Министерство образования Республики Беларусь

Учебно-методическое объединение высших учебных заведений

Республики Беларусь по педагогическому образованию

ОБЩАЯ ФИЗИКА

Типовая учебная программа для высших учебных заведений

по специальностям:

1-02 05 02 Физика;

1-02 05 04 Физика. Дополнительная специальность

«

СОСТАВИТЕЛИ:

В.И. Януть, декан физического факультета учреждения образования «Белорусский государст­ венный педагогический университет имени Максима Танка», кандидат физико-математических наук, доцент;

В.А. Яковенко, профессор кафедры общей физики учреждения образования «Белорусский го­ сударственный педагогический университет имени Максима Танка», кандидат физикоматематических наук, профессор;

В.А. Бондарь, профессор кафедры общей физики учреждения образования «Белорусский госу­ дарственный педагогический университет имени Максима Танка», кандидат физикоматематических наук, профессор;

Л.Н. Марголин, доцент кафедры общей физики учреждения образования «Белорусский госу­ дарственный педагогический университет имени Максима Танка», кандидат физикоматематических наук, доцент;

В.Н. Котло, доцент кафедры общей физики учреждения образования «Белорусский государст­ венный педагогический университет имени Максима Танка», кандидат физико-математических наук, доцент;

И.В. Дедюля, доцент кафедры общей физики учреждения образования «Белорусский государ­ ственный педагогический университет имени Максима Танка», кандидат технических наук, доцент;

С.А. Василевский, доцент кафедры общей физики учреждения образования «Белорусский го­ сударственный педагогический университет имени Максима Танка», кандидат физикоматематических наук, доцент;, Ч.М. Федорков, доцент кафедры общей физики учреждения образования «Белорусский госу­ дарственный педагогический университет имени Максима Танка», кандидат педагогических наук, доцент;

К.А. Саечников, доцент кафедры общей физики учреждения образования «Белорусский госу­ дарственный педагогический университет имени Максима Танка», кандидат физикоматематических наук, доцент РЕЦЕНЗЕНТЫ:

Кафедра общей физики Белорусского государственного университета;

К.И. Рудик, доцент кафедры физики учреждения образования'«Белорусский государственный технологический университет», кандидат физико-математических наук, доцент

РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ В КАЧЕСТВЕ ТИПОВОЙ:

Кафедрой общей физики учреждения образования «Белорусский государственный педагогиче­ ский университет имени Максима Танка» (протокол № 10 от 29 апреля 2008 г.);

Научно-методическим советом учреждения образования «Белорусский государственный педа­ гогический университет имени Максима Танка» (протокол № 4 от 15 мая 2008 г.);

Научно-методическим советом по физико-математическому образованию и технологии учебнометодического объединения высших учебных заведений Республики Беларусь по педагогиче­ скому образованию (протокол № 2 от 16 мая 2008 г.) Ответственный за выпуск: В.А. Яковенко

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Физика - наука о свойствах, формах и строении материи (вещества и поля), наиболее общих законах её движения и превращения. Понятия физики и её зако­ ны лежат в основе всех естественных наук (химии, биологии, науке о земле, астрономии). Границы, отделяющие физику от других естественных наук, в зна­ чительной мере условны и меняются с течением времени сообразно тому как меняется уровень решаемых физических задач. Для современной физики характе­ рен переход к изучению явлений при больших скоростях, высоких энергиях и давлениях, более глубокое проникновение в строение и процессы движения веще­ ства и физического поля.

В процессе специальной подготовки преподавателя физики для учреждений, обеспечивающих получение среднего образования, изучение физики начинается с изучения курса «Общая физика». При этом постоянно должен учитываться экспе­ риментальный характер изучаемого курса, т.е. то, что законы физики базируются на фактах, установленных экспериментальным, опытным путем, и формулируют­ ся в виде количественных соотношений между физическими величинами.

Изучение курса «Общая физика» является необходимым условием овладения со­ вокупностью физических законов, принципов, концепций, теорий, формирующих научную картину мира.

Программа курса «Общая физика» составлена в соответствии с требова­ ниями образовательных стандартов Республики Беларусь (высшее образование, первая ступень) для специальностей «1-02 05 02 Физика» и «1-02 05 04 Физика.

Дополнительная специальность» («1-02 05 04-01 Физика. Математика», «1- 04-02 Физика. Информатика», «1-02 05 04-03 Физика. Трудовое обучение», «1- 05 04-04 Физика. Техническое творчество»). Согласно ей изучение общей физики начинается со второго семестра обучения, что обусловлено необходимостью при­ обретения студентами достаточной математической подготовки. В соответствии с многообразием исследуемых форм движения материи, объектов и процессов фи­ зику подразделяют на ряд разделов, в той или иной мере связанных друг с другом.

Настоящая программа предусматривает традиционную последовательность изу­ чения курса: механика; молекулярная физика и термодинамика; электричество и магнетизм; оптика; квантовая физика, физика атома и атомного ядра. На его изу­ чение типовым учебным планом предусмотрено всего 1500 часов, из которых часов составляют аудиторные занятия. Предлагается следующее их распределе­ ние по видам учебных занятий: лекции - 258 часов; лабораторные занятия - часов; практические занятия - 216 часов.

