Общая физика и биофизика - Саратовский государственный
advertisement
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского Физический факультет УТВЕРЖДАЮ Проректор по УМР СГУ _______________Е.Г. Елина "__" __________________20__ г. Рабочая программа дисциплины ОБЩАЯ ФИЗИКА И БИОФИЗИКА Направление подготовки Физика живых систем Профили подготовки Биофизика Медицинская фотоника Квалификация (степень) выпускника Бакалавр Форма обучения Очная Саратов, 2011 1. Цели освоения дисциплины «Общая физика и биофизика» 1) 2) 3) 4) Целями освоения дисциплины «Общая физика и биофизика» являются: обеспечение студентов знаниями теорий физических явлений и процессов, законов классической физики и основ специальной теории относительности, законов атомной и ядерной физики, основных физических и физико-химических закономерностей, лежащих в основе функционирования живых биологических объектов; умением применять законы физики и биофизики в теории и на практике; представлением о фундаментальных физических опытах и их роли в развитии науки; формирование у студентов основ естественнонаучной картины мира; выработке у студентов навыков практического применения законов и моделей физики и биофизики к решению конкретных естественнонаучных и технических проблем; приобретение обучающимися универсальных и предметно специализированных компетенций, способствующих их социальной мобильности, востребованности на рынке труда и успешной профессиональной карьере. 2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата Дисциплина «Общая физика и биофизика» включает в себя шесть сформировавшихся частей – «Механика», «Молекулярная физика», «Электричество и магнетизм», «Оптика», «Атомная физика», «Общая биофизика». Первые пять частей представляют собой физическую теорию как обобщение наблюдений, опыта и эксперимента с акцентом на биофизические примеры, последняя часть посвящена основным физическим и физико-химическим закономерностям, лежащих в основе функционирования биологических объектов, функций живого организма, механизмов получения информации о состоянии внутренней и внешней среды, характеристик медико-биологических параметров, определяющих состояние организма и его адаптацию к меняющимся условиям внешней и внутренней среды. Дисциплина «Общая физика и биофизика» является универсальной базой для изучения общепрофессиональных и специальных дисциплин, даёт цельное представление о физических законах окружающего мира, в том числе живого, в их единстве и взаимосвязи, вооружает бакалавров необходимыми знаниями для решения научно-технических задач в теоретических и прикладных аспектах, закладывает фундамент последующего обучения в магистратуре, аспирантуре. В рамках данной дисциплины рассматриваются основные принципы и законы физики и биофизики, методы наблюдения и экспериментального исследования основных физических и биофизических явлений и процессов. Дисциплина «Общая физика и биофизика» включается в базовую часть профессионального цикла Б3 в модуль Б3.Б1 «Общая физика и биофизика» учебного плана программы подготовки бакалавров по направлению «Физика живых систем» и реализуется последовательно по указанным частям в течение шести семестров: семестр 1 – «Механика», семестр 2 – «Молекулярная физика», семестр 3 – «Электричество и магнетизм», семестр 4 – «Оптика», семестр 5 – «Атомная и ядерная физика», семестр 6 – «Основы биофизики». Она логически связана с дисциплинами математического и естественнонаучного цикла. В первую очередь это относится к дисциплине «Общий физический и биофизический практикум», в рамках которой студенты на базе приобретенных теоретических знаний изучают основные методы физического и биофизического эксперимента и обработки опытных данных и формируют навыки экспериментальных исследований различных физических и биофизических явлений. Дисциплина должна быть изложена на соответствующем математическом уровне. Поэтому обучающимся будут необходимы знания основ математического анализа, аналитической геометрии, теории функций комплексного переменного, векторного и тензорного анализа, теории вероятностей. Студенты должны иметь навыки самостоятельной работы с учебными пособиями и монографической учебной литературой, уметь решать физические задачи, требующие применения дифференциального и интегрального математического аппарата, уметь производить приближенные преобразования аналитических выражений. Знания, приобретаемые студентами при изучении каждого последующего раздела дисциплины, опираются на знания, полученные при изучении предыдущих разделов, и необходимы студентам для успешного освоения специальных дисциплин и практик профилей подготовки «Биофизика» и «Медицинская фотоника», приобретения ими универсальных и предметно специализированных компетенций, способствующих их социальной мобильности, востребованности на рынке труда и успешной профессиональной карьере 3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Общая физика и биофизика» В результате освоения дисциплины «Общая физика и биофизика» должны формироваться в определенной части следующие компетенции: общекультурные: способность использовать в познавательной и профессиональной деятельности базовые знания в области математики и естественных наук (ОК-1); способность приобретать новые знания, используя современные образовательные и информационные технологии (ОК-3); способность владеть основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, иметь навыки работы с компьютером как средством управления информацией (ОК-12); способность использовать в познавательной и профессиональной деятельности навыки работы с информацией из различных источников (ОК16); способность использовать в познавательной и профессиональной деятельности базовые знания в области информатики и современных информационных технологий, навыки использования программных средств и навыков работы в компьютерных сетях; умение создавать базы данных и использовать ресурсы Интернет (ОК-17); общепрофессиональные: способность использовать базовые теоретические знания для решения профессиональных задач (ПК-1); способность применять на практике базовые профессиональные навыки (ПК-2); способность использовать специализированные знания в области физики, химии и биологии для освоения профильных биофизических дисциплин (в соответствии с профилем подготовки) (ПК-4); способность применять на практике базовые общепрофессиональные знания теории и методов биофизических исследований (в соответствии с профилем подготовки) (ПК-5); способность пользоваться современными методами обработки, анализа и синтеза биофизической информации (в соответствии с профилем подготовки) (ПК-6); способность понимать и использовать на практике теоретические основы организации и планирования физических исследований (ПК-11); способность понимать и излагать получаемую информацию и представлять результаты физических исследований (ПК-13). В результате освоения дисциплины обучающийся должен: Знать: основные законы и модели механики, молекулярной физики, электричества и магнетизма, оптики, атомной и ядерной физики, основы специальной теории относительности; границы применимости законов классической физики; основные законы и модели биофизики. Уметь: понимать, излагать и критически анализировать базовую общефизическую и биофизическую информацию; давать интерпретацию природным и техногенным явлениям с точки зрения законов классической и релятивистской физики, биофизики; оценивать основные параметры физических и биофизических систем и процессов. Владеть: методами обработки и анализа экспериментальной и теоретической физической и биофизической информации; навыками практического применения законов и моделей физики и биофизики в инженерной практике. 4. Структура и содержание дисциплины «Общая физика и биофизика» Общая трудоемкость дисциплины составляет 30 зачетных единицы (1080 часов). 4.1 Структура дисциплины «Общая физика и биофизика» № п/ п Се мес тр Раздел дисциплины Неделя семестра Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах) Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра) Формы промежуточной аттестации (по семестрам) Часть 1 – МЕХАНИКА 1 2 3 4 5 6 7 8 Введение. Раздел 1. Кинематика материальной точки. Темы 1.1 – 1.2. Раздел 2. Динамика материальной точки и системы материальных точек. Темы 2.1 – 2.4. Раздел 3. Законы сохранения. Темы 3.1 – 3.3. Раздел 4. Столкновения. Тема 4.1. Раздел 5.Поле тяготения. Тема 5.1. Раздел 6. Динамика твердого тела. Темы 6.1 – 6.2. Раздел 7. Неинерциальные системы отсчета. Темы 7.1 – 7.2. Раздел 8. Механика идеальной жидкости. Тема 8.1. 1 1 Л 4 П 2 СР 2 Контрольная работа, тест 1 2 Л 4 П 2 СР 2 Контрольная работа, тест 1 3-5 1 5-6 1 7 1 8-9 1 9-10 Л 10 Л 6 Л 4 Л 6 Л 6 П 5 П 3 П 2 П 3 П 3 СР 3 СР 2 СР 2 СР 3 СР 2 Контрольная работа, тест Контрольная работа, тест Контрольная работа, тест Контрольная работа, тест Контрольная работа, тест 1 11 Л 4 П 2 СР 3 Контрольная работа, тест Раздел 9. Деформация твердых тел. Тема 9.1. 10 Раздел 10. Колебательное движение. Темы 10.1 – 10.4. 11 Раздел 11. Волны в сплошной упругой среде. Темы 11.1 – 11.2. 12 Раздел 12. Основы специальной теории относительности. Темы 12.1 – 12.3. Итого: 9 Л 4 Л 8 П 2 П 4 СР 2 СР 3 Контрольная работа, тест Контрольная работа, тест 15-16 Л 8 П 4 СР 3 Контрольная работа, тест 17-18 Л 8 П 4 СР 3 Контрольная работа, тест 72 36 30 Экзамен 1 12 1 13-14 1 1 Часть 2 – МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА 13 Введение. Раздел 1. Эмпирические газовые законы. Уравнение состояния идеального газа. Тема 1.1. 14 Раздел 2. Элементы статистической теории идеальных газов. Темы 2.1 – 2.4. 15 Раздел 3. Явления переноса в газах. Темы 3.1 – 3.3. 16 Раздел 4. Первое начало термодинамики. Темы 4.1 – 4.3. 17 Раздел 5. Второе начало термодинамики. Темы 5.1 - 5.2. 18 Раздел 6. Реальные газы. Темы 6.1 – 6.4. 19 Раздел 7. Жидкости. Темы 7.1 - 7.2. 20 Раздел 8. Твердые тела. Темы 8.1 - 8.2. 