Материально-техническое обеспечение учебного процесса.

Используется типовая учебная аудитория на 1 группу с доской и мелом, фонды библиотеки и точки доступа в Интернет.

8. Вопросы и задания к экзамену.

Экзамен включает теоретический вопрос и практическое задание. При ответе на теоретический вопрос студент должен показать знание основных понятий, принципов и законов школьного курса физики. При раскрытии практического задания студент должен показать умение решать типовые учебные задачи школьной программы по физике, грамотно использовать физическую лексику и понятийный аппарат.

8.1. Теоретические вопросы.

Часть 1. МЕХАНИКА

1. Физика. Механика. Механика Ньютона. Свойства пространства и времени в механике Нью­то­на (классической ме­ханике). Основные аб­страктные понятия механики: час­ти­ца, твё­р­дое тело (ТТ), система отсчёта. Опи­сание положения ча­стицы в ко­ор­динатной и векторной форме; связь этих форм

2. Кине­матика. Траектория. Ура­внения дви­же­ния, перемещение, скорость и ус­корение частицы в коор­ди­на­т­ной и векторной фо­р­ме; связь этих форм.

3. Описание движения в естественной форме. Равномерное, равно­пе­ремен­­ное и произвольное движения.

4. Движение брошенного тела. По­сту­па­те­ль­ное движение и вра­ще­ние ТТ во­­круг непо­д­ви­ж­ной оси. Относите­ль­ность движения. Абсолютное, пе­ре­но­с­ное, от­но­сительное движение. Теорема сло­же­ния скоростей в случае пос­ту­па­те­ль­ного переносного движения.

5. Динамика. Инертность тела. Инертная масса. Им­пульс частицы. Сила. Три за­ко­на Нью­тона; две формы записи второго закона. Равнодействующая сил. Ине­р­ци­­а­ль­­ная (ИСО) и неине­р­ци­­а­ль­­ная (НСО) система отсчёта. Принцип от­но­си­те­ль­но­сти Галилея. Две задачи динамики.

6. Силы в механике. Момент силы (вращающий момент).

7. Тео­ре­ма об изменении импульса частицы. Система частиц (механи­­­чес­кая система МС). Им­пульс МС. Центр масс МС. Те­орема об изме­не­нии им­пу­ль­са МС. Теорема о движении центра масс. Закон сохранения импульса.

8. Механическая работа и мощность. Механическая энергия. Ки­не­­ти­­­че­с­кая энергия частицы, МС и ТТ; те­о­ремы об изменении кинетической энер­гии. По­­тен­ци­альная эне­р­гия упругого взаимодействия.

9. Потенциальная энергия гравитационного взаимодействия. Общие свойства потенциальной энергии. Консервативные и диссипативные си­лы. Кон­сер­ва­ти­в­ная МС. Полная механическая энергия (ПМЭ). Тео­ре­­мы об изменении ПМЭ Закон сохранения энергии.

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

11. Волна. Механическая волна. Эне­р­гия волны; вектор Умова. Ура­вне­ния плоской и сферической волн. Элементы акустики.

12. Затухание волн; закон Бугера. Дисперсия волн. Интерфе­ре­нция волн; когерентность источников.

13. Сто­ячие волны. Дифракция волн; принцип Гюйгенса.

Часть 2. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА

14. Основные положения молекулярно-кинетической теории (МКТ) и их опытное обо­снование.

15. Идеальный газ. Основное уравнение МКТ идеального газа. Абсолютная температура и её статистический смысл.

16. Уравнение состояния идеального газа (уравнение Клапейрона-Менде­ле­ева). Универсальная газовая постоянная. Изотермический, изохорический и изобарический процессы.

17. Экспериментальное доказательство справедливости основного урав­не­ния МКТ.

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

19. Первое начало термодинамики и применение его к различным про­цес­сам, протекающим в газах.

20. Уравнение теплового баланса. Фазовые превращения. Энергетическое опи­сание фазовых превращений на примере диаграммы фазовых пе­ре­хо­дов.

Часть 3. ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ.

21. Электрический заряд и его основные свойства. Модели распределения за­ряда. Закон Кулона. Теории да­льно- и близкодействия. Электрическое по­ле, его свойства. Нап­ря­­­жён­ность электрического поля, силовые линии.По­ле точечного заряда. При­­нцип суперпозиции. Поле диполя.

