Программа вступительного экзамена по приему в магистратуру по специальности 6М011000 «Физика»
| скачать Южно – Казахстанский государственный университет им. М.Ауезова Центр послевузовского образования Кафедра Теория и методика преподования физики «Утверждаю» И.о.проректора по НИРиМС _____________Бажиров Т.С. «__»__________200__г. Программа вступительного экзамена по приему в магистратуру по специальности 6М011000 – «Физика» Шымкент, 2010 г. Программа вступительного экзамена составлена на основании типовых программ Государственного общеобразовательного стандарта образования РК 3.08.260 – 2006 специальности 05010 – «Физика» дисциплин
Программа вступительного экзамена обсуждена на заседании кафедры « 29» ___09_____ 2009 г., протокол № 1 Заведующий кафедрой ________________ к.ф. – м.н. П.А.Саидахметов Программа вступительного экзамена одобрено методической коммиссией факультета Естественно – педагогический «08» 10 200 9_г. Протокол № 3 Председатель _____________________ Г.Бозшатаева Программа вступительного экзамена согласована с Центром послевузовского образования Начальник ЦПО ___________________________ К.Сыпабек Введение ^ Основными задачами образовательной магистрской программы по специальности 6N0604 – «Физика» является обеспечение условий для:
Требования к ключевым компетенциям магистра по специальности 6N0604 – «Физика» Иметь представление:
знать:
^
Общая физика 1.1 Механика Введение. Физика как наука. Содержание и структура физики. Связь физики с другими науками. Предмет механики. Краткий методический обзор ее развития. Кинематика материальной точки. Представление Ньютона о свойствах пространства и времени. Понятие материальной точки. Система отсчета. Относительность движения. Эталоны длины и времени. Система единиц СИ. Закон движения, траектория, путь, перемещение. Векторы скорости и ускорения. Принцип независимости движений. Преобразования Галилея для координат и скоростей. Тангенциальное и нормальное ускорение. Равномерное и равнопеременное прямолинейное движение. Движение материальной точки по окружности. Угловое перемещение, угловая скорость, угловое ускорение. Связь между линейными и угловыми кинематическими величинами. Векторы угловой скорости и ускорения. Колебательное движение. Гармонические колебания. Амплитуда, частота и фаза колебаний. Смещение, скорость и ускорение при гармоническом колебательном движении. Связь колебательного и вращательного движений. Векторные диаграммы. Сложение колебаний одного направления с одинаковыми и разными частотами. Явление Биения. Сложение взаимно-перпендикулярных колебаний. Фигуры Лиссажу. Понятие о спектрах и гармоническом спектральном анализе. Динамика материальной точки. Первый закон Ньютона. Сила. Принцип независимости действующих сил. Результирующая сила. Фундаментальные взаимодействия. Масса. Второй закон Ньютона. Импульс. Закон сохранения импульса. Третий закон Ньютона. Принцип относительности Галилея. Момент импульса материальной точки, момент силы, момент инерции. Сохранение момента импульса материальной точки при действии центрально силы. Работа силы и мощность. Кинетическая энергия. Консервативные и не консервативные силы. Потенциальная энергия. Связь силы с потенциальной энергией. Сохранение полной энергии материальной точки в поле потенциальной силы. Динамика системы материальных точек. Законы сохранения. Система материальных точек. Внешние и внутренние силы. Замкнутая система. Движение системы. Центр масс. Движение центра масс. Закон сохранения импульса, его следствия. Реактивное движение, уравнения Мещерского и Циолковского. Энергия системы материальных точек. Консервативные и не консервативные системы. Закон сохранения механической энергии в консервативной системе. Упругое и не упругое взаимодействия (соударения). Момент импульса системы, закон сохранения момента импульса замкнутой системы. Роль законов сохранения в физике. Механика твердого тела. Твердое тело, как система материальных точек. Абсолютно твердое тело. Поступательное и вращательное движение твердого тела. Мгновенные оси вращения. Понятие о степенях свободы. Вращение относительно неподвижно оси, момент силы относительно оси. Пара сил, момент пары. Момент инерции и момент импульса твердого тела. Второй закон Ньютона для твердого тела (уравнения моментов). Теорема Штейнера. Кинетическая энергия вращения твердого тела. Закон сохранения момента импульса твердого тела и его следствия. Свободные оси вращения. Гироскоп. Условия равновесия твердого тела. Виды равновесия. Центр тяжести. Упругие силы. Упругие свойства твердых тел. Предел упругости. Виды упругих деформаций. Закон Гука для различных деформаций (одностороннее растяжение (сжатие), всестороннее сжатие, сдвиг, кручение). Модули упругости, коэффициент Пуассона. Потенциальная энергия упруго-деформированного тела. Плотность энергии. Движение при наличии трения. Силы трения. Законы сухого трения. Трение покоя и скольжение. Трение