В процессе реализации данной программы важное место должно отводиться физическому эксперименту (демонстрационному и лабораторному), что соответ­ ствует экспериментальному характеру физической науки. Особое внимание следует уделять демонстрационному эксперименту в процессе чтения лекций, что должно служить для студентов образцом постановки школьного физического экс­ перимента и методики его использования при объяснении нового материала. В ходе выполнения лабораторных практикумов необходимо решить задачу по при­ обретению студентами навыков самостоятельной работы с физическими приборами и оборудованием. Лабораторные практикумы должна быть организо­ ваны таким образом, чтобы студенты ясно представляли сущность исследуемых физических явлений и законов, понимали методику измерений Огромное внимание следует уделять методам физического и математиче­ ского моделирования процессов, главным образом на основе использования компьютерной техники.

Практические занятия призваны способствовать закреплению теоретиче­ ских знаний, приобретению студентами навыков их использования при решении конкретных физических задач. Методика организации и проведения указанного вида занятий должна базироваться на широком использовании современных тех­ нологий обучения, содействовать развитию индивидуально-творческих способностей каждого студента и приобретению навыков самостоятельной рабо­ ты. В процессе реализации программы особое место должна занимать организация учебно-исследовательской работы студентов.

Данная программа является основным документом, который определяет объем и содержание курса общей физики для студентов физических специальностей педагогических вузов. На ее основе в каждом учебном заведении соответствующими кафедрами разрабатываются учебные программы с учетом особенностей вуза и кафедры. Кафедры имеют право перераспределять часы по темам курса, изменять порядок изучения программного материала (в соответствии с нормативными документами Министерства образования РБ).

Отдельные вопросы программы по решению кафедр могут быть вынесены для самостоятельного изучения студентами или рассмотрены только на практических или лабораторных занятиях.

Программный материал должен преподноситься в доступной форме, на ос­ нове современных достижений педагогической науки, с учетом уровня знаний студентов. В частности, следует использовать тот математический аппарат, кото­ рым должен владеть студент в соответствии с программой вуза по математике.

По каждому разделу курса рекомендуется проведение двух коллоквиумов, которые должны быть направлены на реализацию в большей степени обучающе­ го, чем контролирующего компонента. Предусмотрено также проведение в каждом семестре двух контрольных работ (по два часа каждая). Изучение курса общей физики необходимо завершить выполнением каждым студентом курсовой работы, содержание и форма которой должны соответствовать нормативным до­ кументам.

Содержание программы рассчитано на творческую взаимосвязь с другими дисциплинами, предусмотренными учебным планом специальности, с учетом возможностей обучения на высших ступенях педагогического образования.

После изучения курса «Общая физика» студент должен:

- роль и место физики в системе наук о природе и человеческом обществе, науч­ но-техническом прогрессе;

- достижения, проблемы и основные направления исследований в области физи­ ки в мире и в Республике Беларусь;

- структуру и динамику развития физической науки, основные этапы развития естественнонаучной картины мира;

- структуру курса общей физики для педагогических университетов;

- методологию и мировоззренческий потенциал физической науки, ее философ­ ские и методологические основы и проблемы;

- экспериментальные и теоретические методы научного и учебного физического исследования;

- содержание основных разделов курса общей физики;

- физические понятия, законы, принципы и теории, физическую сущность явле­ ний и процессов в природе и технике;

- математический аппарат физики;

- численные методы решения физических задач;

- педагогические требования, особенности и технику всех видов учебного физи­ ческого эксперимента;

- методы поиска, анализа и адаптации научной информации по физике;

- требования к минимуму содержания и уровню подготовки учащихся по физи­ ке;

- цели и задачи современного среднего образования в области физики, содержа­ ние учебных программ, учебников и учебных пособий;

- закономерности и принципы организации учебного процесса по физике в уч­ реждениях системы среднего образования;

- закономерности и принципы организации самостоятельной, внеклассной и внешкольной работы по физике;

- принципы, методы, формы и средства учебной и научно-исследовательской работы в сфере образования и науки;

- пользоваться системой теоретических знаний для решения физических задач;

- планировать, организовывать и проводить учебный и научный физический эксперимент, анализировать и интерпретировать его результаты;

- пользоваться методами научно-методологического анализа физических про­ цессов, явлений, понятий, теорий и физической картины мира;

- использовать методы математического и компьютерного моделирования физи­ ческих и астрофизических процессов;

- использовать современные педагогические и информационные технологии обучения физике в образовательных учреждениях разных типов;

- анализировать конкретные физические ситуации и проектировать их матема­ тические и компьютерные модели;

- составлять, решать и проводить научно-методический анализ результатов ре­ шения физических задач различного уровня сложности;

- свободно применять соответствующий математический аппарат и использо­ вать математические методы при решении конкретных физических задач;

- использовать программные средства общего и специального назначения в сфе­ ре физического образования;

- практически применять критерии оценки уровня усвоения знаний и сформиро­ ванности умений учащихся по физике, способы их диагностики, коррекции и контроля.

