1.1. Кинематика. Система отсчета. Материальная точка. Абсолютно твердое тело. Скорость. Ускорение.
Кинематика вращательного движения. Угловая скорость. Угловое ускорение.
1.2. Динамика материальной точки. Границы применимости ньютоновской механики. Масса и импульс тела. Принцип относительности Галилея.
Преобразование Галилея.
Законы Ньютона. Границы применимости.
Виды взаимодействий. Фундаментальные силы. Закон всемирного тяготения. Закон Кулона. Упругие силы. Сила трения. Сухое и жидкое трение. Трение покоя. Силы тяжести и вес.
Принцип эквивалентности. Масса инертная и масса гравитационная.
1.3. Законы сохранения.
Силы внутренние и внешние. Замкнутая система. Интегралы движения. Сохраняющиеся величины. Связь законов сохранения со свойствами времени и пространства. Кинетическая энергия. Работа и мощность. Консервативные силы. Потенциальная энергия во внешнем поле сил. Потенциальная энергия взаимодействия. Условия равновесия механической системы. Потенциальная яма и потенциальный барьер. Полная механическая энергия замкнутой системы точек. Энергия упругой деформации. Потенциальная энергия пружины. Закон сохранения энергии.
Закон сохранения импульса. Центр инерции. Упругое и неупругое соударение двух тел в форме шара. Момент импульса относительно оси. Момент силы. Закон сохранения момента импульсов. Движение в центральном поле сил. Космические скорости.
1.4. Механика твердого тела.
Разложение движения твердого тела на поступательное движение и вращение. Движение центра инерции твердого тела.
Вращение тела вокруг неподвижной оси. Момент инерции.
Кинетическая энергия тела, вращающегося вокруг неподвижной оси.
1.5. Основы специальной теории относительности и релятивистской механики.
Принцип относительности Эйнштейна. Принцип постоянства скорости света. Относительность понятия одновременности. Четырехмерное пространство – время. Преобразование Лоренца. Длина тел в разных системах отсчета. Промежуток времени между событиями. Собственное время. Инвариантность интервала. Времениподобные, пространственноподобные интервалы. Преобразование скоростей.
Релятивиистское выражение для импульсов. Инвариантная масса.
Энергия. Преобразование импульса и энергии. Частицы с нулевой массой.
1.6. Колебания.
Малые колебания. Свободные колебания без трения. Гармонические колебания. Энергия гармонического колебания. Математический и физический маятник. Сложение колебаний.
Вынужденные колебания. Резонанс. Резонансные кривые.
Параметрический резонанс.
2.1. Основы молекулярной физики. Предмет молекулярная физика. Молекулярная кинетическая теория о строении вещества. Тепловое движение. Основное уравнение кинетической теории газов. Масса и размеры молекул.
Статистический и термодинамический методы описания. Состояние системы. Основные термодинамические параметры (параметры состояния системы). Термодинамическая шкала температур.
Уравнение состояния. Равновесное состояние.
Термодинамический процесс. Равновесный (квазистатический) процесс. Неравновесный процесс. Реальный процесс.
Изопроцессы (изотермический, изохорический, изобаарический, адиабатный). Время релаксации. Обратимый процесс. Необратимый процесс.
Внутренняя энергия. Работа. Количество тепла. Работа, совершаемая телом при изменении объема.
2.2. Идеальный газ. Уравнение состояния идеального газа.
Универсальная газовая постоянная. Постоянная Больцмана.
Определение моли. Молекулярная масса. Число Авогадро.
Внутренняя энергия и теплоемкость идеального газа.
Уравнение адиабаты идеального газа.
Политропические процессы. Уравнение политропы идеального газа.
Работа, совершаемая идеальным газом при различных процессах.
Теплоемкость по политропе.
2.3. Основы статистической физики. Макроскопическая система.
Принципиально новые закономерности поведения таких систем.
Вероятность, ее свойства. Функции распределения вероятностей.
Среднее значение и его свойства. Флуктуации. Броуновское движение.
