Навчальний курс 103БОК7 Фізика

Змістовий модуль 1. ФІЗИЧНІ ОСНОВИ КЛАСИЧНОЇ МЕХАНІКИ

Тема 1. Кінематика матеріальної точки і твердого тіла.

Механічний рух та способи його описання. Середні та миттєві швидкості та прискорення. Обертальний рух та його характеристики. Зв’язок лінійних та кутових характеристик при обертальному русі тіла.

Тема 2. Динаміка матеріальної точки і поступального руху твердого тіла.

Основна задача динаміки. Інерціальні системи відліку. Поняття сили, маси, імпульсу. Сучасне трактування законів Ньютона. Основний закон динаміки поступального руху. Центр мас (центр інерції) механічної системи. Рух центра інерції. Перетворення координат Галілея. Механічний принцип відносності. Границя використання класичної механіки.

Тема 3.Енергія. Закони збереження.

Зовнішні і внутрішні сили. Робота сили. Консервативні і неконсервативні сили. Потенціальна енергія системи. Кінетична енергія. Механічна енергія системи, закон збереження і зміни механічної енергії системи.

Тема 4. Динаміка обертального руху.

Момент сили. Момент імпульсу відносно нерухомої точки, осі обертання. Основне рівняння динаміки обертального руху твердого тіла. Момент інерції тіла відносно нерухомої осі. Теорема Штейнера. Закон збереження моменту імпульсу. Кінетична енергія і робота при обертальному русі.

Тема 5. Механіка рідин та газів.

Тиск у рідині та газі, рівняння нерозривності. Ламінарний та турбулентний режими течії рідин. Рівняння Бернуллі та наслідки з нього. Рух тіл в рідинах і газах.

Тема 6. Механічні коливання.

Гармонічні коливання. Диференційне рівняння гармонічного коливання. Математичний, пружинний та фізичний маятники. Додавання гармонічних коливань однакового напрямку і однакової частоти. Додавання взаємно перпендикулярних коливань. Биття, фігури Ліссажу. Характеристики затухаючих коливань. Диференційне рівняння цього коливання і його розв'язок. Енергія гармонічних коливань. Вимушені механічні коливання. Диференційне рівняння цього коливання і його розв'язок. Механічний резонанс.

Тема 7. Механічні хвилі.

Поздовжні та поперечні хвилі. Рівняння хвилі. Фазова та групова швидкості хвиль. Енергія хвиль. Вектор Умова. Інтерференція хвиль. Стоячі хвилі. Звук. Ефект Допплера для звукових хвиль.

Змістовий модуль 2. ОСНОВИ МОЛЕКУЛЯРНОЇ ФІЗИКИ ТА ТЕРМОДИНАМІКИ.

Тема 8. Основи молекулярно-кінетичної теорії ідеального газу.

Молекулярно-кінетична теорія газів. Статистичний та термодинамічний методи дослідження. Термодинамічні параметри. Ідеальний газ. Рівняння стану ідеального газу. Тиск газу з точки зору молекулярно-кінетичної теорії. Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії. Середня кінетична енергія частинки. Молекулярно-кінетичне тлумачення температури. Закон рівномірного розподілу енергії по ступеням вільності.

Тема 9. Розподіл молекул Максвела та Больцмана, явища переносу та їх закони.

Розподіл Максвела для молекул за швидкостями і енергіями. розподіл Больцмана для молекул і частинок в потенціальному полі. Найбільш Характерні швидкості молекул. Дослідне підтвердження закону розподілу Максвелла. Середня кількість зіткнень та довжина вільного пробігу молекул. Явища переносу. Дифузія, теплопровідність, в'язкість. Закони Фіка, Фур’є, Ньютона. Поняття про розріджені гази.

Лабораторне заняття № 5.

Тема 10. I закон термодинаміки.

Робота газу, кількість теплоти, внутрішня енергія системи. Перший закон термодинаміки. Застосування першого закону до ізопроцесів. Класична теорія теплоємності газів. Адіабатичний процес.

