Физика и технология наноструктур, атомная и молекулярная

"Физика и технология наноструктур, атомная и молекулярная физика"
Предмет и методы физики, ее связь с другими науками. Физический эксперимент и
физическая теория.
Основные типы взаимодействий в природе. Физические законы и их разновидности
(фундаментальные законы и феноменологические закономерности). Физические системы
и их классификация по числу частиц, характерным скоростям (энергиям) и масштабам.
КЛАССИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА.
НЕРЕЛЯТИВИСТСКАЯ МЕХАНИКА.
Пространство и время в нерелятивистской физике. Системы отсчета. Кинематика
частицы. Преобразования Галилея, их кинематические следствия.
Инерциальные системы отсчета. Законы Ньютона, границы их применимости.
Принцип причинности в классической механике. Принцип относительности Галилея.
Законы сохранения в нерелятивистской механике. Их связь со свойствами
симметрии пространства и времени.
Гравитационное поле. Закон всемирного тяготения. Гравитационная постоянная.
Инертная и гравитационная массы.
Механические колебания. Свободные и вынужденные колебания линейного
гармонического осциллятора. Резонанс.
Неинерциальные системы отсчета, силы инерции.
РЕЛЯТИВИСТСКАЯ МЕХАНИКА.
Экспериментальные основания специальной теории относительности (СТО).
Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца и их кинематические следствия.
Релятивистские импульс и энергия, связь между ними. Энергия покоя. Частицы с
нулевой массой. Второй закон Ньютона в СТО. Закон сохранения энергии-импульса.
ЭЛЕКТРОДИНАМИКА.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ.
Электрический заряд. Дискретность заряда. Измерение удельного заряда (опыт
Томсона) и элементарного заряда (опыты Милликена и Иоффе). Закон сохранения заряда.
Экспериментальные основания электродинамики: взаимодействие неподвижных
зарядов, опыт Кулона; взаимодействие токов, опыты Ампера; электромагнитная
индукция, опыты Фарадея.
Электромагнитное поле в вакууме и его характеристики. Принцип суперпозиции.
Сила Лоренца. Относительности разделения электромагнитного поля на электрическую и
магнитную составляющие.
УРАВНЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ.
Уравнения Максвелла в вакууме. Физический смысл каждого уравнения.
Плотность энергии и плотность потока энергии электромагнитного поля. Понятие
об импульсе электромагнитного поля.
Уравнения Максвелла в веществе. Векторы D и Н.
ПОСТОЯННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ И МАГНИТНОЕ ПОЛЯ.
Электрическое поле в вакууме, его потенциальность. Принцип суперпозиции.
Теорема Остроградского-Гаусса, её применение к расчёту электрических полей.
Энергия взаимодействия системы зарядов и энергия электростатического поля.
Проводники в электростатическом поле. Электроемкость.
Электрическое поле в диэлектриках. Поляризация диэлектрика. Механизмы
поляризации диэлектриков.
Постоянный ток. Электродвижущая сила. Закон Ома и Джоуля-Ленца. Правила
Кирхгофа.
Постоянное магнитное поле в вакууме, его вихревой характер. Закон Био-СавараЛапласа и теорема о циркуляции, их применение к расчету магнитных полей. Энергия
магнитного поля.
Магнитное поле в веществе. Природа диа-, пара- и ферромагнетизма.
КВАЗИСТАЦИОНАРНОЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ.
Условия квазистационарности.
Переменный ток. Сопротивление, емкость и индуктивность в цепи переменного
тока. Работа и мощность переменного тока.
Колебательный контур. Свободные и вынужденные колебания. Резонанс.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ.
Волновое уравнение. Плоская монохроматическая электромагнитная волна.
Скорость распространения электромагнитных волн.
Излучение электромагнитных волн. Дипольное излучение. Электромагнитная
природа света. Шкала электромагнитных волн.
ОПТИКА.
ВОЛНОВАЯ ОПТИКА.
Понятие о когерентности. Интерференция света. Принцип Гюйгенса-Френеля.
Дифракция света. Дифракционная решетка.
Поляризация света. Интерференция поляризованного света.
Поглощение и дисперсия света. Фазовая и групповая скорости. Рассеяние света.
ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА.
