2. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА КУРСА ФИЗИКИ

Физика является основой технических дисциплин. Её основные законы служат базой для разработки всех отраслевых технологий. Велика её роль в развитии современных представлений о природе.

2.1. Физические основы классической механики

Механическое движение как простейшая форма движения материи. Представления о свойствах пространства и времени, лежащих в основе классической механики. Элементы кинематики материальной точки. Скорость и ускорение точки как производные радиус-векторы по времени. Нормальное и тангенциальное ускорения. Радиус кривизны траектории. Поступательное движение твёрдого тела.

Динамика материальной точки и поступательного движения твёрдого тела. Закон инерции и инерциальные системы отсчёта. Законы динамики материальной точки и системы материальных точек. Внешние и внутренние силы. Центр масс механической системы и законы его движения. Закон сохранения импульса.

Энергия как универсальная мера различных форм движения и взаимодействия. Работа переменной силы. Кинетическая энергия механической системы и её связь с работой внешних и внутренних сил, приложенных к системе.

Поле как форма материи, осуществляющая силовое взаимо-действие между частицами вещества. Потенциальная энергия мате-риальной точки во внешнем силовом поле и её связь с силой, действующей на материальную точку. Потенциальная энергия сис-темы. Законы сохранения механической энергии. Диссипация энергии. Законы сохранения и превращения энергии как проявление неуничтожимости материи и её движения. Применение законов сох-ранения к столкновению упругих и неупругих тел.

Элементы кинематики вращательного движения. Угловая ско-рость и угловое ускорение, их связь с линейными скоростями и ускорениями точек вращающегося тела. Момент силы и момент импульса механической системы.

2.2. Механические колебания и волны в упругих средах

Гармонические механические колебания. Кинематические ха-рактеристики гармонических колебаний. Дифференциальное урав-нение гармонических колебаний. Пружинный, физический и матема-тический маятники. Энергия гармонических колебаний.

Сложение гармонических колебаний одного направления и одинаковой частоты. Биения. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний и методы решения. Амплитуда смещения и фаза вынужденных колебаний. Понятие о резонансе.

Волновые процессы. Механизм образования механических волн в упругой среде. Продольные и поперечные волны. Уравнение бе-гущей волны. Длина волны и волновое число. Фазовая скорость. Энергия волн. Принцип суперпозиции волн и границы его при-менимости. Когерентность.

Интерференция волн. Образование стоячих волн. Уравнение стоячих волн. Уравнение стоячей волны и его анализ. Звуковые волны.

2.3. Основы молекулярной физики и термодинамики

Термодинамические параметры. Равновесные состояния и про-цессы, их изображение на термодинамических диаграммах. Вывод уравнения молекулярно-кинетической теории идеальных газов для давления и его сравнение с уравнением Менделеева-Клапейрона. Средняя кинетическая энергия молекул. Молекулярно-кинетическое толкование термодинамической температуры. Число степеней сво-боды молекулы. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы молекул.

Внутренняя энергия идеального газа. Работа газа при изменении его объёма. Количество теплоты. Теплоёмкость. Первое начало термодинамики. Применение первого начала термодинамики к изо-процессам и энергиям теплового движения. Среднее число столк-новений и средняя длина свободного пробела молекул.

Обратимые и необратимые процессы. Круговой процесс (цикл). Тепловые двигатели и холодильные машины. Цикл Карно и его КПД для идеального газа. Второе начало термодинамики.

2.4. Электростатика. Постоянный электрический ток

Закон сохранения электрического заряда. Электрическое поле. Основные характеристики электрического поля – напряжённость и потенциал. Напряжённость как градиент потенциала. Расчёт электро-статических полей методом суперпозиции. Поток вектора напряжён-ности. Теорема Гаусса и её применение к расчёту поля. Диэлект-рическая проницаемость.

Проводники в электрическом поле. Поле внутри проводника и у его поверхности. Распределение зарядов в проводнике. Взаимная ёмкость двух проводников. Конденсаторы. Энергия заряженного проводника, конденсатора и системы проводников.

Энергия электрического поля. Объёмная плотность энергии. Постоянный электрический ток, его характеристики и условия существования. Классическая электронная теория электропро-водности металлов и её опытное обоснование. Вывод закона Ома в дифференциальной форме из электронных представлений. Закон Ома в интегральной форме. Разность потенциалов, электродвижущая сила, напряжение.

2.5. Электромагнетизм

Магнитное поле. Магнитная индукция. Закон Ампера. Магнитное поле тока. Закон Био–Савара–Лапласа и его применение к расчёту магнитного поля. Магнитное поле кругового тока. Магнитный момент витка с током. Вихревой характер магнитного поля. Закон полного тока (циркуляция вектора магнитной индукции) для магнитного поля в вакууме и его применение к расчёту магнитного поля тороида и длинного соленоида. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Контур с током в магнитном поле. Магнитный поток. Работа перемещения проводника и контура с током в магнитном поле.

Явление электромагнитной индукции (опыты Фарадея).