Закон Максвелла о распределении молекул идеального газа по скоростям и энергиям. Графическое представление. Среднее арифметическое, средняя квадратичная и наиболее вероятная скорость молекул
Распределение молекул в потенциальном силовом поле - распределение Больцмана.
Средняя длина свободного пробега молекул. Средняя энергия молекул.
Физический смысл абсолютной температуры. Абсолютный нуль. Закон Равномерного распределения энергии по степеням свободы.
2.4. Основы термодинамики.
Первый закон (первое начало) термодинамики. Коэффициент полезного действия тепловой машины. Двигатель первого рода. Вечный двигатель первого рода.
Формулировки Клауриуса и Кельвина второго начала термодинамики (второй закон термодинамики). Вечный двигатель второго рода. Цикл Карно. КАД цикла Карно. Теорема Карно.
Энтропия и ее свойства. Закон возрастания энтропии (еще раз о втором начале термодинамики). Энтропия как мера степени молекулярного беспорядка. Свободная энергия.
Понятие о третьем начале термодинамики – теорема (принцип) Нернета.
2.5. Реальный газ. Силы молекулярного взаимодействия.
Ван-дер-ваальсовский газ – модель реального газа. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Вывод с помощью энтропии выражения для внутренней энергии идеального и ван-дер-ваальсовского газов.
2.6. Кристаллическое состояние. Отличительные черты кристаллического состояния. Кристаллическая решетка. Элементы симметрии.
Классификация кристаллов. Кристаллографические системы.
Физические типы кристаллических решеток.
Теплоемкость кристаллов. Закон Дюлонга и Пти.
2.7. Жидкое состояние. Квазикристаллическая структура жидкостей.
Поверхностное натяжение. Формула Лапласа. Капиллярное давление.
Явление на границе жидкости и твердого тела. Смачивание.
Капиллярные явления. Жидкие кристаллы.
Понятие о сверхтекучести гелия.
2.8. Фазовые равновесия и превращения. Испарение и конденсация.
Равновесие жидкости и насыщенного пара. Критическое состояние.
Пересыщенный пар и перегретая жидкость.
Плавление и кристаллизация. Аморфные тела. Уравнение Клайперона-Клаузиуса. Тройная точка. Диаграмма состояния.
2.9.Явление переноса в газах и жидкостях: диффузия, теплопроводность, вязкость. Эмпирические законы этих процессов.
3.1. Электростатика. Заряд. Знак заряда. Элементарный заряд. Закон сохранения заряда. Точечный заряд. Закон Кулона. Свойства кулоновских сил. Ослабление кулоновских сил в веществе. Электрическая постоянная. Система единиц. Рационализованная запись формулы.
Электростатическое поле. Пробный заряд. Напряженность электрического поля. Напряженность электрического поля точечного заряда. Однородное электрическое поле. Силовые линии (линии напряженности). Принцип суперпозиции электрических полей. Дискретное и непрерывное распределение электрических зарядов в пространстве. Линейная, поверхностная и объемная плотность зарядов. Электрический диполь. Электрический момент диполя. Напряженность электрического поля точечного диполя. Момент сил, действующих на диполь, и энергия диполя в электрическом поле.
Элементы векторного анализа: поток вектора, дивергенция, оператор Патла. Теорема Остроградского-Гаусса для электростатического поля в вакууме.
Работа, совершаемая при перемещении электрического заряда в электростатическом поле. Потенциальное поле. Потенциальная энергия электрического заряда в данной точке электростатического поля. Потенциал электростатического поля. Связь между потенциалом и напряженностью. Эквипотенциальная поверхность. Теорема Гаусса для вектора напряженности. Дивергенция напряженности электрического поля. Элементы векторного анализа: циркуляция вектора, ротор. Теорема Стокса. Циркуляция и ротор электростатического поля.
Проводник во внешнем электростатическом поле.
Напряженность внутри и на поверхности проводника.
