Вопросы к экзамену по физике (Физика как наука. Структура физики. Распределение частиц в поле потенциальных сил (распределение Больцмана). Электрический ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия)

ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ  ПО ФИЗИКЕ

(геологический факультет)

1.  Физика как наука. Структура физики.

2.  Задачи и методы физики. Моделирование явлений в физике. Значение и границы применимости различных физических моделей.

3.  Физические величины и их измерение. Размерность и единицы измерения физических величин.

4.  Определение понятий и величин в физике. Категории понятий.

5.  Системы единиц в физике. Основные и производные единицы измерения величин. Соотношения между единицами измерения величин в СИ и системе СГС.

6.  Механика как раздел физики. Способы описания движения в механике.

7.  Пространство и его свойства. Материальная точка. Твердое тело. Системы координат: полярная, прямоугольная декартова, сферическая, цилиндрическая. Преобразование координат при переходе от одной системы отсчета к другой.

8.  Скалярные и векторные величины. Преобразование координат при переходе от одной декартовой системы отсчета к другой. Необходимое условие, при котором физическая величина является векторной.

9.  Понятие о времени. Измерение интервалов времени. Часы. Синхронизация часов.

10.Кинематика. Кинематические характеристики движения материальной точки. Радиус-вектор, перемещение, путь, мгновенная скорость, средняя скорость, ускорение.

11.Движение материальной точки по окружности. Кинематические характеристики материальной точки. Взаимосвязь между линейными и угловыми характеристиками движения.

12.Поступательное и вращательное движение твердого тела. Степени свободы. Углы Эйлера. Мгновенная ось вращения.

13.Инерциальная система отсчета. Принцип относительности Галилея. Преобразования Галилея.

14.Скорость света. Опыт Физо. Экспериментальное доказательство несправедливости классического закона сложения скоростей.

15.Понятие о специальной теории относительности (СТО). Преобразования Лоренца. Преобразования Лоренца для координат и времени.

16.Следствия из преобразований Лоренца. Относительность одновременности. Относительность длины. Сложение скоростей и преобразование ускорений в СТО.

17.Динамика как раздел механики. Сила и ее измерение. Масса тела. Сложение сил.

18.Законы Ньютона к классической механике. Границы применимости законов Ньютона.

19.Описание движения материальной точки в классической механике. Уравнения движения.

20.Релятивистские уравнения движения. Релятивистский импульс. Релятивистская масса. Несовпадение направлений силы и ускорения в релятивистском случае.

21.Момент инерции материальной точки и твердого тела. Момент инерции относительно точки. Момент инерции относительно оси. Момент инерции относительно различных осей вращения. Теорема Гюйгенса – Штейнера.

22.Динамика вращательного движения материальной точки и твердого тела. Уравнение моментов.  Неприменимость понятия центра масс в релятивистском случае.

23.Неинерциальные системы отсчета. Поступательное движение в неинерциальной системе отсчета.

24.Неинерциальные системы отсчета. Вращательное движение в неинерциальной системе отсчета. Ускорение Кориолиса.

25.Движение твердого тела, закрепленного в точке. Гироскопический эффект и его применение в технике.

26.Импульс тела. Закон сохранения импульса. Условия применимости закона сохранения импульса.

27.Энергия в механике. Кинетическая и потенциальная энергия. Закон сохранения и превращения энергии в механике. Условия сохранения полной механической энергии.

28.Закон сохранения энергии в релятивистском случае.

29.Закон сохранения момента импульса. Условия справедливости закона сохранения момента импульса.

30.Движение тел переменной массы. Уравнение Мещерского. Уравнение Циолковского. Первая, вторая, третья космические скорости.

31.Деформирование тел. Физическая природа процессов деформации. Силы упругости. Механическое напряжение. Упругие и неупругие деформации. Кривая деформирования твердых тел.

32.Основные виды деформаций. Модули упругих деформаций. Закон Гука, границы его применимости.

33.Потенциальная энергия упруго деформированного тела. Упругий гистерезис.

34.Общие механические свойства жидкостей и газов.

35.Стационарное и нестационарное течение жидкостей и газов. Уравнение неразрывности струи, условия его справедливости.

36.Связь между скоростью течения и давлением в жидкости. Гидростатическое и гидродинамическое давление. Уравнение Бернулли, границы его применимости. Практическое применение уравнения Бернулли.

37.Механизм диссипации энергии в текущей жидкости. Сила вязкого трения.

38.Ламинарное течение вязкой жидкости.  Формула Пуазейля.  Формула Стокса. Границы применимости формул Пуазейля и Стокса.

39.Динамическая и кинематическая вязкость жидкостей.

40.Турбулентное течение жидкостей. Условия перехода от ламинарного течения жидкости к турбулентному течению. Число Рейнольдса.

