Кузнецов А.А. Курс общей физики. Для инженерно-технических направлений бакалавриата

Учебное пособие. — Владимир: Владимирский государственный университет им. А.Г. и Н.Г. Столетовых (ВлГУ), 2019. — 216 с. — ISBN: 978-5-9984-0988-2.Содержит материалы курса общей физики, сокращенного до объема годичного, в соответствии с ранее опубликованными учебными пособиями и программой «Общая физика» на основе авторских лекций трех семестров обучения.
Предназначено для студентов 1-го курса очной формы обучения направлений бакалавриата: 11.03.01 – Радиотехника, 11.03.02 – Инфокоммуникационные технологии и системы связи, 11.03.03 – Конструирование и технология электронных систем, 12.03.01 – Приборостроение, 12.03.04 – Биотехнические системы и технологии, 13.03.02 – Электроэнергетика и электротехнологии.
Рекомендовано для формирования профессиональных компетенций в соответствии с ФГОС поколения 3++.Механика
Кинематика поступательного и вращательного движений материальной точки и твердого тела
Предмет и объект изучения. Система отсчета. Скорость и ускорение. Кинематика твердого тела. Принцип относительности Галилея.
Динамика поступательного движения
К понятию силы. Измерение силы. Законы Ньютона. Об инерциальных и неинерциальных системах отсчета. Центробежная и кориолисова силы инерции. Уравнение моментов.
Механика твердого тела
Уравнения движения твердого тела. Центр масс. Вращение тела вокруг неподвижной оси. Формула Штейнера.
Законы сохранения
Закон сохранения импульса. Закон сохранения момента импульса. Работа, мощность, энергия. Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальная энергия. Закон сохранения механической энергии. Связь между потенциальной энергией и силой.
Механика жидкости и газа
Механика сплошной среды. Основные уравнения равновесия и движения жидкостей. Гидростатика несжимаемой жидкости. Кинематическое описание движения жидкости. К теореме о неразрывности струи. Уравнение Бернулли. Вязкость. Стационарное течение жидкости в прямолинейной трубе. Формула Пуазейля. Элементы теории гидродинамического подобия. Потенциальные и вихревые движения. Теорема Жуковского. Подъемная сила. Эффект Магнуса.
Молекулярная физика
Основные положения. Динамический метод. Статистический метод. Термодинамический метод.
Статистический метод
Основные понятия теории вероятности. Микроскопическое состояние системы. Фазовое пространство. Фазовая точка. Фазовая ячейка. Постулат равновероятности. Макроскопическое состояние системы. Закон равнораспределения энергии по степеням свободы. Распределение Максвелла. Характерные скорости распределения Максвелла. Давление газа на стенку. Распределение Больцмана. Барометрическая формула. Распределение Максвелла – Больцмана.
Термодинамический метод
Определения термодинамики равновесных состояний. Первое начало термодинамики. О равновесных и неравновесных состояниях. Теплоемкость. Соотношение между теплоемкостями идеального газа. Формула Майера. Теплоемкость идеального газа. Процессы в идеальных газах. Энтропия идеального газа. Циклические процессы. Трактовки второго начала термодинамики. Коэффициент полезного действия. Вычисление КПД цикла Карно с помощью энтропии. Термодинамические потенциалы. Подход И.Р. Пригожина. Энтропия и энергия.
Элементы физической кинетики
Элементы теории столкновений. Процессы переноса. Общее уравнение переноса. Теплопроводимость. Вязкость. Самодиффузия.
Реальные газы
Жидкое и газообразное состояния. Изотермы реального газа и жидкости. Фазовые переходы. Уравнение Ван-дер-Ваальса.
Электричество и магнетизм
Электростатика
Предмет изучения. Закон Кулона. Работа в электрическом поле. Потенциальность кулоновского поля. Ротор вектора. Градиент потенциальной функции. Скалярный потенциал.
Электрическое поле в диэлектриках
Диэлектрики. Механизмы поляризации. Влияние поляризации на электрическое поле. Электростатическая теорема Гаусса. Скалярный поток векторного поля. Дивергенция векторного поля. Связанные заряды. Формула Пуассона и условие Лапласа. Диэлектрическое смещение. Условия на границе диэлектриков. Вычисление полей с помощью теоремы Гаусса.
Электрическое поле проводников
Заряженный проводник. Проводник во внешнем электрическом поле. Полый проводник во внешнем поле.
