Учебно-научный центр
биомедицинской инженерии

Института биологического
приборостроения РАН

  

ФИЗИКА -
ПРОГРАММА ВСТУПИТЕЛЬНЫХ ЭКЗАМЕНОВ

I. Классическая механика

1. Кинематика материальной точки.

1.1. Относительность движения. Системы отсчета. Координатная и векторная формы описания движения материальной точки. Перемещение, скорость, ускорение. Тангенциальное и нормальное ускорения. Кинематика движения по криволинейной траектории. Движение по окружности. Угловая скорость и угловое ускорение и их связь с линейными характеристиками движения.

1.2. Преобразования Галилея. Классический закон сложения скоростей.

2. Динамика материальной точки

2.1. Взаимодействие материальных тел. Инерциальные и неинерциальные системы координат. Законы Ньютона. Масса. Сила.Уравнения движения. Роль начальных условий. Принцип относительности Галилея.

2.2. Фундаментальные взаимодействия в природе. Силы в классической механике. Закон всемирного тяготения. Свойства сил тяжести, упругости, трения.

3. Законы сохранения в механике.

3.1. Понятие замкнутой системы. Импульс материальной точки, системы материальных точек. Закон сохранения и изменения импульса. Центр масс системы материальных точек и закон его движения. Реактивное движение.

3.2. Работа сил. Кинетическая энергия материальной точки. Потенциальные и непотенциальные силы в механике. Потенциальная энергия системы взаимодействующих тел. Закон сохранения и изменения энергии в механике.

3.3. Момент импульса материальной точки и системы материальных точек. Момент силы. Закон сохранения и изменения момента импульса.

3.4. Движение твердого тела. Динамика вращательного движения твердого тела относительно неподвижной оси. Момент инерции твердых тел разной формы. Теорема Штейнера. Главные оси инерции. Уравнение моментов.

4. Колебательное движение.

Уравнение свободных колебаний модельных систем (груз на пружине, математический и физический маятники). Сложение колебаний.

Затухающие колебания, их характеристики. Вынужденные колебания, явление резонанса. Понятие о колебаниях систем со многими степенями свободы. Нормальные колебания.

5. Законы механики в движущихся системах отсчета.

Обобщенный принцип относительности. Основные постулаты специальной теории относительности Эйнштейна. Преобразование Лоренца

П. Молекулярная физика и термодинамика

1. Основные представления молекулярно-кинетической теории.

1.1. Предмет и методы молекулярной физики. Статический и термодинамический подходы. Случайные величины и их описание. Плотность вероятности. Средние значения, флуктуации. Термодинамические параметры. Равновесные состояния и процессы.

1.2. Идеальный газ как модельная термодинамическая система. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа. Уравнение Клапейрона-Менделеева. Распределение молекул идеального газа по скоростям (распределение Максвелла) и в поле потенциальных сил (распределение Больцмана). Барометрическая формула.

2. Основы термодинамики

2.1. Внутренняя энергия идеального газа. Работа термодинамической системы. Количество теплоты. Теплоемкость. Закон равнораспределения энергии по степеням свободы молекул.

2.2. Первый закон термодинамики. Обратимые и необратимые процессы. Циклические процессы. Цикл Карно. Коэффициент полезного действия тепловых машин. Второй закон термодинамики.

3. Реальные газы, жидкости и кристаллы.

3.1. Силы молекулярного взаимодействия. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Переход из газообразного состояния в жидкое. Критические параметры. Эффект Джоуля-Томсона. Сжижение газов.

Ш. Электричество и магнетизм

1. Электростатика

1.1. Электрический заряд. Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции. Потенциал. Разность потенциалов.

1.2. Диэлектрик в электрическом поле. Диполь. Дипольный момент. Вектор поляризации. Электростатическая теорема Гаусса. Вектор электрической индукции. Уравнение Пуассона. Условия на границе раздела двух сред.

1.3. Проводник в электрическом поле. Распределение зарядов на проводнике. Электрическое поле внутри и вне проводника. Электростатическая защита.

1.4. Электрическая емкость. Конденсаторы. Энергия электрического поля. Плотность энергии электростатического поля.

2. Постоянный электрический ток

2.1. Сила и плотность тока. Закон Ома для участка цепи и замкнутого контура. Сторонние силы. Электродвижущая сила. Закон Ома в дифференциальной форме.

2.2. Разветвленные электрические цепи. Правила Кирхгофа.

2.3. Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля Ленца. Превращения энергии в электрических цепях.

3. Магнитное поле

3.1. Магнитное поле тока. Законы Био-Савара-Лапласа и Ампера. Сила Лоренца.

3.2. Магнитные свойства вещества. Молекулярные токи. Диа-, пара- и ферромагнетики. Вектор намагниченности. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость. Представление о ядерном магнитном резонансе и электронном парамагнитном резонансе.

3.3. Электромагнитная индукция. Закон Фарадея. Правило Ленца. Индуктивность. Самоиндукция. Плотность энергии магнитного поля. Взаимоиндукция. Трансформатор.

4.** Электронные и ионные явления

4.1. Электропроводность твердых тел. Зависимость сопротивления металлов от температуры. Сверхпроводимость. Полупроводники. Эффект Холла.Электронная и дырочная проводимости, p-n-переходы. Диоды, транзисторы, интегральные схемы.