22. Поле заряженной плоскости и двух параллельных пло­ско­с­тей. Потенциал. Потенциал поля одного и нескольких точечных за­ря­дов. Эквипотенциальные поверхности. Связь напряжё­н­ности и потенциала. Работа электрического поля. Его потенциальность.

23. Диполь в электрическом поле. Электрическое поле в диэлектрике: поляризация и две модели строения диэлектрика. Смысл диэле­ктри­че­с­кой проницаемости. Расчёт некоторых электрических полей в прису­тс­твии диэлектриков.

24. Свойства заряженного проводника в электростатике. Проводник в электрическом поле. Электрическая ёмкость проводника.

25. Конденсаторы. Соединение конде­­нсаторов. Эне­р­­гия заряженного тела. Энергия электрического поля.

26. Электрический ток. Сила и плотность тока. Электрическое сопротивле­ние. Закон Ома для металлического проводника.

27. Сторонние силы и ЭДС. Закон Ома для участка цепи с ЭДС и для замк­ну­той цепи. Закон Джоуля-Ленца. Работа и мощность постоянного тока.

28. Магнитное поле, его описание. Закон Ампера. Поведение кругового тока в магнитном поле. Магнитный момент витка с током.

29. Сила Лоренца. Движение заряда в однородном магнитном поле. Закон Био-Савара. Поле кругового тока. .

30. Магнитное поле прямого тока, соленоида, Земли. Магнитное поле в веществе.

31. Опыты Фарадея. Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея. Правило Ленца. Механизм создания индукционного тока.

32. Явление самоиндукции. Индуктивность. Ин­ду­­ктивность соленоида. Явление взаимо­ин­ду­к­ции; трансформатор. Энергия магнитного поля.

33. Получение переменной ЭДС. Квазистационарный пе­ре­мен­ный ток: сопротивление, индуктивность и ёмкость в цепи такого тока. Метод векторных диаграмм.

34. Закон Ома для переменного тока. Резонанс напряжений. Работа и мо­щ­ность в цепи переменного тока. Де­йствующие значение переменного тока и напряжения.

35. Собственные колебания последовательного электрического ко­ле­ба­те­льного контура. Упругие волны. Ток смещения. Электромагнитные волны.

Часть 4. ОПТИКА, КВАНТОВАЯ, АТОМНАЯ И ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА

36. Геометрическая оптика. Законы отражения и преломления света. Рас­смо­т­ре­ние законов преломления и отражения с позиции принципа Гюйгенса. По­лное от­ра­жение.

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

38. Ход лучей в линзах. Построение изображений в тонких линзах. Формула тон­кой линзы. Оптическая сила линзы и ее линейное увеличение.

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

40. Модели атома Томсона и Резерфорда-Бора. Спектр атома водорода по Бо­ру.

41. Протонно-нейтронная модель ядра. Заряд и массовое число ядра. Де­фект массы, энергия связи и устойчивость атомных ядер.

8.2. Практические задания.

Часть 1. МЕХАНИКА

1. По координатам начала и конца вектора, заданным пре­по­да­ва­телем (это подразумевается ниже везде, где условия не указаны явно), найти длину и на­п­равление вектора, а также его проекции на координатные оси. Сложить не­с­ко­ль­ко векторов; разложить вектор на составляющие; найти проекции вектора на оси или плоскость.

2. По уравнениям движения точки в координатной форме, определить все воз­мо­жные параметры её движения.

3. По заданным траектории и уравнению движения точки в естес­т­ве­н­ной форме найти все возможные параметры движения.

4. Определить характер движения твёрдого тела (ТТ) и кинематически описать движение одной из его точек.

5. Указав абсолютное, переносное и относительное движения; при­ме­нить те­о­ре­му сложения скоростей.

6. Решить основную задачу механики для частицы известной массы.

7. Указать си­лы в 3-м законе Ньютона для тела, падающего на Землю, и для тела, лежащего на Земле.

8. Решить обратную задачу механики.

9. В опыте оценить коэффициент сухого трения скольжения.