качения. Значение сил трения в природе и технике. Всемирное тяготение. Закон всемирного тяготения Ньютона, постоянная тяготения и ее измерение. Сила тяжести и вес тела, невесомость. Тяжелая и инертная массы. Принцип эквивалентности сил инерции и сил тяготения. Понятие о поле тяготения. Напряженность и потенциал поля тяготения. Применение законов сохранения энергии, момента импульса к движению в центральном гравитационном поле. Первая, вторая и третья космические скорости. Движение планет, законы Кеплера. Движение в инерциальных системах отсчета (НИСО). Силы инерции. Сила инерции в прямолинейно движущихся НИСО. Равномерно вращающаяся НИСО. Центробежная сила инерции. Сила Кариолиса. Проявления сил инерции на Земле. Маятник Фуко, зависимость силы тяжести от широты. Элементы специальной теории относительности (СТО). Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца. Относительность одновременности. Длина и промежутки времени в СТО. Релятивистский закон преобразования скоростей. Релятивистский импульс. Релятивистская форма второго закона Ньютона. Связь массы и энергии. Полная энергия в СТО. Законы сохранения энергии и импульса в СТО. Механика жидкостей и газов. Давление в жидкости и газе. Измерение давления. Распределение давления в покоящихся жидкостях и газах. Закон Паскаля. Сила Архимеда. Условия плавания тел. Идеальная жидкость. Уравнение неразрывности струи. Уравнение Бернулли для идеальной жидкости и его следствия. Формула Торричелли. Реакция вытекающей струи. Движение вязкой жидкости. Жидкое трение. Ламинарное и турбулентное течения. Число Рейнольдса. Движение тел в жидкостях и газах. Формула Стокса. Сила лобового сопротивления и подъемная сила крыла самолета. Эффект Магнуса. Колебания и волны. Движение под действием упругих и квазиупругих сил. Уравнение движений простейших колебательных систем без трения, математический и физический маятники. Собственная частота колебаний. Кинетическая и потенциальная энергии, полная энергия колеблющегося тела. Уравнение движения колебательных систем с жидким трением. Затухающие колебания. Частота колебаний. Коэффициент затухания, логарифмический декремент, добротность, их связь с параметрами колебательной системы. Вынужденные колебания. Резонанс. Автоколебания. Роль механических колебаний в технике. Распространение колебаний в однородной упругой среде. Продольные и поперечные волны. Фазовая скорость волны. Уравнение плоской волны. Смещение, скорость, ускорение бегущей волны. Энергия бегущей волны. Поток энергии. Вектор Умова. Интенсивность волны. Интерференция волн. Стоячие волны. Смещение, скорость и относительная деформация в стоячей волне. Энергетические соотношения в стоячей волне. ^ Введение. Предмет молекулярной физики. Модель материального тела. Агрегатные состояния вещества и их признаки. Методы описания физических свойств вещества. Экспериментальное обоснование молекулярно-кинетической теории вещества. Основные положения молекулярно-кинетической теории газов. Идеальный газ. Давление. Вывод основного уравнения кинетической теории газов. Молярные и удельные величины. Термометрическое тело и термометрическая величина. Температура. Эмпирическая шкала температур. Абсолютная шкала температур. Термометры. Нуль Келвина. Газовые законы. Уравнение состояния идеального газа. Внутренняя энергия идеального газа. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы. Распределение Максвелла и Больцмана. Скорости молекул газа. Распределение молекул по скоростям. Распределение Максвелла. Характерные скорости распределения Максвелла. Барометрическая формула. Вывод распределения Больцмана. Отрицательные температуры. Экспериментальная проверка распределений Максвелла и Больцмана. Опыты Штерна и Перрена. Первое начало термодинамики. Задачи термодинамики. Работа и теплота – формы обмена энергией между системами. Термодинамическое равновесие и первое начало термодинамики. Функции состояния. Функции процесса. Теплоемкость газа. Отклонение классической теории от эксперимента. Понятие о квантовой теории теплоемкости. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам. Адиабатический процесс. Политропный процесс. Второе начало термодинамики. Обратимее и необратимые процессы. Циклические процессы. Работа цикла. Коэффициент полезного действия. Тепловые и холодильные машины. Цикл Карно. Теорема Карно. Второе начало термодинамики. Приведенная теплота. Понятие об энтропии. Расчет изменения энтропии в процессах идеального газа. Статистическое истолкование второго начала термодинамики. Тепловая смерть Вселенной. Теорема Нернста. Недостижимость абсолютного нуля. Процессы переноса. Силы и простейшие потенциалы межмолекулярного взаимодействия. Средняя частота столкновений. Средняя длина свободного пробега. Поперечное газокинетическое сечение. Физическая сущность процессов вещества, импульса, энергии. Общее уравнение переноса. Самодиффузия, вязкость, теплопроводность. Выражение коэффициентов