Распределение зарядов в проводнике. Электроемкость уединенного проводника. Конденсатор. Емкость плоского и сферического конденсатора. Напряжение пробоя. Диэлектрик. Полярные и неполярные молекулы. Индуцированный дипольный электрический момент. Поляризация диэлектрика. Вектор поляризации. Выражение для вектора поляризации однородного неполярного диэлектрика. Диэлектрическая восприимчивость вещества. Связные и сторонние заряды. Микро-и макроскопические поля. Вектор электрического смещения (электрическая индукция). Диэлектрическая проницаемость. Теорема Гаусса для вектора.
Поле в диэлектрике. Условия на границе двух диэлектриков. Силы, действующие на заряд в диэлектрике. Связь векторов смещения, напряженности и поляризации. Сегистоэлектрика. Домен. Спонтанная поляризация. Петля гистерезиса. Остаточная поляризация. Энергия заряженного уединенного проводника. Энергия электрического поля. Объемная плотность энергии. Энергия заряженного конденсатора.
3.2. Электродинамика.
3.2.1. Постоянный электрический ток.
Условия, необходимые для появления и существования электрического тока в проводящей среде. Принятое направление электрического тока.
Сила и плотность тока. Условие постоянства электрического тока.
Плотность постоянного тока. Уравнение непрерывности.
Сторонние силы. Источники электрического тока. Электродвижущая сила. Напряжение. Закон Ома. Сопротивление проводника. Явление сверхпроводимости. Закон Ома в дифференциальной форме. Закон Ома для неоднородного участка цепи. Разветвление цепи. Правила Кирхгофа.
Мощность тока. Закон Джоуля-Ленца. Удельная тепловая мощность тока (дифференциальная форма закона Джоуля-Ленца).
3.2.2. Электрический ток в жидкостях и газах.
Условия проводимости жидкостью эл.тока. Электроды. Катионы и анионы. Явление электролиза. Электролиты. Первый и второй законы Фарадея. Коэффициент диссоциации. Условия возникновения электропроводности газов. Ионизация и ре-комбинация молекул газа. Работа ионизации. Потенциал ионизации.
Ударная ионизация.
Газовый разряд. Несамостоятельные и самостоятельные (тлеющий, коронный, искровой и дуговой) газовые разряды. Понятие плазмы и ее основные свойства.
3.2.3. Магнитное поле постоянного тока. Вектор магнитной индукции. Линии магнитной индукции. Однородное и неоднородное магнитное поле. Взаимодействие токов. Принцип суперпозиции магнитных полей. Закон Био-Савара. Поле прямого тока. Магнитное и электрическое поля эл.заряда, движущегося в безграничной однородной и изотропной среде с постоянной скоростью.
Замкнутый контур в магнитном поле. Вращательный момент, действующий на контур. Дипольный магнитный момент контура.
Энергия контура во внешнем магнитном поле.
Магнитное поле контура с током. Поле в центре и на оси кругового контура. Теорема Гаусса для вектора В.
Дивергенция В. Циркуляция и ротор магнитного поля. Поле соленоида и тороида.
3.2.4. Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях.
Сила, действующая на заряд, движущийся в магнитном поле. Сила Лоренца. Закон Ампера. Правило левой руки. Движение заряженных частиц в однородном магнитном поле. Удельный заряд. Отклонение заряженных частиц электрическом и магнитным полями. Обобщенная формула Лоренца. Масс-спектрометерия. Эффект Холла. Ускорители заряженных частиц. Линейные, циклические и индукционные ускорители. Основные типы ускорителей: линейные электростатические (генератор Ван-де-Графа); линейные резонансные; резонансные циклические (циклотрон); бетатрон; фазотрон; синхрофазотрон.
Принцип автофазировки. Метод встречных пучков.
3.2.5. Электромагнитная индукция.
Явление электромагнитной индукции. Закон эл/м индукции. Правило Ленца. Э.Д.С. индукции. Токи Фуко.
Явление самоиндукции. Индуктивность. Э.Д.С. самоиндукции. Индуктивность соленоида. Ток при замыкании и размыкании цепи. Взаимная индуктивность.
Энергия магнитного поля тока. Объемная плотность магнитного поля.
