Часть 4. оптика, квантовая, атомная и ядерная физика

Геометрическая оптика. Законы отражения и преломления света. Рас­смо­т­ре­ние законов преломления и отражения с позиции принципа Гюйгенса. По­лное от­ра­жение. Ход лучей в линзах. Построение изображений в тонких линзах. Формула тон­кой линзы. Оптическая сила линзы и ее линейное увеличение

Волновые свойства света. Интерференция света. Дифракция света. Поля­ри­зация света. Дисперсия света.

Зарождение квантовой теории. Фотоны. Открытие фотоэффекта. Эне­р­гия и им­пульс фотона. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Эффект Ко­м­птона.

Модели атома Томсона и Резерфорда-Бора. Спектр атома водорода по Бо­ру. Протонно-нейтронная модель ядра. Заряд ядра. Массовое число ядра. Де­фект массы, энергия связи и устойчивость атомных ядер. Радиоактивность. Законы смещения. Закон радиоактивного распада.

Систематика элементарных частиц. Основные свойства элементарных ча­с­тиц. Лептоны и адроны (мезоны, барионы). Типы взаимодействия в природе. Сво­й­ства ядерных сил.

5.2. Примерная тематика лекций(27 лекций).

Часть 1. МЕХАНИКА (9 лекций)

1. Физика. Механика. Механика Ньютона. Свойства пространства и времени в механике Нью­то­на. Основные аб­страктные понятия механики: час­ти­ца, твё­р­дое тело (ТТ), сплошная среда. Система отсчёта. Опи­сание положения ча­с­ти­цы в ко­ор­динатной и векторной форме; связь этих форм. Кине­матика. Траектория. Ура­внения дви­же­ния, перемещение, скорость и ус­корение частицы в коор­ди­на­т­ной и векторной фо­р­ме; связь этих форм.

2. Частные случаи движения частицы. Движение брошенного тела. По­сту­па­те­ль­ное движение и вра­ще­ние ТТ во­­к­­руг непо­д­ви­ж­ной оси. Относите­ль­ность движения. Абсолютное, пе­ре­но­с­ное, от­но­си­те­ль­ное движение. Теорема сло­же­ния скоростей для пос­ту­па­те­ль­ного переносного движения.

3. Динамика. Инертная масса. Им­пульс частицы. Сила. Три за­ко­на Нью­тона. Равнодействующая сил. Ине­р­ци­­а­ль­­ная (ИСО) и неине­р­ци­­а­ль­­ная (НСО) система отсчёта. Принцип от­но­си­те­ль­но­сти Галилея. Две задачи динамики; примеры их решения. Силы в механике: гравитационная и упругости. Силы трения. Момент силы (вращающий момент).

4. Тео­ре­ма об изменении импульса частицы. Механи­чес­кая система (МС). Им­пульс МС. Центр масс МС. Те­орема об изме­не­нии им­пу­ль­са МС и ТТ. Теорема о дви­жении центра масс. Закон сохранения импульса МС.

5. Механическая работа и мо­щ­ность. Ки­не­ти­­­че­с­кая энергия частицы и МС; те­о­рема об изменении кине­ти­чес­кой энер­гии частицы, МС и ТТ. Потен­ци­а­ль­ная энергия; консервативные и диссипативные си­лы.

6. По­­тен­ци­а­ль­ная эне­р­гия упругого и гравитационного взаимодействий. Общие свойства потенциальной энергии. Ко­н­­сер­ва­ти­в­ная МС. По­л­ная механическая энергия ПМЭ. Закон сохранения и тео­ре­­ма об из­менении ПМЭ. Энергия. Закон сохранения энер­гии.

7. Основные понятия теории колебаний и волн. Механические ко­ле­­бания. Пружинный маятник; его энергия.

8. Волна. Механическая волна. Эне­р­гия волны; вектор Умова. Ура­вне­ния плоской и сферической волн. Элементы акустики. Затухание волн; закон Бугера.

9. Дисперсия волн. Интерфе­ре­нция волн; сто­ячие волны. Дифракция волн; принцип Гюйгенса. Стоячие волны. Дифракция волн; принцип Гюйгенса.

