«УТВЕРЖДЕНЫ» на заседании кафедры физики КурскГТУ Зав. кафедрой физики, профессор

«УТВЕРЖДЕНЫ»
на заседании кафедры физики КурскГТУ
№ 4 от 15.12.2010 г.
Зав. кафедрой физики,
профессор
В.М. Полунин
1. Экзаменационные вопросы по физике для студентов инженернотехнических специальностей 1 курс (1,2 семестры)
1.1. Физические основы механики
1. Физика как наука. Наиболее общие понятия и теории. Методы физического исследования: опыт, гипотеза, эксперимент, теория. Роль измерения в физике. Предмет
механики. Классическая и квантовая механика. Нерелятивистская и релятивистская механика. Кинематика и динамика. Основные физические модели: частица (материальная
точка), система частиц, абсолютно твердое тело, сплошная среда.
2. Понятия состояния в классической механике. Пространственно-временные отношения. Системы отсчета и описание движений. Кинематика поступательного движения. Элементы кинематики материальной точки: перемещение, скорость и ускорение.
3. Вращательное движение. Элементы кинематики материальной точки и тела,
совершающих вращательное движение: угол поворота, угловые скорость и ускорение,
их связь с линейными скоростью и ускорением.
4. Кинематика гармонических колебательных движений. Гармонические колебательные движения и их характеристики: смещение, амплитуда, период, частота, фаза,
скорость и ускорение.
5. Методы сложения гармонических колебаний. Векторные диаграммы. Сложение
гармонических колебаний одного направления с близкими частотами. Биения.
6. Методы сложения гармонических колебаний. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний. Фигуры Лиссажу.
7. Основные понятия и определения динамики. Законы Ньютона. Динамика материальной точки. Современная трактовка законов Ньютона. Границы применимости.
8. Основная задача динамики. Уравнение движения. Основные виды сил: сила тяготения, тяжести, веса упругости и трения.
9. Понятие инерциальной и неинерциальной систем отсчета. Силы инерции. Сила
Кориолиса. Описание движения в неинерциальных системах отсчета.
10. Динамика вращательного движения материальной точки и твердого тела относительно неподвижной оси вращения: момент силы, момент импульса, момент инерции.
Условие равновесия.
11. Момент инерции материальной точки и твёрдого тела относительно неподвижной оси вращения. Теорема Штейнера и её применение.
12. Основное уравнение динамики вращательного движения материальной точки
и твердого тела относительно неподвижной оси вращения.
13. Модель гармонического осциллятора. Дифференциальное уравнение гармонических колебаний и его решение. Примеры гармонических осцилляторов: физический и
математический маятники. Определение их периодов и частот. Понятие о связанных
гармонических осцилляторах. Нормальные колебания (моды). Нелинейный осциллятор.
Физические системы, содержащие нелинейность.
14. Модель гармонического осциллятора. Пружинный маятник. Признаки колебательной системы. Частица в узле кристаллической решётки как нелинейный осциллятор.
15. Свободные колебания. Дифференциальное уравнение затухающих колебаний
и его решение. Характеристики затухающих колебаний: коэффициент затухания, декремент, логарифмический декремент затухания.
2
16. Вынужденные колебания гармонического осциллятора под действием синусоидальной силы. Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний и его решение.
Резонанс.
17. Кинематика и динамика волновых процессов. Плоская стационарная и синусоидальная волна. Волновые процессы. Плоская монохроматическая волна. Уравнение
бегущей волны. Волновой вектор, фазовая скорость, длина волны.
18. Интерференция и дифракция волн. Когерентные источники и волны. Стоячие
волны. Узлы и пучности. Длина стоячей волны.
19. Упругие волны в газах, жидкостях. Эффект Доплера.
20. Упругие волны в твёрдых телах. Связь фазовой скорости с упругостью и
плотностью тела. Энергетические характеристики упругих волн. Вектор Умова.
21. Работа и мощность в механике поступательного движения. Случай переменной силы. Единицы измерения. Работа и энергия. Энергия как универсальная мера различных форм движений и взаимодействий. Работа силы и её выражение через криволинейный интеграл.
22. Кинетическая и потенциальная энергия системы тел. Полная энергия. Консервативные силы. Закон сохранения энергии в механике. Потенциальная энергия тела,
находящегося в поле тяготения другого тела.
23. Энергия системы, совершающей вращательное движение. Энергия системы,
совершающей колебательное движение (с выводом соответствующих формул).
24. Потенциальная энергия и устойчивость системы. Внутренняя энергия. Энергия упругой деформации. Мощность.