Постоянный электрический ток
Плотность тока. Дифференциальные формы законов Ома и Джоуля – Ленца. Механизм существования постоянного тока. Правила Кирхгофа для разветвленных цепей. Сегнетоэлектрики.
Магнитное поле в вакууме
Магнитная сила. Взаимодействие параллельных проводников с током. Cила Лоренца. Сила Ампера. Закон Био-Савара. Закон полного тока.
Магнитное поле в веществе
Магнетики. Намагниченность. Напряженность магнитного поля. Условия на границе двух магнетиков.
Электромагнитная индукция
Закон электромагнитной индукции. Явление самоиндукции.
Уравнения Максвелла
Ротор векторной функции. Формула Стокса. Первое уравнение Максвелла. Закон сохранения заряда. Связь между магнитным полем и движущимися зарядами. Система уравнений Максвелла. Ток смещения.
Электромагнитные колебания и волны
Электромагнитные колебания
Электромагнитные колебания в RLC-контуре. Идеальный колебательный контур. Переменный ток.
Электромагнитные волны
Волновое уравнение. Плоская электромагнитная волна. Электромагнитная природа света. Время разрешения. Когерентность.
Оптика
Геометрическая оптика
Законы отражения и преломления. Принцип Ферма.
Поляризация света
Закон Брюстера. Механизм поляризации света.
Интерференция света
Интенсивность при сложении световых волн. Отражение от параллельных поверхностей.
Дифракция света
Принцип Гюйгенса-Френеля. Ограничения Френеля. Зоны Френеля. Дифракция от круглого диска. Пятно Пуассона.
Дисперсия света
Нормальная и аномальная дисперсия.
Основные понятия квантовой оптики и атомной физики
Тепловое излучение. Квантовая гипотеза Планка
Характеристики теплового излучения. Абсолютно черное тело. Равновесное излучение. Распределение энергии в спектре абсолютно черного тела. Формула Рэлея-Джинса. Формула Вина. Закон смещения Вина. Квантовая гипотеза и формула Планка
Квантовые свойства света. Фотоны
Закономерности фотоэлектрического эффекта. Эффект Комптона.
Ядерная модель атома
Модель атома Резерфорда. Постулаты Бора. Опыт Франка – Герца.
Элементы квантовой механики
Волновые свойства микрочастиц
Гипотеза де Бройля. Опыты Джермера и Дэвисона Принцип неопределенностей. Соотношение неопределенностей
Волновая функция. Уравнение Шредингера
Волновая функция: свойства и статистический смысл. Стационарное и нестационарное уравнение Шредингера. Частица в потенциальной яме.
Теория Бора для водородоподобных атомов
Магнитомеханическое (гиромагнитное) соотношение. Решение уравнения Шредингера для электрона в атоме водорода. Квантование энергии электрона в атоме водорода. Спектр атома водорода. Главное, орбитальное и магнитное квантовые числа. Опыты Эйнштейна – де Хааса и Барнетта. Опыты Штерна – Герлаха. Спин электрона. Спиновое квантовое число. Правило отбора. Принцип Паули. Многоэлектронные атомы.
Вынужденное излучение. Лазеры
Спонтанное и индуцированное излучение. Создание инверсной заселенности уровней. Принцип действия лазеров.
Основные понятия физики твердого тела
Теплоемкость кристаллов. Фононы
Классическая теория теплоемкости. Квантовая теория теплоемкости и модель Эйнштейна. Теория теплоемкости Дебая. Фононы.
Элементы квантовой статистики
Квантовые статистики. Бозоны и фермионы. Распределение Ферми – Дирака. Распределение Бозе – Эйнштейна. Электронный газ. Уровень и энергия Ферми.
Зонная теория
Обменное взаимодействие. Энергетические зоны в кристаллах. Классификация твердых тел на проводники и диэлектрики. Полупроводники. Собственная и примесная проводимости. Полупроводниковые диоды.
Основы физики атомного ядра
Радиоактивность
Альфа-, бета- и гамма-излучение. Законы радиоактивного распада.
Ядерные реакции
Модель атомного ядра. Нейтрино. Ядерные силы. Масса и энергия связи. Ядерные реакции. Цепная реакция деления ядер. Уравнение баланса нейтронов. Реакция синтеза атомных ядер.
Основы физики элементарных частиц
Виды взаимодействий. Частицы и античастицы. Космические лучи. Превращения и классификация элементарных частиц. Кварки.
Заключение
Приложения (1 – 16)
Библиографический список