21 Раздел 9. Фазовые переходы. Тема 9.1 Итого: 2 1 Л 4 П 3 СР 2 Контрольная работа, тест 2 2–4 Л 12 П 8 СР 4 Контрольная работа, тест 2 5-6 2 6-7 Л 6 Л 6 П 5 П 5 СР 3 СР 3 Контрольная работа, тест Контрольная работа, тест 2 8-9 Л 8 П 6 СР 4 Контрольная работа, тест 2 10-11 2 12 2 13-14 2 15-16 Л 8 Л 4 Л 8 Л 8 64 П 6 П 3 П 6 П 6 48 СР 4 СР 3 СР 3 СР 4 30 Контрольная работа, тест Контрольная работа, тест Контрольная работа, тест Контрольная работа, тест Экзамен Часть 3 – ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ 22 Введение. Раздел 1. Электростатическое поле в вакууме. Темы 1.1 – 1.2 23 Раздел 2. Потенциал электростатического поля. Темы 2.1 – 2.1 3 1-2 Л 8 П 4 СР 3 Контрольная работа, тест 3 3 Л 4 П 2 СР 2 Контрольная работа, тест 24 Раздел 3. Проводники в электростатическом поле. Темы 3.1 – 3.2 25 Раздел 4. Энергия системы зарядов. Тема 4.1 26 Раздел 5. Электрическое поле в диэлектриках. Темы 5.1 – 5.3 27 Раздел 6. Постоянный электрический ток. Темы 6.1 – 6.2 28 Раздел 7. Механизмы электропроводности. Темы 7. – 7.2 29 Раздел 8. Магнитное поле постоянного тока. Темы 8.1 – 8.4 30 Раздел 9. Магнитное поле в магнетиках. Темы 9.1 – 9.3 31 Раздел 10. Электромагнитная индукция. Темы 10.1 – 10.2 32 Раздел 11. Переменный электрический ток. Темы 11.1 – 11.2 33 Раздел 12. Электромагнитное поле. Темы 12.1 – 12.2 34 Раздел 13. Электромагнитные волны. Темы 13.1 – 13.2 Итого: 3 4 Л 4 П 2 СР 2 Контрольная работа, тест 3 5 3 6-7 Л 4 Л 8 П 2 П 4 СР 2 СР 3 Контрольная работа, тест Контрольная работа, тест 3 8-9 Л 8 П 4 СР 3 Контрольная работа, тест 3 10-11 Л 8 П 4 СР 3 Контрольная работа, тест 3 12-13 Л 6 П 3 СР 2 Контрольная работа, тест 3 13-14 3 15 Л 6 Л 4 П 3 П 2 СР 2 СР 2 Контрольная работа, тест Контрольная работа, тест 3 16 Л 4 П 2 СР 2 Контрольная работа, тест 3 17 3 18 Л 4 Л 4 П 2 П 2 СР 2 СР 2 Контрольная работа, тест Контрольная работа, тест 72 36 30 Экзамен Часть 4 – ОПТИКА 35 Введение в оптику. Раздел 1. Свет как электромагнитная волна. Темы 1.1. – 1.2 36 Раздел 2. Интерференция света. Когерентность в оптике. Темы 2.1. – 2.2 37 Раздел 3. Осуществление когерентных волн в оптике. Интерферометры. Темы 3.1. – 3.2 38 Раздел 4. Многолучевая интерференция. Стоячие электромагнитные волны. Темы 4.1. – 4.2 39 Раздел 5. Дифракция света. Принцип ГюйгенсаФренеля. Дифракция Френеля. Темы 5.1. – 5.2 4 1 Л 4 П 3 СР 1 Контрольная работа, тест 4 2 Л 4 П 3 СР 2 Контрольная работа, тест 4 3 Л 4 П 3 СР 2 Контрольная работа, тест 4 4 Л 4 П 3 СР 2 Контрольная работа, тест 4 5 Л 4 П 3 СР 2 Контрольная работа, тест 40 Раздел 6. Дифракция Фраунгофера. Разрешающая способность оптических приборов. Гауссов пучок света. Темы 6.1. – 6.2 41 Раздел 7. Дифракционная решетка. Физические принципы голографии. Темы 7.1. – 7.2 42 Раздел 8. Оптические системы, формирующие изображение, линзы. Темы 8.1. – 8.2 43 Раздел 9. Классическая электронная теория дисперсии. Темы 9.1. – 9.3 44 Раздел 10. Распространение света через границу двух сред. Формулы Френеля и следствия из них. Темы 10.1. – 10.2 45 Раздел 11. Полное внутренне отражение и отражение света поверхностью металлов. Темы 11.1. – 11.2 46 Раздел 12. Вращение плоскости поляризации. Рассеяние света в неоднородной среде. Нелинейная оптика. Темы 12.1. – 12.3 47 Раздел 13. Распространение света в анизотропной среде. Поляризационные устройства. Темы 13.1. – 13.2 48 Раздел 14. Интерференция поляризованных лучей. Индуцированная анизотропия. Темы 14.1. – 14.2 49 Раздел 15. Скорость света и методы ее измерения. Тема 15.1. 50 Раздел 16. Оптика движущихся сред. Эффект Доплера в оптике. Темы 16.1. – 16.2 Итого: 4 6 Л 4 П 3 СР 2 Контрольная работа, тест 4 7 Л 4 П 3 СР 2 Контрольная работа, тест 4 8 Л 4 П 3 СР 2 Контрольная работа, тест 4 9 Л 4 П 3 СР 2 Контрольная работа, тест 4 10 Л 4 П 3 СР 2 Контрольная работа, тест 4 11 Л 4 П 3 СР 2 Контрольная работа, тест 4 12 Л 4 П 3 СР 2 Контрольная работа, тест 4 13 Л 4 П 3 СР 2 Контрольная работа, тест 4 14 Л 4 П 3 СР 2 Контрольная работа, тест 4 15 Л 4 П 3 СР 1 Контрольная работа, тест 4 16 Л 4 П 3 СР 2 Контрольная работа, тест 64 48 30 Экзамен Часть 5 – АТОМНАЯ И ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА 51 Введение. 5 1 Л 2 1 52 Раздел 1. Корпускулярноволновые свойства излучения и свойства фотона. Темы 1.1 – 1.4. 53 Раздел 2. Ядерная модель атома и теория Бора. Темы 2.1 – 2.2. 5 1-3 Л 8 ПР 4 СР 4 5 4-5 Л 6 ПР 4 СР 3 54 Раздел 3. Излучательные переходы и принципы работы лазера. Темы 3.1 – 3.2. 5 6 Л 4 ПР 4 СР 3 55 Раздел 4. Пространственное квантование состояний атома и спин электрона. Темы 4.1 – 4.3 56 Раздел 5. Волновые свойства вещества. Темы 5.1 – 5.3. 5 7-8 Л 6 ПР 4 СР 3 5 9-10 Л 6 ПР 4 СР 3 57 Раздел 6. Квантово5 механическая картина строения и свойств атома. Темы 6.1 – 6.7. 58 Раздел 7. Молекулы и моле- 5 кулярные спектры. Темы 7.1 – 7.2. 11-14 Л 10 ПР 8 СР 6 15-16 Л 6 ПР 4 СР 4 59 Раздел 8. Основы физики атомного ядра. Темы 8.1 – 8.3. 17-18 Л 6 ПР 4 СР 3 54 36 30 Вопросы теоретического минимума, тесты Вопросы теоретического минимума, тесты Вопросы теоретического минимума, тесты Вопросы теоретического минимума, тесты Вопросы теоретического минимума, тесты Вопросы теоретического минимума, тесты Вопросы теоретического минимума, тесты Вопросы теоретического минимума, тесты Экзамен 5 Итого: Часть 6 – ОБЩАЯ БИОФИЗИКА 1 2 3 4 5 6 Раздел 1. Предмет и задачи биофизики. Тема 1.1. Раздел 2. Кинетика биологических процессов. Темы 2.1 – 2.4. Раздел 3. Мембранология. Темы 3.1 – 3.6. Раздел 4. Биофизика нервного импульса. Темы 4.1 – 4.4. Раздел 5. Биофизика рецепции. Темы 5.1 – 5.3. Раздел 6. Биофизика мышечных сокращений. Тема 6.1. 6 1-2 6 3-4 6 5-6 6 7-8 6 9-10 6 11-12 Л 2 Л 3 ЛР 4 СР 3 Собеседование Л 4 Л 4 ЛР 4 ЛР 4 СР 4 СР 4 Собеседование Собеседование Л 4 Л 3 ЛР 4 ЛР 3 СР 4 СР 3 Собеседование Собеседование Раздел 7. Биофизика системы кровообращения. Тема 7.1. 8 Раздел 8. Биофизика дыхания. Тема 8.1. 9 Раздел 9. Основы термодинамики процессов жизнедеятельности. Тема 9.1. 10 Раздел 10. Физические поля и живые системы. Тема 10.1. Итого: 7 6 13-14 Л 4 ЛР 4 СР 4 Собеседование 6 15-16 6 17 Л 3 Л 2 ЛР 3 ЛР 3 СР 3 СР 2 Собеседование Собеседование 6 18 Л 3 ЛР 3 СР 3 Собеседование 32 32 30 Экзамен 4.2 Содержание дисциплины «Общая физика и биофизика» 4.2.1. Часть 1 – МЕХАНИКА Введение. Предмет и задачи физики. Физика и естественные науки. Пространство и время. Размерные и безразмерные величины, системы единиц измерения. Механика, задачи механики. Материальная точка. Абсолютно твердое тело. Системы отсчета. Системы координат. Раздел 1. Кинематика материальной точки Тема 1.1. Задачи кинематики. Виды движения механических тел. Перемещение, скорость и ускорение материальной точки. Криволинейное движение. Тангенциальное и нормальное ускорения. Лекционная демонстрация № 1.1 ( ЛД1 1.1). Описание вращательного движения. Угловая скорость и угловое ускорение. Связь между линейными и угловыми характеристиками движения. Тема 1. 2. Раздел 2. Динамика материальной точки и системы материальных точек Тема 2.1. Принцип относительности Галилея. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Преобразования Галилея, инварианты преобразования. Второй закон Ньютона. Сила как характеристика взаимодействия между механическими телами. Инертная масса тела. Принцип суперпозиции сил. Импульс тела и импульс силы. ЛД 1.2, ЛД 1.3. Третий закон Ньютона. Границы применимости законов Ньютона. Классификация сил в механике. Уравнения движения системы материальных точек. Импульс и момент импульса системы материальных точек. Центр масс. Тема 2.2. Тема 2.3. Тема 2.4. Раздел 3. Законы сохранения Тема 3.1. Уравнения движения и законы сохранения. Изолированная система. Закон сохранения импульса. ЛД 1.6, ЛД 1.7, ЛД 1.8. Момент импульса. Момент силы. Уравнение движения в терминах моментов. Закон сохранения момента импульса. ЛД 1.4, ЛД 1.9, ЛД 1.11. Тема 3.2. Тема 3.3. Работа сил. Кинетическая энергия. Потенциальные силы и потенциальная энергия. Работа силы трения. Закон сохранения механической энергии. ЛД 1.10. ЛД 1.1 – Обозначение лекционной демонстрации и ее номер по Перечню лекционных демонстраций (см. п.8 настоящей Рабочей программы). 1 Раздел 4. Столкновения Тема 4.1. Понятие удара. Рассеяние частиц. Законы сохранения при столкновениях. Упругие и неупругие столкновения. ЛД 1.14, ЛД 1.15, ЛД 1.16, ЛД 1.17, ЛД 1.18. Раздел 5. Поле тяготения Тема 5.1. Закон тяготения Ньютона. Гравитационная масса. Принцип эквивалентности. Сила тяжести. Ускорение свободного падения. Потенциальная энергия частицы в поле тяготения. Космические скорости. ЛД 1.19. Раздел 6. Динамика твердого тела Тема 6.1. Уравнение движения твердого тела. Вращательное движение тела относительно неподвижной оси. Момент инерции. Вычисление момента инерции относительно данной оси. Теорема Штейнера. ЛД 1.21, ЛД 1.22, ЛД 1.23. Тема 6.2. Кинетическая энергия вращательного движения. Работа при вращательном движении. Кинетическая энергия произвольно движущегося твердого тела. ЛД 1.20. Раздел 7. Неинерциальные системы отсчета Тема 7.1. Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции, их особенности. Силы инерции при поступательном движении системы отсчета. Невесомость. ЛД 1.29, ЛД 1.30, ЛД 1.35 Вращающиеся системы отсчета. Центробежная сила инерции. Зависимость веса тела от географической широты. Сила инерции Кориолиса. Маятник Фуко. ЛД 1.31, ЛД 1.32, ЛД 1.33, ЛД 1.34. Тема 7.2. Раздел 8. Механика идеальной жидкости Тема 8.1. Общие свойства жидкостей и газов. Идеальная жидкость. Движение идеальной жидкости. Уравнение Бернулли. Истечение жидкости из отверстия. Формула Торричелли. ЛД 1.36. Раздел 9. Деформация твердых тел Тема 9.1. Классификация деформаций. Элементарные деформации. Коэффициент Пуассона. Закон Гука. Модули упругости. Работа упругой силы. Потенциальная энергия упругой деформации. Раздел 10. Колебательное движение Тема 10.1. Тема 10.4. Колебательный процесс. Характеристика колебаний, собственные и вынужденные колебания. Колебания в системе с одной степенью свободы. Физический и пружинный маятники. Уравнение собственных колебаний. Гармонические колебания. Энергия колебаний. ЛД 1.44, ЛД 1.45, ЛД 1.46. Затухающие колебания. Логарифмический декремент затухания. Добротность. ЛД 1.47. Вынужденные колебания. Резонанс. Раздел 11. Волны в сплошной упругой среде Тема 11.1. Распространение возмущений в сплошной упругой среде. Бегущие волны. Классификация волн. Волновое уравнение. Фазовая и групповая скорости. Энергия волны. ЛД 1.48, ЛД 1.49. Интерференция волн. Стоячие волны. Звуковые волны в газовой среде. Ско- Тема 10.2. Тема 10.3. Тема 11.2. рость звука в газовой среде. Эффект Доплера. Раздел 12. Основы специальной теории относительности Тема 12.1. Скорость света. Опыт Майкельсона – Морли и его интерпретация. Несовместимость условия постоянства скорости света с преобразованиями Галилея. Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца и следствия из них (длины пространственных отрезков и длительности временных промежутков). Закон сложения скоростей. Импульс, энергия и масса в релятивистской механике. Предельная скорость физических взаимодействий. Тема 12.2. Тема 12.3. 4.2.2 Часть 2 – МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА Введение. Раздел 1 Тема 1.1 Раздел 2 Предмет молекулярной физики. Дискретное строение вещества. Межмолекулярное взаимодействие. Статистический и термодинамический подходы к описанию макроскопических свойств систем состоящих из огромного числа структурных элементов. Понятия микросистемы и макросистемы. Замкнутая и изолированная системы. Равновесное состояние системы и состояние термодинамического равновесия. Параметры макросистемы, функции состояния. ЛД 2.1, ЛД 2.2, ЛД 2.3. Эмпирические газовые законы. Уравнение состояния идеального газа Эмпирические законы Бойля – Мариотта и Гей – Люссака. Принцип температуры, термически идеальный газ, эталонный термометр. Шкала Кельвина. Уравнение состояния идеального газа. Элементы статистической теории идеальных газов Тема 2.1 Случайное событие и вероятность. Независимые и зависимые события, вероятности их совместного осуществления. Случайная величина. Плотность вероятности. Среднее значение. Дисперсия. Тема 2.2 Распределение частиц в пространстве при отсутствии внешних силовых полей Флуктуации. Распределение Больцмана частиц в пространстве при наличии внешнего потенциального поля. ЛД 2.4, ЛД 2.6. Распределения Максвелла плотностей вероятностей для компонент импульса и величины импульса молекулы. Характерные скорости молекул газа. Функция распределения Максвелла. Объединенное распределение Максвелла – Больцмана. Расчет среднего давления молекул газа на стенки сосуда. