girniy.ru 1






ПРОГРАММА

ВСТУПИТЕЛЬНОГО ЭКЗАМЕНА В МАГИСТРАТУРУ


Общие положения

Вступительный экзамен в магистратуру по специальности 6М011000 – «Физика» по своему содержанию и методике отличается от курсовых экзаменов по отдельным предметам учебного плана в бакалавриате.

На экзамене студент должен продемонстрировать умения эффективно применять законы физики для решения конкретных теоретических и практических задач исследовательского и прикладного характера, ориентироваться в теоретическом материале, знание основных источников (литературных, научных, учебных, периодических изданий) и уточняются знания основных физических закономерностей.

Предлагаемая программа включает круг основных вопросов, излагаемых в традиционных пяти разделах курса «Общей физики»:

- Механика;

- Молекулярная физика и термодинамика;

- Электричество и магнетизм;

- Оптика;

- Физика атома и атомного ядра.

Данный курс занимает профилирующее место в процессе подготовки будущего научно-педагогического работника (магистр) по специальности «Физика». В нем органически сочетаются вопросы классической и современной физики, четко определяются границы, в пределах которых справедливы те или иные физические концепции, модели и теории.


Перечень и содержание дисциплин


МЕХАНИКА


Введение
. Физика как наука. Содержание структура физики. Связь физики с другими науками. Предмет механики и ее развитие.

Кинематика материальной точки. Представление Ньютона о свойствах пространства и времени. Понятие материальной точки. Закон движения. Векторы скорости и ускорения. Тангенциальное и нормальное ускорение. Движение по окружности. Угловое перемещение, угловая скорость, угловое ускорение. Колебательное движение. Амплитуда, частота и фаза колебаний.


Динамика материальной точки. Законы Ньютона. Момент импульса, силы, инерции. Сохранение момента импульса материальной точки при действии центральной силы. Работа силы и мощность. Кинетическая и потенциальная энергии. Сохранение полной энергии.

Динамика системы материальных точек. Система материальных точек. Внешние и внутренние силы. Центр масс. Реактивное движение. Упругое и неупругое взаимодействие (соударение). Момент импульса системы.

Механика твердого тела. Твердое тело, как система материальных точек. Абсолютно твердое тело. Поступательное и вращательное движение твердого тела. Момент силы относительно оси. Момент инерции и момент импульса твердого тела. Теорема Штейнера. Виды равновесия.

Упругие силы. Упругие свойства твердых тел. Предел упругости. Закон Гука для различных деформаций. Модули упругости. Плотность энергии.

Движение при наличии трения. Силы трения. Законы сухого трения. Трение покоя и скольжение. Трение качения.

Всемирное тяготение. Закон всемирного тяготения Ньютона. Сила тяжести и вес тела. Невесомость. Первая, вторая и третья космические скорости. Движение планет, законы Кеплера.

Элементы специальной теории относительности (СТО). Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца. Относительность одновременности. Релятивистская форма второго закона Ньютона. Связь массы и энергии. Законы сохранения энергии и импульса в СТО.

Механика жидкостей и газов. Давление в жидкости и газе. Закон Паскаля. Сила Архимеда. Условия плавания тел. Идеальная жидкость. Уравнение неразрывности струи. Уравнение Бернулли. Формула Торричелли. Ламинарное и турбулентное течения. Формула Стокса.

Колебания и волны. Движение под действием упругих и квазиупругих сил. Вынужденные колебания. Резонанс. Автоколебания. Продольные и поперечные волны. Фазовая скорость волны. Вектор Умова. Интерференция волн. Стоячие волны. Акустика. Природа звука. Скорость звука. Ультразвук.



МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА


Введение. Предмет молекулярной физики. Модель материального тела. Агрегатные состояния вещества и их признаки.

Основные положения молекулярно-кинетической теории газов. Идеальный газ. Давление. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа. Температура. Газовые законы. Внутренняя энергия идеального газа.

Статистический метод и элементы теории вероятностей. Основные математические понятия. Случайные события и величины. Флуктуации. Макроскопическое и микроскопическое состояния системы. Распределение Гиббса.