Тема 11. II закон термодинаміки.

Оборотні та необоротні процеси. Колові процеси (цикли). Теплові машини. Цикл Карно та його ККД. Другий закон термодинаміки. Ентропія термодинамічної системи. Статистичний зміст другого закону термодинаміки.

Тема 12. Реальні гази.

Сили міжмолекулярної взаємодії. Рівняння Ван-дер-Ваальса. Ізотерми Ван-дер-Ваальса та їх аналіз. Внутрішня енергія ідеального газу. Ефект Джоуля-Томсона. Зрідження газу.

Тема 13. Тверді тіла та рідини.

Молекулярна будова рідини. Поверхневий натяг. Явище змочування. Формула Лапласа. Капілярні явища. Формула Жюрена. Поверхнево-активні речовини, адсорбція. Кристалічна будова твердого тіла. Фазові переходи твердих тіл. Теплоємність твердих тіл. Закон Дюлонга і Пті. Поняття про квантову теорію теплоємності.

Змістовий модуль 3. ЕЛЕКТРИКА ТА МАГНЕТИЗМ. ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ КОЛИВАННЯ.

Тема 14. Електричне поле у вакуумі

Електричні властивості тіл. Елементарний заряд. Закон збереження заряду. Закон Кулона. Електростатичне поле. Напруженість поля. Принцип суперпозиції. Силові лінії поля. Потік вектора напруженості. Теорема Остроградського-Гауса для поля в вакуумі та її використання для обчислювання полів. Робота сил електростатичного поля. Потенціал. Зв'язок між потенціалом і напруженістю електростатичного поля.

Тема 15. Провідники і діелектрики в електричному полі.

Провідники і діелектрики. Вільні і зв'язані заряди. Поляризованість. Діелектрична сприйнятливість, вектор електричного зміщення. Діелектрична проникність середовища. Теорема Остроградського-Гауса для поля в діелектрику. Електричне поле в провіднику і біля його поверхні. Електроємність відокремленого провідника, взаємна ємність двох провідників. Конденсатори і їх з'єднання. Енергія системи зарядів, зарядженого провідника, конденсатора. Енергія електростатичного поля, об'ємна густина енергії.

Тема 16. Закони постійного струму.

Електричний струм, умови його існування та характеристики. Класична електронна теорія металів. Виведення закону Ома в диференціальній формі. Закон Джоуля-Ленца в диференціальній формі. Узагальнений закон Ома. Електрорушійна сила, напруга. Розгалужені кола. Правила Кірхгофа.

Тема 17. Магнітне поле у вакуумі і речовині.

Магнітне поле. Вектор магнітної індукції. Закон Ампера. Дія магнітного поля на заряди, що рухаються. Сила Лоренца. Магнітне поле струму. Закон Біо-Савара-Лапласа і його використання для обчислення магнітного поля прямолінійного та колового провідника із струмом, соленоїду. Магнітний момент витка із струмом. Закон повного струму. Магнітний потік. Теорема Остроградського-Гауса для магнітного поля. Робота по переміщенню провідника або контуру із струмом у магнітному полі. Речовина у магнітному полі. Намагніченість. Магнітна проникність. Класифікація магнітних матеріалів. Постійні магніти.

Тема 18. Електромагнітна індукція. Рівняння Максвела в інтегральній формі.

Явище електромагнітної індукції. Закон Фарадея для електромагнітної індукції, правило Ленца. Явище самоіндукції. Індуктивність. Енергія магнітного поля. Об'ємна густина енергії. Рівняння Максвела в інтегральній формі для електромагнітного поля.

Тема 19. Електромагнітні коливання.

Коливальний контур. Власні коливання контура. Затухаючі коливання та їх характеристики. Вимушені коливання. Резонанс напруг.

Змістовний модуль № 4 ОПТИКА. ЕЛЕМЕНТИ КВАНТОВОЇ МЕХАНІКИ, ФІЗИКИ ТВЕРДОГО ТІЛА, АТОМА ТА ЯДРА.

