Выдержка из текста работы
Содержание разделов дисциплины «ФИЗИКА» направление подготовки бакалавров 010500 «Математическое обеспечение
иадминистрирование информационных систем» (гр. 140)
1.ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КЛАССИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ.
1.1.Введение. Физика как фундаментальная наука. Роль физики в становлении инженера. Общая структура и задачи курса.
1.2.Кинематика. Материальная точка. Абсолютно твердое тело. Система отсчета. Кинематика точки. Путь. Перемещение. Скорость и ускорение. Их проекции на координатные оси. Вычисление пройденного пути. Средние значения. Тангенциальное и нормальное ускорения. Кинематика твердого тела. Вращение вокруг неподвижной оси. Угловые скорость и ускорение. Связь между угловыми и линейными скоростями и ускорениями.
1.3.Динамика материальной точки. Границы применимости ньютоновской механики. Первый закон Ньютона. Масса и импульс. Второй закон Ньютона как уравнение движения. Третий закон Ньютона. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести и вес тела. Упругие силы. Силы трения. Законы сохранения. Силы внутренние и внешние. Замкнутая система. Сохраняющиеся величины. Связь законов сохранения со свойствами пространства и времени. Закон сохранения импульса. Центр масс. Уравнение движения центра масс. Система центра масс. Реактивное движение. Работа переменной силы и мощность. Кинетическая энергия частицы. Потенциальная энергия. Виды потенциальной энергии. Полная механическая энергия частицы. Консервативные и диссипативные системы. Закон сохранения энергии.
1.4.Динамика вращательного движения твердого тела. Вывод основного закона ди-
намики вращательного движения. Кинетическая энергия вращающегося тела (ось вращения неподвижна). Момент импульса, момент инерции. Закон сохранения момента импульса.
1.5.Инерциальные и неинерциальные системы отсчета. Принцип относительности Галилея. Преобразование Галилея. Классическая теорема сложения скоростей. Инвариантность законов Ньютона в инерциальных системах отсчета. Понятие о неинерциальных системах.
2. ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКИ И ТЕРМОДИНАМИКИ 2.1.Статистический метод исследования. Термодинамический метод исследования.
Термодинамические параметры. Равновесные состояния и процессы, их изображение на термодинамических диаграммах. Вывод уравнения молекулярно-кинетическойтеории идеальных газов для давления и его сравнение с уравнениемКлапейрона-Менделеева.Средняя кинетическая энергия молекул.Молекулярно-кинетическоетолкование абсолютной температуры. Число степеней свободы молекулы. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы молекул.
2.2.Работа газа при изменении его объема. Количество теплоты. Теплоемкость. Первое начало термодинамики. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам и адиабатному процессу идеального газа. Зависимость теплоемкости идеального газа от вида процесса. Классическаямолекулярно-кинетическаятеория теплоемкости идеальных газов и ее ограниченность. Границы применимости закона равнораспределения энергии и понятие о квантовании энергии вращательного и колебательного движений молекул.
2.3.Закон Максвелла для распределения молекул идеального газа по скоростям и энергиям. Принцип детального равновесия. Барометрическая формула. Закон Больцмана для распределения частиц во внешнем потенциальном поле. Среднее число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул. Время релаксации.
2.4.Обратимые и необратимые процессы. Круговой процесс (цикл). Тепловые двигатели и холодильные машины. Цикл Карно и его КПД для идеального газа. Второе начало термодинамики. Независимость КПД цикл Карно от рабочего вещества. Лемма Карно. Энтропия идеального газа при обратимых и необратимых процессах. Статистическое толкование энтропии. Термодинамика необратимых процессов. Явления переноса в термодинамически неравновесных системах. Опытные законы диффузии, теплопроводности и внутреннего трения.Молекулярно-кинетическаятеория этих явлений.
2
3. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
3.1.Электростатическое поле в вакууме. Закон сохранения электрического заряда. Электрическое поле в вакууме. Напряженность электрического поля точечного заряда. Принцип суперпозиции. Расчет электрического поля диполя. Поток вектора Е. Поток вектора D. Теорема Гаусса. Теорема о циркуляции вектора Е. Потенциал. Потенциал поля точечного заряда и системы зарядов. Связь потенциала и напряженности поля. Электрический момент диполя. Момент сил, действующий на диполь. Энергия диполя в поле. Сила, действующая на диполь.
3.2.Проводники в электростатическом поле. Поле внутри проводника и у его поверх-
ности. Распределение заряда в проводнике. Связь поверхностной плотности заряда с напряженностью поля. Электроемкость уединенного проводника. Взаимная емкость двух проводников. Конденсаторы.
3.3.Электрическое поле в диэлектрике. Связанные и свободные заряды. Поле в диэлектрике. Поляризованность. Диэлектрическая восприимчивость. Диэлектрическая проницаемость. Теорема Гаусса для диэлектрической среды. Вектор D. Векторы Е и D на границе двух диэлектриков.
Электрическая энергия системы зарядов. Энергия уединенного проводника и конденсатора. Энергия электрического поля. Плотность энергии электрического поля.