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа. Энергетический смысл температуры. Внутренняя энергия идеального газа. Тема 2.3 Тема 2.4 Раздел 3 Явления переноса в газах Тема 3.1 Тема 3.2 Длина свободного пробега молекул в газе. ЛД 2.5. Диффузия в газах, уравнение Фика, коэффициент самодиффузии, взаимная диффузия. Теплопроводность в газах, закон Фурье, коэффициент теплопроводности газов. Вязкость газов (внутреннее трение). ЛД 2.8. Тема 3.3 Раздел 4 Первое начало термодинамики Тема 4.1 Равновесные и неравновесные процессы. Обратимые и необратимые процессы. Термодинамическая работа и переданное количество теплоты. Пер- Тема 4.2 Тема 4.3 вое начало термодинамики. Термодинамика идеального газа. Характерные термодинамические процессы. Теплоемкость идеального газа, уравнение Майера. Уравнение адиабаты. Работа, совершаемая газом при изопроцессах. Политропические процессы, уравнение политропы. Круговые процессы, прямой и обратный циклы, тепловой двигатель, холодильная машина, КПД цикла. Цикл Карно. Теоремы Карно. Раздел 5 Второе начало термодинамики Тема 5.1 Энтропия как функция состояния равновесной системы. Закон неубывания энтропии. Статистический смысл энтропии. Теорема Нернста. Термодинамическая шкала температуры. Принцип недостижимости абсолютного нуля температуры. Тема 5.2 Раздел 6 Реальные газы Тема 6.1 Тема 6.4 Газ с межмолекулярным взаимодействием. Практические изотермы при сжатии реального газа. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Поправки на «собственный» объем молекул и на внутреннее давление. Изотермы Ван-дер-Ваальса, их сравнение с практическими изотермами, неустойчивое и метастабильные состояния, правило Максвелла. Определение критических параметров из уравнения Вандер-Ваальса, определение «постоянных» a и b. Внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса. Физическая сущность эффекта Джоуля- Томсона. Температура инверсии. Методы получения низких температур. Сжижение газов. Раздел.7 Жидкости Тема 7.1 Тема 7.2 Специфика теплового движения молекул в жидкости. Поверхностная энергия и поверхностное натяжение. ЛД 2.15, ЛД 2.16. Условия равновесия на границе двух сред, краевой угол. Смачивание. Давление под искривленной поверхностью. Капиллярные явления. ЛД 2.18, ЛД 2.19, ЛД 2.20, ЛД 2.21. Раздел 8 Твердые тела Тема 8.1 Кристаллическое и аморфное состояния вещества. Основные типы кристаллических структур Реальные кристаллы, дефекты. Теплопроводность твердых тел. ЛД 2.22, ЛД 2.23 Теплоемкость твердых тел, закон Дюлонга и Пти. Теплоемкость кристаллов по Эйнштейну и Дебайю. Тема 6.2 Тема 6.3 Тема 8.2 Раздел 9 Фазовые переходы Тема 9.1 Равновесие двух фаз, кривые равновесия в координатах (Р,Т). Фазовые переходы 1-го и 2-го рода. Испарение и конденсация. Плавление и кристаллизация. Сублимация. Уравнение Клапейрона- Клаузиуса. Диаграмма состояния. ЛД 2.24, ЛД 2.25. 4.2.3 Часть 3 – ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ Введение Электромагнитное взаимодействие. Электрический заряд и его свойства. Частицы, ответственные за электрический заряд. Закон сохранения электрических зарядов. Единицы заряда. ЛД 3.1; ЛД 3.16. Раздел 1 Электростатическое поле в вакууме Тема 1.1 Тема 1.2 Закон Кулона. Сила электростатического взаимодействия. Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля как его силовая характеристика. Напряженность поля неподвижного точечного заряда. Принцип суперпозиции ЛД 3.2; ЛД 3.3 Поток вектора напряженности. Электростатическая теорема Гаусса для вектора напряженности. Понятие дивергенции векторного поля. Дифференциальный вид электростатической теоремы Гаусса. Применение теоремы Гаусса Раздел 2 Потенциал электростатического поля Тема 2.1 Тема 2.2 Работа сил электрического поля. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля Понятие потенциала электростатического поля. Эквипотенциальные поверхности. Связь между потенциалом и напряженностью. Уравнение Пуассона для потенциала Раздел 3 Проводники в электростатическом поле Тема 3.1 Тема 3.2 Проводники во внешнем электрическом поле. Свободные заряды. Условие равновесия зарядов в проводнике. ЛД 3.4; ЛД 3.5; ЛД 3.6; ЛД 3.7; ЛД 3.8. Электроемкость уединенного проводника. Электроемкость системы проводников. Система зарядов в замкнутой проводящей оболочке. Конденсаторы. ЛД 3.9. Раздел 4 Энергия системы зарядов Тема 4.1 Энергия системы зарядов. Полная энергия системы зарядов и энергия взаимодействия. Полная энергия системы заряженных проводников. Энергия электрического поля Раздел 5 Электрическое поле в диэлектриках Тема 5.1 Сторонние и связанные заряды. Электрический момент в целом нейтральной системы зарядов. Эквивалентный диполь. Вектор поляризации. Поляризация электронная, ориентационная и ионная. Понятия о квазиупругом и жестком диполях. Понятия микроскопического и макроскопического поля. ЛД 3.10; ЛД 3.11 ЛД; 3.12; ЛД 3.15. Связь вектора поляризации с поверхностной плотностью связанных зарядов. Вектор электрической индукции. Теорема Гаусса для вектора электрической индукции. Диэлектрическая восприимчивость. Диэлектрическая проницаемость. Поле вблизи границы раздела двух однородных диэлектриков. Поле плоского конденсатора, заполненного однородным диэлектриком. Полная энергия поля. Поле внутри шарового слоя из однородного диэлектрика. Ограничения на выполнение закона Кулона. ЛД 3.13. Тема 5.2 Тема 5.3 Раздел 6 Постоянный электрический ток Тема 6.1 Электрический ток, сила тока и плотность тока. Дрейфовая и тепловая скорости носителей электричества. Условие стационарности тока. Уравнение непрерывности. Электродвижущая сила. ЭДС сторонних сил как характеристика работы сторонних сил по переносу заряда. Понятие падения напряжения. Цепь постоянного тока. Закон Ома. Удельное сопротивление проводника, температурная зависимость удельного сопротивления. Закон Ома для неоднородной цепи. Закон Джоуля – Ленца. Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа. Правило обхода и система уравнений Кирхгофа. Контактная разность потенциалов. Термо ЭДС. ЛР 3.3, ЛР 3.4, ЛР 3.19. Тема 6.2 Раздел 7 Механизмы электропроводности Тема 7.1 Классическая электронная теория электропроводности металлов и ее ограничения. Качественные положения квантовой теории электропроводности твердых тел Проводимость полупроводников, р-n – переход. Электрический ток в вакууме. Электронная эмиссия. Электрический ток в жидких электролитах и газах. ЛР 3.5, ЛР 3.6, ЛР 3.7, ЛР 3.8. Тема 7.2 Раздел 8 Магнитное поле постоянного тока Тема 8.1 Тема 8.3 Тема 8.4 Рамка с током как пробное тело для исследования магнитного поля. Магнитный момент рамки. Силовая характеристика магнитного поля – вектор магнитной индукции. Закон Ампера. Определение магнитной индукции на основе закона Ампера. Замкнутость силовых линий магнитного поля тока. Сила Лоренца. Сила Ампера как результат коллективного действия на проводник носителей электричества под действием силы Лоренца. Закон Био-СавараЛапласа. Вычисление магнитных полей на основе закона Био-СавараЛапласа. ЛД 3.19, ЛД 3.20, ЛД 3.21 Теорема Гаусса для вектора В. Теорема о циркуляции магнитного поля. Вычисление магнитных полей с помощью теоремы о циркуляции. Движение заряженной частицы в магнитном поле. Преобразование полей Е и В. Магнетизм как релятивистский эффект. Раздел 9 Магнитное поле в магнетиках Тема 9.1 Понятие о молекулярных токах (токах Ампера). Вектор намагниченности и его связь с молекулярными токами. Теорема о циркуляции вектора намагниченности. Напряженность магнитного поля. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость вещества. Теорема о циркуляции вектора напряженности магнитного поля. Классификация магнетиков. Поле вблизи границы раздела двух однородных магнетиков. Магнитные свойства атомов и молекул. Диамагнитный эффект. Ларморова прецессия. Диамагнетизм. Парамагнетизм. ЛД 3.22. Ферромагнетики и их основные свойства. Кривая намагничивания, гистерезис, остаточная намагниченность, коэрцитивная сила. Точка Кюри. ЛД 3.23. Тема 8.2 Тема 9.2 Тема 9.3 Раздел 10 Электромагнитная индукция Тема 10.1 Индукция тока в движущихся проводниках. Закон электромагнитной индукции Фарадея. Правило Ленца. Общий характер закона электромагнитной индукции. Токи Фуко. ЛД 3.24 – 3.29. Самоиндукция. Коэффициент самоиндукции (индуктивность). Индуктивность идеального соленоида. Энергия магнитного поля. Взаимная индукция. ЛД 3.30; ЛД 3.31 Тема 10.2 Раздел 11 Переменный электрический ток Тема 11.1 Электрический колебательный контур. Собственные колебания заряда в контуре. Вынужденные колебания. Резонанс ЛР 3.9; ЛР 3.10 Квазистационарные токи. Закон Ома для цепи переменного тока. Работа и мощность переменного тока. Резонанс токов. Резонанс напряжений. ЛР 3.11; ЛР 3.12; ЛР 3.13; ЛР 3.14; ЛР 3.18 Тема 11.2 Раздел 12 Электромагнитное поле Тема 12.2 Ток смещения и полный ток, замкнутость полного тока. Гипотезы Максвелла. Система уравнений Максвелла. Следствия из уравнений Максвелла Раздел 13 Электромагнитные волны Тема 13.1 Электромагнитное поле в свободном пространстве. Волновое уравнение. Скорость распространения электромагнитных волн. Основные свойства электромагнитных волн. ЛД 3.36 Энергия, переносимая электромагнитными волнами. Теорема Пойтинга. Вектор Умова-Пойнтинга. Давление и импульс электромагнитной волны Тема 12.1 Тема 13.2 4.2.4. Часть 4 – ОПТИКА Введение Раздел 1 Тема 1.1 Тема 1.2 Раздел 2 Тема 2.1 Тема 2.2 Раздел 3 Тема 3.1 Тема 3.2 Раздел 4 Тема 4.1 Тема 4.2. Раздел 5 Тема 5.1 Тема 5.2 Оптика в современной физике. Принцип Ферма. Законы геометрической оптики. Оптическое изображение. ЛД 4.1, ЛД 4.2, ЛД 4.3, ЛД 4.4 Свет как электромагнитная волна Шкала электромагнитных волн. Основные свойства электромагнитных волн. Энергия световой волны. Квазимонохроматические волны. Модуляция. Представление квазимонохроматических колебаний в комплексной форме. Поляризация световых волн. Интерференция света. Когерентность в оптике. Интерференция монохроматических волн. Условие максимума и минимума интенсивности. Пространственное распределение интенсивности в интерференционной картине. Контраст интерференционных полос. ЛД 4.5. Интерференция квазимонохроматических волн и время когерентности. Длина когерентности. Интерференция волн от протяженного источника. Площадь когерентности. Объем когерентности. Осуществление когерентных волн в оптике. Интерферометры. Интерферометры с делением по волновому фронту. Бизеркала и бипризма Френеля, зеркало Ллойда. Звездный интерферометр Майкельсона. Интерферометры с делением по амплитуде. Интерференция в тонких пленках. Локализация интерференционной картины. Интерферометр Майкельсона. Многолучевая интерференция. Перераспределение энергии при интерференции. Коэффициент отражения и контраст полос. Просветление оптики. Диэлектрические зеркала. Многолучевая интерференция. Интерферометр Фабри-Перо. Интерференционные светофильтры. ЛД.4.6. Стоячие световые волны. Оптический резонатор. Опыт Винера, цветная фотография по Липману. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция Френеля. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракционный интерграл. Метод зон Френеля Дифракция Френеля на круглом отверстии и круглом диске. Пятно Пуассона. Зонная пластинка и ее сравнение с линзой. Дифракция Френеля на круглом отверстии. Дифракция Френеля на полуплоскости. Спираль Корню. Распределение освещенности в дифракционной картине. Ограничения метода зон Френеля. ЛД 4.7., ЛД 4.8. Раздел 6 Тема 6.1 Тема 6.2 Раздел 7 Тема 7.1 Тема 7.2 Раздел 8 Тема 8.1 Тема 8.2 Раздел 9 Тема 9.1 Тема 9.2 Тема 9.3 Раздел 10 Тема 10.1 Тема 10.2 Раздел 11 Тема 11.1 Тема 11.2 Дифракция Фраунгофера. Разрешающая способность оптических приборов. Гауссов пучок света. Дифракция Фраунгофера – дифракция дальнего поля. Дифракция Фраунгофера на щели и на прямоугольном отверстии. Распределение интенсивности в дифракционной картине. Дифракция Фраунгофера на круглом отверстии. Дифракционная расходимость (уширение) световых пучков. Дифракционный предел разрешения оптических систем. Роль пространственной когерентности в формировании изображений. Дифракционная решетка. Физические принципы голографии Дифракционная решетка. Распределение интенсивности в картине дифракции на щелевой амплитудной дифракционной решетке. Дифракционная решетка как спектральный прибор. Дифракционный спектрограф. Разрешающая способность дифракционной решетки. Отражающие дифракционные решетки. Распределение энергии в дифракционной картине. ЛД 4.9, ЛД.4.10. ЛД 4.11 Голографические схемы записи и восстановления оптических полей. Голографическая интерферометрия. Объемные голограммы Брегга и голограммы Денисюка. Оптические системы, формирующие изображение, линзы. Прямолинейное распространение света и приближение геометрической оптики. Преломление и отражение лучей сферическими поверхностями. Кардинальные точки и плоскости. Оптическая система, как передатчик световой энергии. Апертурная диафрагма и зрачки. Аберрации оптических систем. ЛД 4.12. ЛД 4.13 Классическая электронная теория дисперсии Уравнение движения осциллятора во внешнем поле. Дисперсия вдали от линии поглощения. Формула Коши. Формула Лоренц-Лорентца. Дисперсия в области линии поглощения. Аномальная дисперсия. Дисперсионная кривая и спектральный контур поглощения. Распространения света в изотропной диспергирующей среде. Поляризация среды. Дисперсия света. Уравнение плоской монохроматической волны в поглощающей среде. Закон Бугера. Волновые пакеты. Групповая скорость волны. Формула Рэлея. ЛД 4.14. Распространение света через границу двух сред. Формулы Френеля и следствия из них. Формулы Френеля - соотношения амплитуд падающей, отраженной и преломленной волн. Следствия из формул Френеля. Изменение фазы волны при отражении. Поляризация отраженного света при отражении под углом Брюстера. Полное внутренне отражение и отражение света поверхностью металлов. Предельный угол полного внутреннего отражения. Призмы полного внутреннего отражения. Волоконные и планарные световоды. Неоднородная волна вблизи границы раздела сред при полном внутреннем отражении. Изменение состояния поляризации света при полном внутреннем отражении. Параллелепипед Френеля. ЛД 4.15, ЛД 4.16. Отражение света поверхностью металлов. Коэффициент отражения металлов. Изменение состояния поляризации линейно поляризованной волны при отражении поверхностью металлов. Эллипсометрия. Раздел 12 Тема 12.1 Тема 12.2 Тема 12.3 Раздел 13 Тема 13.1 Тема 13.2 Раздел 14 Тема 14.1 Тема 14.2 Раздел 15 Тема 15.1 Раздел 16 Тема 16.1 Тема 16.2 Оптическая активность. Рассеяние света в неоднородной среде. Нелинейная оптика. Эффект вращения направления поляризации при распространении света в веществе. Естественное вращение плоскости поляризации. Опыт Френеля. Сахарометрия. Поляриметры. Эффект вращения направления поляризации в магнитном поле - эффект Фарадея. Рассеяние света в неоднородных средах и его закономерности. Индикатриса рассеяния. Поляризация рассеянного света. Закон Рэлея. Молекулярное рассеяние. Объяснение цвета зари и неба. Неупругое рассеяния света. Комбинационное рассеяние – рассеяние Мандельштама-Рамана. Нелинейная оптика. Генерация второй гармоники. Самофокусировка световых пучков. Вынужденное рассеяние света. Просветление, многофотонное поглощение. Распространение света в анизотропной среде. Поляризационные устройства Тензор диэлектрической проницаемости. Одноосные и двуосные кристаллы. Взаимная ориентация векторов электромагнитного поля в анизотропной среде. Фазовая и лучевая скорости волны в анизотропной среде. Обыкновенные и необыкновенные волны. Преломление света на границе анизотропной среды. Построения Гюйгенса для одноосных кристаллов. Поляризационные устройства. Кристаллические пластинки в /4 и /2. Компенсаторы. Поляризационные призмы Николя, Волластона, Рошона и Сенармона. Поляроиды. Закон Малюса. ЛД 4.17. Интерференция поляризованных лучей. Индуцированная анизотропия. Кристаллическая пластина между двумя поляризаторами (поляроидами). Жидкие кристаллы и ЖК экраны. ЛД 4.18 Индуцированная (искусственная) анизотропия оптических свойств. Фотоупругость. Закон фотоупругости Брюстера. Электрооптические эффекты Керра и Поккельса. Эффект Коттона-Мутона. ЛД 4.19 Скорость света и методы ее измерения. Лабораторные методы Физо (метод прерываний ) и Фуко ( метод вращающегося зеркала ). Астрономические методы Ремера (по спутникам Юпитера) и Брэдли (метод аберраций). Оптика движущихся сред. Эффект Доплера в оптике. Проявление движения среды в интерференционных опытах. Опыт Физо. Эффект и интерферометр Саньяка. Оптический интерференционный гироскоп. Опыт Майкельсона. Попытка обнаружения движения Земли оптическим методом. Эффект Доплера в оптике. Проявление эффекта Доплера в спектральных исследованиях (частотный сдвиг спектральных линий излучения звезд, доплеровское уширение спектральных линий). Проявление эффекта Доплера при интерференции и дифракции света. Сдвиг частоты света при дифракции на движущейся дифракционной решетке. Дифракция Рамана-Ната на бегущей акустической волне. ЛД 4.20 4.2.5. Часть 5 – АТОМНАЯ И ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА Введение Идея атомистического воззрения на природу вещества. Атомизм взаимодействия и атомистическая структура вещества. Атом, взаимодействие электронов и ядер, взаимодействие атомов, процессы излучения как объекты атомной физики. Дискретность состояний атомных систем, вероятностный характер изменения состояний, волновой характер движения в пространстве. Единая атомистическая природа видов физического взаимодействия. Характерные масштабы величин в атомной физике. Раздел 1 Тема 1.1 Корпускулярно-волновые свойства излучения и свойства фотона Законы теплового излучения и понятие кванта энергии. Основные характеристики поля излучения и излучающих тел: спектральная плотность излучения, испускательная и поглощательная способность и единицы их измерения. Связь между испускательной способностью и плотностью энергии направленного и изотропного излучения. Связь между спектральными плотностями в шкале длин волн и шкале частот. Свойство равновесности теплового излучения. Закон Кирхгофа для теплового излучения. Понятие абсолютно черного тела. Закон Стефана-Больцмана. Закон смещения Вина. Формула спектрального распределения Вина. Формула Релея-Джинса Формула Планка и понятие кванта энергии. ЛД 5.1 Тема 1.2 Законы фотоэлектрического эффекта и понятие кванта излучения. Основные экспериментальные законы фотоэффекта, недостаточность классической физики для их объяснения. Гипотеза о квантах излучения, уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Многофотонный фотоэффект. Квантовый выход. ЛД 5.2, ЛД 5.2, ЛД 5.13 Эффект Комптона и законы сохранения при рассеянии фотонов. Эффект Комптона при рассеянии рентгеновских лучей: основные закономерности. Недостаточность классической теории для объяснения эффекта и квантовая трактовка. Законы сохранения энергии и импульса в процессах с участием фотонов. ЛД 5.14 Флуктуации энергии излучения и корпускулярно-волновая природа света. Волновая и корпускулярная компоненты флуктуации энергии излучения. Двойственные свойства света. Ядерная модель атома и теория Бора Экспериментальное обоснование ядерной модели атома. Ранние модели атома. Экспериментальные схемы исследований строения атома. Опыты Резерфорда-Гейгера по рассеянию альфа-частиц. Оценка размеров ядра. Сечение рассеяния. Формула Резерфорда и ее экспериментальная проверка. Ядерная модель атома и несоответствие ей классических представлений. ЛД 5.15 Теория атома Бора и ее опытное подтверждение. Проблема закономерностей в спектрах излучения атомов. Комбинационный принцип Ритца. Спектральные серии атома водорода. Постулаты Бора о дискретных стационарных состояниях атома и переходах между ними. Боровское условие квантования и его толкование в рамках принципа соответствия. Уровни энергии стационарных состояний атома водорода. Объяснение спектральных серий атома водорода. Изотопическое смещение спектральных линий. Опыты Франка-Герца как прямое наблюдение стационарных состояний в атоме. Способы возбуждения атомов, потенциал ионизации. ЛД 5.3, ЛД 5.4 ЛД 5.5 Излучательные переходы и принципы работы лазера Тема 1.3 Тема 1.4 Раздел 2 Тема 2.1 Тема 2.2 Раздел 3 Тема 3.1 Теория спонтанных и вынужденных переходов Эйнштейна. Понятие о спонтанных и вынужденных переходах. Населенность энергетических уровней. Вероятности переходов. Вывод формулы Планка по Эйнштейну. ЛД 5.10 , Тема 3.2 Раздел 4 Тема 4.1 Тема 4.2 Тема 4.3 Раздел 5 Тема 5.1 Тема 5.2 Тема 5.3 Раздел 6 Тема 6.1 Тема 6.2 Принципы оптического усиления и генерации. Инверсная населенность и отрицательный коэффициент поглощения. Принцип работы лазера. Оптический резонатор. Условие генерации. Способы создания инверсной населенност. ЛД 5.11 Пространственное квантование состояний атома и спин электрона Обобщенные правила квантования Эренфеста-Бора-Зоммерфельда и вырожденные состояния. Обобщение правила квантования Бора на некруговые орбиты. Адиабатические инварианты. Условия Зоммерфельда квантования эллиптических орбит. Квантовые числа стационарных эллиптических орбит, вырождение энергетических уровней. Пространственное квантование и магнетон Бора. Квантование