В конце второго семестра первого курса сдают экзамен по разделам «Колебания и волны», «Элементы квантовой и статистической физики».

Тестирование

Экзамен может проводиться в виде тестирования в компьютерном классе.

Обратите внимание направила ввода данных при ответах на тестовые задания:

1. Все числа в ответах на вопросы в заданиях открытого типа (если иное не оговорено) представляются в стандартном виде  и записываются с клавиатуры так:  где  целая часть,  дробная часть числа   Целая часть числа  отделяется от дробной запятой. Например,   записывается так: 3,1(-3). Если порядок числа  равен нулю, то число записывается обычным образом без указания , например,   

2. Запись формул по шаблону производится буквами латинского алфавита. При этом в шаблоне заполняется только та часть, которая представлена его элементами в описании. В тех случаях, когда шаблон составляет часть выражения, записывается все, что стоит в кавычках, например,  , где ,             b . Ответ: -

3. Символ операции @, если он специально не определен в задании, может обозначать круглые скобки (), знаки сложения (+), вычитания (-), умножения (*), в том числе скалярного, векторного произведения (#), деления (/), возведения в  степень (^ ).

4. В некоторых заданиях без пояснения используются следующие обозначения: m – масса; k – коэффициент жесткости;   I – момент инерции или сила тока; r – коэффициент силы (момента силы) сопротивления;   C – емкость конденсатора; L – индуктивность катушки; R – сопротивление; Δ – логарифмический декремент; Q – добротность; Т – период;  - коэффициент затухания;  - круговая частота;  -частота;  - фаза;  - длина волны;  – электрическая и магнитная постоянные;   - относительные диэлектрическая и смещение; с – скорость света в вакууме.магнитная проницаемости; E, H – напряженности электрического и магнитного полей; B, D – магнитная индукция и электрическое

СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО КУРСА

                                           ВВЕДЕНИЕ

Изложение курса начинается с раздела "Колебания и волны". В раздел "Элементы квантовой и статис­тической физики" в качестве составных частей входят квантовая оптика, физика атома и физика твердого тела.

 

                                 КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ

1. К о л е б а н и я (механические и электромагнитные)

Общая характеристика колебаний. Общие признаки колебательного движения, его характеристики и классификация. Примеры колебательных систем. Колебательные системы с одной степенью свободы: пружинный маятник, математический и физический маятники, контур Томсона.

Гармонические колебания. Общая характеристика. Дифференциальное уравнение гармонически колеблющихся систем и его решение. Определение периодов колебаний. Энергия гармонического колебательного движения.

Затухающие колебания. Дифференциальное уравнение затухающих колебаний и его решение. Зависимость амплитуды от времени. Логариф­мический декремент затухания. Частота затухающих колебаний. Аперио­дическое движение.

Вынужденные колебания. Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний. Резонанс и резонансная частота. Диаграмма колебаний. Перемен­ный ток.

Сложение колебаний. Сложение одинаково направленных гармонических колебаний с равными и мало отличающимися частотами (биения). Сложение взаимно - перпендикулярных гармонических колебаний с равными и кратными частотами.

2. В о л н ы (упругие и электромагнитные).

Упругие волны. Волны в упругой среде, механизм их образования. Про­дольные и поперечные волны. Скорость распространения упругих волн. Уравнение плоской волны.

Электромагнитные волны. Волновое уравнение электромагнитной волны как решение уравнений Максвелла. Скорость распространения электромагнит­ных волн. Фазовая и групповая скорость. Перенос энергии волнами. Вектор Умова - Пойнтинга.

Элементы волновой теории света. Корпускулярная и волновая теории света. Принцип Гюйгенса и его применение для вывода законов отражения и преломления света. Полное внутреннее отражение.

Интерференция волн. Когерентные волны. Разность фаз и условия усиления и ослабления волн. Распределение энергии в интерференционных явлениях. Стоячие волны. Узлы и пучности. Особенности отражения волн на границе двух сред. Способы получения когерентных световых волн: щели Юнга, зеркала и бипризмы Френеля. Принцип суперпозиции волн. Интерференционная картина, образуемая двумя когерентными источниками света. Интерференция в тонких пленках. Геометрическая, оптическая и полная разность хода. Полосы равной толщины и равного наклона.

Дифракция света. Дифракция и условия ее наблюдения. Принцип Гюйгенса – Френеля. Метод зон Френеля. Прямолинейное распространение света. Дифракция света на одиночных отверстиях и экранах. Дифракция в параллельных лучах: щель и дифракционная решетка. Применение дифракционной решетки. Формула Брегга – Вульфа. Исследование структуры кристаллов.

Дисперсия света. Призматический и дифракционный спектры. Понятие электронной теории дисперсии. Нормальная и аномальная дисперсия.

Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Поляризация при отражении и преломлении. Закон Брюстера (без вывода). Двойное луче­преломление и его объяснение. Призма Николя. Закон Малюса. Поляроиды и их применение. Искусственная анизотропия. Эффект Керра.

Тепловое излучение. Тепловое излучение в классической физике среди других типов излучения. Равновесное излучение. Лучеиспускательная и поглощательная способности тел. Абсолютно черное тело. Закон Кирхгофа. Закон Стефана-Больцмана. Закон смещения Вина. Формула Планка. Связь между формулой Планка и законами Стефана-Больцмана и Вина. Оптическая пирометрия.

Давление света. Электромагнитное объяснение давления света. Связь давления света с интенсивностью волны.