Тема 20. Електромагнітні хвилі. Фотометрія.

Джерела електромагнітних хвиль та їх властивості. Енергія хвиль. Вектор Умова-Пойтінга. Основні фотометричні величини. Закони фотометрії. Закони геометричної оптики.

Тема 21. Інтерференція світла.

Когерентність і монохроматичність світлових хвиль. Час та довжина когерентності. Одержання когерентних джерел світла. Інтерференція світла в тонких плівках. Смуги рівної товщини та рівного нахилу. Кільця Ньютона. Застосування інтерференції світла. Інтерферометри.

Тема 22. Дифракція світла.

Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Прямолінійне розповсюдження світла. Дифракція світла на круглому отворі, диску. Дифракція Фраунгофера на одній щілині та решітці. Дифракція на просторовій решітці. Формула Вульфа-Брега. Дослідження структури кристалів. Поняття про голографію.

Тема 23. Електромагнітні хвилі в речовині.

Поглинання світла. Закон Бугера-Ламберта. Нормальна та аномальна дисперсія. Природне та поляризоване світло. Подвійне променезаломлення. Закон Малюса, Брюстера. Способи одержання поляризованого світла.

Тема 24. Теплове випромінювання.

Випромінювальна і поглинальна властивості тіл. Абсолютно чорне тіло. Закон Кірхгофа. Закони Стефана-Больцмана і Віна. Розподіл енергії в спектрі абсолютно чорного тіла. Формула Релея-Джинса. Квантова гіпотеза. Формула Планка. Зв'язок між формулою Планка і законами Стефана-Больцмана і Віна.

Тема 25. Квантова природа світла.

Види фотоефекту. Зовнішній фотоефект і його закони. Маса і імпульс фотона. Рівняння Ейнштейна для зовнішнього фотоефекту. Тиск світла. Ефект Комптона і його теорія. Діалектична єдність корпускулярних і хвильових властивостей електромагнітного випромінювання.

Тема 26. Елементи квантової механіки.

Корпускулярно-хвильовий дуалізм речовини. Гіпотеза де Бройля та її дослідне підтвердження. Співвідношення невизначеностей Гейзенберга. Хвильова функція і її статистичний зміст. Рівняння Шредінгера для стаціонарних станів.

Тема 27. Атом водню в класичній і квантовій механіці.

Дослід Резерфорда з розсіяння - частинок, модель атома. Лінійчатий спектр атома водню. Теорія Бора для водневоподібних атомів. Атом водню в квантовій механіці, спін атома. Суцільний і характеристичний рентгенівські спектри. Індуковане випромінювання. Лазер.

Тема 28. Елементи зонної теорії твердих тіл.

Поняття про зонну теорію твердих тіл. Метали, діелектрики, напівпровідники з точки зору зонної теорії твердого тіла. Власні напівпровідники та їх провідність. Домішкові напівпровідники. Основні і неосновні носії струму.

Тема 29. Властивості напівпровідників та p-n-переходу.

Залежність провідності напівпровідників від температури. Фотопровідність напівпровідників. Р-n-перехід, його властивості. Тунельний ефект. Світлодіод, інші напівпровідникові прилади та їх використання.

Тема 30. Природня радіоактивність.

Радіоактивне випромінювання і його властивості. Закон радіо активного розпаду. Правила зміщення. - розпад і його закономірності. Теорія -розпаду. Нейтріно. -випромінювання і його взаємодія з речовиною.

Тема 31. Елементи фізики атома та атомного ядра.

Склад ядра, його розмір і маса. Масове і зарядове числа. Енергія зв’язку ядер. Дефект маси. Взаємодія нуклонів. Поняття про природу ядерних сил. Моделі атомного ядра. Ядерні реакції. Закономірності і типи ядерних реакцій. Енергія ядерних реакцій. Реакція поділу важкого ядра. Ланцюгова реакція. Поняття про ядерну енергетику. Реакція синтезу атомних ядер. Проблема керованих термоядерних реакцій.