ПРОГРАММА КУРСА (специальность – Экология)

ПРОГРАММА КУРСА
(специальность – Экология)
ФИЗИКА
Введение. Предмет и методы физики. Основные виды физических взаимодействий.
Физические величины. Единицы измерения. Системы единиц. Размерность. Масштабы
основных физических объектов и процессов. Значение физики для экологии. Механика.
Кинематика. Динамика. Упругие силы. Неинерциальные системы отсчета. Динамика твердого
тела. Момент импульса и момент инерции твердого тела. Теорема Гюйгенса-Штейнера. Механические колебания. Собственные гармонические колебания. Затухающие колебания.
Волны, распространение упругих колебаний в среде. Эффект Доплера. Интерференция и
дифракция волн. Звуковые волны. Ультразвук. Инфразвук. Вибрации и шумы, шумовое
загрязнение окружающей среды. Закон Вебера-Фехнера. Сейсмические волны и волны
цунами. Гидро- и аэродинамика. Движение тел в жидкостях и газах. Ламинарное и
турбулентное течение. Подъемная сила. Эффект Магнуса. Турбулентность атмосферы.
Молекулярная физика и термодинамика Молекулярно-кинетическая теория. Идеальный газ.
Элементарная кинетическая теория газов. Статистическое описание молекулярных систем.
Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Законы термодинамики. Внутренняя энергия
системы. Теплота и работа. Обратимые и необратимые процессы. Энтропия. Энтропия
биосистем. Тепловое загрязнение атмосферы и гидросферы. Фазовые равновесия и
превращения. Свойства жидкостей и твердых тел. Явление переноса в газах. Электростатика.
Теорема Остроградского-Гаусса. Проводники и диэлектрики в электрическом поле.
Постоянный электрический ток. Электрический ток в вакууме. Электрический ток в газах.
Газовые разряды. Электрические процессы в атмосфере. Аэроионы и их влияние на
жизнедеятельность. Электрический ток в жидкостях. Магнитное поле. Сила Лоренца. Сила
Ампера. Закон Био-Савара. Магнитные свойства вещества. Магнитобиология. Основной
закон электромагнитной индукции. Радиационные пояса Земли. Переменный ток. Импеданс
биологических тканей. Электромагнитные колебания и волны. Уравнения Максвелла.
Физические характеристики основных параметров электромагнитного поля. Оптика.
Электромагнитная природа света. Шкала электромагнитных волн. Волновые свойства света.
Интерференция света. Дифракция света. Поляризация света. Геометрическая оптика и
фотометрия. Источники света. Дисперсия, поглощение и рассеяние света. Рассеяние света в
аэродисперсной среде. Контроль параметров атмосферы по рассеянию света. Основы
квантовой оптики. Тепловое излучение и его законы. Термография. Атомная физика.
Основные этапы в развитии теории атома. Волновые свойства частиц. Принципы квантовой
механики. Квантовая теория атома. Периодическая система элементов Менделеева.
Рентгеновское излучение. Лазеры. Рентгеноструктурный анализ. Биологическое воздействие
рентгеновских лучей. Вынужденное излучение. Ядерная физика. Строение атомного ядра.
Радиоактивный распад и синтез легких ядер. Естественная радиоактивность. Взаимодействие
ионизирующего излучения с веществом. Радиационная экология. Ядерные реакции.
Управляемый термоядерный синтез. Заключение. Общий обзор состояния современной
физики.
Темы лабораторных работ:
1 семестр
Теория ошибок, нониус. Определение ускорения силы тяжести
Определение жесткости пружины. Маятник Обербека. Исследование законов движения на
машине Атвуда. Определение вязкости жидкости по методу Стокса. Определение коэффициента
поверхностного натяжения жидкости. Определение отношения удельных теплоемкостей газов.
2семестр
Экспериментальное изучение электростатических полей. Изучение стрелочных амперметров и
вольтметров. Полупроводниковый диод. Измерение индукции магнитного поля на оси соленоида.
Изучение электронно-лучевого осциллографа. Сопротивления в цепи переменного тока.