10. В опыте оценить коэффициент упругости.

11. Применить теорему об изменении импульса частицы или ТТ.

12. Применить закон сохранения импульса.

12. Найти положение центра масс меха­нической системы (МС) или ТТ.

13. Применить теорему о движении центра масс МС или ТТ.

14. Применить теорему об изменении кинетической энергии или ПМЭ.

15. Применить закон сохранения ПМЭ.

16. По уравнению гармонического колебания построить его график. Ре­шить об­ра­тную задачу.

17. Для шарика массой 10 г на пружине с коэффициентом жёс­ткости 4 Н/м найти период продольных свободных колебаний при малом трении. Выбрав способ возбуждения и разумную амплитуду ко­ле­ба­ний, записать уравнение свободных колебаний. Найти полную механическую эне­ргию коле­­­баний шарика; пружину считать при этом невесомой.

18. Средний радиус R = 2 cм упругой сферы в воздухе периодически меняется по гармоническому за­кону с малой амплитудой А = 0,1 см и частотой n = 2 Гц. Учи­­тывая только изменение амплитуды из-за расширения фронта волоны, показать путь оце­нки ам­плитуды колебаний в 10 см от центра сферы. Записать ура­в­не­ние сферической упругой во­л­ны в во­з­­духе, пре­небрегая затуханием из-за поглощения её энергии. Недостающие данные взять в справочниках.

Часть 2. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА

1. Объяснить исчезновение дыма в воздухе (явление, выражаемое словами «Дым тает в воздухе»)

2. При ремонте дороги асфальт разогревают. Почему запах ра­зо­гре­того асфальта ощущается издалека?

3. Почему в горячей воде сахар растворяется скорее, чем в холод­ной?

4. Сливки на молоке быстрее отстаиваются в холодном помеще­нии. Почему?

5. Для точных измерений в технике употребляются стальные бру­ски, назы­ва­емые «плитками Иогансона». Прижатые друг к другу, эти пли­тки держатся вместе очень прочно. Почему?

6. Для чего при складировании полированных стекол между ними про­кла­ды­ва­ют бумажные ленты?

7. Когда лёд может быть нагревателем?

8. Если пить чай из алюминиевой кружки, он обжигает губы, а если тот же чай пить из фарфоровой чашки, не обжигает. Почему?

9. Почему холодный металл на ощупь кажется холоднее дерева той же температуры (а горячий, наоборот, горячее)? При какой температуре и металл и дерево будут казаться на ощупь одинаково нагретыми?

10. Опытные хозяйки, прежде чем наливать в стакан крутой ки­пя­ток, опускают в стакан чайную ложку. Почему?

11. Почему пушинка над горящей свечой быстро поднимается вверх?

12. Человек не чувствует прохлады на воздухе при температуре 20°С, а в во­де быстрпо начинает зябнуть при 25°С. Почему?

13. Когда быстрее остынет чайник с кипятком – когда чайник поставлен на лёд или когда лёд положен на крышку чайника?

14. Почему свёрла, пилы и т.п. нагреваются при работе с ними?

15. После сильного шторма вода в море становится теплее. Поче­му?

16. Тёплый воздух поднимается кверху. Почему же в тропосфере внизу теп­лее, чем вверху?

17. Почему от горящих поленьев с треском отскакивают искры?

18. Почему проколотый мячик не отскакивает при ударе им о пол?

19. Почему трудно наполнить бутылку жидкостью, если носик воронки плотно прижат к стенкам горлышка бутылки?

20. Иногда из бутылки, наполненной газированной водой, вылетает пробка, если бутылка посталена в теплое место. Почему?

21. Баллоны электрических ламп накаливания заполняют азотом при ни­зкой температуре и давлении. Почему заполнение производят при таких условиях?

22. Почему нагревается велосипедный насос при накачивании им воз­духа в ши­ну?

23. Почему сильный дождь охлаждает воздух?

