Правила Кірхгофа.

2

Вивчення правил Кірхгофа для розгалужених кіл постійного струму.

Визначення електрорушійної сили джерела методом компенсації.

2

2

5. Електричний струм у різних середовищах

1. Електроліти. Електролітична дисоціація. Електроліз. Закони Фарадея. Електропровідність електролітів.

2. Електричний струм у газах. Іонізація і рекомбінація. Розряди у газах. Поняття про плазму.

3. Струм у вакуумі. Термоелектронна емісія. Робота виходу електрона з металу. Формули Ленгмюра і Річардсона-Дешмана.

2

Енергія електростатичного поля. Конденсатори.

Постійний електричний струм. Закон Ома. Закон Джоуля – Ленца.

Правила Кірхгофа. Робота і потужність струму.

Електричний струм у різних середовищах.

2

1

2

3

4

5

6

7

6. Магнітне поле у вакуумі

1. Магнітне поле. Магнітна індукція. Закон Біо-Савара-Лапласа. Магнітне поле прямолінійного та колового струмів. Взаємодія паралельних струмів. Принцип суперпозиції. Закон Ампера. Одиниця сили струму – ампер. Сила Лоренца. Утримання плазми магнітним полем. Ефект Холла.

2. Теорема про циркуляцію вектора магнітної індукції в інтегральній та диференціальній формах.

3. Магнітне поле соленоїда та тороїда. Ротор векторного поля. Магнітний потік. Теорема Гауса для вектора В . Робота переміщення провідника і контура зі струмом у магнітному полі. Індуктивність контура (статична). Повний магнітний потік.

2

Визначення питомого заряду електрона методом магнетрона.

2

7. Магнітне

поле у речовині. Електромагнітна індукція

1.Магнетики. Магнітні

моменти атомів (класична модель). Гіромагнітне відношення. Діамагнетики та парамагнетики. Вектор намагнічування. Циркуляція вектора намагнічування. Напруженість магнітного поля і її циркуляція. Магнітна сприйнятливість. Зв’язок між векторами В і Н . Магнітна проникність. Класичне тлумачення діамагнетизму. Частота Лармора. Вплив температури на магнітні властивості парамагнетиків. Закон Кюрі.

2

1

2

3

4

5

6

7

2. Феромагнетики. Домени. Крива намагнічування. Гістерезис. Залишкове намагнічування та коерцитивна сила. Точка Кюрі. Закон Кюрі-Вейса.

3. Умови на межі поділу двох магнетиків та магнетику з вакуумом.

4. Явище електромагнітної індукції. Закон електромагнітної індукції. Правило Ленца. Явище самоіндукції. Індуктивність (динамічна) контуру. Перехідні процеси в колі з індуктивністю. Час релаксації.

5. Енергія контуру зі струмом. Енергія магнітного поля. Об’ємна густина енергії магнітного поля.

Магнітне поле.

Закон Біо-Савара-Лапласа. Сила Ам-пера. Сила Лоренца.

Електромагнітна індукція. Енергія магнітного поля. Робота переміщення провідника зі струмом у магнітному полі.

2

Фізика коливань та хвиль

12

6

12

1. Основи теорії Максвела для електромагнітного поля.

1. Основні положення теорії Максвела для електромагнітного поля. Вихрове електричне поле. Струм зміщення. Закон повного струму. Рівняння Максвела. Матеріальні рівняння. Електромагнітне поле.

2. Рівняння Максвела у вакуумі. Електромагнітні хвилі.

2

2. Коливання.

Хвильові процеси.

Лекція 1

1. Гармонічні коливання. Основні характеристики коливань. Зміщення, швидкість і прискорення при гармонічному коливальному русі.

2

Гармонічний коливальний рух. Складання коливань.

2

1

2

3

4

5

6

7

Представлення гармонічних коливань у тригонометричній, векторній та комплексній формах. Векторні діаграми.

2. Складання коливань одного напрямку з однаковими і різними частотами. Биття.

2. Складання взаємно-перпендикулярних коливань. Пружинний, фізичний та математичний маятники.

Енергія коливального руху.

Лекція 2

1. Диференціальне рівняння вільних коливань лінійного гармонічного осцилятора. Власна частота. Енергія коливального руху.

2. Затухаючі механічні коливання, їх диференціальне рівняння.

3. Диференціальне рівняння вимушених механічних коливань, аналіз його розв’язку. Амплітуда і фаза вимушених коливань. Механічний резонанс.

Лекція 3

1. Електричний коливальний контур. Власні електричні коливання. Диференціальне рівняння власних коливань. Формула Томсона.

2. Затухаючі електричні коливання. Диференціальне рівняння затухаючих електричних коливань та його розв’язок. Вимушені електричні коливання, їх диференціальне рівняння. Резонансні криві коливального контуру.

2

2

Власні, затухаючі і вимушені механічні та електричні коливання. Формула Томсона.

2

Вивчення вимушених коливань механічної системи.

Вивчення вільних коливань у коливальному контурі.

2

2

1

2

3

4

5

6

7

Лекція 4

1. Поздовжні і поперечнімеханічні хвилі. Рівняння плоскої і сферичної хвилі.

2. Хвильове рівняння. Хвильовий вектор. Фазова швидкість. Енергія хвильового руху. Вектор Умова. Ефект Доплера в акустиці.

Лекція 5

1. Інтерференція хвиль. Когерентність. Стояча хвиля. Рівняння стоячої хвилі та його аналіз.

2. Електромагнітні хвилі у вакуумі. Основні властивості електромагнітної хвилі. Шкала електромагнітних хвиль.

3. Перенесення енергії електромагнітними хвилями. Вектор Пойнтінга.

2

2

Механічні і електромагнітні хвилі. Енергія хвильового руху.

2

Визначення швидкості поширення звуку у повітрі.

Вивчення коливань струни.

Заключні заняття

2

2

4