Кольца Ньютона. Изучение дифракционной решетки. Определение концентрации сахара в
растворе. Изучение внешнего фотоэффекта.
Литература
Ремизов А.Н., Потапенко А.Я. Курс физики – Дрофа , Москва 2002.
Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. — М.: Высшая школа, 1989.
Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. — М.: Высшая школа, 1996.
Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Механика и Молекулярная
физика» / Под ред. Н.М.Молчанова, Л.П.Пасечник, В.Б.Рубцов. — М.: УДН, 1991
Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Электричество и Магнетизм»
I, II / Под ред. С.С. Дереза, В.Н.Козыренко. — М.: УДН, 1987.
Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Оптика» / Под ред.
Н.М.Молчанова, А.Я.Терлецкий. — М.: УДН, 1990.
Программу составил:
к.ф.-м.н., доцент кафедры экспериментальной физики Андреев Виктор Викторович (р.т. 955-09-23
vandreev@sci.pfu.edu.ru)
ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНАМ
(1 семестр КИНЕМАТИКА ДИНАМИКА
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА)
1. Инерциальная и неинерциальная системы отсчета. Принцип
относительности Галилея. Ускорение Кориолиса.
2. Законы Ньютона. Применение законов Ньютона в решении задач.
3. Момент силы. Момент инерции. Момент импульса. II закон Ньютона для
вращательного движения.
4. Приложение II закона Ньютона к анализу вращательного движения.
5. Замкнутые системы тел. Центр инерции системы материальных точек. Закон
сохранения импульса.
6. Рективное движение. Уравнение Циолковского-Мещерского.
7. Гироскоп. Процессия.
8. Потенциальная энергия. Устойчивое и неустойчивое равновесие. Закон
сохранения энергии.
9. Упругое соударение шаров.
10. Виды деформаций. Закон Гука. Работа упругих сил.
11. Сила тяжести. Потенциальная энергия гравитационного поля. Вес. Законы Кеплера.
12. Уравнение неразрывности струи. Уравнение Бернулли. Кавитация.
13. Внутреннее трение в газах (жидкостях). Коэффициент вязкости.
14. Течение вязкой жидкости. Сила вязкого трения. Движение шара в вязкой
жидкости.
15. Кинетическая вязкость. Число Рейнольдса и его физический смысл.
16. Высота поднятия ( опускания ) жидкости в капиллярах.
17. Поверхностная энергия. Поверхностное давление.
18. Аэродинамические силы. Эффект Магнуса.
19. Гармонические колебания. Их потенциальная и кинетическая энергия.
20. Математический маятник. Физический маятник. Приведенная длина
физического маятника.
21. Гармонические колебания. Связь амплитуды и начальной фазы колебаний с
начальной координатой и скоростью.
22. Вынужденные колебания. Резонанс.
23. Уравнение бегущей волны. Фазовая и групповая скорости волн. Формула Рэлея.
24. Стоячие волны. Эффект Доплера.
25. Сложение однонаправленных колебаний. Сложение ортогональных
колебаний. Фигуры Лиссажу.
26. Границы применимости законов классической механики.
27. Уравнение состояния идеального газа. Закон Авогадро. Число Лошмидта.
28. Изопроцессы.
29. Агрегатные состояния вещества. Фазовые переходы.
30. Идеальный газ во внешнем силовом поле. Барометрическая формула.
31. Распределение Максвелла.
32. Первое начало термодинамики. Теплоемкость. Закон Дюлонга и Пти.
33. Работа при тепловых процессах.
34. Адиабатический процесс. Уравнение адиабаты. Работа при адиабатическом
процессе.
35. Необратимость тепловых процессов. природа необратимости. Второе начало
термодинамики. Энтропия.
36. Цикл Карно.
37. Диффузия. Теплопроводность.
38. Коэффициент диффузии и коэффициент теплопроводности в свете явлений
переноса.
39. Теплосопротивление.
40. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы Ван-дер-Ваальса.
41. Критическая температура.
42. Кривая плавления. Тройная точка. Кристаллические модификации.
43. Полиморфизм. Фазовые переходы первого и второго рода.
