ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ: ЭКЗАМЕН 1Механика, колебания и волны.
Предмет физики. Физика и геология, геофизика, экология. Механика. Материальная точка. Свойства пространства и времени. Физические измерения. Размерность. Системы единиц. Скалярные и векторные величины. Умножение вектора на скаляр. Произведение векторов. Двойные произведения.
Кинематика материальной точки. Системы отсчёта. Системы координат. Движение в механике. Перемещение. Траектория, путь. Скорость. Ускорение. Равнопеременное поступательное движение. Криволинейное движение. Нормальное и тангенциальное ускорения. Угловая скорость, угловое ускорение.
Инерциальные системы отсчёта. Принцип инерции, принципы относительности. Первый закон Ньютона. Сила. Основные силы в классической механике.
Второй закон Ньютона. Масса. Импульс. Третий закон Ньютона. Закон сохранения импульса.
Законы Кеплера. Закон всемирного тяготения. Гравитационные силы. Гравитационная и инертная массы, их эквивалентность.
Гравитационное поле Земли. Сила тяжести. Вес. Невесомость. Космические скорости.
Геоид. Потенциал гравитационного поля. Аномалии ускорения силы тяжести. Принципы гравиразведки.
Упругие силы. Деформации, предел упругости. Растяжение, сжатие, сдвиг. Закон Гука. Модули Юнга и сдвига.
Силы трения покоя, скольжения и качения. Движение жидкости. Уравнение Бернулли. Вязкое трение; вязкость. Закон Стокса. Число Рейнольдса.
Неинерциальные системы отсчёта. Силы инерции. Перегрузки. Центробежная сила инерции. Зависимость веса тела от широты местности. Сила Кориолиса.
Движение тела с переменной массой. Реактивное движение; уравнение Мещерского; формула Циолковского.
Работа силы. Мощность. Энергия. Закон сохранения и превращения энергии. Кинетическая и потенциальная энергии. Консервативная система. Энергия сжатой или растянутой пружины.
Центральный удар. Упругое и неупругое соударения двух тел. Центр масс системы материальных точек. Абсолютно твёрдое тело. Поступательное, вращательное и плоское движения. Вращательное движение абсолютно твёрдого тела вокруг неподвижной оси. Момент инерции. Момент импульса. Момент силы.
Колебания. Смещение и амплитуда. Период и частота. Фаза колебания. Периодические и гармонические колебания. Линейный осциллятор и его дифференциальное уравнение. Сложение гармонических колебаний.
Математический и физический маятники. Собственные колебания. Затухающие колебания. Вынужденные колебания. Энергия гармонического колебания. Резонанс.
Волны. Фазовая и групповая скорости волн. Продольные и поперечные волны. Принцип Гюйгенса. Поляризация волн. Волновое уравнение. Интерференция волн. Стоячие волны. Энергия волны. Звуковые волны.
Эффект Доплера. Принципы локации. Теория «Большого взрыва» и происхождение Вселенной. Сейсмичность Земли. Сейсмология. Принципы сейсморазведки. Вибрации.
Молекулярная физика и термодинамика.
Молекулы, атомы и их массы. Атомная единица массы. Моль и число Авогадро. Агрегатные состояния вещества. Тепловое движение молекул. Параметры термодинамического состояния. Идеальный газ. Давление, объём. Уравнение состояния. Равновесное и неравновесное состояния.
Температура, нулевое начало термодинамики. Экспериментальные газовые законы. Уравнение Менделеева-Клапейрона. Степени свободы.
Термодинамические процессы; графическое изображение процессов. Направленные процессы. Примеры термодинамических процессов.
Внутренняя энергия. Циклические процессы. Работа и теплота; первое начало термодинамики.
Теплоёмкость идеального газа; закон Джоуля; физический смысл универсальной газовой постоянной; формула Майера; энтальпия термодинамической системы. Молекулярно-кинетический смысл теплоёмкости CV; теплоёмкости одноатомных и многоатомных газов. Отношение теплоёмкостей.
Адиабатический процесс; уравнение Пуассона. Политропический процесс. Обратимые и необратимые термодинамические процессы. Тепловые машины. Цикл Карно. Приведённая теплота; теорема Клаузиуса для обратимого и необратимого круговых процессов.
Энтропия. Энтропия в обратимых и необратимых адиабатических процессах. Второе начало термодинамики.
Закон возрастания энтропии. Статистический смысл энтропии. Границы применимости второго начала термодинамики, «Тепловая смерть» Вселенной. Третье начало термодинамики (Теорема Нернста).
Распределение молекул идеального газа по скоростям при тепловом движении в замкнутой системе (распределение Максвелла). Средняя, среднеквадратичная и наиболее вероятная скорости молекул, и их связь с температурой. Экспериментальные проверки распределения Максвелла.
