3.4 Уравнение Максвелла.

Фарадеевская и максвелловская трактовка явления электромагнитной индукции. Ток смещения. Система уравнений Максвелла в интегральной и дифференциальной формах. Скорость распространения электромагнитных возмущений. Волновое уравнение. Плотность энергии. Плотность потока энергии.

3.5 Принцип относительности в электродинамике.

Инвариантность уравнений Максвелла относительно преобразований Лоренца. Релятивистское преобразование полей, зарядов и токов. Относительность магнитных и электрических полей.

3.6 Квазистационарное магнитное поле.

Токи Фуко. Токи смещения. Квазистационарные явления в линейных проводниках. Установление и исчезновение тока в цепи. Генератор переменного тока. Цепи переменного тока. Движение проводника в магнитном поле.

4. Физика колебаний и волн.

Понятие о колебательных процессах. Единый подход к колебаниям различной физической природы.

4.1 Кинематика гармонических колебаний.

Амплитуда. Циклическая частота. Фаза гармонических колебаний. Сложение скалярных и векторных колебаний. Векторные диаграммы.

4.2 Гармонический осциллятор

Простейшие колебательные системы. Свободные и затухающие колебания. Коэффициент затухания, логарифмический декремент, добротность. Осциллятор. Изохронность. Резонанс. Вынужденные колебания. Амплитуда и фаза вынужденных колебаний. Вынужденные колебания в электрических цепях.

4.3 Ангармонические колебания.

Нелинейный осциллятор. Физические системы, содержащие нелинейность. Автоколебания.

4.4Волновые процессы.

Плоская волна. Бегущие и стоячие волны. Фазовая скорость, длина волны, волновое число. Поляризация. Интерференция волн. Распространение волн в сплошных средах. Групповая скорость и ее связь с фазовой скоростью. Волновое уравнение. Продольные волны. Вектор Умова. Плоские электромагнитные волны. Вектор Пойнтинга.

4.5Интерференция

Интерференция монохрамотических волн. Когерентность. Интерферометры. Волновое и спектральное рассмотрение интерференционных явлений.

4.6 Дифракция

Принцип Гюйгенса – Френиля. Дифракция Френеля. Дифракция Фраунгофера. Дифракция на одной и на многих щелях. Дифракционная решетка. Дифракция на круглом отверстии. Дифракция Фраунгофера и спектральное разложение. Принцип голографии.

4.7 Электромагнитные волны в веществе.

Распространение света в веществе. Дисперсия диэлектрической проницаемости. Поглощение света. Прозрачные среды. Поляризация волн при отражении. Элементы кристаллооптики. Электрооптические и магнитооптические явления.

5.Квантовая физика.

Противоречия классической физики. Проблемы излучения черного тела. Фотоэлектрический эффект, стабильность и размеры атома.

5.1 Экспериментальное обоснование основных идей квантовой теории.

Обоснование идей квантования (дискретности): опыт Франка и Герца, опыты Штерна и Герлаха, резонансы во взаимодействии нейтронов с атомными ядрами, пионов с нуклонами. Правило частот Бора. Линейчатые спектры атомов. Принцип соответствия.

5.2 Фотоны.

Энергия и импульс световых квантов. Фотоэффект. Эффект Комптона. Образование и аннигиляция электронно–позитронных пар. Элементарная квантовая теория излучения. Вынужденное и спонтанное излучение фотонов. Коэффициенты Эйнштейна. Тепловое равновесие излучения.

5.3 Корпускулярно- волновой дуализм.

Гипотеза де Бройля. Дифракция электронов. Дифракция нейтронов. Соотношение неопределенностей. Оценка основного состояния атома водорода и энергии нулевых колебаний осциллятора. Объяснение туннельного эффекта и устойчивости атома. Волновые свойства микрочастиц и соотношения неопределенностей.

5.4 Квантовое состояние

Задание состояния микрочастиц; волновая функция; ее статистический смысл. Суперпозиция состояний в квантовой теории. Амплитуда вероятностей. Объяснение поведения микрочастицы в интерферометре. Объяснение дифракции нейтронов на кристалле. Вероятность в квантовой теории.

5.5 Уравнение Шредингера

Уравнение Шредингера. Стационарное состояние. Частица в одномерном и трехмерном ящиках. Частица в одномерной прямоугольной яме. Прохождение частицы над и под барьером. Гармонический осциллятор.

