БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет энергетического строительства

УТВЕРЖДАЮ

Декан факультета энергетического

строительства

П.М. Богославчик

«» _ Регистрационный № УД- _/р.

Физика Учебная программа для студентов специальностей:

I-70 04 03 «Водоснабжение и водоотведение и охрана водных ресурсов»

I-70 04 01 «Водохозяйственное строительство»

I-70 07 01 «Строительство тепловых и атомных электростанций»

I-37 03 02 «Кораблестроение и эксплуатация внутреннего речного транспорта»

Факультет: ФЭС Кафедра: “Физика” Курсы 1, Семестры 1, 2. Лекции 102 Экзамен 1, семестр Практические (семинарские) Зачет – занятия Лабораторные занятия 85 Курсовой проект (работа) – нет Всего аудиторных часов по дисциплине – Форма получения Всего часов по дисциплине – высшего образования – дневная Программу составил П.Г. Кужир, канд.-физ.мат.наук, доцент, И.А. Климович, ст. преподаватель Минск Пояснительная записка Учебная программа по дисциплине «Физика» разработана в соответствии с требованиями образовательных стандартов для специальностей:

I-70 04 03 «Водоснабжение, водоотведение и охрана водных ресурсов», I-70 04 01 «Водохозяйственное строительство», I-70 07 01 «Строительство тепловых и атомных электростанций», I-3703 02 «Кораблестроение и эксплуатация внутреннего речного транспорта» факультета энергетического строительства БНТУ.

Целью изучения курса физики является:

– формирование современного физического мышления и научного мировоззрения;

– изучение основных понятий, законов, принципов и теорий классической и квантовой физики;

– изучение основных физических явлений и процессов и их трактовка с точки зрения современных научных представлений;

– ознакомление с методами физических исследований;

– приблизить курс физики к особенностям и содержанию инженерной деятельности и показать роль физики в современной технике и технологии;

– создать принципиально важные предпосылки для дальнейшего развития личности студентов при получении профессионального инженернотехнического образования.

Задачи изучения дисциплины «Физика»:

– создание у студентов широкой теоретической подготовки в области физики, позволяющей будущим инженерам ориентироваться в потоке научной и технической информации и обеспечивающей им возможность использования знаний по физике в технике;

– обеспечение методологической подготовки, позволяющей понимать процесс познания и структуру научного знания, использовать различные физические понятия, определять границы применимости принципов, законов и теорий;

– ознакомление с современной научной аппаратурой, формирование навыков проведения физического эксперимента;

– овладение примерами и методами решения конкретных задач из отдельных разделов физики;

– формирование умения оценивать степень достоверности результатов, полученных в экспериментальных или теоретических исследованиях.

Для изучения курса физики необходимо знание следующих разделов математики:

– элементы линейной алгебры и аналитической геометрии;

– дифференциальное исчисление функций одной и нескольких переменных;

– исследование функций с помощью производных;

– определенный и неопределенный интегралы, криволинейные интегралы, интегралы по поверхности и объему;

– элементы теории дифференциальных уравнений;

– векторный анализ и основные понятия теории поля;

– теория вероятностей и математическая статистика.

В результате изучения дисциплины студент должен:

Знать:

основные понятия, законы и физические модели механики, физики колебаний, статистической физики и термодинамики, электричества и магнетизма, квантовой физики;

новейшие достижения в области физики и перспективы их использования в науке и технике;

методы измерения физических характеристик веществ и полей;

принципы экспериментального и теоретического изучения физических явлений и процессов;

методы численной оценки порядка исследуемых величин;

применять основные законы физики для решения прикладных инженерных задач;

использовать основные измерительные приборы при экспериментальном изучении физических и технологических процессов;

обрабатывать и анализировать результаты экспериментальных измерений физических величин;

Диагностика компетенций студента Оценка уровня знаний студента на экзамене и при оценке промежуточных учебных достижений студента производится по десятибалльной шкале в соответствии с критериями, утвержденными Министерством образования Республики Беларусь.

Для оценки достижений студента используется следующий диагностический инструментарий:

– защита выполненных на практических занятиях индивидуальных заданий;

– защита отчетов по выполненным лабораторным работам;

– проведение текущих контрольных работ по отдельным темам;

– выступление студента на конференции по подготовленному реферату;

– сдача экзамена.