Распределение частиц по объёму в замкнутой системе и в силовом поле. Барометрическая формула. Распределение частиц по энергиям (распределение Больцмана).
Явления переноса; длина свободного пробега. Теплопроводность. Внутреннее трение (вязкость). Диффузия. Общее уравнение для явлений переноса в идеальном газе. Вакуум; ультраразреженные газы. Число Кнудсена.
Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы Ван-дер-Ваальса. Критическое состояние газа. Внутренняя энергия реального газа. Расширение реального газа в вакуум в адиабатических условиях.
Эффект Джоуля-Томсона. Сжижение газов. Общие свойства и строение жидкостей; тепловое движение и явления переноса в жидкостях. Внутреннее трение. Поверхностные свойства жидкостей. Давление над изогнутой поверхностью. Явления на границе жидкости и твёрдого тела. Капиллярные явления.
Твёрдые тела. Аморфные тела. Поли- и монокристаллы. Типы кристаллических решёток. Дефекты в кристаллах. Теплоёмкость кристаллических тел. Закон Дюлонга и Пти. Плавление и кристаллизация. Диаграммы состояния; тройная точка.
ЭКЗАМЕН 2 Электричество.
Электромагнитные взаимодействия, электростатика. Электрические заряды. Закон сохранения зарядов. Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона. Единицы измерения заряда.
Электрическое поле. Вектор напряжённости электрического поля. Плотности зарядов. Линии напряжённости электрического поля и их свойства. Принцип суперпозиции электростатических полей; электрический диполь.
Вектор электростатической индукции. Поток индукции. Теорема Гаусса.
Примеры использования теоремы Гаусса.
Скалярный потенциал; работа сил электростатического поля. Разность потенциалов, абсолютный электрометр. Связь потенциала с напряжённостью. Потенциал в простейших электрических полях.
Классические модели диэлектрика и проводника. Опытная проверка электронного характера проводимости металлов. Электроёмкость проводника. Конденсаторы. Ёмкость простых конденсаторов. Размерность абсолютной диэлектрической проницаемости в СИ. Энергия заряженного конденсатора. Соединения конденсаторов. Энергия электрического поля.
Дипольный момент молекулы. Полярные и неполярные молекулы. Вектор электрической поляризации. Диэлектрические восприимчивость и проницаемость.
Кристаллические диэлектрики. Изотропный и анизотропный диэлектрики. Сегнетоэлектрики. Пьезоэлектрики.
Электрический ток. Сила и плотность тока. Закон Ома. Опыты Мандельштама и Папалекси. Удельное электрическое сопротивление и проводимость.
Закон Ома в дифференциальной форме. Закон Джоуля-Ленца. ЭДС. Сторонние источники ЭДС и внутреннее сопротивление источника ЭДС. Законы Ома и Джоуля-Ленца для замкнутой цепи.
Электрический ток в электролитах. Электролиз. Законы Фарадея.
Электрический ток в газах: самостоятельный, несамостоятельный и искровой разряды. Электрический ток в вакууме. Закон Богуславского-Ленгмюра (закон трёх вторых). Электровакуумные приборы. Явления на границе металл-вакуум. Диод. Триод. Вольтамперные характеристики.
Правила Кирхгофа для разветвлённых цепей. Компенсационный метод измерения ЭДС.
Магнетизм, электромагнитные явления, оптика и квантовая физика.
Магнетизм. Магнитное поле. Магнитное взаимодействие токов. Магнитная постоянная. Напряжённость магнитного поля. Закон Био-Савара-Лапласа. Силовые линии магнитного поля. Вихревой характер магнитного поля. Магнитный момент кольцевого тока.
Работа сил магнитного поля. Работа при перемещении замкнутых постоянных токов в магнитном поле.
Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях. Сила Лоренца. Экспериментальное определение заряда и массы электрона. Фокусировка электронных пучков. Масс-спектрограф.
Электромагнитная индукция. Закон Ленца. Самоиндукция и взаимная индукция. Энергия магнитного поля.
Гипотеза Ампера о магнетизме. Магнитная проницаемость вещества. Силы и момент сил, действующие на рамку с током в магнитном поле.
Диамагнетики. Парамагнетики. Ферромагнетики. Точка Кюри. Частотные методы зондирования земной коры.
Переменный ток. Законы переменного тока. Мощность переменного тока. Скин-эффект. Токи смещения. Трансформатор.
Взаимные превращения электрических и магнитных полей. Теория Максвелла. Электромагнитные колебания в контуре. Вибратор Герца. Электромагнитные волны. Шкала электромагнитных колебаний.
Основы радио. Техническое использование магнитного потока. Генераторы. Альтернативные источники электрической энергии. Электрические двигатели. Электродинамические сейсмографы.
Затруднения классической электронной теории. Статистика Ферми-Дирака. Уровни энергии электронов для одиночного атома и системы атомов. Граница Ферми. Средняя энергия электронов и объяснение аномалии теплоёмкости. Полупроводниковые диоды, транзисторы.