пространственных ориентаций эллиптических орбит. Орбитальный магнитный момент и гиромагнитное отношение. Магнетон Бора. Опыт Штерна-Герлаха по обнаружению магнитного момента атома и пространственного квантования. Недостаточность правил квантования Бора-Зоммерфельда. Спин электрона. Аномальное гиромагнитное отношение. Магнитомеханические опыты Барнета, Эйнштейна-Де Гааза. Проблема тонкой структуры спектральных линий атомов щелочных металлов. Понятие спина электрона. Невозможность объяснения спина с помощью классических представлений и квантово-релятивистская природа спина. ЛД 5.6 Волновые свойства вещества Волновая гипотеза ДеБройля и опыты по дифракции и интерференции частиц вещества. Оптико-механическая аналогия между частицей в силовом поле и лучом света в среде. Волна Де Бройля, соотношения Де Бройля для частоты и длины волны. Вероятностный смысл волновой функции частицы. Объяснение боровского условия квантования с помощью волновых свойств электрона в атоме. Опыты Девидсона-Джермера, Томсона-Тартаковского, Штерна, Бибермана-Сушкина-Фабриканта по интерференции и дифракции электронов и молекул. Принцип электронной микроскопии. ЛД 5.12 Основные принципы квантовой механики частицы и уравнение Шредингера. Принципы суперпозиции и принцип неопределенности. Соотношения неопределенности для координаты и импульса, его физическое истолкование. Соотношение неопределенности для энергии и времени, его физическое истолкование. Квантование момента импульса и его проекции. Сложение квантованных моментов импульса. Построение уравнения Шредингера. Временное и стационарное уравнения. Неклассические свойства движения микрочастицы. Квантование энергетических уровней связанной частицы. Туннельный эффект. Эффект РамзауэраТаундсена. Туннельная микроскопия. Квантово-механическая картина строения и свойств атома Волновые функции и квантовые числа стационарных состояний атома водорода. Результаты решения уравнения Шредингера для атома водорода. Волновые функции и электронные облака в атоме водорода. Квантовые числа и форма электронных облаков. Физические величины, определяющие стационарные состояния электрона в атоме водорода. Принцип запрета Паули и электронные конфигурации многоэлектронного атома. Принцип неразличимости тождественных частиц и принцип запрета Паули. Электронные оболочки и слои. Эквивалентные электроны и электронные конфигурации. Тема 6.3 Тема 6.4 Тема 6.5 Тема 6.6 Тема 6.7 Раздел 7 Тема 7.1 Тема 7.2 Раздел 8 Тема 8.1 Тема 8.2 Тема 8.3 Периодическая система элементов Менделеева. Построение периодической системы элементов с помощью принципов наименьшей энергии, правила Клечковского, принципа Паули. Периодичность ионизационных потенциалов и атомных объемов. Систематизация состояний многоэлектронного атома. Электрическое и спинорбитальное взаимодействия в многоэлектронном атоме. Векторная модель атома. Типы связи электронов в атоме. Правила Хунда, их физический смысл. Правила отбора для излучательных переходов ЛД 5.7 Схемы атомарных уровней энергии и излучательных переходов. Уровни энергии и оптический спектр атома натрия. Уровни энергии и оптический спектр атома гелия. Атом во внешнем магнитном поле. Эффект Зеемана расщепления спектральных линий атома в магнитном поле и объяснение простого эффекта Зеемана с позиций классической электронной теории. Сложный зффект Зеемана. Расщепление энергетических уровней атома в магнитном поле. Гиромагнитный множитель Ланде. Эффект Пашена-Бака. Магнитный резонанс и его применения. Принцип магнитно-резонансной томографии. ЛД 5.8 Испускание и поглощение рентгеновских лучей. Методы получения и исследования рентгеновских лучей. Сплошной и характеристический рентгеновские спектры, их свойства и происхождение. Рентгеновские серии, закон Мозли и его применение. Построение схемы рентгеновских уровней энергии и переходов. Эффект Оже. Сравнение рентгеновских и оптических спектров поглощения. Зависимость коэффициента ослабления рентгеновских лучей от атомного номера, принцип рентгеноскопии. ЛД 5.16 Молекулы и молекулярные спектры Основные типы химической и межмолекулярной связи. Причины возникновения межатомных связей и их классификация. Ионная, ковалентная химические связи. Гибридизация электронных облаков. Строение молекул кислорода, воды и простейших углеводородов. Ориентационная и дисперсионная межмолекулярные связи. Ионные, ковалентные, металлические и молекулярные кристаллы. Молекулярные уровни энергии и спектры. Электронное, колебательное и вращательное движения в молекулах, сравнительные порядки их энергии. Потенциальные кривые для колебательного движения ядер, колебательные уровни энергии двухатомных молекул. Вращательные уровни энергии. Колебательно-вращательные и электронно-колебательно-вращательные спектры. Комбинационное рассеяние света на молекулах. ЛД 5.9 Основы физики атомного ядра Строение и свойства ядер. Структура атомного ядра. Размеры ядра. Основные свойства протонов и нейтронов. Ядро как совокупность протонов и нейтронов. Нуклон. Стабильность ядра. Изотопы, изобары, изотоны, изомеры. Энергия связи ядер. Дефект масс. Насыщение ядерных сил. Спин ядра. Магнитный момент ядра. Понятие о сверхтонкой структуре спектральных линий. Радиоактивность. Явление радиоактивности. Закон радиоактивного распада. Период полураспада. Гамма - распад. Бета - распад. Энергетический спектр электронов. Роль нейтрино. Альфа - распад. Спектр энергии альфа - частиц. Закон Гейгера-Нэттола. Туннельный эффект. Ядерные реакции. Ядерные реакции. Деление тяжелых ядер. Цепная реакция. Возможность получения энергии за счет реакции синтеза легких ядер. Проблема управляемого термоядерного синтеза. 4.2.6. Часть 6 – ОБЩАЯ БИОФИЗИКА Раздел 1 Тема 1.1 Раздел 2 Тема 2.1 Тема 2.2 Тема 2.3 Тема 2.4 Раздел 3 Тема 3.1 Тема 3.2 Тема 3.3 Тема 3.4 Тема 3.5 Тема 3.6 Раздел 4 Тема 4.1 Предмет и задачи биофизики. История и методология биофизики. Роль физики в становлении биофизики. Разделы современной биофизики. Роль биофизики в становлении теоретической биологии. Методы биофизических исследований. Задачи биофизики. Кинетика биологических процессов Активированный комплекс и основные представления теории Эйринга. Кинетика простой ферментативной реакции и уравнение Михаэлиса-Ментен. Графические интерпретации кинетической реакции типа Михаэлиса-Ментен. Ингибирование и активация ферментов. Конкурентное и неконкурентное ингибирование, их кинетические схемы и уравнения реакций. Общая схема модификации ферментативной реакции. Субстратное ингибирование. Множественность стационарных состояний. Биологические триггеры, силовое и параметрическое переключение биологического триггера. Модель биологического отбора из двух равноправных антагонистических видов. Множественность стационарных состояний в ферментативных системах с субстратным ингибированием. Колебательные процессы в биологии. Предельные циклы. Необходимые условия для возникновения автоколебаний. Мембранология Клетка как структурная и функциональная единица живого организма. Единые принципы строения клеток. Основные представления о структуре и функциях клеточных мембран, унитарная модель. Модельные (искусственные) мембраны и способы их получения. Монослои, мицеллы, бислойные структуры, фосфолипидные везикулы. Подвижность липидной мембраны, способность самозамыкаться, механические свойства, поры. Латеральная диффузия и трансбислойное движение молекул. Транспорт неэлектролитов через мембраны. Диффузия, коэффициент диффузии, проницаемость мембраны. Закон Фика. Другие механизмы проницаемости: проникновение через поры, облегчённая диффузия при участии переносчиков. Электрохимический потенциал. Роль электрохимического потенциала в пассивном транспорте. Ионное равновесие на границе фаз. Формула Нернста. Равновесие на границе водного электролита с неполярной жидкостью. Межфазный объёмный скачок потенциала. Изменение потенциала вблизи границ раздела фаз. Приближённое решение уравнения Пуассона-Больцмана. Дебаевский радиус экранирования. Доннановское равновесие между фазами. Пассивный ионный транспорт. Уравнение Нернста-Планка. Два подхода к решению уравнения НернстаПланка: теория Гендерсона и теория Гольдмана-Ходжкина-Хаксли (приближение постоянного поля). Уравнение Ходжкина-Хаксли для трансмембранного потенциала при наличии трёх типов ионов. Индуцированный ионный транспорт. Факторы, снижающие барьер проникновения иона через мембрану. Типы индуцированного переноса. Активный мембранный транспорт. Основные представления о термодинамике и схеме рабочего цикла Na-насоса. Основные понятия о транспорте ионов Ca2+ и H+. Биофизика нервного импульса Строение нервной клетки: аксоны, дендриты, синапсы, миелиновая оболочка, Тема 4.2 Тема 4.3 Тема 4.4 Раздел 5 Тема 5.1 Тема 5.2 Тема 5.3 Раздел 6 Тема 6.1 Раздел 7 Тема 7.1 Раздел 8 Тема 8.1 перехваты Ранвье. Поляризация и деполяризация мембраны. Потенциалы покоя и действия. Общая картина зависимости потенциала нерва от импульса возбуждения. Мембранная природа генерации импульса. Схема распространения импульса. Уравнение для зависимости нервного импульса от времени. Скорость и форма нервного импульса. Постоянная длины волокна. Характерные свойства нервного импульса. Реобаза, хронаксия, рефрактерный период. Распространение нервного импульса в неоднородных и ветвящихся волокнах. Синаптическая передача возбуждения. Химический и электрический механизмы передачи возбуждения в синапсах. Постсинаптический потенциал. Особенности проведения возбуждения в синаптических структурах. Возбуждающие и тормозящие синапсы. Работа мозга, нейросети. Биофизика рецепции Строение глаза, оптической системы. Ход лучей в оптической системе глаза. Свет и его восприятие. Строение сетчатки, фоторецепторная система глаза. Формирование изображения на сетчатке. Фотохимические реакции в рецепторных клетках сетчатки Восприятие и обработка сигналов сетчаткой. Рецептивные поля сетчатки. Биофизика, нейрофизиология и психофизика восприятия света и темноты. Разрешающая способность глаза. Спектральная чувствительность. Субъективные и физические характеристики цвета. Субъективные эффекты при цветовых ощущениях. Трехкомпонентная теория цветового зрения, векторное представление цвета. Понятие о колориметрических системах. Кодирование информации в органе зрения. Роль движения глаз в зрительном восприятии. Закон Вебера-Фехнера. Акустические явления и биофизика. Ухо как акустическая система. Восприятие звука. Этапы преобразования сигнала в органе слуха. Роль среднего уха в восприятии акустических раздражений. Слуховой процесс во внутреннем ухе. Процесс преобразования в волосковых клетках. Кодирование слуха в волокнах слухового нерва. Современные теории восприятия звука. Вестибулярный аппарат, его строение и функции. Рецепция запаха и вкуса. Кожный анализатор. Рецепция запаха и молекулярное узнавание. Квантовая и стереохимическая теории восприятия запаха. Экспериментальные исследования рецепции запаха. Вкусовой анализатор, рецепторы