Тема 6. Колебания и волны

Колебания.

Различные колебательные системы. Сравнение маятника и электрического колебательного контура. Период, частота, фаза. Собственная частота как характеристика колебательной системы. Общее уравнение колебаний. Затухание. Добротность. Характеристическое сопротивление. Сложное колебание. Временное и частотное представления. Спектр колебания. Ряд Фурье и интеграл Фурье. Связь временной ширины сигнала с его частотной шириной. Соотношение неопределенностей.

Волны.

Общее уравнение волны. Акустические и электромагнитные волны как частные случаи волн. Фаза, фазовая скорость, волновое число. Звук как акустическая волна. Характеристики звука. Распространение звука в разных средах. Ослабление звука при переходе из одной среды в другую. Акустическое сопротивление среды. Формула Рэлея. Методы акустической экранировки и подавления утечек звука. Перенос энергии и информации волнами любой природы. Фазовая и групповая скорость волны. Спектр волны. Элементы Фурье-оптики. Независимость скорости волны о скорости источника. Эффект Доплера. Технические применения эффекта Доплера. Лазерные гироскопы. Эффект Доплера в фундаментальных научных исследованиях. Красное смещение и модель расширяющейся Вселенной.

Тема 7. Теория относительности.

Основные положения специальной теории относительности.

Инерциальные системы отсчета. Преобразования Галилея как основа механики Ньютона. Противоречия между уравнениями Максвелла и первым законом Ньютона. Опыты по измерению скорости света. Опыты Майкельсона. Независимость скорости света от скорости источника. Первый и второй постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца. Следствия из преобразований Лоренца: сокращения длин, удлинение промежутков времени, относительность одновременности. Релятивистский закон сложения скоростей. Релятивистская динамика. Релятивистский импульс. Релятивистская масса. Полная энергия материальной точки. Энергия покоя материальной точки. Интервал. Инвариантность интервала. Пространство-время. Пространство Минковского. Причинно-следственные связи и принцип причинности.

Понятие об общей теории относительности.

Неинерциальные системы отсчета. Гравитационная и инертная массы. Третий постулат Эйнштейна (принцип эквивалентности). Гравитационное искривление пространства-времени. Движение по геодезическим линиям в искривленном пространстве времени. Связь обшей теории относительности с астрономией и космологией.

Тема 8. Квантовая и ядерная физика.

Квантовая механика.

Место классической физики, теории относительности и квантовой механики в общей картине мира. Излучение черного тела. Гипотеза Планка. Постоянная Планка. Фотон как пример квантового объекта. Дифракция электронов. Электрон как пример квантового объекта. Волновые и корпускулярные свойства квантовых объектов. Измерения состояния квантового объекта. Соотношение неопределенности квантовой механики. Неопределенность координата-импульс. Неопределенность энергия-время. Волновая функция. Операторы квантовой механики. Уравнение Шредингера. Квантование состояний в потенциальной яме. Потенциальный барьер и туннельный эффект.

Атомная и ядерная физика.

Ядерная модель атома. Опыт Резерфорда. Спектры атомов. Волновые функции электронов в атоме. Орбитальный момент. Спин. Принцип Паули. Атомные орбитали. Понятие об энергетических зонах в кристалле. Металлы диэлектрики и полупроводники с точки зрения квантовой механики. Свойства атомного ядра. Энергия связи. Радиоактивный распад. Радиоактивное излучение. Детекторы и дозиметры. Особенности α-распада. Особенности β-распада. Нейтрино. Баланс энергии при ядерных реакциях. Радиоактивный анализ. Ядерная энергетика. Элементарная частица. Фундаментальные взаимодействия. Античастицы. Кварки.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

Основная литература.

1. Бордовский Г.А., Бурсиан Э.В. Общая физика: Курс лекций с компьютерной поддержкой: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений: В 2 т.-М.: Изд-во ВЛАДОС-ПРЕСС, 2001.

2. Сборник задач по физике с решениями: Пособие для втузов / В.М.Гладский, П.И.Самойленко. –M.: Дрофа, 2002.-288 c.: ил.

Дополнительная литература.

1. Ремизов А.Н., Потапенко А.Я. Курс физики: Учеб. для вузов. – М.: Дрофа, 2002. –720 c.: ил.