24. После дождя: почему испаряется вода в лужах? Вчера целый день моросил дождь. Около подъезда образо­валась большая лу­жа, через которую Коля ловко перепрыги­вал. А сегодня бы­ло тепло и без­вет­ре­н­но, но ... лужа стала ма­ленькой. Коля расс­уждал: почему вода в луже постоянно испаряет­ся, хотя она имеет температуры окружающего воздуха? На уроке физики учили, что переход тепла от одного тела к дру­гому происходит только в том случае, если между ними существует разность температур t₂ — t₁.­А для испаре­ния воды мас­сой m из лужи необходимо количество теплоты Q = сm(t₂ — t₁), которое вода из окружающего пространства получить не мо­жет, так как температуры лужи и воздуха одинаковы: t₂ = t₁,. Как же происходит испарение воды из лужи?

25. Осенью на зиму ставят двойные рамы, заклеивают окна. Коля по­думал, что надо сразу при строительстве делать побольше про­межутки между рамами. Воздух - плохой проводник тепла. По­этому, может быть, было бы лучше, если бы рас­стояния между рамами сразу увеличивать, тогда слой воздуха будет толще, и будет теплее. Почему же этого никто не делает на практике?

26. Коля увидел, как сосед по даче для утепления са­дового домика на зи­му на­сыпал между его двойными стенками опилки и стружки. Зачем он это де­лал? Ведь воздуха между стенками стало меньше, а воздух - плохой провод­ник теп­ла?

27. Почему на Земле пыль долго удерживается над ее поверхностью, а на Луне она быстро оседает, несмотря на то, что сила тяжести на Луне меньше, чем на Земле?

28. В ветреный день нам становится теплее, если мы «спрячем­ся» от ветра. А одинаковы ли показания термометра на ветру и «за углом»? Коля решил проверить это на опыте. Он взял вентилятор и тер­мометр, а также лист фанеры. Сначала включил вентилятор и подставил руку в струю воздуха перед листом фа­не­ры и затем — сзади. Руке за фанерой было теплее.Потом подста­вил вместо руки термометр. Что он показал?

Часть 3. ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ.

1. Для системы неподвижных точечных зарядов (или заряженного тела и точечного заряда) в вакууме с учётом принципа суперпозиции при­менить за­кон Кулона.

2. Для системы зарядов (заряженного тела) найти напряжён­ность или потенциал электри­че­с­ко­го поля в заданной точке вакуума.

3. Дано электрическое поле с потенциалом, указанным препо­да­ва­телем (на­п­ри­мер,  = 5х²+3у+5). Заряд +1 нКл помещен в точку А(1,2) этого поля. Найти потенциальную эне­р­гию заряда и действующую на него в точке А силу, а также ра­бо­ту пе­реме­щения в точку В(3,4).

4. Для системы зарядов (заряженного тела) в линейном безграничном одноро­д­ном изотропном жидком диэлектрике с известной относительной проницаемостью с учётом принципа суперпозиции найти силу взаимо­дей­ст­вия или напряжён­ность электри­че­с­ко­го поля в заданной точке.

5. Даны два металлических шарика известных радиусов, несущих известные заряды. Для указанного преподавателем расстояния между шариками оценить си­лу их взаимодействия в воздухе.

6. Даны два удалённых металлических шарика разных известных радиусов, не­су­щих из­ве­­стные заряды. Найти их исходные потенциалы, а также общий потенциал после со­единения тонким проводником.

7. Найти силу Ампера (Лорен­ца).

8. Показать путь расчёта магни­т­ного поля системы токов в воздухе.

9. Показать путь расчёта магни­т­ного поля системы токов в железе.

10 .По основной кривой индукции ферромагнетика найти магнитную про­ни­ца­е­мость для указанной преподавателем величины исходного поля в вакууме.

11. По оси проводящего кольца к нему приближается (или удаляется) какой-то по­люс полосо­вого постоянного ма­гнита. С помощью правила Ленца найти направ­ле­ние индукционного тока; оп­ре­делить и напра­вле­ние силы Ампера.

12. С помощью правила Ленца найти направление вихревых токов, со­з­давае­мых в сплошном проводящем сердечнике.

13. Для цепи с известными R, L и C, включенными последовательно в ос­ве­ти­те­ль­­ную сеть переменного тока, найти, по выбору преподавателя, импеданс, коэф­фи­циент мощности, дей­ст­ву­ю­щее значение силы то­ка, активную и полную мощность, амплитуду или дей­ст­ву­ю­щее значе­ние напряжения на элементах цепи..