вкусовых сосочков. Вкусовая адаптация. Химическое строение вещества и его вкус. Тактильная, болевая и температурная рецепции. Кожные рецепторы. Дифференцированная возбудимость кожного анализатора. Биофизика мышечных сокращений Саркомеры. Модель Дещеревского. Структура мышц и мышечных белков. Механизм мышечного сокращения, роль кальция. Энергетика сокращения. Связь между силой сокращения и удлинением саркомера. Теплота активации и теплота укорочения мышечного волокна. Биофизика системы кровообращения Общие принципы гидродинамики. Гемодинамика. Реологические свойства крови. Особенности кровообращения в различных участках сосудистого русла. Сердце как насос. Ударный и минутный объемы сердца. Должные величины гемодинамики. Энергетика кровообращения. Структурный анализ движущейся крови. Динамика кровотока и энергетика эритроцитов. Геометрия кровотока. Пульсовая волна. Биофизика дыхания Физика внешнего дыхания. Схематическая модель дыхательной системы. Физика газообмена. Легочные объемы и дебеты. Биомеханика дыхания. Ра- Раздел 9 Тема 9.1 Раздел 10 Тема 10.1 бота дыхания. Легочная вентиляция. Основы термодинамики процессов жизнедеятельности Термодинамические системы. Функции состояния систем. Первый закон термодинамики, энтальпия, закон Гесса. Второе начало термодинамики и живые организмы. Баланс энтропии при росте и развитии организмов. Стационарное состояние. Основные закономерности термодинамики открытых систем. Теорема Пригожина. Теплообразование в организме теплокровных животных. Основной обмен. Условия теплообмена организма с окружающей средой. Регуляция температуры в живых организмах. Физические поля и живые системы Виды физических полей и их основные характеристики. Электромагнитные поля естественного и искусственного происхождения. Собственные физические поля организма человека. Электрическая активность органов. Автоволны в сердце, физические основы электрокардиографии. Механизмы действия электромагнитного поля на биологические объекты. Ультразвук и его биологическое действие. Явления кавитации. Взаимодействие ионизирующих излучений с биологическими объектами. Тепловые поля и их влияние на биологические объекты. Физические поля при исследовании биологических объектов и управлении их состоянием. Электромагнитные излучения в медицине. 5. Образовательные технологии При реализации дисциплины «Общая физика и биофизика» используются следующие виды учебных занятий: лекции и лекционные демонстрации (ЛД) физических явлений2, консультации, контрольные работы, самостоятельные работы. Параллельно изучению дисциплины «Общая физика и биофизика» студенты работают в учебных лабораториях практикума в рамках учебной дисциплины «Общий физический и биофизический практикум)», приобретая навыки правильного проведения экспериментальных исследований, грамотного обращения с измерительными приборами и измерительной аппаратурой, обработки экспериментальных данных. На лекционных занятиях предусмотрены активные формы учебного процесса: разбор конкретных ситуаций, обсуждение наблюдаемых при лекционных демонстрациях физических явлений и эффектов, компьютерные демонстрации, короткие выборочные опросы по пройденному материалу, короткие консультации. Предусмотрено взаимодействие преподаватель - студенты посредством компьютерной связи для оказания консультаций, просмотра и оценки рефератов или других заданий. Оценка качества освоения программы дисциплины «Общая физика и биофизика» включает текущий контроль успеваемости и итоговый экзамен. Лекционные демонстрации (ЛД) обеспечиваются действующей экспозицией Музея физических приборов и лекционных демонстраций. Статус Музея установлен 25 мая 1993 г. по решению Ученого Совета Саратовского университета. Музей создан на базе Коллекции, комплектация которой осуществляется с 1909 г. Перечень ЛД приведен в п. 8 настоящей рабочей программы. 2 Для текущего контроля обучающихся по дисциплине «Общая физика и биофизика» используются задания в виде теоретических вопросов и типовых задач, позволяющих оценить знания, умения и уровень приобретенных компетенций. Типовые задачи для проведения текущего контроля приведены в книге: Савельев И.В. Сборник вопросов и задач по общей физике: Учебное пособие.– СПб.: Издательство «Лань»,– 288 с. (см. п. 7 Рабочей программы дисциплины: список основной литературы). 6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины. 6.1 Порядок выполнения и контроля самостоятельной работы студентов: ежемесячная письменная самостоятельная работа обучающихся по закреплению пройденного лекционного материала; самостоятельная проработка некоторых теоретических вопросов, выделенных в программе дисциплины и нерассмотренных на лекциях, контроль выполнения этой самостоятельной работы предусмотрен в рамках экзамена по соответствующей части дисциплины «Общая физика и биофизика»; выполнение и письменное оформление комплекса заданий теоретического характера в виде рефератов или конспектов отдельных параграфов (разделов) соответствующей учебной литературы; контроль выполнения этой самостоятельной работы предусмотрен на завершающем этапе изучения соответствующей части дисциплины «Общая физика и биофизика» на основе представленного в печатном виде материала; самостоятельное решение рекомендованных задач; контроль выполнения этой самостоятельной работы предусмотрен на завершающем этапе изучения соответствующей части дисциплины «Общая физика и биофизика» на основе представленных решений. 6.2 Примерные темы рефератов и теоретических заданий для самостоятельной работы студентов 6.2.1. Часть 1 – МЕХАНИКА 1) Размерность и системы единиц. Формула размерности. 2) Пример сложного движения твердого тела: плоское движение твердого тела, мгновенная ось вращения, 3) Пример сложного движения твердого тела: качение конуса с шарнирно закрепленной вершиной по горизонтальной поверхности. 4) Описание движения тела с переменной (во времени) массой. Формула Циолковского. 5) Классификация сил в механике. Сила трения, сухое и вязкое трение. 6) Опыты Ньютона по определению связи между гравитационной и инертной массами тела. 7) Опыты Г. Кавендиша по определению значения гравитационной постоянной. 8) Вращающиеся системы отсчета. Переход от неподвижной системы отсчета к вращающейся с постоянной угловой скоростью. 9) Проявление сил инерции: маятник Фуко. 10) Проявления сил инерции: зависимость веса тела от широты местности. 11) Приливы. 12) Гравитационное взаимодействие между шаровым слоем и точечной пробной массой. 13) Собственная гравитационная энергия однородного шара, гравитационный коллапс и критический гравитационный радиус. 14) Система отсчета, связанная с центром масс механической системы (СЦИ), описание системы из двух частиц в СЦИ: приведенная масса, импульс и кинетическая энергия системы, понятие о внутренней энергии. 15) Прямой нелобовой абсолютно упругий удар, диаграмма (треугольник) импульсов, углы рассеяния. 16) Законы Кеплера как следствие законов движения частицы в центральном консервативном силовом поле. 17) Расчет периода обращения для эллиптической орбиты. 18) Отталкивание частицы от силового центра, угол рассеяния. 19) Понятие о тензоре инерции. 20) Энергетический подход к анализу гармонических колебаний. 21) Физический маятник. 22) Сложение гармонических колебаний, происходящих вдоль одной прямой, векторные диаграммы, биение. 23) Сложение двух взаимно перпендикулярных гармонических колебаний. 24) Акустический резонатор. 25) Скорость звука в газовой среде (на основе модели идеального газа). 26) Нерелятивистский эффект Доплера. 27) Интервал в СТО, классификация интервалов, инвариантность интервала. 28) Парадокс близнецов в СТО. 6.2.2. Часть 2 – МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА 1) Принцип температуры или нулевое начало термодинамики. 2) Виды термометров. Международная практическая шкала температуры. 3) Термоскоп Галилея. Термометры Фаренгейта, Реомюра и Цельсия. 4) Определение характерных констант в распределении Максвелла из условия нормировки и величины средней кинетической энергии частицы. 5) Экспериментальное определение постоянной Больцмана в опытах Перрена. 6) Распределение Больцмана и атмосфера планеты. 7) Вывод значения средней длины свободного пробега газа на основе вероятностных представлений. 8) Цикл Карно. Теоремы Карно. 9) Термодинамическая энтропия. 10) Практический цикл поршневой паровой машины. 11) Уравнение Бернулли ламинарного стационарного течения и первое начало термодинамики. 12) Уравнение Гиббса – Гельмгольца. Принцип Больцмана (статистический смысл энтропии). 13) Парадокс Гиббса. 14) Химический потенциал. 15) Статистика Ферми-Дирака. 16) Статистика Бозе - Эйнштейна. 17) Методы получения низких температур и сжижение газов. 18) Осмотическое давление. 19) Симметрия кристаллов. 6.2.3. Часть 3 – ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ 1) Действие на расстоянии и понятие полевого взаимодействия. 2) Электрическое поле Земли. 3) Частицы, ответственные за электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. 4) Экспериментальное определение элементарного электрического заряда. 5) История открытия закона Кулона. 6) Понятие дивергенции векторного поля. Дифференциальный вид электростатической теоремы Гаусса. 7) Электростатическое поле, создаваемое диполем в произвольной точке пространства с радиус-вектором r, откладываемым от центра диполя. 8) Неустойчивость статической системы электрических зарядов. 9) Эквивалентный диполь: совпадение потенциала поля в целом нейтральной системы зарядов с полем эквивалентного диполя. 10) Эквивалентный диполь: совпадение энергии в целом нейтральной системы зарядов во внешнем поле с энергией диполя. 11) Опытное определение наличия свободных электронов в металлах. 12) Контактная разность потенциалов и термо ЭДС. Термрпары. 13) Классический радиус электрона. 14) Качественные положения квантовой теории электропроводности твердых тел. 15) Способы измерения магнитных полей. 16) Электролиз и электролитическая диссоциация. 17) Принцип работы гальванического элемента. 18) Принцип работы аккумулятора. 19) Магнитное поле Земли. 20) Трансформатор. 21) Закон Био-Савара-Лапласа: вычисление магнитного поля, создаваемого током на оси конечного соленоида. 22) Энергия магнитного взаимодействия двух неподвижных контуров с током. 23) Применение векторных диаграмм для описания электрического колебательного контура. 24) Сверхпроводимость, магнитные свойства сверхпроводников. 25) Движение заряженной частицы в скрещенных однородных электрическом и магнитном полях. 26) Эффект Холла и его применение. 6.2.4. Часть 4 – ОПТИКА Принцип Ферма и законы геометрической оптики. Отражение и преломление света сферическими поверхностями. Кардинальные точки и плоскости оптических систем. Ограничение пучков лучей в оптических приборах. Фотометрия. Источники и приемники инфракрасного, видимого и ультрафиолетового излучения. 7) Энергия и импульс световой волны. 8) Интерференция света в тонких пленках. 