ПРИМЕРНЫЙ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

Наименование раздела, темы точек. Законы сохранения 1.6. Всемирное тяготение 1.7. Движение тел при наличии трения 1.9. Движение в неинерциальных систе­ мах отсчета (НИСО) намика теории газов 3.1. Введение. Электрическое поле в ва­ кууме 3.3. Диэлектрики в электрическом поле 3.6. Электропроводность твердых тел 3.7. Контактные явления в металлах и полупроводниках 3.8. Электропроводность электролитов 3.9. Электрический ток в газах и вакууме 3.10. Магнитное поле 3.11. Электромагнитная индукция 4. Оптика 4.5. Дифракция света 4.8. Поглощение света Физика атома и атомного ядра 5.1. Введение. Тепловое излучение 5.2. Квантовые свойства излучения 5.5. Квантовые явления в твердых телах 14 5.7. Элементарные частицы. Заключение.

СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА

1.1. Введение. Предмет физики. Методы физического исследования. Связь физики с другими науками (математикой, астрономией, философией и др.) и тех­ никой. Материя. Основные представления о строении материи в современной физике. Содержание и структура курса общей физики. Роль курса общей физики в подготовке преподавателя. Предмет и задачи механики. Краткий исторический очерк развития механики.

1.2. Кинематика материальной точки. Понятие о материальной точке. От­ носительность движения. Системы отсчета. Радиус-вектор, векторы перемещения, скорости, ускорения. Принцип независимости движений. Закон движения. Траек­ тория движения и пройденный путь. Перемещение и путь при равномерном и равнопеременном прямолинейном движении.

Тангенциальная и нормальная составляющие ускорения при криволинейном движении. Движение точки по окружности. Угловое перемещение, угловая ско­ рость, угловое ускорение. Векторы угловой скорости и углового ускорения. Связь между векторами линейных и угловых величин.

1.3. Динамика материальной точки. Взаимодействие тел. Понятие о силе и ее измерении. Принцип независимости действия сил. Силы в природе, фундамен­ тальные взаимодействия. Первый закон Ньютона. Инерциальная система отсчета.

Второй закон Ньютона. Масса и ее измерение. Импульс. Общая формулировка второго закона Ньютона. Третий закон Ньютона. Преобразования Галилея для ко­ ординат и скоростей. Принцип относительности Галилея. Границы применимости классической механики.

Единицы измерения и размерности физических величин. Международная сис­ тема единиц. Эталоны массы, длины и времени.

1.4. Динамика системы материальных точек. Законы сохранения. Меха­ ническая система. Внешние и внутренние силы. Движение системы материальных точек. Центр масс и центр тяжести механической системы. Движение центра масс. Замкнутые системы. Закон сохранения импульса замкнутой механической системы. Постоянство скорости центра масс замкнутой системы. Движение тела переменной массы. Уравнения Мещерского и Циолковского.

Работа силы, мощность, энергия. Консервативные и неконсервативные силы и системы. Независимость работы консервативной силы от траектории. Кинетиче­ ская энергия. Потенциальная энергия. Связь силы с потенциальной энергией.

Закон сохранения механической энергии в консервативной системе. Внутрен­ няя энергия. Закон сохранения энергии в неконсервативной системе. Применение законов сохранения импульса и энергии при анализе упругого и неупругого уда­ ров.

1.5. Механика твердого тела. Твердое тело как система материальных точек.

Абсолютно твердое тело. Поступательное и вращательное движения абсолютно твердого тела. Мгновенные оси вращения. Момент силы, момент инерции. Урав­ нение динамики вращательного движения тела относительно неподвижной оси.

Пара сил, момент пары.

Момент импульса. Закон сохранения момента импульса твердого тела, приме­ ры его проявления. Вычисление моментов инерции тел. Теорема Штейнера.

Кинетическая энергия вращательного движения тела.

Понятие о твердом теле, вращающемся вокруг неподвижной точки. Свобод­ ные оси вращения. Гироскоп. Условия равновесия твердого тела. Виды равно­ весия.

1.6. Всемирное тяготение. Закон тяготения Ньютона, постоянная тяготения и ее измерение. Гравитационная и инертная массы тела. Понятие о поле тяготения.

Гравитационное поле. Однородное и центральное поле. Напряженность и потен­ циал поля тяготения.

Движение планет, законы Кеплера. Применение законов сохранения энергии и момента импульса к движению в центральном гравитационном поле. Космиче­ ские скорости. Невесомость и перегрузки. Основные достижения науки и техники в области освоения и исследования космического пространства.

1.7. Движение тел при наличии трения. Силы трения. Сухое трение. Стати­ ческое и кинематическое трения. Трение скольжения и трение качения. Жидкое трение. Движение тел в вязкой среде. Формула Стокса. Значение сил трения в природе и технике.