2. Р. Фейман, Р. Лейтон , М. Сэндс. Феймановские лекции по физике: В 9 т.-М.: "Мир", 1966.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Дать определение материальной точки.

2. Написать формулы, выражающие скорость и ускорение через радиус-вектор материальной точки при произвольном трехмерном движении. Объяснить смысл этих формул.

3. Записать преобразования Галилея и объяснить их смысл.

4. Записать общую формулу прямолинейного равноускоренного движения и объяснить ее смысл.

5. Записать выражения для скорости и ускорения при движении материальной точки по окружности. Объяснить направления скорости и ускорения.

6. Дать определения центростремительного и тангенциального ускорений.

7. Записать уравнение колебаний материальной точки и его решение. Объяснить смысл решения.

8. Что такое сила?

9. Какие силы могут действовать на материальную точку?

10. Сформулировать законы Ньютона.

11. Записать уравнения, описывающие двумерное движение материальной точки в поле тяжести вблизи поверхности Земли.

12. Сформулировать закон Гука.

13. Записать уравнение движения материальной точки под действием силы упругости и решение этого уравнения.

14. Что такое сила трения? Привести примеры полезного и вредного влияния силы трения.

15. Что такое сила сопротивления газа и жидкости? Записать выражение для силы сопротивления и объяснить его смысл.

16. Написать уравнение движения материальной точки в присутствии сил трения или сопротивления.

17. Сформулировать закон всемирного тяготения.

18. Дать определение импульса тела.

19. Дать определение импульса силы.

20. Записать второй закон Ньютона в форме закона сохранения импульса материальной точки.

21. Что такое центр масс системы материальных точек?

22. Что такое внутренние и внешние силы?

23. Сформулировать закон сохранения импульса для системы материальных точек.

24. Записать уравнения движения при абсолютно неупругом ударе.

25. Что такое работа силы?

26. Что такое кинетическая энергия материальной точки?

27. Записать второй закон Ньютона в форме связи изменения кинетической энергии материальной точки с работой силы.

28. Что такое консервативные силы?

29. Что такое диссипативные силы?

30. Что такое потенциальная энергия материальной точки?

31. Сформулировать закон сохранения энергии.

32. Записать выражение для потенциальной энергии в поле тяжести.

33. Записать выражение для упругой потенциальной энергии.

34. Записать выражение для работы силы трения.

35. Что означает выражение "потенциальность фундаментальных сил"?

36. Дать определение твердого тела.

37. Что такое момент инерции?

38. Что такое момент силы?

39. Что такое момент импульса?

40. Как направлены векторы угла, углового ускорения и угловой скорости?

41. Записать основные уравнения движения твердого тела.

42. Сформулировать закон сохранения момента импульса.

43. Записать выражение для кинетической энергии твердого тела.

44. Привести примеры движения твердых тел.

45. Сравнить колебания математического и физического маятников.

46. Объяснить особенности движения гироскопа.

47. Что такое прецессия гироскопа?

48. Что такое карданов подвес?

49. Как влияют силы трения на движение твердого тела.

50. Что такое идеальная жидкость?

51. Сформулировать закон Паскаля.

52. Сформулировать закон Архимеда.

53. Что такое ламинарное движение сплошной среды?

54. Записать уравнение Бернулли и объяснить его смысл.

55. Что такое вязкость?

56. Записать формулу Пуазейля.

57. Что такое турбулентность?

58. Что такое число Рейнольдса? Записать выражение для числа Рейнольдса.

59. Что такое электрические заряды?

60. Что такое электрическое поле?

61. Сформулировать закон Кулона.

62. Что такое напряженность электрического поля? В каких единицах она измеряется?

63. Записать выражение для напряженности поля точечного заряда.

64. Что такое принцип суперпозиции?

65. Изобразить силовые линии точечного заряда.

66. Записать выражение для работы при перемещении заряда в электрическом поле.

67. В чем заключается потенциальность электрического поля:?

68. Что такое электрический потенциал?

69. Что такое калибровка потенциала?

70. Записать выражение для потенциала точечного заряда.

71. Сформулировать теорему Гаусса.

72. Записать выражение для поля равномерно заряженной плоскости.

73. Записать выражение для поля внутри и вне плоского конденсатора.