9) Интерферометр Майкельсона. 10) Фурье спектроскопия. 11) Оптический резонатор. 12) Камера обскура и дифракция Френеля. 13) Зонные пластинки и линзы. 14) Дифракция Фраунгофера, пространственная когерентность и разрешающая способность оптических приборов. 15) Дифракционная решетка. 16) Дифракция на трехмерных структурах. 17) Полное внутреннее отражение. 18) Стопа Столетова. 19) Отражение света поверхностью металлов. Эллипсометрия. 20) Рассеяние света малыми частицами. 21) Распространение света в двуосных кристаллах. 22) Оптические изоляторы. 23) Эффект Керра. 24) Измерение скорости света. 25) Лазерный гироскоп. 1) 2) 3) 4) 5) 6) 26) Лазерная доплеровская анемометрия. 6.2.5. Часть 5 – АТОМНАЯ И ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА 1. Тепловое излучение реальных тел. Принцип действия тепловизора. 2. Формула Планка и спектральное распределения интенсивности излучения Солнца. Измерение мощности излучения Солнца. 3. Распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела и возможность измерения СВЧ мощности в абсолютных единицах. 4. Фотоэлектрический эффект. Фотодиоды и фотосопротивления. Проблема быстродействие фотодетекторов и ограничение скорости передачи информации в оптических линиях связи. 5. Эффект Комптона при рассеянии рентгеновских лучей на свободных электронах . Лазеры на свободных электронах. 6. Флуктуации энергии излучения и корпускулярно-волновая природа света. Статистические свойства излучения света. Звездный интерферометр. Опыты Брауна и Твисса. 7. Энергия одиночных фотов и проблемы обнаружению дискретности световых потоков. 8. Спектры излучения атомов в газовом разряде и эффект Допплера. 9. Спектр излучения атома водорода и длина когерентности. . 10. Лазерный эталон метра. 11. Спонтанные и вынужденные излучательные переходы в атомах и молекулах. 12. Инверсная населенность в вырожденных полупроводниках и устройство лазерного диода. 13. Лазер как оптический генератор Ван-дер Поля. Временная и пространственная когерентность лазерного излучения. 14. Ядерный магнетон Бора и принцип и устройство магнито-резонансного томографа. 15. Туннельный эффект и принцип работы туннельного микроскопа. 16. Волновые свойства вещества и квантово-размерные полупроводниковые структуры. 17. Соотношения неопределенности для координаты и импульса, для энергии и времени и их экспериментальное наблюдение. 18. Принцип запрета Паули и структура энергетических уровней в полупроводниках. 19. Векторная модель атома. Типы связей моментов электронов в атоме и экспериментальное наблюдение фактора Ланде. 20. Правила отбора для излучательных переходов и метастабильные состояния. 21. Получение инверсии в гелий-неоновом лазере и коэффициент усиления. 22. Эффект Зеемана расщепления спектральных линий атома в магнитном поле. использование для измерения напряженности магнитного поля. 23. Магнитный резонанс, условия его наблюдения. Применения магнитного резонанса в медицине и технологии. 24. Дифракция рентгеновских лучей для диагностики структуры кристаллов. 25. Рентгеновские серии, закон Мозли и его применение для элементного анализа в электронном микроскопе. 26. Комбинационное рассеяние света на молекулах и лазерный конфокальный томограф. 6.2.6. Часть 6 – ОБЩАЯ БИОФИЗИКА 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Тепловизионные методы исследования биологических объектов. Взаимодействие ультразвука с биологическими объектами. Моделирование распространения лазерного излучения в биологических тканях. Поляризационные методы исследования биологических объектов. Применение наночастиц в качестве термофотосенсибилизаторов при фототерапии новообразований. Клеточные автоматы для моделирования динамики опухолевого роста. Компьютерное моделирование иммунологических реакций. Нейросетевой подход для решения физических и биомедицинских задач с нечеткой логикой. 6.3 Контрольные вопросы для проведения ежемесячного текущего контроля 6.3.1. Часть 1 – МЕХАНИКА 1) Разложите заданный вектор по системе векторов. 2) Определите скалярное и векторное произведения векторов, их координатные представления. 3) Введите понятия радиус-вектора и траектории движения материальной точки. 4) Что такое «материальная точка» и границы применимости этого понятия. 5) Сформулируйте понятие абсолютно твердого тела. 6) Как определяется мгновенная скорость материальной точки. 7) Как определяется ускорение материальной точки. 8) Введите понятия тангенциальной и нормальной компонент ускорения. 9) Введите понятие угловой скорости как вектора. 10) Введите понятие углового ускорения как вектора. 11) Установите связь между скоростью и угловой скоростью, между ускорением и угловым ускорением. 12) Формулировка и смысл первого закона Ньютона. 13) Суть принципа относительности Галилея. 14) Как вводится понятие инерциальной системы отсчета. 15) Преобразования Галилея, инварианты преобразования. 16) Формулировка и смысл второго закона Ньютона. 17) Что такое инертная масса тела? Расскажите о свойствах массы в классической механике. 18) Определите понятия импульса материальной точки и импульса силы. 19) Расскажите о третьем законе Ньютона. 20) Определите область действия законов Ньютона. 21) Что такое сухое и вязкое трение? 22) Сформулируйте законы Кеплера. 23) Сформулируйте закон всемирного тяготения Ньютона. 24) Введите понятия силы тяжести и веса тела. 25) Что такое ускорение свободного падения? 26) Что такое центробежная сила инерции? 27) Расскажите про проявления действия силы Кориолиса. 28) Как вводится понятие импульса механической системы? 29) Сформулируйте закон сохранения импульса. 30) Напишите выражение для работы силы упругости. 31) Напишите выражение для работы гравитационной силы. 32) Определите кинетическую энергию механического тела. 33) Как вводится понятие потенциальной энергии частицы в поле сил? 34) Что такое потенциальная энергия взаимодействия? 35) Расскажите о законе сохранения механической энергии. 36) Напишите выражение для работы силы вязкого трения. 37) Расскажите про космические скорости. 38) Что такое абсолютно упругий удар? 39) Что такое абсолютно неупругое соударение? 40) Введите понятие момента импульса системы материальных тел. 41) Введите понятие момента силы. 42) Запишите основное уравнение движения в терминах моментов. 43) Сформулируйте закон сохранения полного момента импульса механической системы. 44) Как описывается движение твердого тела вокруг неподвижной оси? 45) Что такое момент инерции? 46) Сформулируйте теорему Штейнера. 47) Расскажите про гироскопические силы и гироскопический эффект. 48) Расскажите про устройство гироскопического компаса. 49) Определите деформацию растяжения-сжатия и деформацию сдвига. 50) Как вводится коэффициент Пуассона? 51) Что такое модуль Юнга? 52) Что такое модуль сдвига? 53) Определите понятия: изгиб, стрела прогиба. 54) Объясните уравнение Бернулли. 55) Объясните формулу Торричелли. 56) Расскажите про характеристики гармонических колебаний. 57) Расскажите про затухающие колебания. 58) 59) 60) 61) 62) 63) 64) 65) 66) 67) 68) 69) 70) 71) 72) Что такое добротность колебательной системы? Объясните явление резонанса. Расскажите про волновое уравнение. Как рассчитывается скорость распространения упругих волн. Как вычисляется энергия упругой волны. Расскажите про явление интерференции волн. Что такое стоячие волны. Как скорость звука в воздухе зависит от температуры? Какой характер волн в газовой среде: они продольные, поперечные или того и другого видов одновременно? Ответ объясните. Расскажите о сути эффекта Доплера. Сформулируйте постулаты Эйнштейна специальной теории относительности. Запишите преобразования Лоренца. Расскажите о следствиях из преобразований Лоренца. Запишите релятивистский закон сложения скоростей. Как вводятся понятия импульса, энергии и массы в релятивистской механике? 6.3.2. Часть 2 – МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА Как вводятся понятия макросистемы и микросистемы? Что такое функции состояния? Определите понятия замкнутой и изолированной систем. Определите, что такое равновесное состояние системы. Объясните понятия: объем, давление, плотность, температура. Что такое внутренняя энергия макросистемы? Сформулируйте закон равномерного распределения энергии по степеням свободы. 8) Сформулируйте эмпирические законы Бойля – Мариотта и Гей – Люссака. 9) Что такое термически идеальный газ? 10) Расскажите о принципе построения эталонного термометра. 11) Определите температурную шкалу Кельвина. 12) Запишите уравнение состояния идеального газа и объясните, как оно получается. 13) Запишите и объясните основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа. 14) Расскажите об энергетическом смысле температуры. 15) Как определяется внутренняя энергия идеального газа? 16) Что такое случайная величина? 17) Что такое плотность вероятности? 18) Как определяется среднее значение? 19) Как определяется дисперсия? 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 20) Как распределены частицы газа в пространстве при отсутствии внешних силовых полей? 21) Что такое флуктуация? 22) Расскажите о распределении Больцмана частиц в пространстве при наличии внешнего потенциального поля. 23) Запишите выражение для плотности вероятности скорости молекул по Максвеллу, 24) Запишите выражение для плотности вероятности для модуля скорости. 25) Определите наиболее вероятную, среднюю и среднюю квадратичную скорости. 26) Поясните суть объединенного распределения Максвелла – Больцмана. 27) Запишите выражение для длины свободного пробега молекул идеального газа. От чего она зависит? 28) Запишите уравнение диффузии Фика. Как выражается коэффициент самодиффузии на основе модели идеального газа?. 29) Запишите закон теплопроводности Фурье. Как выражается коэффициент теплопроводности газов на основе модели идеального газа? 30) Введите понятия равновесного и неравновесного процессов, обратимого и необратимого процессов. 31) Сформулируйте первое начало термодинамики. 32) Почему теплоемкость газа в условиях изохорического процесса отличается от теплоемкости того же газа в условиях изобарического процесса? 33) Запишите уравнение адиабаты. Что такое показатель адиабаты? 34) Вычислите работу, совершаемую газом при изотермическом процессе. 35) Вычислите работу, совершаемую газом при изобарическом процессе. 36) Вычислите работу, совершаемую газом при адиабатическом процессе. 37) Что такое политропический процесс? Запишите уравнение политропы. 38) Объясните, когда круговой процесс может быть использован для тепловой машины, а когда – для холодильной. 39) Запишите общее выражение для КПД цикла. 40) В чем разница между тепловой машиной и холодильной машиной? 41) Расскажите об идеальном цикле Карно. 42) Вычислите КПД цикла Карно. 43) Сформулируйте теоремы Карно. 44) Что такое термодинамическая энтропия? Сформулируйте закон неубывания энтропии. 45) Расскажите о различных формулировках второго начала термодинамики. 