25. Общефизический закон сохранения энергии. Закон сохранения энергии в механике и его применении.
26. Закон сохранения импульса. Реактивное движение. Центр инерции. Закон
движения центра инерции.
27. Закон сохранения момента импульса и его применение. Вывод математического выражения для случая твёрдых тел. Уравнение моментов.
28. Закон сохранения момента импульса и его применение (гироскопический эффект).
29. Применение законов сохранения импульса и энергии к упругому и неупругому взаимодействиям. Выводы.
30. Системы отсчёта. Преобразования Галилея. Классический закон сложения
скоростей. Инерциальные системы отсчёта.
31. Представления о свойствах пространства и времени в специальной теории относительности. Преобразования Лоренца для координат и времени. Инвариантность
уравнений движения относительно преобразований Лоренца.
32. Следствия из преобразований Лоренца: сокращение движущихся масштабов
длин, замедление движущихся часов, закон сложения скоростей.
33. Следствия из преобразований Лоренца: закон сложения скоростей в специальной теории относительности.
34. Релятивистский импульс. Уравнение движения релятивистской частицы.
Принцип соответствия.
35. Работа и энергия релятивистской частицы. Полная энергия частицы. Закон
взаимосвязи массы и энергии. Дефект массы. Четырехмерный вектор энергии-импульса
частицы. Преобразования импульса и энергии.
3
1.2. Молекулярная физика и термодинамика
1. Динамические и статистические закономерности в физике. Статистический и
термодинамический методы исследования. Макроскопическое состояние. Параметры
состояния. Уравнение состояния идеальных газов.
2. Термодинамические функции состояния. Уравнение состояния. Внутренняя
энергия. Интенсивные и экстенсивные параметры. Модель идеального газа. Основное
уравнение кинетической теории идеального газа. Давление в рамках этой теории. Молекулярно-кинетический смысл абсолютной температуры.
3. Уравнение состояния идеального газа. Универсальная газовая постоянная и постоянная Больцмана. Изопроцессы.
4. Основные газовые законы. Вывод уравнений газовых законов (изотермического
и изобарического изохорического и закона Дальтона) из основного уравнения молекулярно-кинетической теории.
5. Микроскопические параметры. Вероятность и флуктуации. Распределение молекул /частиц/ по абсолютным значениям скорости. Распределение Максвелла.
6. Средняя кинетическая энергия частицы. Скорости теплового движения частиц:
средняя квадратичная, средняя арифметическая и наивероятнейшая.
7. Распределение Больцмана. Барометрическая формула.
8. Внутренняя энергия и теплоемкости идеального газа. Теорема Больцмана о
распределении энергии по степеням свободы.
9. Теплоемкость многоатомных газов. Ограниченность классической теории теплоемкостей.
10. Основные понятия термодинамики. Задачи термодинамики. Обратимые, необратимые и круговые процессы. Основное уравнение термодинамики идеального газа.
Статистический смысл термодинамических потенциалов и температуры. Роль свободной энергии. Принцип Нернста и его следствия.
11. Первое начало термодинамики и его применение к изопроцессам в идеальных
газах: изотермическому, изохорическому и изобарическому.
12. Первое начало термодинамики и его применение к адиабатическому процессу
в идеальном газе.
13. Адиабатический процесс. Уравнения Пуассона для адиабатического процесса.
14. Цикл Карно. Максимальный КПД тепловой машины, работающей по циклу
Карно. Выводы.
15. Тепловые машины, работающие по циклическому принципу. КПД. Идеальная
тепловая машина, работающая по циклу Карно.
16. Энтропия системы и её свойства. Статистическая трактовка энтропии. Определение изменения энтропии системы, совершающей изохорический и изобарический
процессы.
17. Энтропия системы и её свойства Определение изменения энтропии системы,
совершающей изохорический и изобарический процессы.
18. Второе начало термодинамики (перпетуум-мобиле 2-го рода). Термодинамические потенциалы и условия равновесия. Третье начало термодинамики. Применения
термодинамики. Термодинамика неравновесных процессов. Закон сохранения массы в
термодинамике неравновесных процессов. Термодинамика неравновесных процессов.
Закон сохранения импульса и энергии в термодинамике неравновесных процессов.
19. Реальные газы. Уравнение Ван дер Ваальса. Внутреннее давление и собственный объём молекул.
20. Реальные газы. Изотермы Ван дер Вальса. Критическая изотерма и критическая точка. Сжимаемость газов. Изотермы реальных газов. Фазы и фазовые превраще-
4
ния. Условия равновесия фаз. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Фазовые диаграммы.