переноса через величины, характеризующие молекулярное движение. Взаимная диффузия в газе из различных молекул. Уравнения нестационарной теплопроводности и диффузии. Сущность броуновского движения. Расчет движения броуновской частицы. Физические явления в разреженном газе. Реальные газы. Отклонение свойств газов от идеальных. Уравнение Ван-дер-Ваальса и его анализ. Анализ изотерм Ван-дер-Ваальса. Экспериментальные изотермы. Переход из газообразного состояния в жидкое. Критическое состояние. Область двухфазных состояний. Насыщенный пар. Влажность. Внутренняя энергия реального газа. Эффект Джоуля-Томсона и его физическая сущность. Современные методы получения низких температур. Сжижение газов. Жидкости. Особенности жидкого состояния. Структура и свойства жидкостей. Поверхностное натяжение. Условие равновесия на границе двух жидкостей и на границе жидкость – твердое тело. Формула Лапласа. Капиллярные явления. Испарение и кипение жидкостей. Свойства системы пар-жидкость. Перегретая жидкость. Пузырьковая камера. Жидкие растворы. Растворимость. Теплота растворения. Идеальные растворы. Осмотическое давление. Закон Рауля. Закон Генри. Особенности явлений переноса в жидкостях. Твердые тела. Кристаллическое и аморфное строение веществ. Элементы симметрии кристаллов. Классификация кристаллов и кристаллографические системы. Элементарная ячейка. Решетки Браве. Механические и тепловые свойства твердых тел. Виды деформации. Текучесть. Молекулярный механизм прочности. Дислокации. Кристаллизация и плавление. Теплоемкость твердых тел. Закон Дюлонга – Пти. Квантовые понятия теплоемкости твердых тел. Жидкие кристаллы. Фазовые превращения. Фазовые превращения первого и второго рода. Диаграмма состояний трехфазной системы. Тройная точка. Уравнение Клайперона-Клаузиуса. Свойства жидкого гелия. ^ Электростатика. Заряд. Фундаментальные свойства заряда. Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Закон Кулона в локальной форме. Принцип суперпозиции. Напряженность поля системы точечных зарядов и распределенных зарядов. Диполь. Поле Диполя. Диполь в электрическом поле. Дипольный момент. Силовые линии. Поток вектора напряженности. Теорема Гаусса и ее приложения. Опыт Милликена. Работа в электрическом поле. Потенциал. Теорема о циркуляции вектора напряженности электрического поля. Потенциальная энергия системы точечных и распределительных зарядов. Связь между потенциалом и вектором напряженности. Эквипотенциальные поверхности. Диэлектрики. Электрическое поле в диэлектрике. Полярные и неполярные молекулы. Поляризация. Диэлектрическая восприимчивость и относительная диэлектрическая проницаемость. Вектор электрического смещения. Объемные и поверхностные заряды. Теорема Гаусса для вектора поляризации. Условия на границе диэлектрик-вакуум и диэлектрик-диэлектрик. Свойства пъезокристаллов и сегнетоэлектриков. Проводник в электрическом поле. Свойства электрического поля на границе «проводник-вакуум». Электрическое поле вблизи конца острого проводника. Электроемкость отдельного проводника. Конденсатор. Емкость плоского, сферического и цилиндрического конденсаторов. Емкость системы конденсаторов при параллельном и последовательном соединении. Энергия заряженного конденсатора. Плотность электрической энергии. Энергия заряженной сферы и энергия поля в заряженной сфере. Плотность электрической энергии в диэлектрике. Постоянный ток в проводнике. Электрический ток. Плотность тока. Сила тока. Условие существования тока. Э.Д.С. и напряжение. Закон Ома. Сопротивление и проводимость проводников. Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца. Закон Ома для неоднородного участка цепи. Мощность электрической цепи. К.П.Д. Правила Кирхгофа. Классическая теория проводимости. Вывод основных законов электрического тока. Работа выхода электронов из металла. Эмиссионные явления и их применение. Ток в электролитах. Диссоциация молекул. Плотность тока и подвижность ионов. Законы электролиза. Устройство гальванического элемента. Ток в газах. Ионизация и рекомбинация молекул. Качественная картина зависимости плотности тока от напряженности поля. Самостоятельный и несамостоятельный разряд. Ударная ионизация. Тлеющий разряд. Свечение. Лампы дневного света. Стробы. Искровой разряд. Стример. Молния. Коронный разряд. Дуговой разряд. Дуговая лампа. Сварка. Понятие о плазме. Радиус Дебая. Диэлектрики и полупроводники. Магнитное поле. Магнитное поле токов. Закон Ампера. Вектор магнитной индукции. Контур с током в магнитном поле. Магнитный момент контура с током. Принцип суперпозиции для магнитного поля. Напряженность магнитного поля. Закон Био-Савара-Лапласа и его применение к расчету магнитного поля. Магнитное поле тока в неоднородных средах. Закон полного тока. Магнитное поле тороида и соленоида. Теорема о потоке вектора магнитной индукции. Работа силы Ампера. Некоторые приложения законов электродинамики. Электроизмерительные приборы. Граничные условия для векторов В и Н. Сила Лоренца. Движение зарядов в электрических и магнитных полях. Масс-спектрометры. Ускорители заряженных частиц. Особенности движения заряженных частиц в магнитном поле. Магнитогидродинамический эффект и эффект Холла. Магнитное поле равномерно движущегося заряда. Электромагнитная индукция. Явление электромагнитной индукции. Э.