1.8. Силы упругости. Упругие свойства твердых тел. Виды упругих деформа­ ций. Закон Гука для разных деформаций: одностороннее растяжение (сжатие), всестороннее сжатие, сдвиг, кручение. Модули упругости, коэффициент Пуассо­ на. Диаграмма напряжений. Упругое последействие. Упругий гистерезис.

Потенциальная энергия упругой деформации. Плотность энергии.

1.9. Движение в неинерциальных системах отсчета (НИСО). Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции. Силы инерции в неинерциальной системе отсчета, движущейся прямолинейно. Равномерно вращающаяся неинерциальная система отсчета. Центробежная сила инерции. Сила Кориолиса.

Проявление сил инерции на Земле: зависимость силы тяжести тела от географической широты места, маятник Фуко. Эйнштейновский принцип эквивалентности сил инерции и сил тяготения.

1.10. Механика жидкостей и газов. Давление в жидкостях и газах. Распреде­ ление давления в жидкостях и газах, находящихся в равновесном состоянии.

Закон Паскаля. Сила Архимеда. Условия плавания тел. Стационарное движение жидкости. Уравнение неразрывности струи. Уравнение Бернулли для идеальной жидкости и его применение. Формула Торричелли. Реакция вытекающей струи.

Движение вязкой жидкости. Формула Пуазейля. Ламинарное и турбулентное те­ чения, число Рейнольдса. Движение тел в жидкостях и газах. Сила лобового сопротивления и подъемная сила. Подъемная сила крыла самолета, формула Жу­ ковского.

1.11. Колебательное движение. Гармонические колебания. Амплитуда, час­ тота, фаза колебаний. Смещение, скорость, ускорение при гармоническом колебательном движении. Описание гармонических колебаний, связь колебатель­ ного и вращательного движений, векторные диаграммы. Колебания систем под действием упругих и квазиупругих сил. Уравнения движения простейших меха­ нических колебательных систем при отсутствии трения: пружинный, математический, физический и крутильный маятники. Кинетическая, потенциаль­ ная и полная энергии колебательного движения.

Сложение колебаний одного направления с одинаковыми и разными частота­ ми. Биения. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний. Фигуры Лиссажу.

Уравнения движения колебательных систем с трением. Затухающие колеба­ ния. Коэффициент затухания, логарифмический декремент. Вынужденные колебания. Резонанс. Добротность и ее связь с параметрами колебательной систе­ мы. Колебания в нелинейных системах. Автоколебания, релаксационные коле­ бания. Колебания связанных систем.

1.12. Волновое движение. Создание и распространение колебаний в однород­ ной упругой среде. Продольные и поперечные волны. Уравнение плоской гармонической бегущей волны. Смещение, скорость и относительная деформация в бегущей волне. Фазовая и групповая скорость волн. Энергия волнового движе­ ния. Поток энергии. Интенсивность волны. Вектор Умова. Принцип Гюйгенса.

Законы отражения и преломления волн. Дифракция. Интерференция волн. Стоя­ чие волны. Уравнение стоячей волны. Смещение, скорость и относительная деформация в стоячей волне. Кинетическая и потенциальная энергия стоячей вол­ ны.

1.13. Акустика. Волновая природа звука. Источники и приемники звука. Ско­ рость звука в твердых телах, жидкостях и газах. Объективные и субъективные характеристики звука. Распространение звука. Отражение и поглощение звуковых волн. Архитектурная акустика. Акустический резонанс. Анализ звуков. Ультра­ звук и его применение. Инфразвук, основные понятия.

2. Молекулярная физика и термодинамика 2.1. Введение. Предмет молекулярной физики. Термодинамический и стати­ стический подходы к изучению макроскопических систем. Основные положения молекулярно-кинетической теории вещества, экспериментальное ее обоснование.

Единица количества вещества - моль.

2.2. Основы молекулярно-кинетической теории газов. Идеальный газ. Дав­ ление газа. Абсолютная температура. Единица термодинамической температуры кельвин. Молекулярно-кинетическое объяснение абсолютной температуры и дав­ ления. Температура и давление как статистические величины. Измерение температуры и давления.

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов. Постоянная Больцмана. Уравнение Клапейрона - Менделеева. Универсальная (молярная) га­ зовая постоянная. Газовые законы.

Распределение скоростей молекул по Максвеллу. Измерение скоростей моле­ кул, опыт Штерна. Экспериментальная проверка распределения молекул по скоростям. Газ в силовом поле. Барометрическая формула. Распределение Мак­ свелла - Больцмана. Экспериментальное определение числа Авогадро. Средняя длина и среднее время свободного пробега молекул. Явления переноса в газах.

Диффузия. Внутреннее трение. Теплопроводность. Теплопроводность и внутрен­ нее трение при низком давлении. Вакуум. Получение и методы измерения вакуума.

2.3. Основы термодинамики. Термодинамическая система. Параметры со­ стояния. Термодинамическое равновесие. Внутренняя энергия. Взаимодействие в термодинамических системах. Работа и теплообмен как формы передачи энергии.

Функции состояния и функции процесса. Равновесные и неравновесные процес­ сы. Первое начало термодинамики. Теплоемкость. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам.

