Электричество и электромагнетизм

Электростатическое поле в вакууме. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона. Электрическое поле. Напряженность. Принцип суперпозиции полей. Поток вектора напряженности. Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме и ее применение к расчету электростатических полей. Работа перемещения электрического заряда. Потенциал. Напряженность как градиент потенциала.

Электрическое поле в диэлектриках. Свободные и связанные заряды в диэлектриках. Типы диэлектриков. Поляризация. Поляризованность. Диэлектрическая восприимчивость и диэлектрическая проницаемость вещества. Электрическое смещение. Напряженность поля в диэлектрике.

Проводники в электростатическом поле. Электрическое поле заряженного проводника. Проводники во внешнем электрическом поле. Электроемкость уединенного проводника. Конденсаторы. Энергия системы зарядов, заряженных проводников и конденсаторов. Энергия электростатического поля.

Постоянный электрический ток. С ила и плотность тока. Сторонние силы. Электродвижущая сила и напряжение. Закон Ома. Сопротивление проводников. Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца. Правила Кирхгофа для разветвленных цепей. Элементарная классическая электронная теория электропроводности металлов. Вывод основных законов электрического тока из электронных представлений. Работа выхода электронов из металла. Термоэлектронная эмиссия. Ток в газах. Понятие о плазме.

Магнитное поле. Магнитная индукция. Закон Био-Савара-Лапласа. Магнитные поля прямолинейного проводника с током и кругового тока. Закон Ампера. Контур с током в магнитном поле. Магнитное поле движущегося заряда. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Эффект Холла. Поток и циркуляция вектора магнитной индукции. Магнитное поле соленоида. Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле.

Электромагнитная индукция. Закон Фарадея. Правило Ленца. Вращение рамки в магнитном поле. Явление самоиндукции. Индуктивность. Взаимная индукция. Трансформаторы. Энергия магнитного поля.

Магнитное поле в веществе. Магнитные моменты электронов и атомов. Диа- и парамагнетики. Намагниченность. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость вещества. Ферромагнетики и их свойства. Спиновая природа ферромагнетизма.

Основы теории Максвелла для электромагнитного поля. Вихревое электрическое поле. Ток смещения. Уравнения Максвелла в интегральной форме.

Колебания и волны

Механические и электромагнитные колебания. Гармонические колебания. Дифференциальное уравнение гармонических колебаний. Пружинный, физический и математический маятники. Энергия гармонических колебаний. Свободные гармонические колебания в колебательном контуре. Сложение гармонических колебаний одного направления. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний. Дифференциальное уравнение свободных затухающих колебаний (механических и электромагнитных) и его решение. Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний (механических и электромагнитных) и его решение. Резонанс.

Упругие волны. Образования волн в упругой среде. Продольные и поперечные волны. Уравнение бегущей волны. Волновое уравнение. Фазовая скорость. Энергия волны. Интерференция волн. Стоячие волны. Звуковые волны. Эффект Доплера в акустике.

Электромагнитные волны, их основные свойства и применение. Дифференциальное уравнение электромагнитной волны. Энергия электромагнитных волн. Поток энергии. ВекторУмова - Пойнтинга. Излучение диполя.

Волновая оптика

Интерференция света. Когерентность и монохроматичность световых волн. Интерференция света от двух источников. Интерференция света в тонких пленках. Интерферометры.

Дифракция света. Принцип Гюйгенса – Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция на круглом отверстии и диске. Дифракция Фраунгофера на щели и дифракционной решетке. Дифракция рентгеновского излучения. Формула Вульфа – Брэггов. Принцип голографии.

Влияние среды на свойства света. Естественный и поляризованный свет. Закон Малюса. Поляризация света при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков. Закон Брюстера. Двойное лучепреломление. Поляроиды. Дисперсия, поглощение, рассеяние света.

Квантовая природа излучения

Тепловое излучение. Опытные законы излучения абсолютно черного тела (законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана и Вина). Квантовая гипотеза и формула Планка. Фотоэлектрический эффект. Фотоны. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Энергия и импульс фотона. Давление света. Эффект Комптона и его элементарная теория.

Элементы атомной физики и квантовой механики

Волновые свойства микрочастиц. Формула де Бройля. Соотношение неопределенностей. Волновая функция и ее статистический смысл. Уравнение Шредингера для стационарных состояний. Движение свободной частицы. Частица в бесконечно глубокой «потенциальной яме». Квантование энергии частицы. Прохождение частицы сквозь потенциальный барьер. Атом водорода в квантовой механике. Главное, орбитальное и магнитное квантовые числа. Спин электрона. Фермионы и бозоны. Принцип Паули. Распределение электронов в атоме по состояниям. Поглощение, спонтанное и вынужденное излучения. Понятие о лазере.