Курс рассчитан на 221 час аудиторных занятий.

Примерное распределение аудиторных часов по видам занятий:

лекции – 102 часа (в том числе 1-ый семестр -34 часа, 2-ой семестр – часа, 3-ий семестр – 34 часа), практические занятия – 34 часа (в том числе 1-ый семестр -17 часов, 2-ой семестр – 17 часов), лабораторные занятия – 85 часов (в том числе 1-ый семестр -34 часа, 2ой семестр – 34 часа, 3-ий семестр – 17 часов).

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Раздел 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ

ВВЕДЕНИЕ

Предмет физики. Методы физического исследования: опыт, гипотеза, эксперимент, теория. Роль физики в развитии техники и влияние техники на развитие физики. Современные компьютерные технологии и применение компьютерного моделирования в изучение физики. Задачи курса физики.

Общая структура курса. Системы единиц физических величин.

Предмет механики. Пространство и время в классической механике.

Нерелятивистская и релятивистская механика. Квантовая и классическая механика.

Кинематика, динамика, статика. Материальная точка, система материальных точек, абсолютно твердое тело, сплошная среда. Число степеней свободы механической системы.

Система отсчета. Кинематика материальной точки. Перемещение, путь, траектория. Скорость и ускорение. Вычисление пройденного пути. Тангенциальное и нормальное ускорение. Поступательное движение твердого тела.

Кинематика вращательного движения твердого тела. Угловая скорость и угловое ускорение. Связь между угловыми и линейными кинематическими характеристиками.

Тема 2. ДИНАМИКА МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ Основная задача динамики. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности Галилея. Масса, сила, импульс.

Второй закон Ньютона. Импульс силы. Третий закон Ньютона. Инвариантность уравнений движения относительно преобразований Галилея. Силы трения. Упругие силы. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести и вес. Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции. Второй закон Ньютона для неинерциальных систем отсчета.

Тема 3. ЗАКОНЫ СОХРАННИЯ В МЕХАНИКЕ Внутренние и внешние силы. Импульс системы. Закон сохранения импульса. Центр инерции (центр масс) механической системы. Уравнение движения центра инерции. Реактивное движение. Уравнение движения тела переменной массы. Энергия, работа и мощность. Коэффициент полезного действия. Кинетическая энергия. Консервативные и неконсервативные силы.

Потенциальная энергия частицы в силовом поле. Механическая энергия системы. Закон сохранения механической энергии. Закон сохранения полной энергии системы. Законы сохранения и свойства симметрии пространствавремени. Удар абсолютно упругих и неупругих твердых тел.

Момент инерции материальной точки и твердого тела относительно неподвижной оси. Главные оси и главные моменты инерции твердого тела.

Моменты инерции некоторых тел регулярной формы. Теорема Штейнера.

Момент силы относительно точки и оси. Уравнение движения твердого тела, вращающегося относительно неподвижной оси. Момент импульса относительно точки и относительно оси. Закон сохранения момента импульса и его связь со свойством изотропности пространства. Кинетическая энергия вращения твердого тела. Работа и мощность внешних сил при вращении твердого тела. Свободные оси. Гироскоп.

Общие свойства жидкостей и газов. Идеальная жидкость. Кинематическое описание движения жидкости. Уравнение неразрывности и уравнение Бернулли. Вязкость. Силы внутреннего трения. Динамический и кинематический коэффициент вязкости. Ламинарное и турбулентное течение жидкостей.

Метод Стокса и метод Пуазейля определения коэффициента вязкости. Движение тел в жидкостях и газах.

Общие сведения о колебаниях. Механические гармонические колебания и их характеристики: амплитуда, фаза, период, круговая частота, начальная фаза, скорость и ускорение при механических колебаниях. Энергия гармонических колебаний. Дифференциальное уравнение свободных гармонических колебаний. Гармонический осциллятор. Энергия гармонического осциллятора. Пружинный, физический и математический маятники. Сложение гармонических колебаний одного направления и одинаковой частоты. Биения. Понятие о представлении сложных периодических колебаний в виде разложения в ряд Фурье по гармоническим колебаниям. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний. Фигуры Лиссажу. Дифференциальное уравнение свободных затухающих колебаний и его решение. Коэффициент затухания, декремент затухания, логарифмический декремент затухания, добротность. Апериодический процесс. Автоколебания. Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний и его общее решение. Установившиеся вынужденные колебания. Резонанс. Резонансные кривые. Понятие об ангармонических колебаниях.