Адиабатический процесс. Уравнение Пуассона. Политропический процесс.

Принцип равномерного распределения энергии по степеням свободы, границы его применимости.

Второе начало термодинамики. Обратимые и необратимые процессы. Круго­ вые процессы. Тепловые машины. Цикл Карно. Теоремы Карно. Реальные циклы.

Неосуществимость вечных двигателей.

Приведенная теплота. Энтропия. Закон неубывания энтропии в изолированной системе. Статистическое истолкование второго начала термодинамики. Теорема Нернста. Недостижимость абсолютного нуля температур.

2.4. Реальные газы и жидкости. Отступление реальных газов от законов для идеальных газов. Взаимодействие молекул. Уравнение Ван-дер-Ваальса и его анализ. Критическое состояние. Экспериментальные изотермы реального газа.

Сопоставление изотерм Ван-дер-Ваальса с экспериментальными изотермами.

Внутренняя энергия реального газа. Эффект Джоуля - Томсона. Сжижение газов и получение низких температур.

Фазовые переходы первого рода. Равновесие жидкости и пара, свойства на­ сыщенного пара. Влажность воздуха. Уравнение Клапейрона - Клаузиуса.

Понятие о фазовых переходах второго рода. Особенность фазовых переходов во­ ды, их роль в природе.

Свойства жидкого состояния. Поверхностный слой. Поверхностное натяже­ ние. Формула Лапласа. Смачивание и капиллярные явления. Давление насыщен­ ных паров над мениском.

Растворы. Осмос. Осмотическое давление. Закон Вант-Гоффа.

2.5. Твердые тела. Аморфные и кристаллические тела. Анизотропия кристал­ лов. Классификация кристаллов по типу связей. Дефекты в кристаллах. Жидкие кристаллы. Тепловые свойства кристаллов, тепловое расширение. Плавление и кристаллизация. Диаграмма равновесия твердой, жидкой и газообразной фаз.

Тройная точка. Теплоемкость кристаллов. Закон Дюлонга и Пти. Затруднения классической физики в объяснении температурной зависимости теплоемкости твердых тел.

2.6. Газодинамика. Основное уравнение газодинамики. Адиабатическое исте­ чение газов. Критическая скорость. Движение со сверхзвуковой скоростью.

Скачки уплотнения. Ударные волны, число Маха. Реактивные двигатели, много­ ступенчатые ракеты.

3.1. Введение. Электрическое поле в вакууме. Краткий исторический обзор развития представлений о природе электричества и магнетизма.

Электризация тел. Электрические заряды и их свойства. Описание макроско­ пических заряженных тел: модели точечного и непрерывно распределенного зарядов. Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона.

Электрическое поле. Напряженность поля. Вектор напряженности поля точечного заряда. Принцип суперпозиции полей. Поле электрического диполя.

Графическое представление электрических полей. Поток вектора напряженности электрического поля. Теорема Остроградского - Гаусса и ее применение к расчету полей. Работа сил поля при перемещении зарядов. Потенциал электрического поля. Циркуляция вектора напряженности. Эквипотенциальные поверхности.

Потенциал поля точечного заряда, диполя, системы зарядов. Связь потенциала и напряженности поля. Диполь во внешнем электрическом поле.

3.2. Проводники в электрическом поле. Электрическое поле заряженного проводника. Условия равновесия и распределение зарядов в проводниках. Напряженность поля у поверхности заряженного проводника и ее связь с поверхностной плотностью зарядов. Электростатический генератор Ван дер Граафа.

Проводники во внешнем электрическом поле. Электростатическая индукция.

Электризация через влияние. Электростатическая защита. Расчет поля наведен­ ных зарядов, метод зеркальных отображений.

Электроемкость уединенного проводника. Электроемкость конденсатора.

Плоский, сферический и цилиндрический конденсаторы. Соединение конденсато­ ров.

3.3. Диэлектрики в электрическом поле. Поляризация диэлектриков. Ди­ электрическая проницаемость. Свободные и связанные заряды. Полярные и неполярные молекулы. Поляризованность и ее связь с поверхностной плотностью поляризационных зарядов. Электрическое поле в диэлектриках. Теорема Остро­ градского - Гаусса для поля в диэлектриках. Вектор электрического смещения.

Электрическая восприимчивость и её связь с диэлектрической проницаемостью.

Электрическое поле на границе раздела двух диэлектриков. Особенности поляри­ зации твердых диэлектриков. Электреты. Пьезоэлектричество. Пироэлектрики.

Сегнетоэлектрики.

3.4. Энергия электрического поля. Энергия системы неподвижных точечных зарядов. Энергия заряженных проводников. Энергия заряженного конденсатора.

Энергия и плотность энергии электрического поля.

3.5. Постоянный ток. Движение зарядов в электрическом поле. Элек­ трический ток. Единица измерения тока - ампер. Условия возникновения электрического тока. Закон Ома для участка однородной цепи. Сопротивление проводника. Дифференциальная форма закона Ома. Сторонние силы.