Метастабильные состояния. Тройная точка. Фазовые переходы 1-го и 2-го рода.
21. Внутренняя энергия и теплоемкости реального газа. Эффект Джоуля-Томсона.
22. Понятие о физической кинетике. Теплопроводность в газах, жидкостях и
твердых телах. Коэффициент теплопроводности.
23. Понятие о физической кинетике. Диффузия в газах, жидкостях и твердых телах. Коэффициент диффузии. Самодиффузия.
24. Понятие о физической кинетике. Вязкость газов и её температурная зависимость. Сдвиговая и объёмная вязкости Время релаксации.
25. Понятие о физической кинетике. Средняя длина свободного пробега молекул
газа.
26. Строение и свойства жидкостей. Вязкость жидкостей и их сжимаемость. Температурная зависимость вязкости. Динамическая и кинематическая вязкости.
27. Общие свойства жидкостей и газов. Кинематическое описание движения жидкости. Идеальная и вязкая жидкости. Гидростатика несжимаемой жидкости. Стационарное движение идеальной жидкости. Уравнение Бернулли.
28. Гидродинамика вязкой жидкости. Силы внутреннего трения. Формулы Пуазейля и Стокса. Стационарное течение вязкой жидкости. Уравнение неразрывности.
29. Особенности поверхностного слоя жидкости. Поверхностное натяжение. Работа по преобразованию поверхности жидкости.
30. Смачивание и не смачивание. Физическая природа явления. Краевой угол.
31. Давление под искривленной поверхностью жидкости. Формула Лапласа. Примеры.
32. Капиллярность. Закон Жюрена. Практические выводы.
33. Идеально упругое тело. Свойства и строение твёрдых тел. Упругие деформации и напряжения. Закон Гука. Пластические деформации. Предел прочности. Кристаллы. Анизотропия физических свойств. Дальний порядок. Физические типы кристаллических решеток. Закон Дюлонга и Пти. Тепловое расширение.
34. Жидкие кристаллы: сметики, нематики, холестерики. Строение, свойства и
применение.
35. Магнитные жидкости. Строение, получение, свойства и основные применения.
5
2. Экзаменационные вопросы по электростатике, постоянному электрическому току и электромагнитным явлениям (2 курс, 2,3 семестры)
2.1. Электростатика и постоянный электрический ток
1. Предмет классической электродинамики. Электрический заряд и его дискретность. Теория близкодействия. Элементарные электрические заряды. Закон сохранения
зарядов. Точечные заряды. Закон Кулона.
2. Напряженность электрического поля, единицы измерения. Напряжённость поля
точечного заряда. Силовые линии. Однородное поле.
3. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции электрических
полей. Напряжённость электрического поля системы точечных зарядов. Сила, действующая на заряд, электрический диполь.
4. Работа электрического поля по перемещению электрического заряда. Консервативность силы, действующей на заряд. Понятие потенциала, единицы измерения. Потенциал точки поля, созданного точечным зарядом, системой точечных зарядов.
5. Работа по перемещению заряда в электрическом поле (через напряжённость и
через разность потенциалов). Эквипотенциальные поверхности и их свойства. Примеры
эквипотенциальных поверхностей.
6. Связь напряженности и потенциала электростатического поля. Напряжённость
электрического поля как градиент потенциала. Единицы измерения напряженности.
7. Поток вектора напряженности электрического поля. Теорема ОстроградскогоГаусса и алгоритм её применения.

8. Циркуляция вектора напряжённости E статического поля. Электрическое поле
равномерно движущегося заряда.
9. Применение теоремы Остроградского-Гаусса к расчету электрического поле
бесконечного, равномерно заряженного цилиндра и нити, системы двух коаксиальных
цилиндров.
10. Электрическое поле равномерно заряженной плоскости, системы двух параллельных плоскостей. Применение теоремы Остроградского-Гаусса к расчету электрических полей, порождаемых равномерно заряженными сферой и диэлектрическим шаром
11. Электрическое поле в различных системах отсчета. Инвариантность электрического заряда.
12. Проводники и их классификация. Идеальный проводник в электрическом поле. Поверхностные заряды. Электростатическое поле в полости идеального проводника
и у его поверхности. Распределение зарядов в объеме проводника и по его поверхности.
Электростатическая защита.
13. Электрический заряд у поверхности проводящей плоскости. Метод зеркальных отображений.