Явления на границе двух металлов. Внутренняя и внешняя контактные разности потенциалов. Термоэлектричество и его применение. Явления Пельтье и Томпсона.
Магнитосфера. Полярные сияния. Естественное электромагнитное поле Земли. Электромагнитное загрязнение окружающей среды. Магниторазведка.
Основные понятия оптики. Плоские линейно поляризованные электромагнитные волны в однородном изотропном безграничном диэлектрике. Оптический диапазон частот. Отражение и преломление света на границе двух диэлектриков. Законы Снелля. Полное внутреннее отражение света. Дисперсия света нормальная и аномальная. Групповая скорость света.
Оптическая призма. Монохроматор. Простейший спектрофотометр. Поглощение света. Закон Бугера-Ламберта-Бера. Рассеяние света. Закон Рэлея.
Волновые свойства света. Интерференция света. Когерентность источников света. Образование интерференционной картины для двух одинаково поляризованных волн.
Опыт Юнга. Бипризма Френеля. Интерференция при отражении от тонкой пластины. Полосы равной толщины и равного наклона. Кольца Ньютона. Цвета тонких плёнок.
Интенсивность света. Поляризация света. Поляризация света при отражении; угол Брюстера. Двойное лучепреломление. Обыкновенный и необыкновенный лучи. Оптическая ось кристалла. Одноосные кристаллы. Главная плоскость. Поляроиды. Закон Малюса.
Построение Гюйгенса для одноосных кристаллов. Пластинки 1/4 и 1/2 волны. Оптическая активность. Искусственное двойное лучепреломление. Ячейка Керра.
Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция сферических волн на круглых экране и отверстии. Зоны Френеля.
Дифракция Фраунгофера в параллельных лучах. Дифракционная решётка. Спектрофотометр.
Тепловое излучение. Излучательная и поглощательная способности. Равновесное излучение. Абсолютно чёрное тело. Закон излучения Рэлея-Джинса. Ультрафиолетовая катастрофа. Формула Планка. Законы Стефана-Больцмана и Вина.
Фотоэффект. Опыты Столетова. Формула Эйнштейна. Вольтамперная характеристика. Красная граница фотоэффекта. Вторичная электронная эмиссия.
Давление света. Опыты Лебедева. Фотохимические явления. Природный фотосинтез. Фотография. Люминесценция. Спектрофлуориметр.
Физика рентгеновского излучения. Тормозное и характеристическое излучения. Спектроскопия рентгеновских лучей. Закон Мозли. Дифракция рентгеновских лучей. Условие Брэгга-Вульфа. Рентгеноструктурный анализ. Эффект Комптона.
Атомная и ядерная физика.
Атомные единицы. Модель атома Томсона. Опыты Резерфорда и классическая планетарная модель атома. Затруднения классической модели. Постулаты Бора. Опыт Франка-Герца. Атом Бора-Зоммерфельда.
Магнетон Бора. Спектры излучения водородоподобных атомов. Излучение и поглощение энергии атомом. Опыт Штерна-Герлаха. Спин электрона.
Корпускулярно-волновой дуализм материи. Дифракция электронов. Принцип неопределённости Гейзенберга. Волновые функции. Квантовые числа и Принцип Паули.
Электронные оболочки атома и периодическая система элементов Менделеева.
Открытие нейтрона. Общая характеристика атомного ядра; изотопы и изобары. Химические символы элементов. Дефект массы; энергия связи. Модели ядра.
Радиоактивность; альфа-, бета-, гамма-излучения. Основные виды радиоактивного распада. Взаимодействие радиоактивных излучений с окружающей средой; образование и аннигиляция электронно-позитронных пар; частицы и античастицы.
Принципы обнаружения ионизирующих излучений. Газовые ионизационные методы регистрации: ионизационная камера, пропорциональный счётчик и счётчик Гейгера-Мюллера. Сцинтилляционные детекторы ионизирующего излучения. Авторадиография и метод толстослойных фотоэмульсий. Камера Вильсона и пузырьковая камера.
Основные характеристики некоторых элементарных частиц. Космическое излучение.
Ядерные реакции; закон сохранения в ядерных реакциях. Механизм ядерной реакции (модель составного ядра). Характеристики интенсивности протекания ядерной реакции. Реакции деления. Реакции синтеза (термоядерные реакции).
Реакции деления ядер урана. Цепная реакция. Ядерное топливо. Ядерный и термоядерный взрывы.
Атомная энергетика. Ядерная геофизика. Радиоэкология. Радиобиология.
Составитель программы - доцент физического факультета СПбГУ к.ф.-м.н. А.В. Бармасов. Программа утверждена на заседании Кафедры общей физики 2 20 марта 2000 г.
|