Электродвижущая сила (ЭДС). Закон Ома для неоднородного участка и для замкнутой цепи.

Напряжение на зажимах источника. Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля - Ленца. Дифференциальная форма закона Джоуля - Ленца. Разветв­ ленные цепи. Правила Кирхгофа.

3.6. Электропроводность твердых тел. Классификация твердых тел (проводники, диэлектрики и полупроводники). Природа тока в металлах.

Исследования Мандельштама и Папалекси, Стюарта и Толмена. Классическая электронная теория электропроводимости металлов. Объяснение законов Ома, Джоуля - Ленца и Видемана - Франца. Зависимость сопротивления металлов от температуры. Сверхпроводимость. Трудности классической электронной теории электропроводимости металлов. Понятие о собственной и примесной проводимости полупроводников, зависимость её от температуры и освещенности.

3.7. Контактные явления в металлах и полупроводниках. Работа выхода электронов из металла. Контактная разность потенциалов. Законы Вольта. Термо­ электрические явления.

3.8. Электропроводность электролитов. Электролиты. Электролитическая диссоциация. Подвижность ионов. Закон Ома для электролитов. Электролиз. За­ коны Фарадея. Определение заряда иона. Использование электролиза в технике.

Электрохимические потенциалы. Гальванические элементы. Поляризация гальва­ нических элементов. Деполяризация. Аккумуляторы.

3.9. Электрический ток в газах и вакууме. Ионизация газов и рекомбинация ионов. Несамостоятельные и самостоятельные газовые разряды. Вольтамперная характеристика несамостоятельного газового разряда. Виды самостоятельных разрядов (тлеющий, дуговой, искровой, коронный). Понятие о плазме. Использо­ вание газовых разрядов в технике. Катодные лучи. Электрический ток в вакууме.

Термоэлектронная эмиссия. Электронные лампы (диод и триод) и их использова­ ние.

3.10. Магнитное поле. Основные магнитные явления. Магнитное поле элек­ трического тока. Индукция магнитного поля. Линии магнитной индукции.

Магнитный поток. Закон Био - Савара - Лапласа. Магнитное поле прямого, кру­ гового и соленоидального токов. Циркуляция вектора магнитной индукции. Закон полного тока. Сила Ампера. Сила взаимодействия параллельных токов. Контур с током в магнитном поле. Магнитный момент тока. Действие электрического и магнитного полей на движущиеся заряды. Сила Лоренца. Определение удельного заряда электрона. Эффект Холла и его применение. Принцип работы магнитогидродинамических генераторов.

3.11. Электромагнитная индукция. Опыты Фарадея. Направление индукци­ онного тока. Правило Ленца. Электродвижущая сила индукции. Закон электромагнитной индукции. Вихревое электрическое поле. Токи Фуко. Скинэффект. Самоиндукция и взаимоиндукция. Индуктивность соленоида. Работа си­ лы Ампера. Энергия магнитного поля тока. Энергия и плотность энергии магнитного поля.

3.12. Магнитные свойства вещества. Магнитное поле в магнетиках. Связь индукции и напряженности магнитного поля в магнетиках. Магнитная проницае­ мость и восприимчивость. Гиромагнитные явления. Диамагнетизм.

Парамагнетизм. Ферромагнетики. Гистерезис. Работы Столетова. Точка Кюри.

3.13. Квазистационарные токи. Электрические колебания. Получение пере­ менной ЭДС. Действующее и среднее значения переменного тока. Методы векторных диаграмм и комплексных амплитуд. Активное сопротивление, емкость и индуктивность в цепи переменного тока. Закон Ома для цепи переменного тока.

Резонанс в последовательной и параллельной цепи. Мощность переменного тока.

Проблема передачи электроэнергии. Электромагнитный колебательный контур.

Незатухающие колебания. Формула Томсона. Затухающие колебания. Вынужден­ ные колебания в контуре. Резонанс. Добротность и полоса пропускания контура.

Электрические автоколебания. Автогенераторы.

3.14. Электромагнитное поле. Вихревое электрическое поле. Ток смещения.

Опыты Роуланда и Эйхенвальда. Уравнения Максвелла в интегральной и диффе­ ренциальной формах.

3.15. Электромагнитные волны. Плоские электромагнитные волны в вакуу­ ме, скорость их распространения. Излучение электромагнитных волн. Опыты Герца. Объемная плотность энергии электромагнитного поля. Поток энергии.

Вектор Умова - Пойнтинга. Изобретение радиосвязи. Принцип радиосвязи. Шка­ ла электромагнитных волн.

3.16. Электромагнитные волны в длинных линиях. Понятие о системе ка­ нализации электромагнитной энергии. Волны вдоль проводов. Волновое уравнение. Скорость волны. Волновое сопротивление линии. Отражение волн.

Стоячие волны в отрезках длинных линий.

4.1. Введение. Предмет оптики. Основные этапы развития оптики. Электро­ магнитная и квантовая теории света. Волновые и корпускулярные свойства света.

4.2. Фотометрия. Источники и приемники света. Основные фотометрические величины и единицы их измерения. Эталон силы света. Световая энергия. Функ­ ция видности. Механический эквивалент света. Фотометры.