41. Обтекание тел движущимся потоком жидкости (газа). Зависимость силы сопротивления от скорости потока. Подъемная сила крыла. Эффект Магнуса.

42.Механизм возникновения сил трения. Проявления сил трения.

43.Законы сохранения энергии, импульса, момента импульса при наличии сил трения.

44.Внешнее и внутреннее трение. Сухое трение, гидродинамическое трение. Смазка.

45.Трение покоя (статическое трение), трение скольжения, трение качения. Связь силы трения и силы давления. Коэффициент трения. Явление застоя. Сравнение сил трения при различных его видах.

46.Механические колебания и их основные характеристики. Уравнение колебаний.

47.Механические волны и их характеристики. Уравнение волны.

48.Развитие представлений об атомном строении вещества. Основные положения молекулярно-кинетической теории вещества. Средняя длина свободного пробега молекул.

49.Распределение молекул по скоростям, импульсам и энергиям (распределение Максвелла). Условия применимости функции распределения Максвелла.

50.Распределение частиц в поле потенциальных сил (распределение Больцмана). Границы применимости функции распределения Больцмана. Барометрическая формула.

51.Броуновское движение частиц. Опыты Ж.Б. Перрена. Поступательное броуновское движение. Зависимость среднего квадрата перемещения частицы от времени. Вращательное броуновское движение.

52.Давление газа на стенки сосуда в молекулярно кинетической теории. Давление смеси газов. Закон Дальтона.

53.Уравнение состояния идеального газа (уравнение Клапейрона – Менделеева). Изопроцессы для идеальных газов. Уравнения и диаграммы состояний идеального газа в различных координатах.

54.Температура. Этапы создания температурной шкалы. Температурные шкалы и соотношения между ними.

55.Зависимость энергии молекулы от числа степеней свободы. Расчет внутренней энергии идеального газа.

56.Термодинамика как раздел физики и его основная задача. Внешние и внутренние параметры системы. Работа в термодинамике. Внутренняя энергия. Понятие о теплоте. Первое начало термодинамики

57.Равновесные и неравновесные процессы. Обратимые и необратимые процессы.

58.Теплоемкость тела, молярная, удельная теплоемкость вещества; связь между ними. Молярная теплоемкость идеального газа в различных процессах. Уравнение Майера. Физический смысл универсальной газовой постоянной.

59.Применение первого закона термодинамики к различным процессам, протекающим в идеальном газе. Изотермический, изобарный, изохорный, адиабатный, политропический процессы.

60.Энтропия идеального газа. Статистическое истолкование энтропии. Формула Больцмана. Изменение энтропии идеального газа в различных процессах.

61.Циклические процессы. Коэффициент полезного действия тепловой машины. Второе начало термодинамики в формулировках Кельвина и Клаузиуса. Холодильная машина, эффективность ее действия.

62.Второе начало термодинамики.  Неравенство Клаузиуса для цикла Карно и для произвольного процесса.

63.Реальные газы. Уравнение Ван дер Ваальса. Индивидуальные постоянные реальных газов.

64.Изотермы Ван дер Ваальса. Переохлажденный пар, перегретая жидкость.

65.Критическое состояние вещества. Критические параметры. Приведенное уравнение Ван дер Ваальса. Закон соответственных состояний. Причины несоблюдения закона для реальных газов.

66.Внутренняя энергия газа Ван дер Ваальса. Способы ее изменения.

67.Эффект Джоуля –Томсона. Дифференциальный и интегральный эффект Джоуля – Томсона. Инверсия эффекта Джоуля – Томсона. Практическое применение эффекта Джоуля – Томсона.

68.Сжижение газов. Методы сжижения газов.

69.Свойства веществ при низких температурах. Принцип Нернста (третье начало термодинамики). Абсолютная энтропия.

70.Термодинамические функции, их физический смысл и значение в физике.

71.Необходимые и достаточные общие условия устойчивости изолированной системы. Частные критерии устойчивости системы в теории термодинамического потенциала Гиббса.  Принцип Ле Шателье – Брауна.

72.Поверхностное натяжение жидкостей. Механизм возникновения поверхностного натяжения. Динамическое и энергетическое истолкование поверхностного натяжения. Поверхностно-активные вещества.

73.Условия равновесия на границе двух жидкостей, на границе жидкость – твердое тело. Краевой угол.  Смачивание и несмачивание.

74.Давление под искривленной поверхностью. Формула Лапласа. Капиллярные явления.

75.Термодинамическая характеристика поверхностного натяжения. Теплота образования единицы площади поверхности пленки.

76.Испарение и кипение жидкостей. Формула Томсона. Условия кипения жидкости. Зависимость температуры кипения от давления.

