Рабочая программа курса общей физики

Введение

Физика в системе естественных наук. Общая структура и задачи дисциплины «Физика». Экспериментальная и теоретическая физика. Физические величины, их измерение и оценка погрешностей. Системы единиц физических величин. Краткая история физических идей, концепций и открытий. Физика и научно-технический прогресс.

Физические основы механики

Предмет механики. Механическое движение. Кинематика и динамика. Классическая механика. Квантовая механика. Релятивистская механика.

Кинематика материальной точки.

Физические модели: материальная точка, система материальных точек, абсолютно твердое тело, сплошная среда. Пространство и время. Системы отсчета. Траектория. Перемещение. Путь. Скорость и ускорение. Движение точки по окружности. Основные кинематические характеристики криволинейного движения: скорость и ускорение. Нормальное и тангенциальное ускорение. Кинематика вращательного движения: угловая скорость и угловое ускорение, их связь с линейной скоростью и ускорением.

Динамика материальной точки.

Основная задача динамики. Понятие состояния в классической механике. Уравнения движения. Границы применимости классического способа описания движения частиц. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Силы, масса. Второй закон Ньютона. Импульс. Третий закон Ньютона. Закон сохранения импульса. Виды сил в механике. Силы упругости. Силы трения. Силы тяготения. Работа. Мощность. Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальная энергия. Кинетическая энергия. Полная механическая энергия системы тел. Закон сохранения энергии в механике. Условия равновесия системы в механике.

Динамика твердого тела.

Понятие абсолютно твердого тела. Момент силы. Момент инерции. Основной закон динамики вращательного движения. Момент импульса. Закон сохранения момента импульса. Кинетическая энергия вращательного движения.

Элементы механики сплошных сред.

Общие свойства жидкостей и газов. Давление в жидкости и газе. Гидростатическое давление. Закон Архимеда. Уравнение неразрывности. Уравнение Бернулли.

Вязкость (внутреннее трение). Ламинарный и турбулентный режимы течения жидкости.

Идеально упругое тело. Упругие напряжения и деформации. Закон Гука. Модуль Юнга.

Основы релятивистской механики.

Преобразования Галилея. Механический принцип относительности. Постулаты специальной теории относительности. Преобразования Лоренца. Следствия из преобразований Лоренца: сокращение движущихся масштабов длины, замедление движущихся часов. Закон сложения скоростей. Основной закон релятивистской динамики материальной точки. Закон взаимосвязи массы и энергии. СТО и ядерная энергетика.

Основы молекулярной физики и термодинамики

Основы молекулярно – кинетической теории. (МКТ).

Общие положения МКТ. Экспериментальные газовые законы: Бойля-Мариотта, Гей-Люссака, Шарля, Дальтона, Авогадро. Абсолютная температура. Уравнение Клапейрона-Менделеева. Универсальная газовая постоянная. Основное уравнение МКТ. Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекулы идеального газа.

Элементы статистической физики.

Закон Максвелла о распределении молекул идеального газа по скоростям. Наиболее вероятная скорость. Барометрическая формула. Распределение Больцмана. Средняя длина свободного пробела молекул. Явление переноса: теплопроводность, диффузия, вязкость.

Основы термодинамики.

Внутренняя энергия термодинамической системы. Число степеней свободы. Закон Больцмана о равномерном распределении энергии по степеням свободы молекул. Первое начало термодинамики. Работа газа. Теплоемкость. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам. Адиабатный процесс. Круговой процесс (цикл). Обратимые и необратимые процессы. Термический КПД цикла. Энтропия. Статистическое толкование энтропии. Второе начало термодинамики. Тепловой двигатель. Теорема Карно. Цикл Карно.

Элементы термодинамики реальных систем.

Реальные газы, жидкости и твердые тела. Силы и потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Свойства жидкостей. Поверхностное натяжение. Смачивание. Капиллярные явления. Твердые тела. Типы кристаллических твердых тел. Кристаллические и аморфные тела. Тепловое расширение и теплоемкость твердых тел. Кристаллизация и плавление.

Электричество и магнетизм

Электростатика.

Электрический заряд. Взаимодействие электрических зарядов в вакууме. Электрическое поле и его напряженность. Принцип суперпозиции. Электрический диполь. Поле диполя. Теорема Остроградского-Гаусса и ее приложения. Циркуляция вектора напряженности. Работа перемещения заряда в электрическом поле. Потенциал. Напряженность как градиент потенциала. Диэлектрики. Поляризация диэлектриков. Напряженность поля в диэлектрике.

Электрическое смещение. Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектрике. Проводники в электростатическом поле. Электроемкость. Конденсаторы. Энергия электростатического поля.

Постоянный электрический ток.

Электрический ток, сила и плотность тока. Сторонние силы. Электродвижущая сила и напряжение. Закон Ома. Сопротивление проводников. Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца. Закон Ома для неоднородного участка цепи. Правила Кирхгофа для разветвленных цепей.

Магнитное поле.

Магнитное поле и его характеристики. Закон Био-Савара-Лапласа и его применение к расчету магнитных полей. Закон Ампера. Взаимодействие параллельных токов. Магнитное поле движущегося заряда. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Движение заряженных частиц в магнитном поле.

Циркуляция вектора индукции магнитного поля. Закон полного тока. Магнитное поле соленоида и тороида.

Поток вектора магнитной индукции. Теорема Гаусса.

Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле.

Электромагнитная индукция.

Возникновение ЭДС индукции. Закон Фарадея. Индукционный ток. Правило Ленца. Явление самоиндукции. Индуктивность. Взаимная индукция. Трансформаторы. Энергия магнитного поля. Магнитное поле в веществе. Намагниченность. Магнитная восприимчивость. Магнитная проницаемость. Напряженность магнитного поля. Диамагнетизм. Парамагнетики. Ферромагнетики. Уравнение Максвелла для электромагнитного поля.