Элементы квантовой статистики и физики твердого тела

Квантовая статистика. Фазовое пространство. Функция распределения. Понятие о квантовой статистике Бозе-Эйнштейна и Ферми-Дирака. Вырожденный электронный газ в металлах. Энергия Ферми. Влияние температуры на распределение электронов. Уровень Ферми. Понятие о квантовой теории теплоемкости. Фононы. Характеристическая температура Дебая. Электропроводность металлов. Сверхпроводимость. Понятие об эффекте Джозефсона.

Энергетические зоны в кристаллах. Металлы, диэлектрики и полупроводники по зонной теории. Собственная проводимость полупроводников. Квазичастицы – электроны проводимости и дырки. Примесная проводимость полупроводников. Контакт электронного и дырочного полупроводника (p-n -переход) и его вольт-амперная характеристика. Фотоэлектрические явления в полупроводниках.

Элементы физики атомного ядра и элементарных частиц

Заряд, размер и состав атомного ядра. Массовое и зарядовое числа. Ядерные силы. Дефект массы и энергия связи ядра. Радиоактивность и ядерные реакции. Реакция деления ядер. Понятие о ядерной энергетике. Реакция синтеза атомных ядер. Проблема управляемых термоядерных реакций. Элементарные частицы. Четыре типа фундаментальных взаимодействий: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное.

 

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. Трофимова Т.И. Курс физики. – М., «Академия», 2005, 560 с.

2. Кучерук І. М., Горбачук І.Т, Луцик П.П. Загальний курс фізики. У 3 т. Т.1: Механіка. Молекулярна фізика і термодинаміка. К.; «Техніка», 1999, – 536 с.Т.2. Електрика і магнетизм. К.; «Техніка», 2001, – 452 с. Т.3. Оптика. Квантова фізика. К.; «Техніка», 1999, – 520 с.

3. Чертов А.Г. Воробьев А.А. Задачник по физике. – М.: «Физмат лит», 2005 – 640 с.

4. Гаркуша І.П., Горбачук І.Т., Курінний В.П. та ін. Загальний курс фізики: Збірник задач. – К.: «Техніка», 2004,– 560 с.

Дополнительная

5. Савельев И.В. Курс физики. В 3-х т. Т 1: Механика. Молекулярная физика. – М.: «Наука», 1989, – 352с., Т.2: Электричество. Колебания и волны. Волновая оптика. М.: «Наука», 1989, – 464с. Т.3:Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц. М.: «Наука», 1989, – 304с.

6. Иродов И.Е. Механика. Основные законы. М. «Лаборатория базовых знаний».2005.– 309 с. Физика макросистем. Основные законы. М. «Лаборатория базовых знаний».2001.– 208 с. Электромагнетизм. Основные законы. М. «Лаборатория базовых знаний».2002.– 320 с. Волновые процессы. М. «Лаборатория базовых знаний». 2005.– 309 с. Квантовая физика. Основные законы. М. «Лаборатория базовых знаний».2004.– 256 с.

7. Бушок Г.Ф., Левандовський В.В., Півень Г.Ф.. Курс фізики. У 2 кн.: Кн.1.Фізичні основи механіки. Електрика і магнетизм. К.:«Либідь», 2001. – 448с.

8. Бушок Г.Ф., Венгер Є.Ф.. Курс фізики:Кн.2. Оптика. Фізика атома і атомного ядра. Молекулярна фізика і термодинаміка. К.: «Либідь», 2001. – 424с

9. Чолпан П.П.. Фізика: К.: «Вища шк.»., 2004.– 567с.

10. Зачек І.Р., Кравчук І.М, Романишин Б.М. та ін. Курс фізики. Під ред. І.Є.Лопатинського – Львів, „Бескід Біт”, 2002, – 376 с.

11. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. М. «Высш. шк.», 1989, – 609 с.

12. Яворский Б.М, Детлаф А.А., Справочник по физике. М., «Наука», 1985, – 512 с.

13. Калашников Н.П.,. Смондырев М.А. Основы физики. т.1,2. – М. «Дрофа».2003, 398 с. 431 с.

14..Геворкян Р.Г,. Шепель В.В. Курс общей физики. – М.: «Высш. шк.», 1972, – 599 с.

15. Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики.– СПб.: «Книжный мир», 2005.– 328 с.

16. Трофимова Т.И., Павлова З.Г.. Сборник задач по курсу физики с решениями. М.: «Высш. шк.», 1999. – 591 с.

17. Сивухин Д.В. Общий курс физики. – М.: «Наука», 1977-1980.– Т. 1, 2, 3, 4.

18..Матвеев А.Н. Механика и теория относительности. Молекулярная физика. Электродинамика. Оптика. Атомная физика.– М.: «Высш. шк.». 1980-1986.

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