1. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ
(Вопросы подготовки к практическим занятиям
иэкзаменационные вопросы)
Раздел 1. Механика
Тема 1.1. Введение в курс физики. Общая структура и задачи курса. Роль изучения физики в становлении инженера. Физика и техника. Методы физических исследований: опыт, гипотеза, теория, эксперимент. Математика и физика. Измерение физических величин и погрешности измерений. Международная система единиц.
Тема 1.2. Кинематика материальной точки. Физические модели в механике: материальная точка, система материальных точек, абсолютно твердое тело. Пространство и время. Понятие состояния в классической механике. Уравнения движения материальной точки. Релятивистский закон сложения скоростей. Скорость и ускорение при криволинейном движении. Тангенциальное и нормальное ускорения. Угловая скорость и угловое ускорение при движении материальной точки по окружности. Связь угловых и линейных характеристик движения.
Тема 1.3. Динамика материальной точки. Виды взаимодействий. Силы в механике. Сила упругости, сила трения, сила тяжести. Закон всемирного тяготения. Современная трактовка законов Ньютона. Элементы специальной теории относительности (СТО): принцип относительности; масса, импульс, полная и кинетическая энергия в СТО.
Тема 1.4. Работа и энергия. Теорема об изменении кинетической энергии. Консервативные и неконсервативные силы. Работа консервативной силы и потенциальная энергия. Работа переменной силы.
Тема 1.5. Динамика твёрдого тела. Динамика вращательного движения твердого тела: момент инерции, момент силы, момент импульса тела относительно неподвижной оси вращения; уравнение динамики вращательного движения; энергия вращательного движения; работа при вращательном движении.
Тема 1.6. Законы сохранения в механике. Закон сохранения импульса. Центр масс (центр инерции). Теорема о движении центра масс. Закон сохранения механической энергии. Закон сохранения момента импульса.
6
Раздел 2. Электричество
Тема 2.1. Характеристики электростатического поля. Закон сохранения электрического заряда. Взаимодействие зарядов в вакууме и в веществе; закон Кулона. Напряжённость поля и поток вектора напряжённости. Принцип суперпозиции электрических полей. Поле диполя.
Тема 2.2. Теорема Гаусса и её применение. Поверхностная плотность заряда, линейная плотность заряда. Теорема Гаусса и её применение для расчета поля распределённых зарядов: точечного заряда, сферы, плоскости, заряженной нити (цилиндра).
Тема 2.3. Проводники и диэлектрики в электростатическом поле. Проводники в электростатическом поле. Электростатическая защита. Диэлектрики в электростатическом поле. Напряжённость электрического поля и вектор электрического смещения в слоистом диэлектрике.
Тема 2.4. Связь напряжённости и потенциала. Потенциал и работа электрического поля. Расчет разности потенциалов поля плоскости, нити, точечного заряда, сферы по известной напряжённости.
Тема 2.5. Электроёмкость. Электроёмкость проводника, конденсатора. Соединение конденсаторов. Вывод формул ёмкости плоского и цилиндрического конденсаторов.
Тема 2.6. Энергия электрического поля. Энергия и плотность энергии электрического поля. Примеры задач электростатики.
Тема 2.7. Законы постоянного тока. Постоянный электрический ток. Условия существования тока. Закон Ома и закон Джоуля – Ленца в локальной форме. ЭДС источника тока. Закон Ома для участка цепи с гальваническим элементом. Правила Кирхгофа.
Раздел 3. Магнетизм
Тема 3.1. Характеристики магнитного поля. Сравнительная характеристика электростатического и магнитного полей. Сила Лоренца и сила Ампера. Момент силы, действующий на рамку с током в магнитном поле. Вектор магнитной индукции. Магнитный поток. Принцип относительности в электродинамике.
Тема 3.2. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Изменение скорости заряженной частицы под действием магнитного поля. Расчёт радиуса траектории и периода обращения заряженной
7
частицы в магнитном поле. Радиационные пояса Земли. Циклотрон. МГД-генератор.
Тема 3.3. Расчёт магнитной индукции на основе закона Био – Савара – Лапласа (Б–С–Л) и закона полного тока. Закон Б–С–Л и его применение для расчёта индукции магнитного поля, созданного проводниками с током различной конфигурации. Принцип суперпозиции магнитных полей. Циркуляция вектора магнитной индукции, закон полного тока.
Тема 3.4. Работа в магнитном поле. Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле.
Тема 3.5. Электромагнитная индукция. Явление электромагнитной индукции. Вихревое электрическое поле. Закон Фарадея – Максвелла, правило Ленца. Самоиндукция. Индуктивность. Энергия и плотность энергии магнитного поля.
Тема 3.6. Магнитное поле в веществе. Магнитные свойства вещества; магнитные моменты электронов и атомов. Намагниченность, магнитная проницаемость и магнитная восприимчивость. Напряжённость магнитного поля. Свойства и применение ферромагнетиков.
Тема 3.7. Индуктивность. Самоиндукция. Индуктивность, явление самоиндукции. Физические основы генерирования и трансформации переменного тока.