(2 - ой семестр ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ,
ОПТИКА, АТОМНАЯ И ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА)
1. Основной закон электростатики - закон Кулона (область применимости,
1. пробный заряд, единицы измерения)
2. Напряженность и потенциал электрического поля , связь между ними
3. Принцип суперпозиции электростатических полей.Работа по перемещению за4. ряда в электростатическом поле.
2. Теорема Остроградского - Гаусса (поле шара, сферы, плоскости)
3. Проводники в электрическом поле (явление эл/стат. индукции)
4. Диэлектрики в электрическом поле ( поляризация, диполь, напряженность
5. электрического поля в диэлектрике).Физический смысл диэл. проницаемости.
6. Электрическая емкость.Влияние среды на емкость проводника.
7. Конденсатор. Емкость плоского и цилиндрического конденсатора.
8. Соединения конденсаторов. Энергия конденсатора.
9. Опыт Милликена.
10. Ток проводимости, условие существования, сила тока, плотность тока.
11. Закон ома для однородного участка цепи.Электропроводность,
сопротивление, Зависимость R(T).
12. ЭДС источника тока. Закон Ома для полной замкнутой цепи
13. Соединение проводников.
14. Измерение силы тока и напряжения. Расчет шунта и добавочного
сопротивления.
15. Правила Кирхгофа.
16. Ток в газах.
17. Работа выхода.Термоэлектронная эмиссия.Диод , триод.
18. Магнитное поле в вакууме, закон Ампера, закон Био-Саварра-Лапласса.
19. Магнитное поле прямого проводника с током.
20. Магнитное поле на оси кругового тока. Поле соленоида.
21. Магнитное поле движущегося заряда.
22. Вихревой характер магнитного поля. Магнитный поток.
23. Основной закон электромагнитной индукции.
24. Контур с током в магнитном поле.
25. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Сила Лоренца.
26. Магнитные свойства веществ
27. Самоиндукция, ЭДС самоиндукции, индуктивность.Энергия магнитного поля
проводника с током
28. Взаимная индукция. Трансформатор.
29. Закон Ома для цепи переменного тока. Работа и мощность в цепи
переменного тока.
30. Импеданс биологических систем
31. Свободные, затухающие и вынужденные колебания в колебательном контуре.
32. Формула Томсона.
33. Уравнения Максвелла. Электромагнитные волны Плотность потока излучения.
34. Волновые свойства света.Интерференция света. Когерентные волны и методы
их получения*
35. Интерференция в тонких пленках.
36. Интерферометры и их применение для контроля окружающей среды.
37. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля.
38. Спектральные характеристики дифракционной решетки.Спектральный анализ и
экология.
39. Поляризация света (линейная и круговая).
40. Закон Малюса. Поляризация при отражении и преломлении, угол Брюстера.
41. Эффект Керра. Вращение плоскости поляризации (приборы для экологии).
42. Геометрическая оптика. Тонкая линза (Фотоаппарат).
43. Источники света, Фотометрия величины и единицы.
44. Дисперсия, поглощение и рассеяние света
45. Фотоэлектрический эффект. Уравнение Энштейна. Красная граница
фотоэффекта.
46. Тепловое излучение и люминисценция.
47. Абсолютно черное тело. Закон Киргофа.
48. Законы Стефана-Больцмана и Вина.Границы применимости классической
теории излучения.
49. Теория атома по Бору
50. Атом водорода и спектральные закономерности.
51. Волновые свойства частиц. Электронная микроскопия
52. Принципы квантовой механики.
53. Квантовая теория атома.
54. Принцип Паули.(периодическая система Менделеева)
55. Рентгеновское излучение. Закон Мозли.
56. Вынужденное излучение. ОКГ.
57. 24 Строение атомного ядра. Ядерные силы.
58. 25 Энергия связи. дефект массы, устойчивость ядер.
59. 26 Радиоактивность. Закон радиоактивного распада.
60. 27 Ядерные реакции. Радиоактивные изотопы.
61. 28 Реакция деления. Ядерный реактор.
62. 29 Реакция термоядерного синтеза.