74. Записать выражение для поля внутри и вне заряженной сферы.

75. Записать выражение для поля равномерно заряженной нити.

76. Записать выражение для поля внутри и вне равномерно заряженного цилиндра.

77. Записать теорему Гаусса в дифференциальной форме (уравнение Пуассона).

78. Чем различаются проводники, диэлектрики, полупроводники?

79. Что такое идеальные и реальные проводники?

80. Что происходит с идеальным проводником в электрическом поле?

81. Что происходит с реальным проводником (металлом) в электрическом поле?

82. Что такое скин-слой?

83. Привести характерные величины толщины скин-слоя для реальных металлов.

84. Объяснить принцип электростатической экранировки.

85. Записать выражение для плотности энергии электрического поля.

86. Записать выражение для энергии плоского конденсатора.

87. Что такое электрическая емкость системы из двух проводников?

88. Как устроены электротехнические конденсаторы?

89. Записать выражения для емкости параллельно и последовательно соединенных конденсаторов.

90. Что такое электрический диполь?

91. Как диполь движется в однородном поле?

92. Что происходит с диэлектриком в электрическом поле?

93. Что такое диэлектрическая восприимчивость и диэлектрическая проницаемость?

94. Записать выражение емкости плоского конденсатора заполненного диэлектриком.

95. Записать выражение для плотности энергии электрического поля в диэлектрике.

96. Что такое электрический ток.

97. каких единицах измеряется сила электрического тока?

98. Каковы особенности электрического тока в металлах, жидкостях (электролитах) и в плазме?

99. Что такое сопротивление проводника? В чем оно измеряется?

100. Как устроены электротехнические резисторы?

101. Что такое электрическая цепь?

102. Сформулировать закон Ома для участка цепи.

103. Сформулировать закон Ома для полной цепи.

104. Записать формулы для параллельного и последовательного соединения проводников.

105. Вывести формулу сопротивления бесконечной лестничной цепочки.

106. Сформулировать законы Киргофа для электрических цепей.

107. Сформулировать закон Джоуля-Ленца.

108. Что такое напряженность магнитного поля и магнитная индукция? В каких единицах они измеряются?

109. Записать выражение для напряженности магнитного поля, создаваемого движущимся зарядом.

110. Записать выражение для силы, действующей на заряд, движущийся в магнитном поле.

111. Объяснить эффект Холла.

112. Объяснить устройство масс-спектрометра.

113. Записать выражение для силы, действующей на проводник с током в магнитном поле.

114. Сформулировать закон Ампера.

115. Как напрпвлены силы, действующие на рамку с током в магнитном поле?

116. Сформулировать теорему Гаусса для магнитного поля.

117. Что такое принцип суперпозиции для магнитного поля?

118. Сформулировать закон Био-Савара-Лапласа.

119. Записать выражение для магнитного поля в центре кольца с током.

120. Записать выражение для магнитного поля прямого провода.

121. Записать выражение для магнитного поля внутри соленоида.

122. Записать выражение для плотности энергии магнитного поля.

123. Что такое магнитный диполь? Как ориентируются магнитные диполи в магнитном поле?

124. Как движется электрон в магнитном поле?

125. Что такое магнитная проницаемость вещества?

126. Записать выражение для плотности энергии магнитного поля в веществе.

127. Как объяснить диамагнетизм и парамагнетизм веществ?

128. Как объяснить ферромагнетизм?

129. Каковы применения ферромагнетиков?

130. Как устроены и как используются электромагниты?

131. Как устроены магнитные накопители информации?

132. Сформулировать закон электромагнитной индукции (закон Фарадея).

133. Что такое взаимная индукция двух контуров?

134. Что такое индуктивность?

135. Записать выражение для индуктивности соленоида.

136. Что такое ЭДС самоиндукции?

137. Как устроены электротехнические катушки индуктивности?

138. Как устроены трансформаторы напряжения?

139. Как связаны коэффициенты трансформации по току и по напряжению?

140. Как устроены генераторы переменного тока?

141. Как устроены электродвигатели?

142. Записать связь между изменяющимися во времени напряжением и током для конденсатора и для катушки индуктивности.

143. Что такое цепь переменного тока?

144. Что такое комплексные амплитуды тока и напряжения?