Часть 4. ОПТИКА, КВАНТОВАЯ, АТОМНАЯ И ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА

1. Вследствие того, что скорость света конечная величина, мы видим Солнце на небосводе на том месте, какое оно занимало 8 мин 16 с тому назад. Так ли это?

2. В каком случае угол преломления луча равен углу падения?

3. Почему трудно попасть из ружья в рыбу, плавающую под водой?

4. Почему днем не видно звезд?

5. В комнате, освещенной электрической лампочкой, надо опре­де­лить, какая из двух собирательных линз имеет большую оптическую силу. Как это сделать?

6. Можно ли куском льда зажечь спичку?

7. Как изменится главное фокусное расстояние линзы в бензоле, име­ю­щем такой же показатель преломления, что и стекло линзы?

8. Из двух часовых стекол склеили «вы­пу­к­лую линзу». Как будет действовать эта линза на пучок лучей в воде?

9. Укажите, которые из линз, изображенных на рисунке непригодны для получе­ния дей­ст­ви­тельных изображений предметов?

10. Пересекутся ли после прохождения линзы лучи, исходящие из точки А? Из точки В? Начертите ход лучей.

11. Как объяснить радужные полосы, наблюдаемые в тонком слое керосина на поверхности воды?

12. Чем объясняется расцветка крыльев стрекоз, жуков и прочих на­секомых?

13. Если черный предмет поглощает падающие на него лучи, то по­чему он виден?

14. Ученик, объясняя уравнение Эйнштейна для фотоэффекта, ска­зал: «Эне­р­гия падающего света равна работе выхода электронов и ки­не­тической энергии их движения». В чем неточность такого ответа?

15. Давление света на черную поверхность в два раза меньше, чем на белую. Почему?

16. Скорость a-частицы в среднем в 15 раз меньше скорости b-ча­стицы. Почему a-частицы слабее отклоняются магнитным полем?

17. В камере Вильсона, перегороженной твердой пластинкой, замечен след частицы (см. рисунок). В какую сторону двигалась частица? Каков знак ее заряда, если силовые линии магнитного поля направлены перпендикулярно плоскости чертежа, к чи­та­те­лю?

18. Чем отличаются ядра изотопов хлора: ₁₇Cl³⁵ и ₁₇Cl³⁷ ?

19. При захвате нейтрона ядром ₁₂Mg²⁴ образуется радиоактивный изотоп ₁₁Na²⁴. Какие частицы испускаются при этом ядерном превращении?

20. Летом коля обсуждал с другом вопросы: видели ли они когда-нибудь солне­ч­ные лучи света? Когда и где? Случалось ли вам видеть лучи света?

21. Наша бабушка, православная христианка, говорит: «В воскресенье, в день Па­схи, солнце при восходе «радуется» и «играет».

- Бабушка, а как это проявля­ет­ся?

- Посмотрите внимательно, и вы увидите, что диск Солнца или «подпрыгивает» или меняет свю форму.

Как же объяснить видимые колебания диска восходящего весеннего солнца?

22.Бриллиантовые украшения.Собрались гости. На руке одной из дам было кольцо, в оправе которого сверкал красивый прозрачный камень. Возник спор: это бриллиант или его имитация из стекла? Один из гостей сказал, что это имитация, так как бриллиант бле­стит ярче, чем стекло. Его попросили объяс­нить, почему это так. Он дал следующий ответ: коэффициент отражения света за­висит от по­казателя преломления. У бриллианта (алмаза) пока­затель пре­ло­м­ления n = 2,42, а у стекла n = 1,5. Поэтому брил­лиант блестит ярче, чем его имитация из стекла, при той же форме. Среди гостей ока­за­лся опытный юве­лир. Чтобы отличить настоящий алмаз от простого, только соответ­ству­ю­щим образом отшлифованного кусочка стекла, он подышал на него и объяс­нил свои действия так: алмаз имеет очень малую теплоёмкость по сравнению со стеклом.

- Ну и что из этого?

- А вы вспомните, что значит - очень малая теплоёмкость ве­ще­с­т­ва?

Гости плохо помнили об этом и попросили ювелира объяснить свои действия. Что он им ответил?