Д.С. индукции и вихревое электрическое поле. Правило Ленца. Явление самоиндукции. Индуктивность соленоида. Взаимная индукция. Трансформатор. Энергия магнитного поля. Плотность магнитной энергии. Электромагниты. Некоторые применения электромагнитной индукции. Магнитные свойства веществ. Магнитное поле в веществе. Намагниченность. Классическая теория диамагнетизма. Парамагнетизм. Ферромагнетики. Природа ферромагнетиков. Теория Максвелла. Содержание теории Максвелла. Ток смещения. Магнитное поле тока смещения. Уравнение максвелла (интегральные и дифференциальные формы). Материальные уравнения. Граничные условия. Некоторые следствия из уравнений Максвелла. Относительность магнитного и электрического полей. Значения уравнений Максвелла. Электромагнитные колебания. Колебательный контур. Уравнение свободных колебаний в контуре. Затухающие колебания. Декремент затухания. Добротность контура. Вынужденные электромагнитные колебания. Амплитуда и фаза вынужденных колебаний. Резонанс. Переменный ток. Вращение рамки в магнитном поле. Генератор. Полное сопротивление и импеданс. Активное, емкостное, индуктивное сопротивление. Сдвиг фаз между током и напряжением. Векторные диаграммы. Мощность переменного тока. Эффективные значения тока и напряжения. Вихревые токи в проводах. Скин-эффект. Электромагнитные волны. Уравнения Максвелла в вакууме. Существование электромагнитных волн. Скорость волн в вакууме и диэлектрике. Плоские волны. Длина волны, волновое число, волновой вектор. Энергия электромагнитных волн. Вектор Пойнтинга. Излучение волн движущимися зарядами. Применение электромагнитных волн. Эффект Доплера. 1.4 оптика Введение. Предмет оптики. Краткий исторический обзор учения о свете. Введение в волновую теорию света. Фотометрия. Основные фотометрические понятия. Единицы измерений световых величин. Функция видности. Связь между светотехническими и энергетическими величинами. Методы измерения световых величин. ^ Когерентность колебаний и волн. Способы наблюдения интерференции света. Влияние разметов источника света на качество интерференционной картины. Интерференция в немонохроматическом свете. Оптическая длина пути. Цвета тонких пленок. Полосы равной толщины. Полосы равного наклона. Интерференционные приборы. Двухлучевые интерферометры. Многолучевые интерферометры. Интерференционные светофильтры. Интерференционные геометрические измерения. Интерференционная рефрактометрия. Интерференционная спектроскопия. Интерференционная метрология. ^ Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Зонная пластинка. Графическое вычисление результирующей амплитуды. Применение метода Френеля к простейшим дифракционным явлениям. Дифракция на одной щели. Влияние ширины щели на дифракционную картину. Дифракция на двух щелях. Дифракционная решетка. Фазовые решетки. Дифракция на многомерных структурах. Дифракция рентгеновских лучей. Экспериментальные методы наблюдения дифракции рентгеновских лучей. Определение длины волны рентгеновских лучей. ^ Принцип голографии. Плоская голограмма. Временная и пространственная когерентность. Схема получения голограмм и восстановления изображений. Объемная голограмма. Применение голографии. Разложение излучения в спектр и основные характеристики спектральных приборов. Принципиальная схема спектрального прибора. Ширина спектральных линий. Основные оптические характеристики спектрального прибора. Разложение излучения в спектр. ^ Основные положения и законы геометрической оптики. Основные определения. Принцип Ферма. Преломление лучей сферической поверхностью. Увеличение. Уравнение Лагранжа-Гельмгольца. Центрированная оптическая система. Преломление в линзе. Фокусные расстояния тонкой линзы. Изображение в тонкой линзе. Ограничение световых пучков в оптических системах. Аберрации оптических систем. Монохроматические аберрации. Хроматические аберрации. Разрешающая способность телескопа. Разрешающая способность микроскопа. ^ . Взаимодействие электромагнитной волны с веществом. Электрические и оптические свойства среды. Излучение электрического диполя. Отражение и преломление электромагнитных волн на границе двух диэлектрических сред. Следствия, вытекающие из формулы Френеля. ^ Описание основных экспериментов. Поляризация света. Поляризаторы. Распространение электромагнитной волны в анизотропной среде. Поверхность волны и поверхность нормалей. Оптические свойства одноосных кристаллов. Интерференция поляризованных лучей. Эллиптическая и круговая поляризация света. Внутренняя структура естественного света. Обнаружение и анализ эллиптически- и циркулярно-поляризованного