Перечень вопросов к ЭКЗАМЕНУ по курсу ФИЗИКИ группы: 24-ПСЖД, 24-НТТС, 24-СиМ, 24-ТБ, 24-УТС

Классическая механика

1. Механическое движение как простейшая форма движения материи. Элементы кинематики материальной точки. Тело отсчета, система отсчета. Скорость и ускорение как производные радиус-вектора по времени. Нормальное и тангенциальное ускорения. Поступательное движение тела.
2. Кинематика вращательного движения абсолютно твердого тела. Угловая скорость и угловое ускорение, их связь с линейными скоростями и ускорениями точек вращающегося тела.
3. Динамика материальной точки и поступательного движения твердого тела, задачи динамики. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Масса. Импульс.
4. Сила. Фундаментальные взаимодействия. Второй закон Ньютона для материальной точки и системы материальных точек. Внутренние и внешние силы. Закон сохранения импульса. Третий закон Ньютона.
5. Динамика вращательного движения тела вокруг неподвижной оси. Момент силы. Момент инерции тела относительно оси. Момент импульса. Уравнение динамики вращательного движения твердого тела относительно неподвижной оси. Закон сохранения момента импульса.
6. Механическая работа, мощность, энергия. Работа переменной силы и ее выражение через криволинейный интеграл. Энергия как универсальная мера различных форм движения и взаимодействия. Кинетическая энергия механической системы и ее связь с работой внешних и внутренних сил, приложенных к системе. Кинетическая энергия вращающегося тела.
7. Понятие о поле, как форме материи, осуществляющей силовое взаимодействие между частицами вещества. Потенциальные поля. Силы потенциальные (консервативные) и диссипативные. Потенциальная энергия тела в гравитационном поле. Потенциальная энергия упругого взаимодействия.
8. Законы сохранения – фундаментальные законы физики. Закон сохранения импульса. Закон сохранения момента импульса. Закон сохранения механической энергии. Общий закон сохранения энергии.

Элементы СТО (специальной теории относительности)

1. Постулаты специальной теории относительности. Преобразования Лоренца. Понятие одновременности событий. Относительность временных интервалов. Лоренцево сокращение длины. Релятивистский закон сложения скоростей. Интервал между событиями и его инвариантность по отношению к выбору инерциальной системы отсчета как проявление и взаимосвязь пространства и времени.
2. Элементы релятивистской динамики. Масса и импульс в релятивистской динамике. Основной закон релятивистской динамики материальной точки. Релятивистское выражение для кинетической энергии. Взаимосвязь массы и энергии. Границы применимости классической механики.

Молекулярная физика и термодинамика

1. Методы изучения макроскопических систем: молекулярно-кинетический и термодинамический . Термодинамические параметры. Равновесные состояния и процессы, их изображение на термодинамических диаграммах.
2. Модель идеального газа. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеальных газов для давления. Молекулярно-кинетическое толкование температуры. Уравнение состояния идеального газа. Газовые законы как следствие молекулярно-кинетической теории.
3. Элементы классической статистики. Закон Максвелла для распределения молекул идеального газа по модулю скоростей. Скорости газовых молекул. Опыт Штерна. Идеальный газ в поле тяготения. Барометрическая формула. Закон Больцмана для распределения частиц во внешнем потенциальном поле.
4. Физические основы термодинамики. Термодинамическая система. Работа и теплота как форма обмена энергией между системами. Внутренняя энергия идеального газа. Распределение энергии по степеням свободы. Первое начало термодинамики. Теплоемкость. Второе начало термодинамики. Макро- и микросостояния. Энтропия и ее статистический смысл. Неравенство Клаузиуса для цикла и процесса. Применение первого и второго начал термодинамики к анализу обратимых процессов в газах.
5. Обратимые и необратимые процессы. Круговой процесс (цикл). Тепловые двигатели и холодильные машины. Цикл Карно и его к.п.д. Теорема Карно. Эффективный диаметр молекул, среднее число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул.
6. Явления переноса в термодинамически неравновесных процессах. Опытные законы диффузии, теплопроводности и внутреннего трения. Уравнения переноса. Молекулярно-кинетическая трактовка явлений переноса. Коэффициенты переноса и их анализ.
7. Отступления от законов идеальных газов. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Сравнение изотерм Ван-дер-Ваальса с экспериментальными. Фазовые переходы первого и второго рода. Критическое состояние.

Механические колебания и волны

1. Гармонические механические колебания. Кинематические характеристики гармонических колебаний. Дифференциальное уравнение гармонических колебаний. Пружинный, физический и математический маятники. Энергия гармонических колебаний. Сложение гармонических колебаний одного направления и одинаковой частоты. Биения. Сложение взаимно-перпендикулярных колебаний.
2. Дифференциальное уравнение затухающих колебаний и его решение. Характеристики затухающих колебаний. Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний и его решение. Амплитуда смещения и фаза вынужденных колебаний. Резонанс.