Магнитное поле в веществе. Типы магнетиков. Намагничен-ность. Микро- и макротоки. Элементарная теория диа- и парамаг-нетизма. Магнитная восприимчивость вещества и её зависимость от температуры. Закон полного тока для магнитного поля в веществе. Магнитная проницаемость среды. Ферромагнетики. Кривая намагни-чивания. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Домены.

Электрический колебательный контур. Дифференциальное уравнение электромагнитных колебаний и его решение. Затухающие и вынужденные электромагнитные колебания. Резонанс. Энергия электромагнитных колебаний. Электромагнитные волны. Основные свойства электромагнитных волн. Энергия электромагнитных волн. Поток энергии.

2.6. Волновая оптика, квантовая природа излучения

Интерференция волн. Когерентность и монохроматичность световых волн. Расчёт интерференционной картины от двух когерентных источников. Оптическая длина пути. Интерференция света в тонких плёнках. Интерферометры. Дифракция света. Принцип Гюйгенса–Френеля. Прямолинейное распространение света. Дифрак-ция на одной щели и дифракционной решётке. Разрешающая способность оптических приборов. Дифракция на пространственной решётке. Принцип голографии. Дисперсия света. Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Поляризация света при отражении. Закон Брюстера. Двойное лучепреломление. Поляроиды. Закон Малюса.

Тепловое излучение. Чёрное тело. Закон Кирхгофа. Закон Стефана–Бальцмана. Распределение энергии в спектре абсолютно чёрного тела. Закон смещения Вина. Квантовая гипотеза и формула Планка. Оптическая пирометрия.

Внешний фотоэффект и его законы. Фотоны. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Масса и импульс фотона. Давление света. Квантовое и волновое объяснение давления света.

Атом водорода. Главное, орбитальные и магнитные квантовые числа. Спин электрона. Спиновое квантовое число. Принцип Паули. Спектры атомов и молекул. Поглощение, спонтанное и вынужденное излучения. Понятие о лазере. Распределение электронов в атоме по состояниям.

2.7. Физика атома. Физика твёрдого тела

Строение атома. Теория Бора: Опыты Резерфорда по рассеянию a-частиц. Модель атома по Резерфорду. Следствия из модели Резерфорда. Спектры излучения атомов и их количественное описание. Модель атома Бора. Постулаты Бора. Теория водородоподобного атома Бора. Опыт Франка и Герца. Элементы квантовой механики. Гипотеза де Бройля. Формула де Бройля для свободной частицы. Границы применимости классической механики. Соотношение неопределённостей. Применение соотношения неопре-делённостей к решению квантово-механических задач. Уравнение Шредингера для стационарных состояний. Решение уравнения Шредингера для случая частицы с бесконечно глубокой «потен-циальной яме». Энергетический спектр частицы в потенциальной яме. Уравнение Шредингера для атома водорода.

Спин электрона. Магнитные свойства атома. Тонкая структура спектров щелочных металлов. Опыты Штерна и Герлаха. Понятие о спине электрона. Полный момент импульса электрона в атоме. Полный магнитный момент атома. Эффект Зеемана. Принцип Паули. Распределение электронов в атоме.

Элементы квантовой теории кристаллов. Анизотропия крис-таллов. Моно и поликристаллы. Кристаллическая решётка. Виды межатомных связей в кристаллических телах. Квантовая теория теплоёмкости Дебая. Фононы. Электронный газ. Энергетические зоны кристаллической решётки.

Диэлектрики и металлы. Изоляторы, проводники и полупро-водники. Свойства диэлектриков с точки зрения зонной теории. Квантовая теория электропроводности, теплопроводности, контакт-ных явлений. Сверхпроводимость – макроскопический квантовый эффект.

Магнитные свойства металлов. Спиновая природа ферромаг-нетизма. Доменная структура ферромагнетиков. Анализ кривой намагничивания.

Полупроводники. Основные особенности структуры энергети-ческих зон в полупроводниках. Собственная электронная и дырочная проводимости. Доноры и акцепторы. Примесная проводимость. Явление на границе полупроводника с металлом. Контакт двух полупроводников различных типов (p-, n-переходы). Полупровод-никовые диоды и триоды. Действие света на полупроводники.

2.8. Физика атомного ядра и элементарных частиц

Строение и свойства атомных ядер. Состав ядра: протоны, нейтроны. Основные характеристики нуклонов и ядер. Изотопы. Понятие о ядерных силах. Масса и энергия связи в ядре. Средняя энергия нуклонов и её зависимость от массового числа. Неустой-чивость тяжёлых ядер по отношению к некоторым типам распада.

Радиоактивность. Ядерные реакции. Сущность явления радиоактивности. Типы радиоактивного распада. Основные харак-теристики a-распада, b-распада. Спектр b-частиц. Нейтрино, g-излу-чения радиоактивных ядер. Дозы ионизирующего излучения.

Понятие о ядерных реакциях. Законы сохранения в ядерных реакциях. Деление тяжёлых ядер. Понятие об элементарных частицах. Современная картина мира.