14. Электроемкость уединенного проводника и ее физический смысл. Коэффициенты емкости и взаимной емкости проводников. Конденсаторы и их емкость. Емкость
плоского конденсатора (с выводом).
15. Электроемкость коаксиального кабеля. Вывод формулы. Примерный расчет.
16. Диэлектрики. Свободные и связанные (поляризационные) заряды в диэлектриках. Поляризация диэлектриков. Механизмы поляризации диэлектриков. Молекула
воды как электрический диполь. Электретный механизм поляризации.
17. Характеристики электрического поля в диэлектриках: вектор поляризации;
вектор электрической индукции (электрическое смещение). Диэлектрическая восприимчивость вещества. Относительная диэлектрическая проницаемость среды и её физический смысл.
6
18. Электрический диполь в однородном и неоднородном электрическом поле.
19. Граничные условия на поверхности раздела "диэлектрик-диэлектрик" и " проводник-диэлектрик". Электрическое поле на границе проводник-вакуум. Электростатический экран.
20. Сегнетоэлектрики. Физическая природа аномальной поляризации. Точка Кюри. Диэлектрическая проницаемость. Петля гистерезиса.
21. Пьезоэлектрический эффект. Пьезомодуль. Прием и излучение ультразвука.
Электрострикция.
22. Энергия взаимодействия электрических зарядов. Энергия системы заряженных проводников, заряженного конденсатора. Энергия электрического диполя, помещенного в однородное электрическое поле. Объемная плотность энергии электрического поля. Силы, действующие на макроскопические заряженные тела в электрическое поле.
23. Постоянный электрический ток. Основные действия и условия существования
постоянного тока. Сторонние силы. Проводники и изоляторы. Характеристики постоянного электрического тока: сила (величина) тока и плотность тока. Уравнение непрерывности. Электродвижущая сила, напряжение и разность потенциалов. Их физический
смысл. Связь между ЭДС, напряжением и разностью потенциалов.
24. Классическая электронная теория электропроводности металлов и ее опытные
обоснования. Закон Ома в дифференциальной и интегральной формах. Электрическое
сопротивление (электропроводимость). Закон Ома для участка цепи, полной цепи. Ток
короткого замыкания. Температурная зависимость сопротивления проводников. Явление сверхпроводимости.
25. Выделение тепла в проводнике. Закон Джоуля – Ленца в дифференциальной и
интегральной формах.
26. Мощность во внешней цепи. Согласование нагрузки с источником тока. КПД
источника тока.
27. Закон Ома для неоднородного участка цепи. Разветвлённые электрические цепи. Правила Кирхгофа и их применение.
28. Электрический ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия. Электрический ток
в газе. Процессы ионизации и рекомбинации. Электропроводность слабо ионизированных газов. Электрический ток в жидкостях. Понятие о плазме. Электропроводность
плазмы. Плазменная частота. Дебаевская длина.
29. Зонная теория электропроводимости металлов и диэлектриков. Функция Ферми-Дирака. Уровень Ферми. Запрещенная зона и зона проводимости.
30. Полупроводники. Собственная проводимость. Функция Ферми-Дирака. Дырочная и электронная проводимости.
31. Функция Ферми-Дирака. Температурная зависимость электропроводимости в
«собственных» полупроводниках.
32. Примесные полупроводники. Донорные и акцепторные уровни в энергетической структуре.
33. Явления на границах раздела полупроводников p и n типа (p-n переход). Полупроводниковые диоды. Одно- и двухполупериодные схемы выпрямления.
34. Эффект Пельтье. Интерпретация на основе зонной теории. Практическое значение.
35. Эффект термопары. Интерпретация на основе зонной теории. Практическое
применение.
7
2.2. Электромагнитные явления
1. Магнитное поле в вакууме и его характеристики. Магнитное поле и магнитный
момент кругового тока. Магнетизм как релятивистский эффект. Основные характеристики магнитного поля: вектор магнитной индукции и вектор напряженности магнитного поля.
2. Действие магнитного поля на движущееся заряды и проводник с током. Магнитное взаимодействие токов. Силы Ампера и Лоренца. Практическое значение.
3. Взаимодействие линейных токов. Практическое значение.
4. Принцип суперпозиции магнитных полей. Закон Био-Савара-Лапласа как результат обобщения экспериментальных данных и как следствие теории относительности.
5. Применение закона Био-Савара-Лапласа к расчету магнитного поля бесконечного линейного тока. Геометрия магнитного поля.
6. Магнитное поле на оси кругового проводника с током. Магнитное поле в центре кругового проводника с током. Напряженность магнитного поля внутри проводника
с током. Магнитный момент витка с током.