77.Растворы. Классификация растворов. Концентрация растворов. Законы идеальных растворов: закон Рауля, закон Генри.

78.Растворимость веществ. Зависимость растворимости от температуры. Закон распределения для равновесных концентраций растворенного вещества в несмешивающихся растворителях.

79.Диаграммы состояний раствора. Критическая температура смешивания. Правило рычага.

80.Кипение жидких растворов. Диаграмма состояния системы пар – жидкий раствор. Соотношение масс пара и жидкости при заданной температуре.

81.Осмос. Осмотическое давление. Опыты Пфеффера. Закон Вант Гоффа. Значение осмотического давления в живой природе.

82.Основные процессы переноса в физике, их физическая сущность. Время релаксации системы. Общее уравнение переноса. Взаимосвязь коэффициентов переноса.

83.Кинематические характеристики молекулярного движения: поперечное сечение молекул и его экспериментальное определение; средняя длина свободного пробега, средняя (арифметическая, квадратичная) скорость теплового движения, наиболее вероятная скорость.

84.Теплопроводность. Уравнение теплопроводности (уравнение Фурье). Теплопроводность вещества. Влияние внешних условий на теплопроводность вещества.

85.Диффузия веществ. Уравнение диффузии. Влияние свойств вещества и внешних условий на скорость диффузии. 

86.Электрический заряд. Взаимодействие заряженных тел. Закон Кулона, границы его применимости.

87.Электрическое поле. Силовая характеристика электрического поля. Напряженность поля различных заряженных тел.

88.Принцип суперпозиции для напряженности электрических полей системы заряженных тел. Поток вектора напряженности. Теорема Гаусса и ее применение для расчета электрических полей.

89.Электрическое поле заряженных поверхностей. Граничные условия для напряженности электрического поля. Электростатическая защита.

90.Проводники в электрическом поле.

91.Истоки электрического поля. Теорема о дивергенции напряженности электрического поля.

92.Работа сил электрического поля при перемещении заряда.

93.Энергетическая характеристика электрического поля – потенциал. Разность потенциалов. Потенциальная энергия взаимодействия заряженных тел.

94.Электрическое поле в диэлектрике. Поляризация диэлектрика. Диэлектрическая проницаемость вещества. Индукция электрического поля. Поток вектора электрической индукции.

95.Электроемкость. Последовательное, параллельное, смешанное соединение конденсаторов.

96.Энергия системы неподвижных точечных зарядов. Энергия заряженного проводника.

97.Постоянный электрический ток. Плотность тока. Закон Ома для участка электрической цепи (интегральной и дифференциальной форме). Электрическое сопротивление проводника, проводимость вещества. Сверхпроводимость.

98.Закон Ома для полной электрической цепи. Закон Джоуля – Ленца.

99.Методы расчета электрических цепей постоянного тока. Правила Кирхгофа.

100.  Электрический ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия.

101.  Электрический ток в газах.  Виды разряда в газах, условия их реализации.

102.  Электрический ток в растворах электролитов. Законы электролиза. Закон Ома для электролитов.

103.  Магнитное поле и его свойства. Магнитное взаимодействие проводников с током. Индукция магнитного поля.

104.  Напряженность магнитного поля. Закон Био – Савара – Лапласа. Напряженность магнитного поля проводников с током (частные примеры). Магнитное поле Земли.

105.  Намагничивание вещества. Классификация веществ по магнитным свойствам. Магнитная проницаемость.

106.  Ферромагнетики. Природа ферромагнетизма. Магнитный гистерезис. Применение ферромагнетиков.

107.  Электромагнитная индукция. Закон электромагнитной индукции. Закон Ома при наличии электромагнитной индукции. Эффект Холла.

108.  Самоиндукция. ЭДС  самоиндукции. Правило Ленца.

109.  Взаимная индукция. Трансформатор и его основные характеристики. Вихревые токи. Скин – эффект.

110.  Экстратоки замыкания и размыкания электрической цепи.

111.  Колебательный контур. Превращение энергии в колебательном контуре. Формула Томсона. Затухающие колебания в контуре. Коэффициент затухания, логарифмический декремент затухания, добротность контура. Резонансные явления в электрической системе.

112.  Получение переменного тока. Закон Ома для цепи переменного тока. Импеданс цепи. Ток смещения.

113.  Распространение электромагнитных волн в средах. Вектор Умова – Понтинга. Опыты Герца, опыты Столетова. Изобретение радио Поповым.

114.  Система уравнений Максвелла. Физический смысл и значение уравнений Максвелла в электродинамике и оптике.

115.  Основные разделы оптики.

116.  Законы геометрической оптики и их практическое применение в физике и технике.

117.  Оптические системы. Инварианты идеальной оптической системы. Построение изображений объектов в идеальной оптической системе