Вопросы, изучаемые во 2-й части курса общей физики

Вопросы, изучаемые в курсе физики. II часть. 2008/2009 учебный год.
Модуль 1. Магнетизм. Электромагнитное поле.
Магнитное поле. Представления о природе магнетизма. Магнитное поле. Вектор
магнитной индукции - силовая характеристика магнитного поля. Закон Ампера.
Магнитный момент контура с электрическим током. Контур с током в магнитном поле.
Момент силы, действующий на контур. Потенциальная энергия контура с током во
внешнем магнитном поле. Закон Био-Савара-Лапласа. Принцип суперпозиции магнитных
полей. Магнитное поле простейших систем: прямолинейного проводника с током,
кругового тока. Взаимодействие проводников с током. Определение единицы силы тока –
Ампера.
Магнитное поле движущегося заряда. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в
магнитном поле. Движение заряженной частицы в электрическом и магнитном полях.
Практическое применение закономерностей движения заряженных частиц в
электрическом и магнитном полях: в ускорителях, МГД-генераторах, масс-спектрометрах,
электронно-лучевых приборах. Эффект Холла.
Вихревой характер магнитного поля. Закон полного тока для магнитного поля в вакууме.
Его применение к расчету магнитных полей тороида и длинного соленоида.
Магнитный поток. Теорема Остроградского-Гаусса для магнитного потока. Работа по
перемещению проводника и контура с током в магнитном поле.
Магнитное поле в веществе. Гипотеза Ампера. Молекулярные токи. Магнитные
моменты атомов. Намагниченность. Магнитная проницаемость и магнитная
восприимчивость. Напряженность магнитного поля. Закон полного тока для магнитного
поля в веществе. Условия на границе раздела двух сред. Типы магнетиков: парамагнетики,
диамагнетики, ферромагнетики. Невозможность классической теории магнетизма.
Явление электромагнитной индукции. Опыты Фарадея. Закон Ленца. Закон
электромагнитной индукции. Фарадеевская и максвелловская трактовка явления
электромагнитной индукции. Объяснение Максвеллом возникновения э.д.с. индукции.
Вихревое электрическое поле. Явления самоиндукции и взаимной индукции.
Индуктивность. Собственная индуктивность длинного соленоида. Установление и
исчезновение тока в электрической цепи. Взаимная индуктивность. Практические
применения электромагнитной индукции.
Токи Фуко, скин-эффект.
Магнитная энергия тока. Энергия магнитного поля. Материальность магнитного поля.
Основы теории Максвелла для электромагнитного поля. Токи смещения. Опыт
Эйхенвальда. Электромагнитное поле. Связь между электрическим и магнитным полями,
как одно из проявлений общей связи в природе.
Система уравнений Максвелла в интегральной и дифференциальной формах. Скорость
распространения электромагнитных возбуждений.
Основные особенности теории Максвелла, ее научное и практическое значение.
Модуль 2. Колебания и волны.
Понятие о колебательных процессах. Единый подход к колебаниям различной
физической природы. Характеристики гармонических колебаний: смещение от положения
равновесия, амплитуда, период, линейная и циклическая частота, фаза, начальная фаза.
Графический способ изображения гармонических колебаний с помощью вращающегося
вектора. Векторные диаграммы. Комплексная форма представления колебаний. Скорость
и ускорение точки, совершающей гармонические колебания. Дифференциальное
уравнение гармонических колебаний. Математический, физический и пружинный
маятники. Томсоновский колебательный контур. Изохронность. Энергетические
соотношения для осциллятора. Фазовая плоскость осциллятора.
Сложение скалярных и векторных колебаний. Сложение гармонических колебаний
одного направления. Биения. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний. Фигуры
Лиссажу. Практические применения сложения колебаний. Фурье-разложение. Физический
смысл спектрального разложения. Модулированные колебания. Понятие о связанных
осцилляторах.
Свободные затухающие (механические и электромагнитные) колебания и их
дифференциальные уравнения. Логарифмический декремент затухания, добротность,
время релаксации.
Вынужденные механические колебания под действием синусоидальной силы. Процесс
установления колебаний. Время установления и его связь с добротностью. Амплитуда и
фаза при вынужденных колебаниях. Резонанс.
Вынужденные колебания в электрических цепях. Метод комплексных амплитуд для
расчета электрических цепей. Импеданс. Генератор переменного тока. Цепи переменного
тока.