Электростатика, постоянный электрический ток

1. Электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона.
2. Электрическое поле. Основные характеристики электростатического поля – напряженность и потенциал. Напряженность как градиент потенциала. Графическое изображение электростатических полей.
3. Принцип суперпозиции полей. Поток вектора напряженности и поток вектора электростатической индукции.
4. Теорема Гаусса для электростатического поля. Применение теоремы Гаусса к расчету полей в простейших случаях (заряженная плоскость, сфера,  цилиндр).
5. Электрическое поле в веществе. Типы диэлектриков. Поляризованность. Диэлектрическая восприимчивость вещества. Диэлектрическая проницаемость среды.
6. Сегнетоэлектрики. Проводники в электрическом поле. Распределение зарядов в проводнике.
7. Электроемкость уединенного проводника. Взаимная емкость двух проводников. Конденсаторы. Расчет емкость конденсаторов различной геометрической конфигурации (плоский, сферический, цилиндрический конденсаторы).
8. Энергия заряженного проводника, конденсатора. Энергия электростатического поля. Объемная плотность энергии.
9. Постоянный электрический ток. Сила тока, плотность тока. Условия существования электрического тока.
10. Сторонние силы, электродвижущая сила, напряжение. Закон Ома. Законы Кирхгофа.
11. Сопротивление проводника и его зависимость от температуры. Сверхпроводимость.  Работа и мощность тока. Закон Джоуля – Ленца.

Электромагнетизм, магнитное поле в вакууме и веществе

1. Природа возникновения магнитного поля, свойства. Магнитная индукция, принцип суперпозиции. Закон Ампера. Магнитное поле тока. Закон Био-Савара-Лапласа и его применение к расчету магнитного поля. Магнитное поле прямолинейного проводника с током. Магнитное поле кругового тока. Магнитный момент витка с током. Вихревой характер магнитного поля. Закон полного тока (циркуляция вектора магнитной индукции) для магнитного поля в вакууме и его применение к расчету магнитного поля длинного соленоида.
2. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Эффект Холла. Контур с током в магнитном поле. Магнитный поток. Работа перемещения контура с током в магнитном поле.
3. Явление электромагнитной индукции (опыты Фарадея). Правило Ленца. Закон электромагнитной индукции. Явление самоиндукции. Индуктивность. Токи при замыкании и размыкании цепи. Явление взаимной индукции. Взаимная индуктивность.
4. Энергия системы проводников с током. Объемная плотность энергии магнитного поля.
5. Магнитное поле в веществе. Магнитные моменты атомов. Типы магнетиков. Намагниченность. Микро- и макротоки. Элементарная теория диа- и парамагнетизма. Магнитная восприимчивость вещества и ее зависимость от температуры. Напряженность магнитного поля. Магнитная проницаемость среды. Ферромагнетики. Кривая намагничивания. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Закон Кюри-Вейсса. Домены. Спиновая природа ферромагнетизма.

Электромагнитные колебания и волны

1. Гармонические электромагнитные колебания и их характеристики. Дифференциальное уравнение электромагнитных колебаний. Электрический колебательный контур. Энергия электромагнитных колебаний. Дифференциальное уравнение затухающих электромагнитных колебаний и его решение. Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний и его решение. Амплитуда и фаза вынужденных колебаний. Резонанс токов и напряжений в колебательном контуре.
2. Электромагнитные волны. Уравнения Максвелла, связь электрического и магнитного полей. Дифференциальное уравнение электромагнитной волны. Монохроматическая волна. Основные свойства электромагнитных волн. Шкала электромагнитных волн. Энергия электромагнитных волн. Поток энергии. Вектор Умова–Пойнтинга. Излучение диполя. Взаимодействие электромагнитных волн с веществом.

Волновая оптика

1. Геометрическая оптика. Прямолинейное распространение света. Законы отражения и преломления света. Полное отражение.
2. Свет как электромагнитная волна. Интерференция света. Когерентность и монохроматичность световых волн. Оптическая длина пути. Расчет интерференционной картины от двух когерентных источников. Интерференция света в тонких пленках, просветляющая оптика. Интерферометры.
3. Дифракция света. Принцип Гюйгенса–Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция Фраунгофера на одной щели и дифракционной решетке. Разрешающая способность оптических приборов. Дифракция рентгеновских лучей. Формула Вульфа−Брегга. Рентгеноструктурный и рентгеноспектральный анализ.
4. Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Закон Малюса. Поляризация света при отражении. Закон Брюстера. Двойное лучепреломление. Искусственная оптическая анизотропия. Эффект Керра. Инженерные применения поляризации света.