света. ^ Анизотропия, возникающая при деформациях. Двойное лучепреломление в электрическом поле. Вращение плоскости поляризации. Основные эксперименты. Теория вращения плоскости поляризации. Вращение плоскости поляризации в магнитном поле. ^ Дисперсия света. Методы наблюдения дисперсии света. Фазовая и групповая скорости света. Уравнение дисперсии. Нормальная дисперсия. Аномальная дисперсия. Поглощение света. Рассеяние света. Прохождение света через оптически неоднородную среду. Молекулярное рассеяние света. Спектры молекулярного рассеяния света. Комбинационное рассеяние света. ^ Основные законы теплового излучения. Закон Кирхгофа. Абсолютно черное тело. Закон излучения Стефана-Больцмана и закон смещение Вина. Формула Рэлея-Джинса. Формула Планка. Оптическая пирометрия. Источники света. Люминесценция. Виды люминесценции. Фотолюминесценция. Флуоресценция. Фосфоресценция. Излучение Вавилова-Черенкова. Люминесцентный анализ. Оптические квантовые генераторы. Спонтанное и вынужденное излучение. Усиление и генерация света. Основные свойства лазерного излучения. Типы квантовых генераторов. ^ Фотоэлектрический эффект. Внешний фотоэффект. Законы фотоэффекта. Формула Эйнштейна. Квантовые свойства света. Внутренний фотоэффект и фотогальванический эффект. Практическое применение фотоэффекта. Сущность явления Комптона и его законы. Теория явления Комптона. Экспериментальное изучение давления света. Давление света в рамках теории фотонов. Фотохимическое действие света. Основные фотохимические законы. Основы фотографии. ^ Введение. Основные этапы развития физики атома, твердого тела, атомного ядра и элементарных частиц. Масштабы явлений микромира. Развитие квантовых представлений об атоме. Атомы и молекулы. Периодические свойства атомов. Опыты Резерфорда по рассеянию α-частиц. Планетарно-ядерная модель атома. Формула Резерфорда. Стационарность и дискретность атомных состояний. Уровни энергии и способы их возбуждения. Общая характеристика спектров отражения и поглощения. Типы спектров. Спектральные серии атома водорода. Постулаты Бора. Атомные энергетические уровни. Теория атома водорода по Бору. Спектральные серии водородоподобных атомов. Опыты Франка-Герца. Сопоставление теории Бора с опытными данными. Затруднения теории Бора. Корпускулярно-волновой дуализм. Корпускулярно-волновая природа света и частиц. Гипотеза Луи де Бройля. Дифракция электронов и нейтронов. Свойства волн де Бройля. Опыты Дэвиссона-Джермера. Электронный микроскоп. Волновая функция. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Основные понятия квантовой механики. Уравнение Шредингера. Квантование энергии, момента импульса. Движение частицы в потенциальной яме. Линейный гармонический осциллятор. Квантовые числа и их физический смысл. Сопоставление теории Бора с квантово-механической теорией. Опыты Штерна-Герлаха. Спин и магнитный момент электрона. Магнетон Бора. Принцип Паули. Электронные оболочки. Строение многоэлектронных атомов. Эффект Зеемана-Штарка. Магнитный резонанс. Ядерный магнитный резонанс. Электронный парамагнитный резонанс. Области применения и методы исследования резонансных явлений. Периодическая система элементов Менделеева. Природа характеристического рентгеновского излучения. Закон Мозли и его значение. Строение молекул. Молекулярный спектр. Квантовая физика твердого тела. Элементы зонной теории твердых тел. Поверхность Ферми. Энергетический спектр электронов. Заполнение зон электронами. Основные положения зонной теории электропроводности металлов и полупроводников. Квантовые колебания кристаллической решетки. Фононы. Механические, электрические и тепловые свойства твердых тел. Квантовые представления о теплоемкости и теплопроводности металлов и диэлектриков. Дефекты кристаллической структуры. Влияние дефектов на физические свойства твердых тел. Физика атомного ядра. Ядро как система взаимодействующих частиц – протонов и нейтронов. Электрический заряд ядра. Массовое число. Изотопы и изобары. Строение ядра. Масс-спектрометр. Дефект массы. Энергия связи ядра. Энергия связи нуклонов в ядре. Ядерные силы. Устойчивость ядер. Модели атомного ядра. Естественная и искусственная радиоактивность. Закон радиоактивного распада. Период полураспада. α-распад. Спектры α-частиц. Зависимость периода α-распада от энергии α-частиц. Определение размера ядер из данных α-распада. β-распад. Виды β-распада. Энергетические спектры электронов. Разрешенные и запрещенные β-переходы. γ-излучение ядер. Электрические и магнитные переходы. Ядерная изомерия. Внутренняя конверсия гамма-квантов. Ядерный γ-резонанс. Радиоактивные ряды. Правила смещения. Применение радиоактивных изотопов. Экспериментальные методы ядерной физики. Методы регистрации частиц: счетчик Гейгера-Мюллера, сцинтилляционный метод, пропорциональный счетчик, пузырьковая камера, камера Вильсона, фото эмульсионный метод, ускорители заряженных частиц. Физика ядерных реакций. Сечение ядерной