3.4.Постоянный электрический ток. Электрический ток. Сила тока. Замкнутая электрическая цепь, скачки потенциала, закон Ома, сторонние силы. Закон Ома для неоднородной цепи. Правила Кирхгофа. Вектор плотности тока. Вывод закона Ома в локальной (дифференциальной) форме на основе закона Ома для участка цепи.
4. МАГНЕТИЗМ
4.1.Магнитное поле в вакууме. Сила Лоренца. Магнитная индукция В. Магнитное поле равномерно движущегося заряда. Принцип суперпозиции полей. Закон Ампера. Закон Био-Савара-Лапласаи его применение к расчету магнитного поля. Теорема Гаусса для вектора В. Теорема о циркуляции вектора В и ее применение к расчету полей. Поле соленоида. Сила Ампера. Магнитный момент контура с током. Сила, действующая на контур с током. Работа при перемещении контура с током.
4.2.Магнитное поле в веществе. Намагниченность. Токи намагничивания. Циркуляция намагниченности. Вектор Н (напряженность магнитного поля). Теорема о циркуляции вектора Н. Условия на границе двух магнетиков.Диа-,пара- и ферромагнетики.
4.3.Явление электромагнитной индукции. Опыты Фарадея. Правило Ленца. Закон электромагнитной индукции. Вывод на основе закона сохранения энергии. Полный магнитный поток (потокосцепление). Токи Фуко. Явление самоиндукции. Индуктивность. ЭДС самоиндукции. Индуктивность соленоида. Взаимная индукция. Взаимная индуктивность.
4.4.Энергия магнитного поля. Энергия контура с током. Плотность энергии.
4.5.Уравнения Максвелла. Вихревое электрическое поле. Электромагнитное поле. Ток смещения. Уравнения Максвелла в интегральной форме.
4.6.Основы релятивистской динамики. Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца. Относительность понятия одновременности. Относительность длин и промежутков времени. Интервал между событиями. Релятивистский закон преобразования скорости. Релятивистский импульс. Релятивистское уравнение динамики. Релятивистские выражения для кинетической и полной энергии. Взаимосвязь массы и энергии.
5. КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ 5.1. Колебания. Уравнение свободных колебаний без трения: пружинный, физический и
математический маятники (малые колебания), колебательный контур. Его решения. Векторамплитуда. Гармонический осциллятор. Энергия гармонического осциллятора. Сложение одинаково направленных и взаимно перпендикулярных колебаний. Уравнение затухающих колебаний и его решение. Коэффициент затухания. Логарифмический декремент затухания. Уравнение вынужденных колебаний и его решение. Векторная диаграмма. Резонанс. Резонансная кривая. Резонансные кривые для напряжения и силы тока. Понятие о переменном токе.
3
5.2.Волны. Распространение волн в упругой среде. Продольные и поперечные волны. Уравнение плоской волны. Одномерное волновое уравнение. Скорость волны. Гармонические плоская и сферическая волны. Длина волны. Волновое число.
5.3.Электромагнитные волны. Уравнения Максвелла в локальной форме. Волновое уравнение для электромагнитной волны. Скорость, поперечность, связь между Е и Н. Плотность энергии электромагнитной волны. Вектор Пойнтинга.
6. ОПТИКА
6.1.Интерференция. Принцип суперпозиции волн. Интенсивность при сложении колебаний. Понятие о когерентности. Интерференция двух волн. Способы наблюдения интерференции на примере световых волн. Зеркала (или бипризма) Френеля. Опыт Юнга. Ширина интерференционной полосы. Интерференция при отражении от тонких пластинок. Кольца Ньютона. Просветление оптики.
6.2.Дифракция. ПринципГюйгенса-Френеля.Дифракция Френеля и дифракция Фраунгофера. Зоны Френеля. Метод зон. Прямолинейное распространение света. Дифракция Фраунгофера от щели. Дифракционная решетка. Угловая дисперсия и разрешающая способность решетки. Дифракция рентгеновских лучей. Формула ВульфаБреггов.
6.3.Поляризация. Естественный и поляризованный свет. Степень поляризации. Поляризаторы и анализаторы. Закон Малюса. Поляризация при отражении и преломлении. Угол Брюстера. Закон Брюстера. Прохождение поляризованного света через анизотропную среду. Оптическая ось. Двойное лучепреломление. Поляризующие призмы. Эффект Керра.
6.4.Дисперсия волн. Наблюдение дисперсии на примере световых волн. Электронная теория дисперсии света. Связь дисперсии с поглощением. Закон Бугера.
7. КВАНТОВАЯ ПРИРОДА ИЗЛУЧЕНИЯ
7.1. Тепловое излучение и его характеристики. Законы теплового излучения. Гипоте-
за Планка. Фотоны. Энергия и импульс фотона.
7.2. Внешний фотоэффект. Законы и теория внешнего фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.
7.3. Эффект Комптона. Экспериментальное подтверждение квантовых свойств света.Корпускулярно-волновойдуализм.
8. ЭЛЕМЕНТЫ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ. СТРОЕНИЕ АТОМА.