Понятие о параметрических колебаниях осциллятора. Параметрический резонанс.
Физические системы с нелинейностью. Понятие о линейных и нелинейных колебаниях.
Линейные и нелинейные колебательные системы. Автоколебания. Обратная связь.
Понятие о релаксационных колебаниях.
Механические волны. Механизм образования механических волн. Типы волн. Упругие
колебания в твердых телах, газах и жидкостях. Уравнение плоской волны (плоской,
сферической, цилиндрической). Скалярные и векторные волны. Плоская волна. Фазовая
скорость, длина волны, волновое число и волновой вектор. Связь фазовой скорости с
волновым вектором. Одномерное волновое уравнение.
Эффект Доплера.
Энергия волн. Поток энергии. Вектор Умова.
Интерференция. Принцип суперпозиции волн и границы его применимости.
Когерентность. Связь между разностью хода и разность фаз. Интерференция
синусоидальных волн. Стоячие волны. Узлы и пучности.
Распространение волн в средах с дисперсией. Групповая скорость и ее связь с фазовой
скоростью.
Звуковые волны и их характеристики.
Электромагнитные волны. Предвидение существования волн в теории Максвелла.
Волновые уравнения для электромагнитных волн. Опыты Герца, Лебедева и ГлагольевойАркадьевой. Излучение диполя (вибратор Герца).
Открытие радиосвязи Поповым. Работы Н.Д.Пильчикова.
Дифференциальное уравнение плоской монохроматической электромагнитной волны.
Поляризация волн. Скорость распространения электромагнитных волн в средах. Закон
Максвелла.
Энергия электромагнитных волн. Поток
Материальность электромагнитных волн.
энергии.
Вектор
Умова-Пойтинга.
Модуль 3. Оптика.
Геометрическая оптика. Развитие представлений о природе света. Законы
распространения, отражения и преломления света. Преломление света на сферической
поверхности. Тонкие линзы. Оптические системы линз. Лупа, окуляр, телескоп,
микроскоп. Недостатки изображений и аберрации оптических систем.
Элементы фотометрии.
Интерференция
света.
Интерференция
монохроматических
волн.
Квазимонохроматические волны. Функция когерентности. Время и длина когерентности.
Временное и спектральное рассмотрение интерференционных явлений.
Расчет интерференционной картины от двух источников. Интерференция света в тонких
пленках, полосы равной толщины и равного наклона. Кольца Ньютона. Просветление
оптики. Интерферометры (Майкельсона, Линника и др.) и их практическое применение.
Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Общая формулировка дифракционной
задачи. Дифракция Френеля и Фраунгофера. Приближение Френеля (метод зон Френеля).
Простые задачи дифракции. Дифракция на круглом отверстии. Приближение
Фраунгофера. Дифракция на одной и многих щелях. Дифракционная решетка. Дифракция
Фраунгофера и спектральное разложение. Разрешающая способность.
Основные принципы голографии и ее практическое применение.
Распространение света в веществе. Явление дисперсии света. Понятие о механизме
дисперсии света. Поглощение света. Закон Бугера-Ламберта. Связь дисперсии с
поглощением. Спектральный анализ, его научное и практическое применение. Эффект
Вавилова-Черенкова.
Поляризация света. Поляризация волн. Поляризация волн при отражении и
преломлении. Законы Брюстера и Малюса. Элементы кристаллооптики. Двойное
лучепреломление в одноосных кристаллах и его объяснение. Поляризационные приборы.
Вращение плоскости поляризации. Понятие об интерференции поляризованных волн.
Искусственная оптическая анизотропия при механической деформации изотропных тел и
ее практические применения. Электрооптические и магнитооптические явления (эффекты
Керра, Коттона-Мутона, Фарадея).
Законы теплового излучения. Тепловое равновесное излучение черного тела, его законы:
Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина. Принципиальные трудности и противоречия при
объяснении этих законов в рамках классической физики (формула Рэлея-Джинса,
«ультрафиолетовая катастрофа»).
Квантовая гипотеза и формула Планка. Постоянная Планка. Оптическая пирометрия.
Внешний фотоэффект. Опыты Герца, Столетова и других по установлению
закономерностей внешнего фотоэффекта и его объяснение Эйнштейном. Практические
применения фотоэффекта.
Фотоны. Энергия, импульс и масса фотонов. Эффект Комптона. Опыты Лебедева.
Квантовое и волновое объяснение давления света. Корпускулярно-волновой дуализм
света.