145. Что такое комплексные сопротивления (импедансы) ?

146. Записать выражение импеданса катушки индуктивности.

147. Записать выражение импеданса конденсатора.

148. При каких условиях в цепи достигается нулевой импеданс?

149. При каких условиях в цепи достигается бесконечный импеданс?

150. Сформулировать закон Ома для цепи переменного тока.

151. Сформулировать законы Киргофа для цепи переменного тока.

152. Что такое колебательный контур?

153. Что такое собственные колебания?

154. От чего зависит затухание колебания?

155. Написать выражение собственной частоты контура через емкость и индуктивность.

156. Написать выражение характеристического сопротивления контура через емкость и индуктивность.

157. Написать выражение добротности колебательного контура через активное и характеристическое сопротивления.

158. Сформулировать условия распространения электромагнитных колебаний по лестничной схеме.

159. Изобразить схему фильтра низких частот.

160. Изобразить схему фильтра высоких частот.

161. Что такое длинная передающая линия?

162. Что такое двухпроводная линия?

163. Что такое коаксиальная линия?

164. Чему равна скорость распространения сигнала по идеальной длинной линии?

165. От чего зависит волновое сопротивление коаксиальной линии ?

166. От чего зависит волновое сопротивление двухпроводной линии?

167. Какие методы используются для предотвращения утечек сигнала по длинным линиям?

168. Что такое ток смещения? Каков его физический смысл?.

169. Записать систему уравнений Максвелла.

170. В чем заключается полнота системы уравнений Максвелла?

171. Что такое электромагнитная волна?

172. Записать уравнение плоской волны.

173. Записать уравнение сферической волны.

174. Что такое мгновенная фаза?

175. Что такое монохроматическая волна?

176. Что такое фазовая скорость волны?

177. Чему равна фазовая скорость электромагнитной волны в пустом пространстве?

178. Как связаны частота и длина волны?

179. Что такое волновой вектор?

180. Что такое дисперсия?

181. Что такое групповая скорость?

182. Что такое вектор Пойтинга?

183. Записать связь между амплитудами напряженностей полей и интенсивностью волны.

184. На какие частотные диапазоны делятся электромагнитные волны?

185. Охарактеризовать особенности возбуждения, распространения и регистрации электромагнитных волн разных частотных диапазонов.

186. Какие существуют методы защиты от утечки низкочастотного излучения.

187. Какие существуют методы защиты от утечки радиочастотного излучения?

188. Какие существуют методы защиты от утечки СВЧ и КВЧ излучения?

189. Какие существуют методы защиты от утечки квазиоптического и оптического излучений?

190. Какие существуют методы защиты от утечки (или проникновения) рентгеновского и g-излучений?

191. Сформулировать принцип Гюйгенса.

192. Что такое интерференция волн?

193. Что такое когерентность?

194. Что такое дифракция волн?

195. В чем заключается модуляция электромагнитных колебаний?

196. Сравнить аналоговую и цифровую модуляции.

197. Как осуществляется кодирование и передача сигналов?

198. Что такое шумоподобные сигналы?

199. Какие существуют методы защиты информации, передаваемой при помощи электромагнитных волн?

200. К какому диапазону длин волн относится оптический диапазон?

201. К какому диапазону длин волн относится видимый свет?

202. Что такое инфракрасное и ультрафиолетовое излучение?

203. Сравнить естественные и искусственные источники света.

204. Что такое когерентность света? Привести примеры кргерентных и некогерентных источников.

205. Привести пример опта по интерференции света.

206. Что такое интерферометры?

207. Почему атомы излучают свет?

208. Что такое спонтанное и индуцированное излучение света?

209. Привести пример оптического резонатора.

210. Что такое лазер?

211. Привести простейшую схему лазера.

212. Перечислить технические применения лазеров.

213. Как происходит дифракция света на малых отверстиях?

214. Что такое зоны Френеля?

215. Как устроена дифракционная решетка?

216. Что такое постоянная дифракционной решетки? На что она влияет?

217. Что такое голография?

218. Привести простейшую схему голографической установки.

219. Как осуществляется модуляция света?

220. В чем заключаются оптические методы передачи и обработки информации?

221. Каковы условия применимости геометрической оптики?

222. В чем заключается принцип Ферма?