4.3. Геометрическая оптика. Основные понятия геометрической оптики.

Принцип Ферма. Отражение и преломление света на плоской границе раздела двух сред. Полное внутреннее отражение. Световоды. Волоконная оптика. Пре­ ломление света на сферической поверхности. Теорема Лагранжа - Гельмгольца.

Сферические зеркала. Тонкие линзы. Оптическая сила линзы. Центрированные оптические системы. Световой поток, проходящий через оптическую систему.

Диафрагмы, светосила. Аберрации оптических систем (сферическая и хроматиче­ ская аберрации, аберрация кома, астигматизм, дисторсия, кривизна поля изображения). Глаз как оптическая система. Оптические приборы (лупа, микро­ скоп, телескоп, проекционный аппарат).

4.4. Интерференция света. Сложение световых волн. Когерентность. Интер­ ференция. Таутохронизм оптических систем. Методы наблюдения интерференции в оптике: метод Юнга, зеркала Френеля, бипризма Бийе, зеркало Ллойда. Двулучевая интерференция. Влияние размеров источника и немонохроматичности светового пучка на интерференционную картину. Двулучевая интерференция при отражении и преломлении света в тонких пластинках. Полосы равного наклона и равной толщины. Исследование Поля. Многолучевая интерференция. Интерферо­ метры. Применение интерференции.

4.5. Дифракция света. Принцип Гюйгенса - Френеля. Зоны Френеля. Объяс­ нение прямолинейного распространения света по волновой теории. Зонная пластинка. Дифракция Френеля на круглом отверстии, на круглом экране, на краю полубесконечного экрана. Дифракция Фраунгофера на щели и круглом отверстии.

Дифракционные решетки. Дисперсия и разрешающая способность решетки.

Дифракция света на пространственных решетках. Понятие о голографии.

Дифракция рентгеновских лучей на кристаллах. Формула Вульфа - Брэгга.

Дифракционная природа изображения. Приближение коротких волн.

Геометрическая оптика как предельный случай волновой оптики. Разрешающая способность оптических приборов.

4.6. Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Поляризаторы и анализаторы. Закон Малюса. Поляризация света при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков. Закон Брюстера. Формулы Френеля.

Распространение света в кристаллах. Двойное лучепреломление. Одноосные кристаллы. Эллиптическая и круговая поляризации. Интерференция плоскополяризованных волн. Поляризационные приборы. Искусственная оптическая анизотропия. Поворот плоскости поляризации. Эффект Фарадея. Поляриметры.

Дисперсия света. Нормальная и аномальная дисперсии. Методы измерения дисперсии. Основы электронной теории дисперсии. Дисперсия в рентгеновской области спектра. Призменные спектральные приборы.

4.7. Поглощение света. Коэффициент поглощения. Закон Бугера - Ламберта.

Механизм поглощения света диэлектриками и металлами. Спектры поглощения.

Светофильтры. Цвет тел.

4.8. Рассеяние света. Прохождение света через оптически неоднородную сре­ ду. Закон Рэлея. Зависимость интенсивности рассеянного света от угла рассеяния.

Поляризация рассеянного света. Молекулярное рассеяние света.

4.9. Скорость света. Релятивистские эффекты в оптике. Фазовая и групповая скорости света. Эффект Вавилова - Черенкова. Методы измерения скорости све­ та. Эффект Доплера в оптике. Опыты Физо и Майкельсона. Элементы нелинейной оптики.

4.10. Оптические явления в природе. Рефракция света. Миражи. Радуга.

Венцы. Гало. Мерцание.

5. Квантовая физика. Физика атома и атомного ядра 5.1. Введение. Тепловое излучение. Предмет квантовой физики. Краткий ис­ торический очерк развития квантовой физики.

Излучательная и поглощательная способности тел. Закон Кирхгофа. Излуче­ ние абсолютно черного тела. Законы Стефана - Больцмана и Вина. Распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела. Фотоны. Формула Планка.

Оптическая пирометрия.

5.2. Квантовые свойства излучения. Фотоэлектрический эффект. Законы фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна. Применение фотоэффекта. Давление света.

Опыты Лебедева. Опыт Вавилова. Опыт Боте. Эффект Комптона.

5.3. Основы квантовой механики. Волны де Бройля. Опыты по дифракции электронов. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Волновая функция и ее физический смысл. Уравнение Шредингера. Квантование энергии частицы в потенциальной яме. Квантование энергии линейного гармонического осциллято­ ра. Движение частицы в центрально-симметричном поле. Прохождение частицы через потенциальный барьер.

5.4. Физика атомов и молекул. Модели атома. Опыт Резерфорда. Планетар­ ная модель атома. Постулаты Бора. Модель атома водорода по Бору.

Спектральные серии излучения атомарного водорода. Квантовомеханическая ин­ терпретация постулатов Бора. Опыты Франка и Герца. Опыты Штерна и Герлаха.