Волновые процессы. Механизм образования волн в упругой среде.

Продольные и поперечные волны. Плоские, цилиндрические и сферические волны. Упругие волны в газах, жидкостях и твердых телах. Уравнение плоской волны. Длина волны, волновое число, фаза плоской волны. Фронт волны и волновая поверхность. Фазовая скорость. Волновое уравнение. Суперпозиция волн. Групповая скорость. Волновой пакет. Энергия упругой волны.

Плотность потока энергии. Вектор Умова. Когерентность волн. Интерференция волн. Стоячие волны. Уравнение стоячей волны и его анализ. Звуковые волны. Характеристики звука. Эффект Доплера в акустике. Применение ультразвука.

Тема 8. СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

Постулаты специальной теории относительности. Понятие события.

Преобразования Лоренца и требования релятивистской инвариантности. Релятивистский закон сложения скоростей. Относительность одновременности.

Релятивистские изменения интервала времени и интервала длины. Импульс и энергия релятивистской частицы. Взаимосвязь энергии, импульса и массы.

Энергия покоя. Основной закон релятивистской динамики материальной частицы.

Раздел 2. ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКИ И ТЕРМОДИНАМИКИ

ВВЕДЕНИЕ

Статистический и термодинамический методы исследования. Макроскопическое состояние. Макроскопические параметры как средние значения.

Термодинамические системы и параметры. Тепловое равновесие. Термодинамический процесс. Равновесные и неравновесные процессы.

Тема 9. МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ГАЗОВ Идеальный газ. Законы идеального газа. Смесь идеальных газов. Закон Дальтона. Уравнение Менделеева-Клапейрона. Давление газа с точки зрения молекулярно-кинетической теории. Основное уравнение молекулярнокинетической теории. Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул. Молекулярно-кинетический смысл температуры.

Микроскопические параметры. Вероятность флуктуации. Понятие функции распределения случайной величины. Функция распределения Максвелла молекул идеального газа по скоростям и энергиям теплового движения. Характерные скорости теплового движения молекул газа. Барометрическая формула. Распределение Больцмана молекул идеального газа по координатам во внешнем потенциальном поле.

Тема 10. ЯВЛЕНИЯ ПЕРЕНОСА В ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИ

НЕРАВНОВЕСНЫХ СИСТЕМАХ

Понятие о физической кинетике. Среднее число столкновений и средняя длина пробега молекул. Время релаксации. Явления переноса. Опытные законы теплопроводности, диффузии и внутреннего трения (вязкости) и их объяснение с точки зрения молекулярно-кинетической теории. Понятие вакуума.

Число степеней свободы молекулы. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы. Границы применимости закона о равномерном распределении энергии и понятие о квантовании энергии вращения и колебания молекул. Внутренняя энергия идеального газа. Работа газа при изменении объема. Количество теплоты. Теплоемкость. Уравнение Майера. Первое начало термодинамики. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам. Адиабатный процесс. Понятие политропного процесса.

Обратимые и необратимые процессы. Круговой процесс. Энтропия.

Энтропия идеального газа. Статистическое толкование энтропии. Принцип возрастания энтропии. Второе начало термодинамики. Теорема Нернста. Тепловые двигатели и холодильные машины. Цикл Карно. Максимальный коэффициент полезного действия тепловой машины.

Силы и потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия. Реальные газы. Эффективный диаметр молекулы. Уравнение Ван-дер-Ваальса.

Изотермы Ван-дер-Ваальса. Критическое состояние и параметры критического состояния. Давление насыщенного пара. Метастабильные состояния.

Внутренняя энергия реального газа. Эффект Джоуля-Томсона для реального газа. Понятие энтальпии. Температура инверсии. Сжижение газов.