223. Что такое преломление света?

224. Что такое показатель преломления?

225. Как устроены линзы?

226. Записать формулу тонкой линзы.

227. Как происходит увеличение и уменьшение изображений?

228. Как устроены оптические приборы на основе системы линз?

229. Как устроен микроскоп?

230. Как устроен телескоп?

231. Как устроен перископ?

232. Что такое полное внутреннее отражение?

233. Что такое оптоволокно?

234. Как происходит распространение световых сигналов по оптоволокну?

235. Перечислить основные положения молекулярно-кинетической теории.

236. В чем измеряется количество вещества?

237. Что такое число Авогадро? Чему оно равно?

238. Как связаны средняя энергия и среднеквадратичная скорость молекул?

239. Чем, с точки зрения движения молекул, определяется давление газа?

240. Что такое идеальный газ?

241. Записать основное уравнение молекулярно-кинетической теории. Объяснить его смысл.

242. Что такое температура?

243. Что такое постоянная Больцмана? Чему она равна?

244. Какие существуют способы измерения температуры?

245. Какие существуют шкалы температур?

246. Как связаны шкала Цельсия и шкала Кельвина?

247. Что такое абсолютный ноль?

248. Записать уравнение Менделеева-Клайперона.

249. Что такое универсальная газовая постоянная? Чему она равна?

250. Что такое термодинамическое равновесие?

251. Что такое квазистатические процессы?

252. Что такое термодинамическое состояние?

253. Записать основное уравнение и изобразить диаграмму изотермического процесса.

254. Записать основное уравнение и изобразить диаграмму изобарического процесса.

255. Записать основное уравнение и изобразить диаграмму изохорического процесса.

256. Записать выражение для работы газа.

257. Что такое внутренняя энергия?

258. Записать выражение для внутренней энергии идеального газа.

259. Сформулировать первое начало термодинамики.

260. Что такое теплоемкость?

261. Что такое адиабатический процесс?

262. Что такое термодинамический цикл?

263. Как работает тепловая машина?

264. Как работает обратная тепловая машина (холодильник)?

265. Чем определяется КПД тепловой машины?

266. Объяснить графический способ расчета КПД тепловой машины.

267. Что такое цикл Карно?

268. Чему равен максимальный КПД тепловой машины?

269. Что такое энтропия?

270. Сформулировать второе начало термодинамики.

271. В каких агрегатных состояниях может находиться вещество?

272. Что такое фазовый переход?

273. Чем реальные газы отличаются от идеального?

274. Что такое испарение и конденсация? Чем определяется интенсивность этих процессов?

275. Что такое насыщенный пар?

276. Что такое кипение?

277. Что такое плавление и замерзание? Чем определяется интенсивность этих процессов?

278. Перечислить основные свойства жидкостей.

279. Перечислить основные свойства твердых тел.

280. Что такое кристалл?

281. Привести примеры колебательных систем различной физической природы.

282. Записать формулу, связывающую период и частоту колебаний.

283. Что такое фаза колебаний?

284. Записать общее уравнение колебаний.

285. Записать выражение для собственной частоты математического маятника, пружинного маятника и колебательного контура.

286. Чем определяется затухание колебаний.

287. Что такое добротность колебательной системы?

288. Привести примеры сложных колебаний.

289. В чем состоит временное и частотное представления колебательного процесса?.

290. Что такое спектр колебания?

291. Что такое ряд Фурье и интеграл Фурье?

292. Как связаны временная ширина сигнала и ширина его спектра?

293. Что такое соотношение неопределенностей для волнового пакета?

294. Записать общее уравнение волны.

295. Сравнить акустические и электромагнитные волны.

296. Что такое фаза, фазовая скорость, волновое число?

297. Что такое звук?

298. В каких единицах измеряется громкость звука?

299. Какой диапазон звуковых интенсивностей воспринимает человеческое ухо?

300. Какой диапазон звуковых частот воспринимает человеческое ухо?

301. Что такое октава?

302. Чем определяется скорость звука в газе?

303. Чем определяется скорость звука в твердой среде?

304. Какова скорость распространение звука в воздухе, в воде, в твердых телах?

305. Что такое акустическое сопротивление среды?

306. Записать формулу Рэлея для коэффициента прохождения звука через границу двух сред.