3.2.6. Магистика в магнитном поле. Магнитомеханические явления. Гиромагнитное отношение. Спин. Собственный магнитный момент электрона. Магнитные моменты атомов – молекул. Магисто Бора. Квантование проекции магнитного момента.
Природа диамагнетизма и парамагнетизма (качественно).
Ферромагнетизм. Магнитный гистерезис. Остаточная намагниченность и коэрцитивная сила. Природа ферромагнетизма. Домены. Точки Кюри. Антиферромагнетика.
3.2.7. Основы теории Максвелла. Относительность электрических и магнитных полей.Вихревое электрическое поле. Электромагнитное поле. Ток смещения. Полный ток. Уравнения Максвелла в дифференциальной и интегральной форме. Инвариантность относительно преобразований Лоренца.
3.2.8. Основы электромагнитных колебаний. Квазистационарные токи. Свободные колебания в контуре без активного сопротивления. Свободные затухающие колебания. Логарифмический декремент затухания. Добротность контура. Вынужденные электрические колебания. Резонансные кривые для напряжения и силы тока.
Распространение волн в упругой среде. Продольные и поперечные волны. Волновой фронт. Волновая поверхность. Длина волны.
Уравнение плоской и сферической волн. Фазовая скорость волны. Волновое число.
Принцип суперпозиции волн. Интерференция волн. Стоячие волны.
Узлы и пучности стоячей волны.
Световая волна. Световой вектор. Показатель преломления.
Интенсивность света. Лучи. Естественный и поляризованный свет.
Отражение и преломление плоской волны на границе двух диэлектриков. Закон отражения и закон преломления света. Полное внутреннее отражение. Коэффициент отражения и коэффициент пропускания световой волны.
Фотометрические величины и единицы. Кривая относительной спектральной чувствительности глаза. Световой поток. Люмен. Сила света. Кандела. Освещенность. Люкс. Светимость. Яркость. Ломбертовский источник.
Геометрическая оптика. Закон прямолинейного распространения света. Закон независимости световых лучей. Принцип Ферма. Оптическая длина пути.
Центрированная оптическая система. Стигматическое (точечное) изображение. Действительное и мнимое изображение. Пространство предметов и пространство изображений. Кардинальные плоскости и точки оптической системы. Фокальные плоскости и фокусы.
Линейное (поперечное) увеличение. Главные плоскости и точки.
Угловые плоскости и точки. Фокусные расстояния и оптическая сила системы. Диоптрия. Построение изображения. Формула системы (формула Ньютона).
Принцип Гюйгенса. Явление интерференции когерентных волн.
Расстояние между интерференционными полосами.
Временная когерентность. Время когерентности. Длина когерентности (длина цуга). Пространственная когерентность. Радиус когерентности.
Способы наблюдения интерференции света. Зеркала Френеля.
Бипризма Френеля. Кольца Ньютона. Просветление оптики.
Дифракция Френеля и дифракция Фраунгофера. Принцип Гюйгенса-Френеля. Зоны Френеля. Дифракция Френеля от круглого отверстия.
Дифракция Френеля от края полуплоскости и от щели.
Дифракция Фраунгофера от щели.
Дифракционная решетка. Дисперсия и разрешающая сила решетки. Дифракция рентгеновских лучей. Формула Брэгга-Вульфа.
Поляризаторы. Степень поляризации. Прохождение плоскополяризованного света через поляризатор. Закон Малюса.
Поляризация при отражении и преломлении. Закон Брюстера.
Поляризация при двойном лучепреломлении. Обыкновенные и необыкновенные лучи.
Интерференция поляризованных лучей. Прохождение плоскополяризованного света через кристаллическую пластинку.
Искусственное двойное лучепреломление. Эффект Керра.
Вращение плоскости поляризации.
Дисперсия света. Групповая скорость. Элементарная теория дисперсии. Поглощение света. Закон Бугера. Рассеяние света. Закон Гелея. Молекулярное рассеяние. Голубой цвет неба.
Эффект Вавилова-Черенкова.
Эффект Доплера для световых волн.