Квантование энергии, момента импульса, проекции момента импульса электрона в атоме. Спин и магнитный момент электрона. Принцип Паули. Основы теории Периодической таблицы элементов Менделеева. Тормозное и характеристическое рентгеновские излучения и их спектры. Применение рентгеновских лучей. Поня­ тие о химической связи и валентности. Молекулярные спектры. Комбинационное рассеяние света. Люминесценция. Спонтанное и вынужденное излучение. Кван­ товые генераторы. Мазеры и лазеры. Развитие квантовой электроники в Беларуси.

5.5. Квантовые явления в твердых телах. Энергетические зоны в кристал­ лах. Металлы, полупроводники, диэлектрики. Понятие о квантовых статистиках.

Уровень и энергия Ферми.

Теплоемкость электронного газа. Квантовая теория теплоемкости. Теплоем­ кость металлов. Фононы. Теплоемкость диэлектрических кристаллов.

Электропроводность металлов. Квантовые явления при низких температурах.

Электропроводимость полупроводников, р - n-переход, полупроводниковые при­ боры.

5.6. Физика атомного ядра. Состав ядра. Нуклоны. Заряд и масса ядра. Изо­ топы и изобары. Энергия связи ядра. Ядерные силы. Модели атомного ядра.

Радиоактивность. Закон радиоактивного распада. Альфа-распад. Бета-распад.

Гамма-излучение. Правила смещения. Ядерные реакции. Деление ядер. Цепная ядерная реакция. Ядерные реакторы. Применение радиоактивных изотопов и ядерной энергии. Термоядерная реакция. Управляемый термоядерный синтез.

Элементы дозиметрии.

5.7. Элементарные частицы. Заключение. Частицы и античастицы. Класси­ фикация элементарных частиц. Частицы - переносчики взаимодействий. Кварки.

Экспериментальные методы ядерной физики. Счетчики элементарных частиц.

Трековые приборы. Масс-спектрометры. Ускорители заряженных частиц.

Краткий очерк достижений и проблем современной физики. Вклад белорус­ ских ученых в развитие физики.

ЛИТЕРАТУРА

1. Александров Н.В., Яшкин А.Я. Курс общей физики: Механика. М., 1978.

2. Белонучкин В.Е. и др. Основы физики: в 2 т. М., 2001.

3. Бондар В.А. Курс агульнай фізікі: Оптыка. Мінск, 1995.

4. Бондар В.А., Федаркоў Ч.М. Курс агульнай фізікі: Квантавая фізіка. Мінск, 5. Бутиков Е.И. и др. Физика: в 3 кн. М., 2001.

6. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. М., 1989.

7. Зборнік задач па агульнай фізіцы / Загуста Г.А. і інш. Пад рэд. Цэдрыка М.С.

Мінск, 1993.

8. Калашников С.Г. Электричество. М., 1994.

9. Кингсеп А.С. и др. Основы физики: в 2 т. М., 2001.

10. Королёв Ф.А. Курс физики: Оптика, атомная и ядерная физика, М., 1974.

11. Ландсберг Г.С. Оптика. М., 1976.

12. Мікуліч А.С. Курс агульнай фізікі: Электрычнасць і магнетызм. Мінск, 1994.

13. Общая физика: Практикум. / Бондарь В.А., Ташлыков И.С., Яковенко В.А., Януть В.И. и др. Под ред. Яковенко В.А. Минск, 2008.

14. Савельев И.В. Курс общей физики: в 3 т. М., 1989.

15. Сивухин Д.В. Общий курс физики: в 5 т. М., 2002 - 2005.

16. Стрелков СП. Механика. СПб., 2005.

17. Телеснин Р.В. Молекулярная физика. М., 1980.

18. Телеснин Р.В., Яковлев В.Ф. Курс физики: Электричество. М., 1970.

19. ЦэдрыкМ.С. Курс агульнай фізікі: Цеплыня і малекулярная фізіка. Мінск, 20. Шебалин О.Д. Молекулярная физика. М., 1994.

21. Яковенко В.А., Заборовский Г.А., Яковенко С.В. Общая физика: Механика.

Минск, 2008.

1. Архангельский М.М. Курс общей физики. Механика. М., 1975.

2. Боровский Г.А., Бурсиан Э.В. Общая физика: Курс лекций с компьютерной поддержкой. В 2 т. М., 2001.

3. Бутиков Е.И. Оптика. М., 1986.

4. Веракса В.И., Старовойтов Л.Е. Курс общей физики: Механика. Могилев, 5. Волькенштейн B.C. Сборник задач по общему курсу физики. М., 1973.

6. Иродов И.Е. Задачи по общей физике. М., 1998.

7. Калашников С.Г. Основы физики: упражнения и задачи. М., 2004.

8. Курс агульнай фізікі: Лабараторны практыкум / пад рэд. Цэдрыка М.С, Якавенкі У.А., Мазыр, 2000.

9. Леденев А.Н. Физика: в 5 кн. М., 2005.

10. Суханов А.Д. Лекции по квантовой физике. М., 1991.

11. Трофимова Т.И. Курс физики. М., 1990.