Квантовая природа излучения

1. Тепловое излучение. Модель абсолютно черного тела. Закон Кирхгофа. Закон Стефана-Больцмана. Распределение энергии в спектре абсолютно черного тела. Закон смещения Вина. Квантовая гипотеза и формула Планка. Оптическая пирометрия.
2. Внешний фотоэффект и его законы. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Практическое использование явления фотоэффекта. Фотоны. Масса и импульс фотона. 3. Давление света. Опыты Лебедева. Квантовое и волновое объяснения давления света.
3. Экспериментальное подтверждение квантовых свойств света. Внутренний фотоэффект, полупроводниковый фотоэлемент. Эффект Комптона, теория. Формула де Бройля. Соотношение неопределенностей Гейзенберга как проявление корпускулярно-волнового дуализма свойств вещества.

Атомная физика и квантовая механика

1. Атом водорода. Теория атома по Бору, постулаты Бора. Главное, орбитальное и магнитное квантовые числа. Опыт Штерна и Герлаха. Спин электрона. Спиновое квантовое число. Принцип Паули. Распределение электронов в атоме по состояниям. Понятие об энергетических уровнях молекул. Спектры атомов и молекул. Формула Бальмера. Поглощение, спонтанное и вынужденное излучения.
2. Волновая функция и ее статистический смысл. Стационарные состояния. Уравнение Шредингера для стационарных состояний. Свободная частица. Частица в одномерной прямоугольной «потенциальной» яме.

Элементы физики твердого тела

1. Определение и классификация твердых тел. Понятие о квантовой статистике Бозе-Эйнштейна. и Ферми-Дирака. Зонная теория твердых тел, распределение электронов по энергетическим зонам. Металлы, диэлектрики и полупроводники с позиции зонной теории.
2. Собственная проводимость полупроводников и ее зависимость от температуры. Электронные и дырочные полупроводники. Электропроводность диэлектриков.
3. Контактные явления. Работа выхода. Внешняя и внутренняя контактная разность потенциалов. Термоэлектрические явления. Устройство диода. Контакт электронного и дырочного полупроводника (p–n-переход) и его вольт-амперная характеристика.  Транзисторы. Практическое использование полупроводников.

Физика атомного ядра

1. Модели атомного ядра. Заряд, размер и масса атомного ядра. Массовое и зарядовое числа. Состав ядра. Нуклоны. Взаимодействие нуклонов, свойства и природа ядерных сил. Дефект массы и энергия связи ядра. Закономерности альфа-, бета- и гамма-излучений атомных ядер.
2. Ядерные реакции. Радиоактивность, закон радиоактивного распада. Использование явления радиоактивности. Единицы измерения ионизирующих излучений. Физика ядерного реактора.




Перечень вопросов к ЭКЗАМЕНУ по курсу ФОИЭ/ группа: СИМ



1. Единицы физических величин, внесистемные единицы. Основные единицы системы СИ, приставки.
2. Погрешности измерений, типы погрешностей измерений, их определение.
3. Физические модели, примеры. Погрешности физических моделей.
4. Математические модели, примеры. Погрешности математических моделей.
5. Измерение как физический процесс, примеры.
6. Теория размерностей, применение теории размерностей для вывода физических соотношений, примеры.
7. Теорема Бэкингема (П-теорема), подобие объектов и процессов.
8. Методы измерения как методы сравнения с мерой, примеры.
9. Методы масштабного преобразования, метод шунтирования, метод следящего уравновешивания, мостовой метод.
10. Разностный метод преобразования, примеры.
11. Измерительные преобразователи физических величин, примеры.
12. Классификация измерительных преобразователей. Примеры статических и динамических преобразователей.
13. Статические характеристики и статические погрешности систем измерений, функции преобразования.
14. Класс точности приборов, определение погрешностей приборов.
15. Чувствительность системы измерения, изменение чувствительности.
16. Характеристики влияния окружающей среды и объектов на системы измерения.
17. Естественные пределы измерений, соотношение неопределенностей Гейзенберга.
18. Физические принципы создания эталонной базы. Характеристики физических эффектов для измерений.
19. Теория сверхпроводимости, эффект Джозефсона и эталон напряжения.
18. Квантование магнитного потока, квант магнитного потока, эталон магнитного поля.
19. Эффект Холла, Ккантовый эффект Холла, эталон единицы сопротивления.
20. Метод прямого сравнения, метод непосредственной оценки, метод прямого преобразования, метод замещения.
21. Случайные измерения, определение погрешности случайных измерений, примеры.
22. Прямые измерения, абсолютная погрешность прямых измерений, примеры.