Часть 2. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА (5 лекций)

10. Основные положения молекулярно-кинетической теории (МКТ) и их опытное обо­снование. Идеальный газ. Основное уравнение МКТ иде­ального газа.

11. Статистический смысл абсолютной температуры. Уравнение Клапейрона-Менде­ле­ева. Изопроцессы. Экспериментальное доказательство справедливости основного урав­не­ния МКТ.

12. Предмет и метод термодинамики. Внутренняя энергия с точки зрения МКТ. Работа в термодинамике. Количество теп­ло­ты. Тепло­ём­кость вещества.

13. Первое начало термодинамики и применение его к различным про­­цес­сам, протекающим в газах. Уравнение теплового баланса.

14. Фазовые превращения. Энергетическое опи­сание фазовых превращений на диаграмме фазовых пе­ре­хо­дов.

Часть 3. ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ (8 лекций).

15. Электрический заряд. Модели распределения за­ряда. Закон Кулона. Теории да­льно- и близкодействия. Электрическое по­ле. Нап­ря­­­жён­ность электрического поля, силовые линии. По­ле точечного заряда. При­­нцип суперпозиции. Поле диполя, равномерно заряженных плоскости и двух параллельных плоскостей.

16. Потенциал. Потенциал поля точечного заряда, системы зарядов. Эквипотенциальные поверхности. Связь напряжённости и потенциала. Работа в электростатическом поле. Его потенциальность.

17. Электрическое поле в диэлектрике: поляризация и две модели строения диэлектрика. Смысл диэле­ктри­че­с­кой проницаемости. Свойства заряженного проводника в электростатике. Проводник в электростатическом поле. Электрическая ёмкость проводника. Конденсаторы. Соединение конде­­нсаторов. Эне­р­­гия заряженного тела и электрического поля

18. Электрический ток. Сила и плотность тока. Электрическое сопротивле­ние. За­кон Ома для металлического проводника Сторонние силы и ЭДС. Законы Ома и Джоуля-Ленца. Работа и мощность постоянного тока.

19. Магнитное поле, его описание. Закон Ампера. Поведение кругового тока в магнитном поле. Магнитный момент витка с током. Сила Лоренца. Движение заряда в магнитном поле. Закон Био-Са­вара. Поле кругового и прямого тока, соленоида, Земли.

20. Магнитное поле в веществе. Опыты Фарадея. Явление электромагнитной индукции. Закон электромагни­т­ной индукции. Правило Ленца. Два механизма появления индукционного тока. Явление самоиндукции. Ин­ду­­ктивность соленоида. Явление взаимо­ин­ду­к­ции; трансформатор. Энергия магнитного поля

21. Получение переменной ЭДС. Квазистационарный ток: резистор, индуктивность и ёмкость в цепи такого тока. Закон Ома для переменного тока. Резонанс напряжений. Работа и мо­щ­ность в цепи переменного тока. Де­йствующее значение переменного тока

22. Собственные колебания последовательного электрического ко­ле­ба­те­льного контура. Ток смещения. Электромагнитные волны. Шкала электромагнитных волн.

Часть 4. ОПТИКА, КВАНТОВАЯ, АТОМНАЯ И ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА (5 лекций)

23. Геометрическая оптика. Законы отражения и преломления света. Принцип Гюйгенса. По­лное от­ра­жение. Построение изображений в тонких линзах. Формула тон­кой линзы. Оптическая сила линзы и ее линейное увеличение.

24. Волновые свойства света. Интерференция света. Дифракция света. Поля­ри­зация света. Дисперсия света.

25. Зарождение квантовой теории. Фотоны. Открытие фотоэффекта. Эне­р­гия и им­пульс фотона. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Эффект Ко­м­птона.

26. Модели атома Томсона и Резерфорда-Бора. Спектр атома водорода по Бо­ру. Протонно-нейтронная модель ядра. Заряд ядра. Массовое число ядра. Де­фект массы, энергия связи и устойчивость атомных ядер.

27. Радиоактивность. Законы смещения. Закон радиоактивного рас­пада. Систематика элементарных частиц. Основные свойства элемен­та­р­ных ча­с­тиц. Лептоны и адроны (мезоны, барионы). Типы взаи­мо­дей­ст­вия в природе. Сво­й­­ства ядерных сил.