8.1.Корпускулярно—волновойдуализм. Гипотезаде-Бройля.Свойства волн де Бройля. Дифракция электронов. Волновые свойства микрочастиц. Прохождение частицы через щель. Принцип неопределённости.
8.2.Задание состояния микрочастиц. Волновая функция и её физический смысл Нормировка, стандартные условия. Суперпозиция состояний в квантовой механике. Квантовые уравнения движения (общее уравнение Шрёдингера, уравнение Шрёдингера для стационарных состояний). Частица в одномерной прямоугольной потенциальной яме с бесконечно высокими стенками. Прохождение частицы сквозь потенциальный барьер.
8.3.Строение атома. АтомРезерфорда-Бора.Энергетические уровни. Атом водорода в квантовой механике. Квантовые числа электрона в атоме. Спин электрона. Спин микрочастиц. Фермионы. Бозоны. Принцип Паули. Распределение электронов по энергетическим уровням в атомах. Периодическая система элементов.
9. ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА И ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ 9.1. Атомное ядро. Размер, состав и заряд атомного ядра. Дефект массы и энергия связи
ядра. Спин ядра и его магнитный момент. Ядерные силы. Модели ядра. Радиоактивность. Закономерности α- и β-распадов.Нейтрино.Гамма-излучениеи его свойства. Эффект Мёссбауэра. Ядерные реакции. Сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное взаимодействия. Обменный характер взаимодействий.
4
9.2. Элементарные частицы. Уровни элементарных частиц. Общие свойства элементарных частиц. Взаимопревращения элементарных частиц. Классификация элементарных частиц (лептоны, адроны, кварки). Частицы и античастицы.
Рекомендуемая литература а) основная:
1.Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики: учеб. пособие для вузов. – М.: Академия, 2009, 8-еиздание, стереотипное, 720 с.
2.Трофимова Т.И. Курс физики: учеб. пособие для вузов. – М.: Академия, 2010, 18-еиздание, стереотипное, 560 с.
3.Савельев И.В. Курс физики: учебник. Том 1: Механика. Молекулярная физика. – М.: Лань, 2008, 4-еиздание, стереотипное, 354 с.
4.Савельев И.В. Курс физики: учебник. Том 2: Электричество. Колебания и волны. Волновая оптика. – М.: Лань, 2005, 3-еиздание, стереотипное, 480 с.
5.Савельев И.В. Курс физики: учебник. Том 3: Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц. – М.: Лань, 2008, 3-еиздание, стереотипное, 406 с.
6.Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009, 8-еиздание, переработанное и дополненное, 640 с.
7.Трофимова Т.И. Сборник задач по курсу физики. – М.: Высшая школа, 2008, 4-еиздание, 408 с.
8.Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики. – М.: Профессия, 2010, 3-еиздание, исправленное и дополненное, 328 с.
б) дополнительная:
1.Трофимова Т.И. Краткий курс физики с примерами решения задач: учеб. пособие для вузов. – М.: КноРус, 2011, 2-еиздание, стереотипное, 288 с.
2.Сивухин Д.В. Общий курс физики: учебник. Том 1: Механика. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006, 5-еиздание, стереотипное, 560 с.
3.Сивухин Д.В. Общий курс физики: учебник. Том 2: Термодинамика и молекулярная физика. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006, 5-еиздание, исправленное, 544 с.
4.Сивухин Д.В. Общий курс физики: учебник. Том 3: Электричество. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009, 5-еиздание, стереотипное, 656 с.
5.Сивухин Д.В. Общий курс физики: учебник. Том 4: Оптика. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006, 3-еиздание, стереотипное, 792 с.
6.Сивухин Д.В. Общий курс физики: учебник. Том 5: Атомная и ядерная физика. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006, 3-еиздание, стереотипное, 784 с.
7.Иродов И.Е. Механика. Основные законы: учебник. – М.: Бином. Лаборатория знаний, 2009, 10-еиздание, 312 с.
8.Иродов И.Е. Электромагнетизм. Основные законы: учебник. – М.: Бином. Лаборатория знаний, 2010, 7-еиздание, 320 с.
9.Иродов И.Е. Квантовая физика. Основные законы: учебник. – М.: Бином. Лаборатория знаний, 2010, 3-еиздание, стереотипное, 256 с.
10.Иродов И.Е. Задачи по общей физике. – М.: Бином. Лаборатория знаний, 2007, 8-еизда-
ние, 432 с.
11.Под ред. Лозовского В.Н. Курс физики: учебник. Том 1. – М.: Лань, 2009, 6-еиздание, исправленное и дополненное, 576 с.
12.Под ред. Лозовского В.Н. Курс физики: учебник. Том 2. – М.: Лань, 2009, 6-еиздание, исправленное и дополненное, 608 с.
13.Трофимова Т.И. Сборник задач по курсу физики с решениями. – М.: Высшая школа, 2008, 9-еиздание, стереотипное, 592 с.
5
14.Яворский Б.М., Детлаф А.А., Лебедев А.К. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов. – М.: Оникс. Мир и Образование, 2007, 8-еиздание, переработанное и исправленное, 1056 с.