Вопросы к ЭКЗАМЕНУ по курсу ФКС/ группы: МТМ

1. Твердое состояние. Кристаллы. Поликристаллы. Модельные представления в физике конденсированного состояния. Энергия связи. Устойчивость структуры. Силы Ван-дер-Ваальса. Дисперсионные, ориентационные, индукционные взаимодействия. Взаимное отталкивание. Потенциал Ленарда-Джонса. Ионная связь. Энергия Маделунга. Объемный модуль упругости ионных кристаллов. Ковалентная связь. Металлическая связь.

2. Решетка Бравэ. Объемноцентрированная кубическая решетка. Гранецентрированная кубическая решетка. Координационное число. Примитивная ячейка. Ячейка Вигнера-Зейтца. Решетка с базисом. Кристаллическая структура. Примеры решеток с базисом. Обратная решетка. Атомные плоскости. Индексы Миллера атомных плоскостей. Симметрия решетки. Трансляционная симметрия. Плоскость симметрии. Инверсия в точке. Скольжение. Винтовой поворот. Точечные группы.

3. Дифракционные методы, основанные на применении рентгеновского излучения, электронов, ионов. Условия дифракции Брэгга. Условие дифракции Лауэ. Уравнение Лауэ для амплитуды рассеяния. Структурный фактор базиса. Структурный фактор ОЦК- и ГЦК- решеток. Атомный фактор рассеяния. Температурная зависимость линий отражения. Экспериментальные методы рентгеновского спектрального анализа. Построение Эвальда. Метод Лауэ. Метод вращения кристалла. Метод порошка.

4. Упругие деформации. Континуальное приближение. Тензор деформаций. Тензор напряжений. Закон Гука. Энергия деформированного упругого тела. Модули упругости кристаллов низших кристаллических систем. Плоские волны и уравнение Кристоффеля. Упругие волны в кубических кристаллах. Экспериментальное определение упругих постоянных.

5. Фононы и колебания решетки. Импульс и энергия фонона. Неупругое рассеяние фотонов на акустических фононах. Неупругое рассеяние рентгеновских лучей на фононах. Неупругое рассеяние нейтронов на фононах. Колебания в решетке одинаковых атомов. Первая зона Бриллюэна. Групповая скорость. Континуальное приближение. Вычисление силовых постоянных из дисперсионного закона. Решетка с двумя атомами в примитивной ячейке. Оптические свойства в ИК области спектра. Нули и полюсы диэлектрической функции. Уравнения Лиддейна-Сакса-Теллера. локальные фононные моды. Рассеяние фотонов фононами.

6. Энергия решетки. Классическая модель. Квантовая модель. Теплоемкость кристаллической решетки. Модель Эйнштейна. Плотность состояний. Модель Дебая. Ангармонические взаимодействия. Теплопроводность. Нормальные процессы и процессы переброса. Рассеяние фононов на дефектах.

7. Модель свободных электронов. Энергетические уровни в одномерном случае. Функция распределения Ферми-Дирака. Свободный электронный газ в трехмерном случае. Теплоемкость электронного газа. Экспериментальные данные по электронной теплоемкости металлов. Электропроводность и закон Ома. Экспериментальные данные об электросопротивлении металлов. Теплопроводность металлов. Закон Видемана-Франца.

8. Энергетические уровни свободных атомов. Обобществление электронов в кристалле. Модель почти свободных электронов. Теорема Блоха. Граничные условия Борна-Кармана. Импульс электрона в кристалле. Уровни электронов в периодическом потенциальном поле. Поверхность Ферми. Эффективная масса электронов в кристалле. Физическая интерпретация эффективной массы. Приближение сильно связанных электронов.

9. Однородные полупроводники. Собственная проводимость. Запрещенная зона. Закон действующих масс. Концентрация собственных носителей. Подвижность в области собственной проводимости. Примесная проводимость. Примесные состояния. Неоднородные полупроводники. Поля и концентрации в равновесном p-n-переходе.

10. Макроскопическое электрическое поле. Локальное электрическое поле на атоме. Диэлектрическая проницаемость и поляризуемость. Диэлектрическая поляризация.

11. Диамагнетизм. Парамагнетизм. Формула Ланжевена и закон Кюри. Квантовая теория парамагнетизма. Парамагнитная восприимчивость электронов проводимости. Ферромагнетизм. Молекулярное поле Вейсса.

12. Высокочастотная электропроводность металла. Распространение электромагнитных волн в плазме. Электростатическое экранирование. Электрон-электронные столкновения. Движение в магнитном поле. Эффект Холла.