307. Перечислить основные методы акустической экранировки и подавления утечек звука.

308. От чего зависит переносимая волной энергия?

309. От чего зависит переносимая волной информация?

310. Что такое фазовая и групповая скорость волны?

311. Что такое спектр волны?

312. Что такое Фурье-оптика?

313. Как движение источника влияет на волну?

314. Привести и объяснить формулу эффекта Доплера.

315. Привести примеры технического применения эффекта Доплера.

316. Что такое лазерный гироскоп?

317. Что такое "красное смещение" в космологии?.

318. В чем заключается противоречие между уравнениями Максвелла и первым законом Ньютона?

319. Как была измерена скорость света?

320. Как была доказана независимость скорости света от скорости источника?

321. Сформулировать первый и второй постулаты Эйнштейна.

322. Что такое преобразования Лоренца?

323. Записать выражения для преобразований Лоренца.

324. Как из преобразований Лоренца вытекают сокращение длин, удлинение промежутков времени, относительность одновременности?

325. Как складываются скорости в специальной теории относительности?

326. Как записывается второй закон Ньютона в специальной теории относительности?

327. Записать выражение для релятивистского импульса.

328. Записать выражение для релятивистской массы.

329. Записать выражение для полной энергии материальной точки.

330. Записать выражение для энергии покоя материальной точки.

331. Что такое четырехмерный интервал?

332. В чем заключается инвариантность интервала?

333. Что такое пространство-время?

334. Что такое пространство Минковского?

335. Как формулируется принцип причинности в теории относительности?

336. Что такое неинерциальные системы отсчета?

337. Что такое гравитационная и инертная массы?

338. Сформулировать третий постулат Эйнштейна (принцип эквивалентности гравитационной и инертной масс).

339. Что такое гравитационное искривление пространства-времени?

340. Что такое движение по геодезическим линиям в искривленном пространстве времени?

341. Как связана общая теория относительности с астрономией и космологией?

342. Какие области в пространстве размеров-скоростей занимают классическая физика, теория относительности и квантовая механика?

343. Записать формулы Стефана-Больцмана.

344. В чем заключалась "ультрафиолетовая катастрофа"?

345. В чем заключалась гипотеза Планка?

346. Что такое постоянная Планка? Чему она равна?

347. Что такое фотон?

348. Записать формулу для энергии фотона.

349. В чем заключается дифракция электронов?

350. Как можно объяснить дифракцию электронов?

351. Как проявляются волновые и корпускулярные свойства квантовых объектов?

352. В чем заключается принципиальная особенность измерения состояния квантового объекта?

353. Что такое соотношение неопределенностей для квантового объекта?

354. Записать выражение для неопределенности "координата-импульс".

355. Записать выражение для неопределенности "энергия-время".

356. Что такое волновая функция?

357. Что такое операторы квантовой механики?

358. Записать уравнение Шредингера.

359. Объяснить квантование состояний в потенциальной яме.

360. Что такое потенциальный барьер?

361. Объяснить туннельный эффект.

362. В чем заключается ядерная модель атома?

363. Описать опыт Резерфорда.

364. От чего зависят спектры излучения атомов?

365. Каковы волновые функции электронов в атоме?

366. Что такое орбитальный момент?

367. Что такое спин?

368. Сформулировать принцип Паули.

369. Что такое атомные орбитали?

370. Что такое энергетические зоны в кристалле?

371. Чем отличается структура энергетических зон в металлах, диэлектриках и полупроводниках?

372. Из чего состоит атомное ядро?

373. Что такое энергия связи нуклонов?

374. Что такое радиоактивный распад?

375. Что такое α-распад.

376. Что такое β-распад.

377. От чего зависит состав и интенсивность радиоактивного излучения?

378. Как устроены детекторы и дозиметры?

379. Что такое нейтрино?

380. В чем заключается баланс энергии при ядерных реакциях?

381. В чем заключается радиоактивный анализ?

382. Что такое ядерная энергетика?

383. Что такое элементарная частица? Привести примеры элементарных частиц.

384. Что такое фундаментальные взаимодействия?

385. Перечислить 4 фундаментальных взаимодействия.

386. Что такое античастицы?

387. Что такое аннигиляция?

388. Что такое кварки?

Поиск по сайту: