Вопросы к экзамену по дисциплине «Физике» для СФУ

ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕHУ ПО ФИЗИКЕ, ч. 2

Раздел 6. ВОЛНЫ

1. Волны механические, поперечные и продольные. График волны, его отличие от графика колебаний. Волновой фронт, волновые поверхности. Длина волны, амплитуда, фаза, волновое число. Волны бегущие. Волновое уравнение, уравнение волны. Стоячие волны, узлы и пучности. Отличия стоячих волн от бегущих

2. Электромагнитные волны, их механизм распространения (на основе уравнений Максвелла), их уравнение и свойства. Плотность энергии электромагнитной волны. Вектор Умова-Пойнтинга. Интенсивность, импульс, масса и давление электромагнитной волны. Экспериментальное исследование электромагнитных волн. Источники электромагнитных волн.

Раздел 7. ОПТИКА

3. Основные законы геометрической оптики (независимость свето­вых лучей, прямолинейность распространения, законы отражения и преломления). Абсолютный и относительный показатели прелом­ления вещества, связь их со скоростью света, с электрической и магнитной проницаемостью вещества. Полное внутpеннее отpа­жение. Фоpмула линзы. ЗАДАЧА из геометpической оптики

4. Общие сведения о световой волне. Понятие об интерференции световых волн. Пространственная и временная когерентность. Цуг волны. Методы наблюдения интерференционных картин. Интенсивность световой волны при интерференции двух когерен­тных волн. Условия минимума и максимума интерференции (пояс­нить на пpимеpе сложение двух волн). ЗАДАЧА на интеpфеpенцию световых волн от двух источников.

5. Оптический путь, оптическая разность хода волн. Расчет интерференционной картины от двух источников (щели Юнга). ЗАДАЧА.

6. Интерференция в тонких пластинках (пленках). Полосы равной толщины. Полосы равного наклона. ЗАДАЧА.

7. Кольца Ньютона. ЗАДАЧА.

8. Применение интерференции света (интерферометры, просветленная оптика, светофильтры).

9. Дифракция света. Принцип Гюйгенса — Френеля. Зоны Френеля (для сферических и плоских волн). Зонная пластинка. ЗАДАЧА.

10. Дифракция на круглом отверстии и диске. Дифракция на щели. ЗАДАЧА.

11. Дифракция на дифракционной решетке, ее разрешающая способность, угловая дисперсия.

12. Дифракция рентгеновских лучей. Формула Вульфа-Брэгга. Рентгеноструктурный и рентгенофазовый анализ.ЗАДАЧА.

13. Характеристики спектральных приборов. Критерий Рэлея. ЗАДАЧА. Разрешающая способность оптических приборов.

14. Глаз как оптический прибор – его характеристики и разрешающая способность.

15. Элементы Фурье – оптики. Формирование оптического изображения Понятие о голографии, ее применение.

16. Поляризация света. Типы поляризации. Двойное лучепреломление. Положительные и отрицательные крис­таллы. Фронт обыкновенной и необыкновеной волны. Призма Нико­ля.

17. Поляризация при отражении света. Закон Брюстера. Стопа пластинок. ЗАДАЧА.

18. Полярооиды. Закон Малюса. ЗАДАЧА.

19. Кристаллическая пластинка в четверть волны, в полволны, в це­лую волну. Искусственная оптическая анизотропия (механические напря­жения, электрические и магнитные поля). Эффект Керра. Вращение плоскости поляризации. ЗАДАЧА.

20. Дисперсия света. Фазовая и групповая скорости света. Электронная теория дисперсии света. Задумайтесь над следующими вопросами.

Что происходит в области аномальной дисперсии света?

Как ведет себя к-нт поглощения в области аномальной дисперсии?

Какое отношение имеет теория вынужденных колебаний к объяснению дисперсии света?

Какое отношение имеет поляризованность диэлектриков к объяснению дисперсии света?

Что такое осциллятор и какое отношение это понятие име­ет к объяснению дисперсии света?

На чем основывается элементарная теория дисперсии света?

Как Вы понимаете взаимодействие света с веществом (меха­низм)? Что при этом происходит?

21. Поглощение и рассеяние света. Закон Бугера, Рэлея. Задумайтесь над следующими вопросами.

По какому закону изменяется интенсивность света, прошедшего через пластинку с коэффициентом поглощения, равным К?

Какие лучи рассеиваются сильнее, красные или зеленые? Какой закон это описывает?

Почему при заходе Солнца цвет неба красноватый? Каким за­коном это описывается?

Каким законом объясняется цвет утренней зари?

Квантовая оптика

21. Тепловое излучение. Энергетическая светимость, спектральная плотность ее (интегральная и спектральная излучательность). Поглощательная способность. Законы Кирхгофа и Стефана-Больц­мана, Вина. ЗАДАЧА. Задумайтесь над следующими вопросами.

Зависит ли поглощательная и испускательная способности

от природы тел? А их отношение? Какой закон это описывает?

Как может металлург по цвету расплавленного металла судить о его температуре? Какой закон физики это поясняет?

Как, зная энергию, излучаемую телом в единицу времени, рас­считать его температуру? Что для этого еще надо знать?

22. Формула Рэлея-Джинса и Вина для объяснения зависимости спектральной излучательности от длины (частоты) света и темпера­туры тела. Формула Планка. ЗАДАЧА. Оптическая пирометрия. Применение законов теплового излучения.

23. Квантовый характер теплового излучения. Формула Планка. Оптическая пирометрия

24. Виды фотоэффекта. Законы внешнего фотоэффекта. Вольт-амперная характеристика фотоэлемента. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Применение фотоэффекта. Интегральная чувствительеность фотоэлемента. Задумайтесь над следующими вопросами. ЗАДАЧА.

25. Какой физический эффект используется в пропускной системе метро?

26. Что такое задерживающий потенциал? К какому эффекту это относится?

27. Какое уравнение показывает, что скорость вылетевших из металла под действием света электронов не зависит от ин­тенсивности света?

28. Почему невозможен фотоэффект при малых частотах?

29. Что такое работа выхода, кто (или что) ее совершает и над чем?

30. От чего зависит фототок насыщения?

31. Может ли ток в фотоэлементе существовать без включения его в электрическую сеть?

25. Эффект Комптона. ЗАДАЧА. Задумайтесь над следующими вопросами.

1 Какое значение имел эффект Комптона для понимания природы света?

2. Какие фундаментальные законы физики (механики) использу­ются для объяснения рассеяния рентгеновских лучей? Запи­шите их.

3. Почему постоянная Комптона — постоянная, одинаковая для всех веществ? Докажите формулой.

4. Может ли длина волны в рассеянном рентгеновском излуче­нии быть меньше, чем в нерассеянном? Докажите формулами.

26. Масса и импульс фотонов. Давление света. ЗАДАЧА.

Задумайтесь над следующими вопросами.

1. Может ли фотон двигаться со скоростью, меньшей скорости света?

2. Как, зная длину волны фотона, найти его энергию?

3. Чем определяется давление света? Каков его механизм?

4. Строение атома в теории Бора, его постулаты. Спектр атома водорода. Обощенная формула Бальмера. Опыт Франка и Герца. Недостатки теории Бора. ЗАДАЧА.

Раздел 8. КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА

28. Гипотеза Луи де Бройля и экспериментальные доказательства корпускулярно-волнового дуализма материи..

29. Соотношение неопределенностей Гейзенберга и доказательст­во его справедливости на примере дифракции микрочастиц на щели. Примеры расчета неопределенности (для электрона в атоме, для объекта в макромире).

30. Пси-функция, физический смысл, основные свойства. Прохождение пучка частиц через две щели. Уравне­ние Шредингера в общем виде и для стационарных полей. Собственные параметры и собственные функции.

31. Частица в бесконечно глубокой прямоугольной яме (вывод выражения для энергии и пси-функции, их графическое изображение). При каких условиях квантовые закономерности переходят в классические? Поведение частицы в яме конечной глубины.

32. Теплоёмкость твердых тел с точки зрения квантовой механики.

33. Рассеяние частиц низким прямоугольным барьером.

34. Рассеяние частиц высоким прямоугольным барьером. Туннельный эффект. От чего и как зависит коэффициент прохождения (проз­рачности) барьера? . Туннельный эффект и его применения. Эффект Джозефсона

35. Квантовый осциллятор, математическое описание и результаты моделирования на ЭВМ. Правило отбора.

Раздел 9. ФИЗИКА АТОМОВ, МОЛЕКУЛ

36. Квантово-механическая модель атома водорода, уравнение Шре­дингера и собственные функции. Квантовые числа. Гиромагнитное отношение.

37. Условие пространственного квантования. Форма и расположение электронных облаков (результаты моделирования).

38. Объяснение происхождения спектральных линий в квантовомеха­нической модели атома водорода. Правило отбора. Спин электрона, условие пространственного квантования для спина. Опыты Штерна и Герлаха.

39. Принцип неразличимости тождественных частиц. Фермионы и бозоны. Принцип запрета Паули. Число элект­ронов в различных состояниях многоэлектронного атома (оболочки, подоболочки). Периодическая система элементов Менделеева.

40. Спонтанные и вынужденные пеpеходы. Лазеpы. Тpехуpовневая система. Инвеpсная населенность уpовней. Свойства излучения лазеpа, пpименение лазеpов в технике.

41. Атом в магнитном поле. Эффект Зеемана. Электронный парамагнитный резонанс,

42. Молекулярная связь. Спектры атомов и молекул. Спонтанное и вынужденное излучение. Лазеры.

43. Рентгеновские спектры. Закон Мозли

44. Понятие о фазовом пространстве. Функция распределения частиц по состояниям. Квантовые статистики Бозе-Эйнштейна и Ферми-Дирака. Классическое распределение Максвелла-Больцмана. Вырожденный электронный газ в металлах, температура вырождения. Распределение электронов по энергиям. Уровень Ферми.

45. Понятие о квантовой теории электропроводности металлов, сравнение с классической теорией. Квантовая и классическая теории теплоемкости кристаллов. Закон Дюлонга и Пти. Формула Дебая. Объяснение сверхпроводимости в квантовой теории. Куперовские пары.

46. Образование энергетических зон при сближении атомов. Металлы, полупроводники и диэлектрики.

Раздел 10. ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА

47. Опыты Резерфорда. Состав и характеристики ядра. Дефект массы, энергия связи нуклонов в ядре. Модели ядеp, магические ядpа. ЗАДАЧА. Основные свойства и природа ядерных сил.

48. Радиоактивный распад, его виды, закон радиоактивного распада. Пpавило смещения. Разновидности b-распада. ЗАДАЧА.

49. Ядерные реакции, их типы, запись. Цепная реакция (понятие). Использование реакций деления (неуправляемых и управляемых). Устройство ядерного реактора. Понятие об атомной энергетике.

50. Термоядерный синтез, его проявление в природе и проблемы его использования для получения энергии. Понятие об эволюции звезд.

51. Элементарные частицы. Классификация элементарных частиц.

Раздел 11. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА

53. Модель идеального газа. Уpавнение Менделеева-Клапейpона

54. Статистический и теpмодинамический методы изучения макpоскопических систем..

55. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов.. ЗАДАЧА.

56. Максвелловское распределение молекул по скоростям. Наиболее вероятная скорость молекул. ЗАДАЧА.

57. Баpометpическая фоpмула. Распpеделение Больцмана. ЗАДАЧА.

58. Экспериментальные подтверждения справедливости распределений Максвелла и Больцмана (опыты Штерна, Ламмерта, Перрена).

59. Средняя длина свободного пробега, число соударений молекул в ед. времени. Среднеарифметическая скорость молекул. ЗАДАЧА.

60. Явления переноса. Коэффициенты диффузии, теплопроводности, внутреннего трения, их единицы измерения. ЗАДАЧА.

61. Понятие о степенях свободы молекул. Закон pавноpаспpеделения энеpгии по степеням свободы молекул. Внутpенняя энеpгия идеального газа. ЗАДАЧА.

62. Теплота и pабота — две фоpмы пеpедачи энеpгии. Первое начало термодинамики.

63. Первое начало термодинамики применительно к изопроцессам.

64. Теплоемкость. Уpавнение Майеpа. ЗАДАЧА.

65. Политропические процессы. Уравнение политропы.Примеры политропических процессов.

66. Адиабатический процесс. Уравнение адиабаты. ЗАДАЧА.

67. Циклические процессы. Тепловая машина, ее К.П.Д.

68. Цикл Карно, его к.п.д. для идеального газа. Теоремы Карно. Принцип динамического отопления (тепловой насос).

69. 2-е начало термодинамики.

70. Энтропия, ее статистический смысл.

71. Расчет энтропии идеального газа в изопроцессах. ЗАДАЧА.

72. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы Ван-дер-Ваальса. Критическая точка.

73. Энергия газа Ван-дер-Ваальса. Эффект Джоуля – Томсона. Получение низких температур.

74. Фазы и условия равновесия фаз. Фазовые превращения. Уравнение Клапейрона – Клаузиуса.

75. . Кристаллическое состояние.

Открытые вопросы

1. Опишите на примере атомной физики, как взаимосвязаны теория и эксперимент в процессе познания природы.

2. На конкретных примере из атомной физики покажите функции эксперимента в процессе изучения физики.

3. Приведите примеры, показывающие, что физические законы и теории имеют границы применимости.

4. Физические основы минералогии.

5. Физические основы диагностики в горно-геологических исследованиях.

6. Проведите сравнительный анализ классических и квантовых представлений в теории теплоемкости.

7. Такая необычная вода.

8. Происхождение жизни и энтропия.