Строение и свойства жидкостей. Поверхностное натяжение. Поверхностно-активные вещества. Смачивание. Давление под изогнутой поверхностью жидкости. Формула Лапласа. Капиллярные явления. Мениск. Формула для высоты подъема жидкости в капилляре.

Тема 14. КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ Твердые тела. Строение кристаллов. Моно- и поликристаллы. Типы кристаллических решеток. Ионные, атомные, металлические и молекулярные кристаллы. Дефекты кристаллической решетки: вакансии, примеси внедрения, примеси замещения. Краевые и винтовые дислокации. Закон ДюлонгаПти теплоемкости твердых тел и границы его применимости. Жидкие кристаллы.

Фазы состояния вещества. Условия равновесия фаз. Фазовые переходы первого рода. Диаграммы состояний. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса.

Критическая точка. Трехфазная система «твердое тело – жидкость – газ».

Тройная точка. Фазовые переходы второго рода. Сверхтекучесть жидкого гелия.

ВВЕДЕНИЕ

Предмет классической электродинамики. Электрический заряд и его дискретность. Закон сохранения электрического заряда.

Тема 16. ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ В ВАКУУМЕ Закон Кулона. Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля. Принцип суперпозиции для напряженностей электростатических полей системы зарядов. Поток вектора напряженности. Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме. Применение теоремы Гаусса для расчета напряженности электростатических полей. Работа при перемещении заряда в электростатическом поле. Теорема о циркуляции вектора напряженности. Потенциал электростатического поля. Связь потенциала и напряженности. Принцип суперпозиции для потенциалов системы зарядов. Разность потенциалов. Вычисление разности потенциалов по напряженности поля.

Электрический диполь. Момент сил, действующих на диполь в электростатическом поле. Потенциальная энергия диполя в электростатическом поле.

Тема 17. ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ В ВЕЩЕСТВЕ Электрическое поле в веществе. Диэлектрики. Свободные и связанные заряды в диэлектриках. Поляризация диэлектриков. Виды поляризации. Поляризованность. Напряженность поля в диэлектрике. Диэлектрическая проницаемость и диэлектрическая восприимчивость. Вектор электрического смещения. Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектрике. Граничные условия на границе раздела двух диэлектриков. Сегнетоэлектрики.

Диэлектрический гистерезис. Пьезоэлектрики, пироэлектрики и электреты.

Проводники. Распределение заряда в проводнике. Поле внутри проводника и у его поверхности. Электростатическое поле в полости идеального проводника. Электростатическая защита. Электроемкость уединенного проводника.

Емкость системы проводников. Конденсаторы. Емкость конденсаторов различной геометрической формы. Емкость при параллельном и последовательном соединении системы конденсаторов. Энергия системы зарядов, уединенного проводника и конденсатора. Энергия электростатического поля.

Объемная плотность энергии.

Тема 18. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК Постоянный электрический ток. Сила и плотность тока. Сторонние силы. Электродвижущая сила. Уравнение непрерывности. Проводники и изоляторы. Закон Ома для однородного участка цепи в интегральной и дифференциальной форме. Сопротивление проводника. Закон Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной форме. Работа и мощность тока. Закон Ома для неоднородного участка цепи. Закон Ома для замкнутой цепи. Правила Кирхгофа для разветвленных цепей.

Тема 19. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТОКИ В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ Классическая электронная теория электропроводности металлов. Вывод законов Ома, Джоуля-Ленца и Видемана-Франца. Границы применимости классической электронной теории проводимости. Работа выхода электронов из металла. Поверхностный скачок потенциала. Эмиссионные явления (термоэлектронная, фотоэлектронная, вторичная электронная и автоэлектронная эмиссии). Электрический ток в газах. Несамостоятельный газовый разряд. Ионизация и рекомбинация газа. Самостоятельный газовый разряд.

Ударная ионизация, напряжение пробоя. Виды самостоятельных газовых разрядов (тлеющий, искровой, дуговой и коронный разряды). Плазма.

Тема 20. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА Магнитное поле. Вектор магнитного момента. Индукция и напряженность магнитного поля. Принцип суперпозиции. Магнитное поле тока. Закон Био-Савара-Лапласа и его применение для расчетов магнитного поля (магнитное поле прямолинейного проводника с током и магнитное поле кругового тока). Взаимодействие параллельных токов. Закон Ампера. Магнитная постоянная.

Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Ускорители заряженных частиц. Эффект Холла. МГД-генератор. Масс-спектрографы.

Вихревой характер магнитного поля. Закон полного тока для магнитного поля в вакууме (теорема о циркуляции вектора магнитной индукции).

Магнитные поля соленоида и тороида. Поток вектора магнитной индукции.

Теорема Гаусса для потока вектора магнитной индукции. Дивергенция и ротор магнитного поля. Сила, действующая на контур с током в магнитном поле. Работа сил магнитного поля по перемещению контура с током.

Намагничивание вещества. Магнитные моменты электронов и атомов.

Намагниченность. Магнитная восприимчивость. Магнитная проницаемость вещества. Токи намагничивания. Закон полного тока для магнитного поля в веществе. Теорема о циркуляции вектора напряженности магнитного поля.

Граничные условия на границе раздела двух магнетиков. Виды магнетиков.

Пара- и диамагнетики. Ферромагнетики. Домены. Спиновая теория магнетизма. Обменные силы. Кривая намагничивания. Магнитный гистерезис.

Точка Кюри. Антиферромагнетики. Ферриты.

Тема 22. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ Опыты Фарадея. Закон электромагнитной индукции Фарадея. Правило Ленца. Вихревые токи (токи Фуко). Индуктивность контура с током. Явление самоиндукции. Электродвижущая сила самоиндукции. Токи при размыкании и замыкании цепи. Взаимная индуктивность. Трансформаторы. Энергия магнитного поля. Объемная плотность энергии. Работа перемагничивания ферромагнетика.

Колебательный контур. Свободные гармонические колебания в идеальном колебательном контуре. Дифференциальное уравнение свободных колебаний и его решение. Формула Томсона. Свободные затухающие колебания в колебательном контуре. Логарифмический декремент затухания. Добротность контура. Дифференциальное уравнение вынужденных электромагнитных колебаний и его решение. Переменный ток. Закон Ома для цепи переменного тока. Резонанс напряжений. Резонанс токов. Мощность в цепи переменного тока. Действующие значения тока и напряжения.

Вихревое электрическое поле. Ток смещения. Плотность тока смещения. Полный ток. Электромагнитное поле. Уравнения Максвелла в интегральной и дифференциальной форме. Инвариантность уравнений Максвелла относительно преобразований Лоренца. Относительный характер разделения электромагнитного поля на электрическое и магнитное поля.

Основные свойства электромагнитных волн. Опыты Герца и Лебедева.

Шкала электромагнитных волн. Дифференциальное уравнение электромагнитной волны. Плоская электромагнитная волна. Поперечность и монохроматичность электромагнитных волн. Энергия и импульс электромагнитной волны. Вектор Умова-Пойнтинга. Излучение колеблющегося электрического диполя.

ВВЕДЕНИЕ

Развитие представлений о природе света. Световая волна. Показатель преломления среды. Законы геометрической оптики. Тонкие линзы. Аберрации оптических систем. Световой поток. Фотометрические величины и их единицы. Элементы электронной оптики.

Принцип суперпозиции волн. Когерентность и монохроматичность световых волн. Время, длина и радиус пространственной когерентности. Закон сложения интенсивностей. Интерференция света. Оптическая разность хода.

Условия интерференционных минимумов и максимумов. Методы наблюдения интерференции (метод Юнга, зеркала Френеля, бипризма Френеля). Расчет интерференционной картины от двух когерентных источников. Интерференция света в тонких пленках. Полосы равного наклона. Полосы равной толщины. Кольца Ньютона. Интерференция многих волн. Просветление оптики. Интерферометры. Интерферометр Майкельсона.

Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Прямолинейность распространения света. Зонные пластинки. Дифракция Френеля на круглом отверстии и диске. Дифракция Фраунгофера на одной щели и на еакции ионной решетке. Спектральное разложение света на дифракционной решетке. Разрешающая способность оптических приборов. Дифракция рентгеновских лучей на пространственной структуре. Формула ВульфаБрэггов. Рентгеноструктурный анализ. Рентгеновская спектроскопия. Понятие о голографии.

Естественный и поляризованный свет. Виды поляризации света. Степень поляризации. Закон Малюса. Поляризация при отражении и преломлении на границе раздела двух диэлектриков. Закон Брюстера. Стопа Столетова. Двойное лучепреломление. Обыкновенный и необыкновенный лучи. Одноосные и двухосные кристаллы. Оптическая ось и главная плоскость кристалла. Дихроизм. Поляроиды и поляризационные призмы. Поляризаторы и анализаторы. Кристаллическая пластинка между двумя поляризаторами.

Пластинки в четверть волны и в полволны. Искусственная оптическая анизотропия. Возникновение искусственной анизотропии под действием механических напряжений. Эффект Керра. Вращение плоскости поляризации. Оптически активные вещества. Эффект Фарадея.

Тема 29. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО

ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ

Дисперсия света. Нормальная и аномальная дисперсия. Групповая скорость. Электронная теория дисперсии. Поглощение света. Закон Бугера.

Спектры поглощения. Рассеяние света. Эффект Доплера. Излучение Вавилова-Черенкова.

Раздел 5. ЭЛЕМЕНТЫ КВАНТОВОЙ ФИЗИКИ Тема 30. КВАНТОВАЯ ПРИРОДА ИЗЛУЧЕНИЯ Тепловое излучение и его характеристики. Абсолютно черное тело. Законы теплового излучения (законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина, формула Рэлея-Джинса). Трудности классической теории теплового излучения. Квантовая гипотеза и формула Планка. Вывод законов теплового излучения из формулы Планка. Оптическая пирометрия.

Фотоэффект. Виды фотоэффекта. Законы внешнего фотоэффекта. Фотоны. Формула Эйнштейна для фотоэффекта. Многофотонный фотоэффект.

Применение фотоэффекта. Энергия и импульс фотона. Эффект Комптона.

Давление света. Корпускулярные и волновые свойства электромагнитного излучения.

Тема 31. ВОЛНОВЫЕ СВОЙСТВА МИКРОЧАСТИЦ Линейчатый спектр атома водорода. Спектральные серии. Постулаты Бора. Теория Бора водородоподобного атома. Опыт Франка и Герца. Гипотеза де Бройля. Дифракция электронов Опыт Дэвиссона и Джермера. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Волновая функция и ее свойства.

Нормировка волновой функции. Принцип суперпозиции состояний. Статистическая интерпретация волновой функции.

Общее (нестационарное) уравнение Шредингера. Уравнение Шредингера для стационарных состояний. Принцип причинности в квантовой механике. Стационарные состояния. Свободная частица. Частица в одномерной прямоугольной бесконечно глубокой потенциальной яме. Уровни энергии.

Главное квантовое число. Принцип соответствия Бора. Прохождение частицы через потенциальный барьер. Туннельный эффект. Квантовый линейный гармонический осциллятор.

Квантовомеханическая модель атома водорода. Водородоподобные атомы. Энергетические уровни. Квантовые числа. Спин электрона. Спиновое квантовое число. Механические и магнитные моменты электронов и атомов.

Атом в магнитном поле. Эффект Зеемана. Атом в электрическом поле. Эффект Штарка. Принцип неразличимости тождественных частиц. Фермионы и бозоны. Принцип Паули. Распределение электронов в атоме по оболочкам.

Периодическая система элементов. Энергетические уровни молекул. Молекула водорода. Химические связи. Обменное взаимодействие. Ионная и ковалентная связь. Электронные, колебательные и вращательные состояния многоатомных молекул.

Спектры атомов и молекул. Рентгеновские спектры. Закон Мозли. Молекулярные спектры. Комбинационное рассеяние света. Спектральный анализ. Люминесценция. Поглощение, спонтанное и вынужденное излучение света. Коэффициенты Эйнштейна для переходов в двухуровневой системе.

Принцип работы лазера. Различные типы лазеров.

Тема 35. ЭЛЕМЕНТЫ КВАНТОВОЙ СТАТИСТИКИ Квантовая статистика. Статистика Бозе-Эйнштейна и Ферми-Дирака. Квазичастицы. Фотонный газ. Фононный газ. Сверхтекучесть. Электронный газ в металлах. Энергия Ферми. Сверхпроводимость. Высокотемпературная сверхпроводимость. Эффект Джозефсона.

Тема 36. ЭЛЕМЕНТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА Зонная теория твердых тел. Распределение электронов по энергиям.

Уровень Ферми. Металлы, диэлектрики и проводники. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Электроны проводимости и дырки.

Доноры и акцепторы. Фотоэффект в полупроводниках. Люминесценция твердых тел. Люминесцентный анализ. Люминесцентная дефектоскопия.

Контактные явления. Ряд Вольта. Контактная разность потенциалов. Термоэлектрические явления. Эффект Зеебека. Эффект Пельтье. Эффект Томсона.

Применение термоэлектрических явлений. Контакт металл-полупроводник.

Контакт электронного и дырочного полупроводников (p-n переход). Вольтамперная характеристика p-n перехода. Полупроводниковые диоды и транзисторы, интегральные схемы.

Раздел 6. ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА И ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ Тема 37. АТОМНОЕ ЯДРО И ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ Строение атомного ядра. Дефект масс и энергия связи. Модели ядра.

Ядерные силы. Радиоактивность. Виды ионизирующего излучения:, и -излучение. Закон радиоактивного распада. Взаимодействие радиационного излучения с веществом. Биологическое действие ионизирующих излучений.

Ядерные реакции и их основные типы. Законы сохранения в ядерных еакцииях. Цепная реакция деления. Ядерный реактор. Ядерная энергетика.

Экологические проблемы ядерной энергетики. Термоядерные реакции синтеза. Проблема управляемых термоядерных реакций.

Виды фундаментальных взаимодействий. Классификация элементарных частиц. Частицы и античастицы.

УЧЕБНО - МЕТОДИЧЕСКАЯ КАРТА

Наименование раздела, темы Раздел 1. Физические основы механики Раздел 2. Основы молекулярной физики и термодинамики мически неравновесных системах Раздел 3. Электричество и Раздел 4. Оптика излучения с веществом Раздел 5. Квантовая физика 29 Волновые свойства микрочастиц 4 Раздел 6. Физика атомного ядра и элементарные частицы мс – мультимедийное средство, к – компьютерная программа, Лр – зачет по лабораторной работе

ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

1. Кинематика материальной точки.

2. Динамика материальной точки. Законы Ньютона.

3. Законы сохранения импульса и механической энергии.

4. Работа, мощность, коэффициент полезного действия.

5. Момент инерции. Вычисление момента инерции для тел правильной формы. Теорема Штейнера.

6. Динамика вращательного движения.

7. Статика.

8. Механика сплошных сред. Уравнение неразрывности. Уравнение Бернулли. Вязкость.

9. Механические колебания. Различные виды маятников.

10. Упругие волны. Эффект Доплера в акустике.

11. Динамика релятивистского движения.

12. Молекулярно-кинетическая теория идеального газа.

13. Функция распределения Максвелла молекул газа по скоростям и энергиям. Распределение Больцмана молекул газа в потенциальном поле.

14. Термодинамика.

15. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам.

16. Цикл Карно. Тепловые двигатели и машины.

17. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Эффект Джоуля-Томсона.

18. Свойства жидкостей. Поверхностное натяжение. Капиллярность.

19. Электростатическое поле. Напряженность. Поле системы зарядов.

20. Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме.

21. Потенциал. Вычисление разности потенциалов по напряженности поля.

22. Конденсаторы.

23. Постоянный электрический ток. Закон Ома.

24. Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца.

25. Правила Кирхгофа расчета разветвленных цепей.

26. Магнитное поле в вакууме. Закон Био-Савара-Лапласа.

27. Закон Ампера.

28. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Сила Лоренца. Эффект 29. Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном 30. Закон полного тока для магнитного поля в вакууме. Теорема Гаусса для потока вектора магнитной индукции.

31. Электромагнитная индукция.

32. Самоиндукция. Токи при размыкании и замыкании цепи.

33. Взаимная индукция. Трансформаторы.

34. Электромагнитные колебания.

35. Переменный ток. Закон Ома для цепи переменного тока.

36. Электромагнитные волны. Энергия электромагнитных волн. Излучение диполя.

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

1. Вводное занятие. Теория измерений и погрешностей.

2. Определение скорости звука в твердых телах методом резонанса.