реакции. Законы сохранения при ядерных реакциях. Механизмы ядерных реакций. Особенности ядерных реакций под действием электронов, протонов, нейтронов, γ – квантов, легких ионов, много зарядных ионов. Трансурановые элементы. Деление и синтез атомных ядер. Элементарная теория деления. Параметр делимости. Спонтанное деление. Деление изотопов урана под действием нейтронов. Цепная реакция. Коэффициент размножения. Реакторы. Ядерная энергетика. Синтез легких ядер. Проблема управляемой термоядерной реакции. Ядерные реакции в звездах. Проблемы ядерной энергетики, радиационной безопасности и экологии. Развитие исследований в области ядерной физики и ядерной энергетики в Казахстане. Физика элементарных частиц. Общие сведения об элементарных частицах. Электронные, сильные и слабые взаимодействия. Космические лучи. Электрон, протон, нейтрон, фотон. Анти-частицы. Мезоны и гипероны. Классификация элементарных частиц. Кварки. 2. Теоретическая физика 2.1 ^ ВВЕДЕНИЕ. Предмет и методы классической механики, ее разделы. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ПРИНЦИПЫ КЛАССИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ. Модели классической механики: частица (материальная точка), система частиц, абсолютно твердое тело, сплошная среда. Пространство и время в классической механике. Элементарные события. Системы отсчета: пространственные и временные сдвиги, пространственная инверсия и обращение времени. Кинематические характеристики частицы: закон движения, скорость, ускорение. Преобразование систем отсчета. Инерциальные системы отсчета. Первый закон Ньютона. Преобразования Галилея. Принцип ©относительности Галилея. Описание взаимодействия тел в классической механике. Принцип дальнодействия. Третий закон Ньютона. Работа силы. Потенциальные силовые поля и потенциальная энергия. Состояния системы частиц. Принцип причинности. Уравнения движения и начальные условия. Интегралы движения. Различные схемы построения механики. ^ Уравнения движения Ньютона. Принцип наименьшего действия и уравнение Лагранжа (второго рода). Функция Лагранжа. Приемы составления уравнения Лагранжа. Обобщенные координаты. Уравнения Гамильтона. Обобщенный импульс. Функция Гамильтона. Канонические преобразования. Уравнение Гамильтона-Якоби. ^ Законы сохранения энергии, импульса и момента импульса. Свойства симметрии пространства и времени и законы сохранения. Теорема Нетер. Энергия, импульс и момент импульса не замкнутой механической системы. Симметрия внешнего силового поля и законы сохранения. Циклические координаты. Преобразования энергии, импульса и момента импульса при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой. Центр инерции, его скорость, теорема о движении центра инерции. Теорема Кенига. Скобки Пуассона в классической механике. ^ . Одномерное движение, его качественное исследование. Период одномерного финитного движения. Задача двух тел, ее сведение к одно-частичной задаче, приведенная масса. Частица в центрально-симметричном поле. Законы сохранения, закон движения, уравнение траектории. Качественное исследование движения по графику эффективной потенциальной энергии. Движение частицы в куло-новском поле (задача Кеплера), ее траектории. Финитное движение в куло новском поле. Законы Кеплера и обратная задача Ньютона. Рассеяние частиц в силовом центре, сечение рассеяния. Формула Резерфорда. Одномерный гармонический осциллятор, его фазовые траектории. Свободные малые колебания систем с несколькими степенями свободы. Собственные частоты. Нормальные координаты. ^ Связи, их классификация. Принцип освобождаемости от связей. Силы реакции. Принцип Даламбера. Виртуальные перемещения. Идеальные связи. Уравнения Лагранжа с реакцией связи (уравнения Лагранжа первого рода). Уравнения Даламбера-Лагранжа. Уравнения Лагранжа второго рода. ^ . Преобразование скорости и ускорения частицы при переходе к неинерци-альной системе отсчета (общий случай). Движение частицы относительно неинерциальной системы отсчета. Силы инерции. Понятие о принципе эквивалентности. Динамические характеристики механической системы (импульс, момент и кинетическая энергия). 2.2 ЭЛЕКТРОДИНАМИКА ВВЕДЕНИЕ. Электромагнитное взаимодействие, его характеристики. Предмет и методы классической электродинамики, ее место среди других физических дисциплин. ^ Электрический заряд. Плотность заряда и плотность тока. Закон сохранения заряда. Электромагнитное поле в вакууме, его действие на заряженные частицы, источники поля. Электрическое и магнитное поля. Напряженность электрического поля, индукция магнитного поля, принцип суперпозиции. Сила Лоренца. Относительность разбиения электромагнитного поля на электрическое и магнитное поля. Векторы Е и В как переменные состояния электромагнитного поля. Принцип причинности в классической электродинамике. ^ Закон Кулона и уравнения электростатики в вакууме. Закон Био - Савара - Лапласа и уравнения для стационарного поля в вакууме. Электромагнитная