4.2. Токи в газах. Движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях. Ионизация газов. Газоразрядная плазма. Циклотрон. Масс-спектрометр. Электронный микроскоп.

4.3. Контактные явления. Работа выхода электронов. Контактная разность потенциалов. Термоэлектронная эмиссия.

5. Переменный электрический ток

5.1. Переходные процессы в цепях с емкостью и индуктивностью. Условие квазистационарности.

5.2. Закон Ома для цепей переменного тока с омическим сопротивлением, емкостью и индуктивностью. Реактивное сопротивление. Мощность переменного тока.

5.3. Колебательный контур. Свободные колебания. Собственная частота. Затухающие колебания. Вынужденные колебания. Явление электрического резонанса.

6. Связь электрического и магнитного полей

6.1. Обобщения теории Максвелла. Вихревое электрическое поле. Ток смещения. Система уравнений Максвелла в интегральной форме.

6.2. Электромагнитные волны. Волновое уравнение. Скорость распространения электромагнитных волн. Энергия и импульс электромагнитного поля. Теорема Пойнтинга. Шкала электромагнитных волн. Радиовещание, телевидение.

IY. О п т и к а

1. Световые волны

1.1. Электромагнитная природа света. Оптический и видимый диапазоны электромагнитных волн. Волновое уравнение. Скорость света. Гармоническая волна. Плоские и сферические волны. Волновой фронт.

1.2. Поляризация электромагнитных волн. Линейная, круговая, эллиптическая поляризации. Естественный свет. Энергетические и фотометрические характеристики светового потока.

2. Распространение света в изотропных средах

2.1. Дисперсия света. Электронная теория дисперсии. Нормальная и аномальная дисперсии. Линии поглощения. Закон Бугера.

2.2. Отражение и преломление света на границе раздела диэлектриков. Формулы Френеля. Законы отражения и преломления. Поляризация света при отражении и преломлении. Угол Брюстера. Коэффициенты отражения и преломления света.

3. Интерференция света

3.1. Интерференция монохроматических волн. Двулучевая интерференция. Суперпозиция плоских волн. Разность хода. Условия интерференционных максимумов и минимумов.

3.2. Интерференция в тонких пленках. Полосы равной толщины и равного наклона. Просветление оптики.

3.3. Интерференционные приборы. Бипризма. Билинза. Интерферометр Майкельсона. Применение интерференционных приборов.

4. Дифракция света

4.1. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция Френеля на круглом отверстии.

4.2. Дифракция Фраунгофера. Дифракция света на щели.

4.3. Дифракционная решетка. Дисперсионная область. Разрешающая способность.

5. Оптика анизотропных сред

5.1. Двойное лучепреломление в анизотропных кристаллах. Построение Гюйгенса. Поляризация света при двойном лучепреломлении. Поляризационные фильтры.

6. Генерация света

6.1. Элементарная квантовая теория излучения света. Атом Бора. Спонтанное и вынужденное излучение.

6.2. Лазеры. Инверсная населенность. Условия генерации. Принцип работы и конструкция лазера. Свойства лазерного излучения.

7. Рентгеновские лучи

7.1. Природа рентгеновских лучей. Сплошной спектр и характеристическое излучение.

Y. Элементы квантовой теории. Основы атомной и ядерной физики

1. Тепловое излучение Законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина. Формулы Релея-Джинса и Планка, квантовый характер излучения.

2. Взаимодействие фотонов с электронами. Внешний фотоэффект. Работы А.Г.Столетова. Уравнение Эйнштейна. Эффект Комптона. Давление света, опыты П.Н.Лебедева.

3. Боровская теория атома

Спектры излучения и поглощения света для атомов и молекул. Опыты Резерфорда. Постулаты Бора. Опыт Франка и Герца.

4. Волновые свойства частиц

4.1. Опыт Девиссона и Джермера. Гипотеза де Бройля. Принцип неопределенности.

4.2. Уравнение Шредингера. Корпускулярно-волновой дуализм: фотоны и микрочастицы. Волновая функция и ее статистическое толкование. Квантование энергии и момента импульса.

5. Физика атомов

5.1. Атомы водорода и щелочных металлов. Спин электрона. Магнитный момент атома. Эффект Зеемана.

5.2. Принцип Паули. Периодическая система элементов Д.И.Менделеева. Взаимодействия атомов. Природа химической связи. Молекулы и кристаллы.

6. Атомное ядро

6.1. Состав ядра атома. Взаимодействие нуклонов в ядре. Ядерные силы и модели атомного ядра.

6.2. Естественная и искусственная радиоактивность. Ядерные реакции, деление ядер. Цепные реакции. Использование ядерной энергии.

Литература:

1. Савельев И.В. Курс общей физики: т. I-Ш, М.: Наука, 1989.
2. Берклеевский курс физики, т. I - V, М., Наука, 1977.
3. Грибов Л.А., Прокофьева Н.И. Основы физики. М., Физматлит, 1995.
4. Ландсберг Г.С., Элементарный учебник физики, т.1, 2, 3.М., Физматлит,2001
5. Трофимова , Курс физики: Учебное пособие для вузов, М; Высшая школа, 1990.
6. Яворский Б.М. и Детлаф А.А. Справочник по физике для инженеров и студентов ВУЗов, М, 1965.