7. Циркуляция индукции магнитного поля. Вихревой характер
магнитного поля.

Теорема о циркуляции
вектора напряжённости магнитного поля H и вектора индукции

магнитного поля B .
8. Закон полного тока для магнитного поля в вакууме и его применение. Поток
магнитной индукции. Теорема Остроградского-Гаусса в интегральной и дифференциальной формах. Магнитные цепи.
9. Индукция и напряженность магнитного поля тороида и бесконечно длинного
соленоида.
10. Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле.
11. Магнетизм атомов и молекул. Опыт Эйнштейна – де Гааза. Гиромагнитное отношение.
12. Намагничивание вещества. Вектор намагничивания. Магнитная восприимчивость вещества. Относительная магнитная проницаемость среды и ее физический смысл.
13. Магнитное поле на границе двух магнетиков. Постоянство нормальной составляющей вектора В.
14. Законы отражения и преломления электромагнитных волн (с выводом). Абсолютный показатель преломления (выраженный через отношение скоростей и диэлектрическую проницаемость).
15. Магнитики. Парамагнетики и диамагнетики. Магнитная восприимчивость по
теории Ланжевена.
16. Элементы теории ферромагнетизма. Физические свойства ферромагнетиков.
Магнитная восприимчивость. Точка Кюри. Доменная структура. Две фазы намагничивания.
17. Техническая кривая намагничивания (петля гистерезиса) ферромагнетика. Коэрцитивная сила. Остаточная намагниченность. Намагниченность насыщения. Магнитомягкие и магнитожесткие ферромагнетики. Магнитострикция ферромагнетиков. Магнитный метод охлаждения.
18. МГД – генераторы. Эффект Холла. Постоянная Холла. Практическое значение.
19. Явление электромагнитной индукции. Основной закон электромагнитной индукции. Правило Ленца. Вывод основного закона электромагнитной индукции из закона
сохранения и превращения энергии.
8
20. Представление ЭДС индукции с помощью теоремы Стокса. Операция ротации
векторного поля.
21. Явление самоиндукции при замыкании и размыкании электрической цепи.
Энергия магнитного поля. Объемная плотность энергии магнитного поля.
22. Движение заряженных частиц в однородном электрическом поле. Движение
заряженных частиц в однородном магнитном поле. Движение заряженных частиц в
электромагнитном поле. Применение электронных пучков в науке и технике: электронная и ионная оптика, электронный микроскоп. Ускорители заряженных частиц. Определение удельного заряда ионов. Масс-спектрограф Бейнбриджа.
23. Получение электромагнитных колебаний. Собственные электромагнитные колебания. Дифференциальное уравнение собственных электромагнитных колебаний и его
решение.
24. Реальный колебательный контур. Дифференциальное уравнение затухающих
электромагнитных колебаний и его решение. Коэффициент затухания. Логарифмический декремент затухания. Добротность.
25. Вынужденные электромагнитные колебания. Дифференциальное уравнение
вынужденных электромагнитных колебаний и его решение. Резонанс. Резонанс напряжений. Векторная диаграмма. Закон Ома для цепи переменного тока (при последовательном включении R, L и C). Резонанс токов. Векторная диаграмма. Закон Ома для цепи переменного тока при параллельном включении R, L и C.
26. Электромагнитные волны. Энергия электромагнитной волны. Плотность энергии. Плотность потока энергии. Вектор Умова-Пойнтинга. Интенсивность волны. Скорость распространения электромагнитных волн. Определение скорости распространения
электромагнитной волны опытным путём.
27. Электромагнитные волны. Вывод волнового уравнения для нейтральной, однородной среды. Скорость электромагнитной волны (расчёт).
28. Электромагнитное поле. Взаимныепревращения электрического и магнитного
полей. Представление циркуляции вектора H с помощью теоремы Стокса (случай стационарного и нестационарного полей). Ток смещения.
29. Уравнения Максвелла в дифференциальной и интегральной формах. Материальные уравнения. Уравнение непрерывности.
30. Теория Максвелла. Первое уравнение Максвелла в интегральной и дифференциальной формах.
31. Инвариантность уравнений Максвелла относительно преобразований Лоренца.
32. Условие малости токов смещения. Токи Фуко. Генератор переменного тока.
33. Релятивистское преобразование зарядов токов и электромагнитных полей.
Инварианты преобразований.
34. Закон сохранения энергии для электромагнитного поля.
35. Цепи переменного тока. Импеданс. Движение проводника в магнитном поле.