Распределение Максвелла и Больцмана. Скорости молекул газа. Барометрическая формула. Опыты Штерна и Перрена.

Первое начало термодинамики. Задачи термодинамики. Первое начало термодинамики. Работа и теплота. Теплоемкость газа. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам. Адиабатический и политропный процессы.

Второе начало термодинамики. Обратимые и необратимые процессы. Работа цикла. Цикл Карно. Теорема Карно. Второе начало термодинамики. Энтропия. Теорема Нернста.

Процессы переноса. Средняя длина свободного пробега. Самодиффузия, вязкость, теплопроводность.

Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Критическое состояние. Эффект Джоуля-Томсона. Сжижение газов.

Жидкости. Структура и свойства жидкостей. Поверхностное натяжение. Формула Лапласа. Капиллярные явления. Испарение и кипение. Жидкие растворы. Растворимость. Закон Рауля. Закон Генри.

Твердые тела. Кристаллическое и аморфное строения веществ. Решетки Браве. Виды деформации. Кристаллизация и плавление. Закон Дюлонга-Пти.

Фазовые превращения. Фазовые превращения первого и второго рода. Тройная точка. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса.



ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ


Введение. Краткий исторический обзор развития представления о природе электричества и магнетизма.

Электростатика. Атомическая природа электричества. Заряд. Закон сохранения заряда. Закон Кулона. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Поток вектора напряженности. Принцип суперпозиции. Теорема Остроградского-Гаусса. Работа силы поля при перемещении зарядов. Потенциал. Эквипотенциальные поверхности. Дифференциальная форма теоремы о циркуляции.

Проводники в электрическом поле. Распределение зарядов в проводнике. Электроемкость проводников. Конденсаторы. Виды конденсаторов.

Электрическое поле в диэлектриках. Свободные и связанные заряды. Теорема Остроградского-Гаусса для поля в диэлектриках.

Энергия электростатического поля. Энергия системы неподвижных точечных зарядов. Энергия заряженного проводника и заряженного конденсатора.

Постоянный ток. Движение зарядов в электрическом поле. Электрический ток. Закон Ома для участка цепи. Сторонние силы. Э.Д.С. Законы Ома и Джоуля-Ленца в дифференциальной форме. Мощность тока. Удельное сопротивление. Правила Кирхгофа.

Электропроводность твердых тел. Природа тока в металлах. Понятие о сверхпроводимости. Термоэлектрические явления. Термоэлектронная эмиссия.

Магнитное поле. Магнитное поле электрического тока. Закон Ампера. Индукция и напряженность магнитного поля. Магнитный поток. Закон Био-Савара-Лапласа. Магнитное поле прямого тока. Магнитное поле кругового тока. Закон полного тока. Сила Лоренца. Опыт Томсона.

Магнитные свойства вещества. Магнетики. Природа диа- и парамагнетизма. Природа ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри.

Электромагнитная индукция. Опыты Фарадея. Правило Ленца. Электродвижущая сила индукции. Закон электромагнитной индукции. Самоиндукция и взаимоиндукция. Индуктивность. Энергия и плотность энергии магнитного поля.


Электромагнитное поле. Ток смещения. Гипотеза Максвелла. Уравнения Максвелла. Вектор Умова-Пойнтинга.

Электромагнитные колебания и волны. Электрические колебания. Получение переменной ЭДС. Сопротивление, емкость и индуктивность в цепи переменного тока. Закон Ома для цепей переменного тока. Собственные колебания. Формула Томсона. Излучение электромагнитных волн.

ОПТИКА


Введение. Предмет оптики. Волновая природа света.

Фотометрия. Основные фотометрические понятия. Единицы измерений световых величин. Функция видности.

Интерференция света. Когерентность колебаний и волн. Способы наблюдения интерференции света. Оптическая длина пути. Интерференционные приборы.

Дифракция света. Принцип Гюйгенса – Френеля. Метод зон Френеля. Дифракционная решетка. Дифракция рентгеновских лучей.

Оптическая голография. Принцип голографии. Плоская голограмма. Объемная голограмма.