индукция и закон Фарадея. Закон сохранения электрического заряда и гипотеза Максвелла о токе смещения. ^ Уравнения электростатики в вакууме. Электростатический потенциал. Уравнение Пуассона и его общее решение. Потенциал системы точечных и объемно распределенных зарядов. Потенциал системы зарядов на больших расстояниях, мультипольное разложение. Электростатическое поле в дипольном приближении, дипольный момент. Понятие о квадрупольном моменте. ^ Уравнения магнитостатики в вакууме и их интерпретация. Векторный потенциал. Уравнение Пуассона для векторного потенциала и его общее решение. Векторный потенциал системы зарядов на больших расстояниях. Стационарное магнитное поле в магнитном дипольном приближении. Магнитный момент. ^ Система уравнений Максвелла для электромагнитного поля в вакууме в интегральной и дифференциальной формах. Физический смысл уравнений Максвелла. Свойства системы уравнений Максвелла. Потенциалы электромагнитного поля. Калибровочная инвариантность, условие Лоренца. Уравнения для потенциалов. Плотность энергии и плотность потока энергии электромагнитного поля. Закон сохранения энергии в системе частица-поле. Закон сохранения импульса электромагнитного поля. ^ Волновое уравнение. Электромагнитные волны, скорость их распространения. Плоские волны. Поляризация электромагнитной волны. Эффект Доплера. ^ Уравнения Даламбера. Запаздывающие потенциалы, их физический смысл. Электромагнитное поле системы зарядов в волновой зоне в дипольном приближении. Излучение электромагнитных волн, сферические волны. Интенсивность излучения. Простейшие излучающие системы. Электродинамика и несостоятельность классической планетарной модели атома. Рассеяние электромагнитных волн свободным зарядом, формула Томсона. ^ Уравнение Максвелла-Лоренца для микроскопического поля, их макроскопическое усреднение. Макроскопические поля Е и В. Проблема усреднения плотности заряда и плотности тока. Свободные и связанные заряды, токи проводимости, намагниченности и поляризации. Векторы поляризуемости и намагниченности. Поля D и Н. Формальная система уравнений Максвелла в веществе, граничные условия. Материальные уравнения. Приближения электродинамики сплошных сред. Потенциалы поля, уравнения для потенциалов. Плотность энергии и плотность потока энергии электромагнитного поля в веществе. ^ Волновое уравнение для электромагнитного поля в идеальном однородном диэлектрике. Плоские монохроматические волны, их характеристики. Отражение и преломление электромагнитных волн. Электромагнитные волны в среде с проводимостью. Дисперсия диэлектрической проницаемости. ^ ВВЕДЕНИЕ. Предмет и место квантовой механики в курсе физики. ОСОБЕННОСТИ ПОВЕДЕНИЯ МИКРООБЪЕКТОВ. О необходимости перехода к квантовым понятиям. Корпускулярно волновой дуализм. Необходимость вероятностной интерпретации движения квантовой частицы. Принцип неопределенности. ^ Волновая функция. Принцип суперпозиции. Основные свойства волновой функции. Причинность в квантовой механике. ^ Операторы физических величин. Волновая функция состояния с определенными значениями физической величины. Линейные и эрмитовые операторы. Свойства собственных функций операторов. Средние значения физических величин. Вероятность результатов измерений. Свойства собственных функций непрерывного спектра. Условия совместной измеримости наблюдаемых величин. Соотношение неопределенностей физических величин. Собственные значения и собственные функции операторов импульса и орбитального момента. ^ Волновая функция в произвольном представлении. Матрицы операторов физических величин. ДИНАМИЧЕСКИЕ УРАВНЕНИЯ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ ЧАСТИЦЫ. Уравнение Шредингера. Стационарное уравнение Шредингера. Плотность потока вероятности. Уравнение непрерывности в квантовой механике. Изменение со временем средних значений наблюдаемых. Теоремы Эренфеста. ^ Теория возмущения для стационарных состояний. Квазиклассическое приближение. Предельный переход к классической механике. ^ Волновая функция системы частиц. Операторы физических величин системы частиц. Уравнение Шредингера для системы частиц. О способах сведения задачи многих тел к одночастичной задаче. Система тождественных частиц. Волновые функции системы тождественных частиц. Принцип Паули. ^ Спин и волновая функция частицы со спином. Магнитные моменты квантовой частицы. Полный угловой момент частицы и системы частиц. Уравнение Шредингера для частицы со спином. Обменное взаимодействие в системе тождественных частиц. ^ Интегралы движения. Связь законов сохранения со свойствами симметрии пространства и времени. Четность квантовых состояний. ^ Вероятность квантовых переходов. Уравнения для амплитуды вероятности перехода и использование для их решения теории нестационарного возмущения. Квантовые переходы под действием периодического возмущения. Неопределенность и ширина энергетического уровня, квазистационарное состояние и время жизни.
ФИЗИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ ВВЕДЕНИЕ. Системы многих частиц. Динамический и статистический методы в физике. Феноменологическая термодинамика и статистическая физика. ^ Макроскопическая система, ее микро - макро состояния. Квантовый и классический способы описания микро - состояний. Теорема Лиувилля. Средние по времени величины. Статистический ансамбль, функция распределения. Термодинамические величины, как средние по ансамблю. Понятие о флуктуациях и их оценка в макроскопических системах. Равновесные и неравновесные микросостояния. Принцип равновероятности микросостояний, микроканоническое распределение. Энтропия в квантовой и классической теориях. Закон возрастания энтропии в замкнутой системе. Статистический характер необратимости. ^ Термодинамические параметры. Температура, ее определение через энтропию. Абсолютный нуль. Отрицательные температуры. Обратимые и необратимые процессы. Изменение энтропии при адиабатическом изменении внешних параметров. Давление. Внутренняя энергия. Теплота и работа, их микроскопический смысл. Первый закон термодинамики. Применение первого закона к анализу основных термодинамических процессов. Теплоемкость. Второй закон термодинамики. Основное термодинамическое тождество. Связь термического и калориметрического уравнений состояния. Максимальный КПД тепловых машин. Теорема Нернста. Свойства вещества вблизи абсолютного нуля. Недостижимость абсолютного нуля. Термодинамические функции; внутренняя энергия, свободная энергия, энтропия, термодинамический потенциал Гиббса. Химический потенциал. Соотношения Максвелла. Экстремальные свойства свободной энергии и термодинамического потенциала Гиббса для равновесных незамкнутых систем. Эффект Джоуля -Томсона, магнитное охлаждение. ^ Каноническое распределение Гиббса. Каноническое распределение по состояниям и по энергиям в квантовой и классической физике. Статистическая сумма (интеграл) и ее связь со свободной энергией. Вычисление термодинамических параметров на основе распределения Гиббсам (средняя энергия, давления, энтропия). Флуктуации энергий систем в термостате. Основные применения распределения Гиббса. Теорема о равномерном распределении кинетической энергий по степеням свободы. Классическая теория теплоемкостей (идеальных) кристаллов. Распределение Максвелла по скоростям. Большое каноническое распределение. Основные термодинамические соотношения для систем с переменным числом частиц. Флуктуации числа частиц системы. ^ Распределение Больцмана для молекул идеального газа. Применение канонического распределения Гиббса для идеальных одноатомных и двухатомных газов. Классическая теория теплоемкостей двухатомных газов. Характеристические температуры. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. ^ Условия равновесия двух фаз вещества и его устойчивость. Фазовые переходы первого рода. Кривая равновесия фаз. Уравнения Клайперона-Клаузиуса. Температурная зависимость давления насыщенного пара. Критическая точка. Равновесие трех фаз вещества, тройная точка. Понятие о фазовых переходах второго рода. Поведение термодинамических величин и их производных при фазовых переходах. ^ Введение. Методика преподавания физики как педагогическая наука, вопросы и методы исследования. Связь методики преподавания физики с физикой, философией, психологией и педагогикой. Актуальные проблемы и задачи методики преподавания физики на современном этапе развития средней школы. Основные задачи преподавания физики в школе: изучение основ физической науки, (знания программах вопросов, выработка умении и навыков), развития мышления и познавательных способностей учащихся, формирование диалектико-материалистического мировоззрения, приобретение политехнических знаний. Современная концепция преподавания физики. Содержания и система первой и второй ступеней изучения школьного курса физики. Пропедевтический курс физики. Перспиктивы роста школьного курса физики. Связь курса физики с химией, биологией, математикой, естесвознанием и трудовым обучением учащихся. Методическое и дидактическое знание межпредметной связи. Формы организации учебных занятии по физике, система занятии по физике. Календерное и тематическое планирование, самостоятельнай работа учащихся на уроках и внеурочное время. Формы устного изложения материала и их особенности: рассказ, беседа, объяснение, лекция. Демонстрационный эксперимент его значение и методические требования к нему. Лабораторные занятия по физике: фронтальные лабораторные работы, физический практикум, фронтальный эксперимент, внеклассные наблюдения опыты. Техническое оснащение физического эксперимента и его система. Общая характеристика и классификация физических приборов. Решение физических задач. Классификация физических задач ие методика обучения их решению. Алгоритмы решения задач. Методика решения вычислительных, качественных, графических задач. Творческие задачи и их виды. Принципы составления различного типа задач. Методы подготовки, проведения и оценка контрольных заданий.рассмотриваются вопросы составления проведения и оценки тестовых заданий. Вид контроля, учета знаний и умении учеников (физические диктанты, тесты, контрольные работы). Экскурсии по физике их задачи и виды. Планирование экскурсии. Методика организации и проведения экскурсии. Использование на уроках физики рисунков и схем на классной доске, плакатов, схем, диапозитивов, диафильмов различных моделей. Технические средства обучения: учебное кино, звуковые средство, радио, телевидение. Средаство программированного обучения и применения их при обучении в физике. Факультативные курсы в физике, их назначение и методика их проведения. Внекласная работа по физике, формы и методы. Физические и тематические кружки, школьные олимпиады и физические вечера. Пробленый метод обучения физике. Программированные обучение. Обучающие, справочные, моделирующие программы для обучения с использованием компьютера. Особенности методики обучение физике в профильных школах. Новые технологии обучения физике (В.М. Монахов, Ж.Караев, В.Ф. Шаталов, Т.Т. Галиев, М. Жанпеисова, информационные технологии и др.). Практические зщанятияпо методическим основам решения физических задач. Решаются задачи по мехпанике, молекулярной физике и термодинамике, электричеству и магнетизму, оптике, атомной физике и физике атомного ядра. Частные вопросы методики преподования физики.
Примерный перечень вопросов вступительного экзамена по приему в магистратуру по специальности «6N0110 – Физика» Механика
^
Электричество и магнетизм
Оптика
^
4. рекомендуемая Литература 4.1. Основная Литература
4.2. Дополнительная Литература
|
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка: 