5.6 Атом

Частица в сферически симметричном поле. Водородоподобный атом. Энергетические уровни. Потенциалы возбуждения и ионизации. Спектры водородоподобных атомов. Пространственное распределение электрона в атоме водорода. Ширина уровней. Структура электронных уровней в сложных атомах. Типы связей электронов в атомах. Принцип Паули. Периодическая система Менделеева.

5.7 Атомное ядро

Строение атомных ядер. Модели ядра. Ядерные реакции. Механизмы ядерных реакции.

Радиоактивные превращения атомных ядер. Реакции атомного деления. Цепная реакция деления. Ядерный реактор. Проблемы источников энергии. Термоядерные реакции. Энергия звезд. Управляемый термоядерный синтез.

5.8Элементы квантовой электроники.

Принцип работы квантового генератора. Твердотельные и газоразрядные лазеры. Открытый резонатор. Первые лазеры.

5.9 Вещество в экстремальных условиях.

Вещество при сверхвысоких температурах и сверхвысоких плоскостях. Металлический водород. Уравнение состояния вещества при больших плотностях. Карликовые белые звезды. Нейтронное состояния вещества. Пульсары. Вещество в сверхсильных электромагнитных полях.

6. Современная физическая картина мира

Вещество и поле. Атомно-молекулярное строение вещества. Атомное ядро. Кварки. Элементарные частицы, лептоны, адроны. Взаимопревращение частиц. Сильное, электромагнитное и гравитационное взаимодействия. Иерархия взаимодействий. О единых теориях материи. Физическая картина мира как философская категория.

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПОСТОЯННЫЕ.

Гравитационная постоянная (G) - коэффициент пропорциональности, входящей в закон тяготения Ньютона:

,

где -сила притяжения двух материальных точек массамии, находящихся на расстоянииr.

Постоянная Авогадро (N_A)– определяется число структурных элементов(атомов, молекул, ионов, и других частиц) в единице количества вещества, в одном моле.

Универсальная газовая постоянная (R), входящая в уравнение состояния идеального газа. Физический смысл газовой постоянной - это работа расширения одного моля идеального газа под постоянным давлением при нагревание на 1 К. С другой стороны , газовая постоянная- разность молярных теплоемкостей при постоянном давлении и постоянном объеме

Постоянная Больцмана (k) - равна отношению молярной газовой постоянной к постоянной Авогадро:

Постоянная Больцмана входит в ряд важнейших соотношений физики: в уравнение состояния идеального газа, в выражение для средней энергии теплового движения частиц, связывает энтропию физической системы с ее термодинамической вероятностью.

Молярный объем идеального газа (V_m), т. е. объем. Приходящийся на количество вещества газа 1 моль при нормальных условиях,(р₀=101,325 кПА, Т₀=273,12 К) определяется из соотношения

Элементарный электрический заряд (е), наименьший электрический заряд, положительный и отрицательный, равный по значению заряду электрона

Постоянная Фарадея (F) равна произведению постоянной Авогадро на элементарный электрический заряд (заряд электрона).

Скорость света в вакууме (c) (скорость распространения любых электромагнитных волн) представляет собой предельную скорость распространения любых физических воздействий, инварианта при переходе от одной системы отсчета к другим.

Постоянная Стефана – Больцмана (σ) входит в закон , определяющий полную испускательную способность черного тела: , гдеR-испускательная способность черного тела, Т- термодинамическая температура. Закон сформулирован на основании экспериментальньных данных.

Постоянная Вина (b) входит в закон смещения Вина, утверждающий, что длина на которую приходиться максимум энергии в спектре равновесного состояния, обратно пропорциональна термодинамической температуре излучающего тела: .

Постоянная Планка (h) определяет широкий круг физический явлений, для которой существенна дискретность величин с размерностью действия.

Постоянная Ридберга входит в выражение для уровней энергии и частот излучения.

Радиус первой боровской орбиты (R₁) – радиус ближайшего к ядру электронной орбиты. В квантовой механике определяется как расстояние от ядра, на котором с наибольшей вероятностью можно обнаружить электрон в невозбужденном атоме водорода.

Комптоновская длина волны (λ_K) определяет изменение длины волны электромагнитного излучения при комптоновском рассеяние.

Атомная единица массы (m_а.е.м.) применяется в атомной и ядерной физике для выражения масс элементарных частиц атомов и молекул.

Электрическая и магнитная постоянные (ε₀,μ₀)– физические постоянные, входящие в формулы электромагнетизма.