Геометрическая оптика как предельный случай волновой. Основные понятия
геометрической оптики. Отражение и преломление света. Зеркала, линзы, призмы,
оптические приборы.
КВАНТОВАЯ ФИЗИКА.
ОСОБЕННОСТИ ПОВЕДЕНИЯ МИКРООБЪЕКТОВ.
Корпускулярные свойства света. Волновые свойства частиц. Опыты по дифракции
электронов. Дискретность состояний микрообъектов, линейчатые спектры атомов, опыты
Франка-Герца, опыты Штерна-Герлаха.
Соотношения неопределенности. Вероятностный характер описания поведения
микрообъектов. Интерференция электронов от двух щелей.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ.
Волновая функция и ее интерпретация. Квантово-механический принцип
суперпозиции.
Описание состояний в квантовой механике. Спектр значений физической
величины. Полные наборы квантовых чисел.
Принцип причинности в квантовой механике. Уравнение Шредингера. Принцип
соответствия.
Стационарные состояния и их свойства. Стационарное уравнение Шредингера.
Связь энергетического спектра с видом потенциала.
Простейшие задачи квантовой механики: свободная частица, частица в
потенциальной яме. Понятие о туннельном эффекте.
Системы тождественных частиц в квантовой механике. Бозоны и фермионы.
Принцип Паули.
СТРОЕНИЕ АТОМА.
Атом водорода. Описание состояний атома водорода посредством квантовых
чисел. Спектр излучения атома водорода.
Опыты Резерфорда, планетарная модель атома. Модель Бора и ее историческая
роль.
Состояние электрона в многоэлектронном атоме. Периодическая система
элементов Менделеева. Спонтанное и вынужденное излучение. Лазеры.
ФИЗИКА ЯДРА И ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ.
АТОМНОЕ ЯДРО.
Основные характеристики ядер. Состав ядра. Свойства ядерных сил. Энергия
связи.
Радиоактивность. Характеристики и виды радиоактивных превращений. Природа
альфа-, бета- и гамма превращений. Ядерные реакции, примеры. Реакции деления и
синтеза. Ядерная энергетика.
ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ И ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ЧАСТИЦЫ.
Методы регистрации частиц. Источники частиц, ускорители.
Классификация элементарных частиц. Основные характеристики частиц.
Античастицы.
Фундаментальные взаимодействия. Обменный характер фундаментальных
взаимодействий.
Фундаментальные
частицы:
кварки,
лептоны,
частицы-переносчики
взаимодействий.
СТАТИСТИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ.
Статистическое описание систем, состоящих из большого числа частиц.
Термодинамические величины как средние по времени и средние по ансамблю.
Флуктуации.
Термодинамическое равновесие. Температура.
Внутренняя энергия. Теплота и работа. Первый закон термодинамики.
Обратимые и необратимые процессы. Энтропия. Второй закон термодинамики.
Тепловые двигатели.
Третий закон термодинамики. Недостижимость абсолютного нуля.
СВОЙСТВА КЛАССИЧЕСКОГО И КВАНТОВОГО ГАЗОВ.
Классический идеальный газ. Уравнение состояния. Распределение Больцмана.
Распределение Максвелла. Теплоёмкость газа.
Реальный газ. Уравнение Ван-дер-Ваальса.
Квантовые Бозе и Ферми газы.
Свободный электронный газ и его свойства. Критерий вырождения.
Фононный газ в кристаллах. Теория теплоемкости твердых тел.
Равновесное тепловое излучение и его законы.
Сверхпроводимость и сверхтекучесть.
СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА В КОНДЕНСИРОВАННОМ СОСТОЯНИИ И
ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ.
Конденсированное состояние вещества. Кристаллические и аморфные тела.
Характер теплового движения молекул и свойства вещества в различных агрегатных
состояниях.
Электроны в кристаллах. Энергетические зоны. Металлы, полупроводники и
диэлектрики.
Фаза вещества. Равновесие фаз, фазовые переходы. Уравнение КлапейронаКлаузиуса.
ЯВЛЕНИЯ ПЕРЕНОСА.
Явления переноса в газах. Вязкость. Теплопроводность. Диффузия.
Электро- и теплопроводность металлов.
Электропроводность полупроводников.