3. Исследование динамики упругого соударения шаров.

4. Измерение коэффициента трения качения методом наклонного маятника.

5. Исследование динамики физического маятника.

6. Исследование динамики крутильного маятника.

7. Определение моментов инерции твердых тел методом крутильных колебаний.

8. Измерение скорости снаряда баллистическим методом.

9. Сложение взаимно перпендикулярных гармонических колебаний.

10. Определение вязкости методом Стокса.

11. Механика и термодинамика звука в газовой среде.

12. Определение средней длины свободного пробега и эффективного диаметра молекул воздуха.

13. Определение отношения молярных теплоемкостей воздуха.

14. Определение модуля Юнга стальной проволоки.

15. Определение кинематических соотношений и ускорения свободного падения с помощью машины Атвуда.

16. Определение силы сопротивления грунта с помощью копра.

17. Определение энтропии процесса плавления олова.

18. Изучение законов постоянного тока.

19. Определение удельного заряда электрона методом магнетрона.

20. Изучение электрического поля в веществе и свойств сегнетоэлектриков.

21. Исследование резонанса токов.

22. Исследование свободных незатухающих колебаний в колебательном 23. Изучение явления самоиндукции.

24. Изучение магнитного поля в веществе и свойств ферромагнитного материала.

25. Исследование вынужденных колебаний в электрической цепи. Определение добротности колебательного контура.

26. Изучение принципа работы полупроводникового диода и исследование электрических параметров транзистора.

27. Изучение эффекта Холла в полупроводниках.

28. Исследование температурной зависимости сопротивления полупроводников.

29. Исследование температурной зависимости сопротивления металлов.

30. Изучение термоэлектронной эмиссии.

31. Определение радиуса кривизны линзы с помощью интерференционных полос равной толщины.

32. Изучение дисперсии света.

33. Определение длин волн с помощью дифракционной решетки.

34. Определение удельного вращения, концентрации раствора сахара и удельного вращения жидкого кристалла полутеневым поляриметром.

35. Измерение постоянной Стефана-Больцмана с помощью оптического пирометра.

36. Измерение и обработка спектров поглощения.

37. Определение коэффициента поглощения и пропускания стекла.

38. Изучение законов внешнего фотоэффекта.

39. Изучение законов радиоактивного распада.

ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ КОМПЬЮТЕРНЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

1. Сложение гармонических колебаний.

2. Изучение закона радиоактивного распада и ядерных реакций.

3. Изучение законов движения заряженных частиц в однородном магнитном поле.

4. Изучение электромагнитных процессов в колебательном контуре.

ЛИТЕРАТУРА

ОСНОВНАЯ

1. Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 1-5. М., Астрель АСТ, 2003-2004.

2. Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 1-4. М., КНОРУС, 2009.

3. Трофимова Т.И. Курс физики. М., Академия, 2007.

4. Детлаф А.А, Яворский Б.М. Курс физики. М., Академия, 2008.

5. Наркевич И.И., Волмянский Э.И., Лобко С.И. Физика. Т. 1-2. Мн., Вышэйшая школа, 2004.

6. Лебедев А.Н. Физика. Т. 1-4. М., Физматлит, 2008.

7. Демидченко В.И. Физика. Ростов-на-Дону, Феникс, 2008.

8. Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике. М., Физматлит, 2008.

9. Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики. С-Пб., Книжный мир, 2007.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

1. Сивухин Д.В Общий курс физики. Т. 1-5. М., Наука, 1983-1986.

2. Иродов И.Е. Основные законы механики. М., Высшая школа, 1985.

3. Иродов И.Е. Основные законы электромагнетизма. М., Высшая школа, 1983.

4. Калашников С.Г. Электричество. М., Физматлит, 2008.

5. Зильберман Г.Е. Электричество и магнетизм. М., Интеллект, 2008.

6. Саржевский А.М. Оптика. Мн., Университетское, 1984-1986.

7. Астахов А.В., Широков Ю.М. Курс общей физики. Т. 1-3. М., Наука, 1977-1983.

8. Берклеевский курс физики. Т. 1-5. М., Наука, 1986.

9. Фейнмановские лекции по физике. Т. 1-10. М., Мир, 1977-1978.