5.3. Тематика практических занятий и задания для самостоятельной работы к ним(27 занятий).

Каждое занятие занимает 2 часа и требует самостоятельной работы в объёме 1,5 часов. Время самостоятельной работы тратится на подготовку (письменное раскрытие в тетради) списков понятий, используемых на занятии, и письменное решение домашнего задания. Перед контрольной работой следует проработать списки понятий, решение аудиторных и домашних заданий по всем темам контрольной работы.

Для задолжников по практическим занятиям (спискам понятий или решению домашних заданий) могут предлагаться добавочные задачи. Используемый задачник: Рымкевич А.П. «Сборник задач по физике» (ниже обозначен буквой «Р»). М., «Дрофа»., 2006.

Часть 1. МЕХАНИКА (8 занятий).

Занятие 1. Основные понятия кинематики частицы и твёрдого тела (ТТ).

Материя. Физика. Фундаментальные понятия. Материальная точка (ча­­­с­ти­ца); твёр­дое тело (ТТ). Микро- и макротела. Механика. Механика Нью­тона (классическая механика). Свойства про­странства и времени в механике Ньютона. Си­с­те­ма отс­чёта.

Кинематика. Траектория. Прямолинейное, круговое, пло­ское и кри­во­линейное дви­же­ния частицы. Векторный, координатный и ес­те­ст­венный способы опи­сания по­ложения частицы в пространстве. Урав­не­ния её движения в этих трёх формах. Указать смысл всех обозначений в форму­лах. (Внимание! ЭТО НАДО БУДЕТ СДЕЛАТЬ ВО ВСЕХ ФОР­МУ­­ЛАХ ВСЕХ СПИ­­С­КОВ, ХОТЯ УПО­МИНАТЬСЯ БОЛЬШЕ НЕ БУ­ДЕТ!)

Вектора перемещения, средней скорости, мгновенной скорости и ус­ко­рения. Пе­ре­мещение, скорость и ускорение в координатной форме. Мо­­дуль и направление векторов пе­ре­мещения, средней и мгновенной ско­рости, ускорения; их смысл. Связь векторной и координатной форм.

Перемещение и скорость в естественной форме; нап­ра­в­ле­­­ние вектора ско­рости; смысл вектора t°. Ускорение в естественной форме; смысл ве­­ктора n°; нормаль­ная и тангенциальная составляющие ве­к­тора уско­ре­ния, их направление, смысл. Полное ускорение; его направление, мо­дуль. Равномерное, равнопеременное и произвольное движения. По­сту­па­те­ль­ное движение ТТ.

По ходу раскрытия списка или в его конце указать единицы всех вво­ди­мых величин. (ВНИ­МА­НИЕ! Это надо будет сделать для ВСЕХ по­нятий ВСЕХ спи­с­ков, хо­тя упоминаться больше не будет!).

Домашнее задание 1.

1. Движущийся равномерно автомобиль на повороте описал половину окружности. На чертеже показать пути и перемещения автомобиля за всё это время и за треть его. Во сколько раз пути, пройден­ные автомобилем за ука­занные отрезки времени, больше модулей соответствующих векторов перемещений? (в p/2 и в p /3 раз)

2. Точка движется так, что х = 4sin(pt/2), у = 3sin(pt/2), где х, у - в ме­т­рах, t - в секундах. Найти: уравнение тра­е­ктории; величину и напра­в­ле­ние скорости и ус­ко­ре­ния точки при t = 2 с; характер и закон движения по тра­е­ктории. Ответ: прямая y = 3x/4 ; v = 5p/2 м/с, cos(v^ i) = -0.8, cos(v^ j)= -0.6; w = 0: равномерное, где s = 5p t /2.

3. Что известно о характере движения и траектории частицы, если w_t =const>0, w_n = const? (доказать, что равноускоренное по раскруч­ива­ю­щейся спи­рали)

Добавочные задачи для задолжников по практике: Р. 17, 25.

Занятие 2. Равномерное вращение ТТ вокруг непо­д­ви­ж­ной оси.