Тема 3.8. Энергия магнитного поля. Энергия и плотность энергии магнитного поля. Принцип относительности в электродинамике.
Тема 3.9. Уравнения Максвелла. Материальные уравнения. Уравнения Максвелла в интегральной форме, ток смещения. Материальные уравнения.
Раздел 4. Физика колебаний
Тема 4.1. Гармонический осциллятор. Кинематика колебаний.
Единый подход к рассмотрению колебаний различной природы. Амплитуда, угловая частота, фаза гармонических колебаний. Моделирование гармонических колебаний с помощью вращающегося вектора амплитуды.
Тема 4.2. Динамика колебаний. Гармонический осциллятор: груз на пружине, физический маятник, математический маятник, колебательный контур; дифференциальное уравнение колебаний, период колебаний.
8
Тема 4.3. Энергетические соотношения для гармонического осциллятора. Кинетическая и потенциальная энергии груза на пружине. Пропорциональность энергии квадрату частоты и квадрату амплитуды. Энергетические соотношения для колебательного контура.
Тема 4.3. Сложение колебаний. Сложение одинаково направленных колебаний, векторные диаграммы. Гармонический анализ сложного колебания, физический смысл спектрального разложения. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний; уравнение траектории; фигуры Лиссажу.
Тема 4.4. Свободные колебания. Свободные колебания при наличии сопротивления: зависимость амплитуды от времени; коэффициент затухания, логарифмический декремент затухания; время релаксации. Физический смысл коэффициента затухания и логарифмического декремента. Ангармонический осциллятор. Автоколебания.
Тема 4.5. Вынужденные колебания. Колебания под действием внешней синусоидальной силы. Амплитуда и фаза вынужденных колебаний. Резонанс. Анализ резонансных кривых; добротность колебательной системы.
Тема 4.6. Вынужденные колебания в электрических цепях.
Вынужденные колебания в цепи переменного тока. Резонанс напряжений. Активное и реактивные сопротивления. Векторная диаграмма напряжений. Полное сопротивление, закон Ома для цепи переменного тока.
Раздел 5. Волновые процессы
Тема 5.1. Волны в упругой среде. Акустика. Бегущая волна, фазовая скорость и длина волны. Одномерное волновое уравнение. Упругие волны в газах, жидкостях и твердых телах. Энергетические соотношения, вектор Умова. Поведение волн на границе двух сред. Основы акустики. Эффект Доплера.
Тема 5.2. Стоячие волны. Волны в трубах, струнах. Стоячая волна. Собственные частоты (нормальные моды) при распространении колебаний в трубах, струнах и стержнях.
Тема 5.2. Электромагнитные волны. Поляризация. Плоские электромагнитные волны; уравнение волны. Скорость волны и показатель преломления. Дисперсия электромагнтных волн.
9
Групповая скорость. Энергетические соотношения для электромагнитной волны; вектор Пойнтинга. Поляризация волн; поляризация света при отражении и поглощении; двойное лучепреломление.
Тема 5.3. Интерференция волн. Способы получения интерференционных картин. Полосы равной толщины и равного наклона. Щели Юнга, тонкие плёнки, кольца Ньютона.
Тема 5.4. Применение интерференции. Просветление оптики. Измерение показателя преломления. Интерферометры.
Тема 5.5. Дифракция волн. Принцип Гюйгенса – Френеля. Зоны Френеля. Дифракция на круглом отверстии и диске. Дифракция на одной щели. Дифракция на решётке, разрешающая способность дифракционной решётки.
Тема 5.6. Примеры задач волновой оптики с применением законов фотометрии и геометрической оптики. Объяснение отражения и преломления света на основе волновой теории. Прямолинейность распространения света. Полное отражение света. Оптическая сила системы линз. Фотометрические величины и их единицы: светимость, яркость, световой поток, сила света, освещённость; законы освещенности.
Раздел 6. Квантовые явления
Тема 6.1. Явления, объясняемые квантовой природой электромагнитного излучения. Квантовая гипотеза Планка; энергия и импульс квантов электромагнитного излучения. Спектр атома водорода. Фотоэффект. Эффект Комптона. Опыт Франка – Герца. Линейчатые спектры излучения и поглощения. Постулаты Бора. Атомная теория Бора и объяснение спектров водородоподобных атомов; недостатки теории Бора.
Тема 6.2. Рентгеновское излучение. Генерирование рентгеновского излучения. Объяснение коротковолновой границы тормозного излучения, метод измерения постоянной Планка. Происхождение характеристического излучения. Рентгеноспектральный и рентгеноструктурный анализ. Формула Вульфа – Брэгга.
Тема 6.3. Тепловое излучение. Равновесное тепловое излучение: основные понятия и законы; распределение энергии по спектру теплового излучения, формула Планка; оптическая пирометрия.
Тема 6.4. Квантовая (волновая) механика. Корпускулярно-вол- новой дуализм. Гипотеза де Бройля. Дифракция электронов. Соотно-
10