Основы геометрической оптики. Основные положения и законы геометрической оптики. Основные определения. Принцип Ферма. Увеличение. Уравнение Лагранжа-Гельмгольца. Преломление в линзе. Изображение в тонкой линзе.

Основы кристаллооптики. Поляризация света. Поляризаторы.

Дисперсия, поглощение и рассеяние света. Дисперсия света. Уравнение дисперсии света.

Нормальная дисперсия. Аномальная дисперсия. Поглощение света. Рассеяние света.

Виды излучения. Основные законы теплового излучения. Закон Кирхгофа. Закон излучения Стефана-Больцмана. Закон смещения Вина. Формула Рэлея – Джинса. Формула Планка. Источники света. Излучение Вавилова-Черенкова.

Действие света. Фотоэлектрический эффект. Внешний фотоэффект. Законы фотоэффекта. Квантовые свойства света. Формула Эйнштейна. Явление Комптона. Давление света. Явление Доплера.



ФИЗИКА АТОМА И АТОМНОГО ЯДРА


Введение. Основные этапы развития физики атома, твердого тела, атомного ядра и элементарных частиц.

Развитие квантовых представлений об атоме. Атомы и молекулы. Строение атома. Опыты Резерфорда и Бора. Формула Резерфорда. Модели атома. Уровни энергии и способы их возбуждения. Типы спектров. Атомные энергетические уровни. Спектральные линии. Постулаты Бора.

Корпускулярно-волновой дуализм. Волновая природа материи. Гипотеза Луи де-Бройля. Свойства волн де Бройля. Соотношение неопределенностей Гейзенберга.

Основные понятия квантовой механики. Уравнение Шредингера. Линейный гармонический осциллятор. Квантовые числа и их физический смысл. Спин и магнитный момент электрона. Принцип Паули. Магнитный резонанс. Ядерный магнитный резонанс. Периодическая система элементов Менделеева. Закон Мозли. Строение молекул.

Квантовая физика твердого тела. Элементы зонной теории твердых тел. Поверхность Ферми. Фононы. Механические, электрические и тепловые свойства твердых тел. Дефекты кристаллической структуры.

Физика атомного ядра. Ядро как система взаимодействующих частиц – протонов и нейтронов. Массовое число. Строение ядра. Энергия связи ядра. Ядерные силы. Естественная и искусственная радиоактивность. Закон радиоактивного распада. Период полураспада. Распады. Электрические и магнитные переходы. Правила смещения.

Физика ядерных реакций. Сечения ядерных реакции. Механизмы ядерных реакции. Деление и синтез атомных ядер. Цепная реакция. Проблемы ядерной энергетики. Общие сведения об элементарных частицах. Космические лучи. Анти-частицы. Классификация элементарных частиц. Кварки. Действие ядерных излучений на организм.


ЛИТЕРАТУРА


Основная:

  1. Матвеев А.Н. Механика и теория относительности. –М.: Высшая школа. 1986, 415 с.


  2. Стрелков С.П. Механика. –М.: Наука. 1975, 559 с.

  3. Сивухин Д.В. Общий курс физики. –М.: Наука. 1989, 576 с.

  4. Савельев И.В. Курс общей физики. –М.: Наука. 1986, 432 с.

  5. Матвеев А.Н. Учебное пособие. –М.: Высшая школа. 1983, 463 с.

  6. Калашников С.Г. Электричество. –М.: Наука. 1985, 592 с.

  7. Ландсберг Г.С. Оптика. –М.: Наука. 1976.

  8. Шпольский Э.В. Атомная физика. Учебное пособие в 2-х т. –М.: Наука. 1984, 574 с.

  9. Широков Ю.М., Юдин Н.П. Ядерная физика. –М.: Наука.1980, 671 с.

  10. Займан Дж. Принципы теории твердого тела. –М.: Мир.1966.

  11. Павлов П.В., Хохлов А.Ф. Физика твердого тела. –М.: ВШ. 2000, 494 с.

Дополнительная:

  1. Кикоин А.К., Кикоин И.К. «Молекулярная физика»: Учебное пособие для вузов. – М.: Наука. 1990, 592 с.