46) Запишите основное термодинамическое тождество. 47) Что такое свободная энергия? 48) Что такое энтальпия? 49) Введите понятие насыщенного пара. 50) Что такое критическая точка? 51) Расскажите о правиле рычага. 52) 53) 54) 55) 56) 57) 58) 59) 60) 61) 62) 63) 64) 65) Запишите уравнение Ван-дер-Ваальса. Объясните его. Как выражается теплоемкость газа Ван-дер-Ваальса? Как выражается внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса? В чем состоит процесс Джоуля-Томсона? Что такое температура инверсии? Что такое фаза состояния? Когда возможно равновесное двухфазное состояние вещества? Когда возможно равновесное трехфазное состояние вещества? Что такое фазовый переход 1-го рода? Расскажите о процессах испарения и сублимации. Нарисуйте и объясните диаграмму состояния. Что такое поверхностная энергия и поверхностное натяжение? Что такое краевой угол? Объясните формулу Лапласа для давления под изогнутой поверхностью жидкости. Объясните капиллярные явления. Сформулируйте закон Дюлонга и Пти, область его действия. 6.3.3. Часть 3 – ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ Сформулируйте закон сохранения электрических зарядов. Сформулируйте закон Кулона и определите область его действия. Введите понятие напряженности электростатического поля. Что такое пробный заряд? Запишите выражение для напряженности поля, создаваемого точечным зарядом. 6) Расскажите о принципе суперпозиции. 7) Расскажите, как вводится понятие силовой линии напряженности. 8) Сформулируйте электростатическую теорему Гаусса для вектора напряженности. Определите область ее действия. 9) Запишите выражение для напряженности электростатического поля, создаваемого бесконечной равномерно заряженной пластиной, 10) Запишите выражение для напряженности электростатического поля, создаваемого равномерно заряженной сферой (поверхностный заряд). 11) Запишите выражение для напряженности электростатического поля, создаваемого равномерно заряженным шаром (объемный заряд). 12) Сформулируйте теорему о циркуляции вектора напряженности электростатического поля. В чем ее смысл? 13) Как вводится понятие потенциала электростатического поля? 14) Что такое эквипотенциальная поверхность? 15) Поясните связь между потенциалом и напряженностью. 16) Что такое свободные заряды (с классической точки зрения)? 17) Сформулируйте условие равновесия зарядов в проводнике. 18) Чему равна напряженность статического электрического поля внутри проводника, помещенного во внешнее электростатическое поле? Как в 1) 2) 3) 4) 5) этом случае распределяется потенциал результирующего поля внутри проводника? 19) Как вводится понятие электроемкости уединенного проводника? 20) Что такое конденсатор и что такое электроемкость конденсатора? 21) Запишите выражение для энергии системы статических зарядов. Объясните его. 22) Как вводится понятие энергии электрического поля? 23) Что такое электрический диполь? 24) Как ведет себя электрический диполь, помещенный во внешнее электростатическое поле? 25) Какую энергию имеет диполь во внешнем электростатическом поле? 26) Что такое связанные электрические заряды? 27) Как выражается энергия конденсатора при однородного наличии диэлектрика между его обкладками? 28) Охарактеризуйте типы поляризации диэлектрика: электронную, ориентационную, ионную. 29) Определите вектор поляризации. 30) Чему равен поток вектора поляризации через замкнутую поверхность? 31) Определите вектор электрической индукции. 32) Сформулируйте теорему Гаусса для вектора электрической индукции. 33) Какие ограничения на выполнение закона Кулона в диэлектрике Вы знаете? 34) Расскажите про сегнетоэлектрики. 35) Расскажите про пьезоэлектричество. 36) Определите понятия силы тока и плотности тока. 37) Сформулируйте условие стационарности тока. 38) Расскажите об уравнении непрерывности тока. 39) Сформулируйте понятие электродвижущей силы. 40) Сформулируйте понятие падения напряжения. 41) Что такое однородный и неоднородный участки электрической цепи? 42) Сформулируйте закон Ома для однородного участка цепи. 43) Что такое удельное сопротивление проводника? Как удельное сопротивление металлов зависит от температуры? 44) Сформулируйте закон Ома для полной цепи. 45) Запишите и объясните закон Джоуля – Ленца в интегральной и дифференциальной формах. 46) Расскажите о единицах измерения силы тока, плотности тока, падения напряжения и электрической мощности. 47) Расскажите о контактной разности потенциалов (в металлах). 48) Сформулируйте законы электролиза Фарадея. 49) Сформулируйте закон Ома для электролитов. Что такое подвижность иона? 50) Расскажите о термоэлектронной эмиссии. Что такое работа выхода? 51) Как вводится понятие вектора магнитной индукции? 52) Сформулируйте закон Ампера. 53) Определите силу Лоренца. 54) Запишите и поясните закон Био-Савара-Лапласа. 55) Как выражается величина магнитного поля, создаваемого прямым длинным проводом? 56) Как выражается величина магнитного поля, создаваемого витком с током (в центре витка)? 57) Сформулируйте теорему Гаусса для вектора В. 58) Сформулируйте теорему о циркуляции вектора В. 59) Запишите выражение для магнитного поля идеального соленоида. 60) Что такое магнитный диполь? 61) Как ведет себя виток с током, помещенный во внешнее магнитное поле? 62) Сформулируйте закон электромагнитной индукции и правило Ленца. 63) Запишите выражение для коэффициента самоиндукции идеального соленоида. 64) Расскажите о молекулярных токах и о векторе намагниченности. 65) Введите понятие напряженности магнитного поля в СИ. 66) Определите единицы измерения магнитной индукции и напряженности магнитного поля. 67) Что такое магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость вещества? 68) В чем различие между магнитными восприимчивостями диамагнетиков и парамагнетиков. 69) Что такое прецессия Лармора? 70) Расскажите о ферромагнетиках. 71) Как выражается энергия магнитного поля? 72) Определите действующие значения тока и напряжения. 73) Почему в случае переменного тока между током, текущим через катушку индуктивности, и напряжением на ней возникает сдвиг фаз? 74) Почему в случае переменного тока между током и напряжением на конденсаторе на ней возникает сдвиг фаз? 75) Как вычислить мощность в последовательной цепи переменного тока? 76) Введите понятие тока смещения. 77) Запишите систему уравнений Максвелла в интегральном виде для однородной неподвижной среды. 78) Расскажите про материальные уравнения системы уравнений Максвелла. 79) Введите вектор Умова – Пойтинга. 80) Сформулируйте теорему Пойтинга. 6.3.4. Часть 4 – ОПТИКА 1) Выведите законы отражения и преломления света из принципа Ферма. 2) Получите уравнение плоской электромагнитной волны. 3) Запишите уравнение плоской волны в комплексной форме. 4) Каков физический смысл вектора Умова-Пойтинга? 5) Как связаны между собой плотность энергии и интенсивность световой волны? 6) Что такое поляризация световой волны? 7) Дайте определение степени поляризации. 8) Выведите уравнение для интенсивности света при интерференции двух монохроматических волн. 9) Опишите пространственное распределение интенсивности света при интерференции плоских монохроматических волн. 10) Что такое контраст (видность) интерференционных полос? 11) В чем заключается основное отличие интерференции световых волн от интерференции акустических волн? 12) Как связаны меду собой ширина спектрального интервала и длина когерентности световых волн? 13) Будет ли наблюдаться интерференция в белом свете, при условии, что чувствительность фотоприемника не зависит от длины волны света в пределах всего видимого диапазона длин волн? 14) Дайте определение площади когерентности. 15) Как связана площадь когерентности с угловыми размерами источника света? 16) Покажите, что интерференция света в опыте Юнга имеет место только в случае, если щели в экране находятся в пределах площади когерентности. 17) Назовите два основных способа осуществления когерентных волн в оптике. 18) Перечислите известные вам интерференционные схемы с делением света по волновому фронту. 19) При каких условиях наблюдаются полосы равного наклона? 20) Почему при интерференции света от протяженного источника интерференционная картина получается локализованной – т.е. наблюдается только в определенной области пространства? 21) Где локализованы интерференционные полосы при интерференции света на клиновидной пластинке? 22) При каких условиях наблюдаются полосы равной толщины? 23) Нарисуйте схему интерферометра Майкельсона. 24) Сформулируйте принцип Гюйгенса - Френеля. 25) Что такое зоны Френеля? 26) Постройте векторную диаграмму для дифракции Френеля на круглом отверстии. 27) Выведите уравнение для радиусов зон Френеля. 28) Как образуется пятно Пуассона при дифракции света на круглом экране? 29) Используя спираль Корню, опишите распределение интенсивности света при дифракции на крае полуплоскости. 30) При каких условиях справедливо приближение геометрической оптики? 31) Дифракционная расходимость пучков света. Угол дифракции света на малом отверстии в непрозрачном экране. 32) Дифракционная решетка. Уравнение для главных максимумов дифракции на 33) дифракционной решетке. 34) Спектральные измерения с помощью дифракционной решетки. Оптическая схема 35) дифракционного спектрографа. 36) Дифракция света на объемной дифракционной решетке. Уравнение Бреггов-Вульфа. 37) Перечислите способы получения линейно поляризованного света. 38) Способы получения циркулярно или эллиптически поляризованного света. 39) Физический смысл формул Френеля. Следствия из формул Френеля. 40) Эффект Брюстера. Угол Брюстера. 41) Оптически анизотропная среды. Оптическая ось в анизотропной среде. 42) Двойное лучепреломление. Обыкновенный и необыкновенный лучи. 43) Для чего предназначены фазовые пластинки в четверть волны и в половину волны. 44) Выведите закон Малюса. 45) Как устроены поляризационные призмы. 46) Явление рассеяния света. Поляризация рассеянного света. 47) Закон Рэлея для рассеянного света. Причина голубой окраски неба и красной зари. 48) Дисперсия света. 49) Поглощение света. Закон Бугера. 50) Нелинейные оптические эффекты – генерация второй гармоники и самофокусировка пучка света. 51) Опишите методы измерения скорости света. 52) Опишите опыт Майкельсона по определению влияния движения Земли на скорость света. 53) В чем заключается эффект Саньяка? Как можно использовать этот эффект? 54) В чем различие эффекта Доплера в оптике и в акустике? 6.3.5. Часть 5 – АТОМНАЯ И ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА 1) Сформулируйте законы излучения абсолютно черного тела. 2) Объясните ограниченность формул Вина и Релея-Джинса. 3) Выведите формула Планка и обоснуйте модель. 3) Обоснуйте недостаточность классической физики для объяснения фотоэффекта. Гипотеза о фотоне. Запишите уравнение Эйнштейна для фотоэф- фекта. 4) Объясните эффект Комптона при рассеянии рентгеновских лучей и получите формулу из законы сохранения энергии и импульса в процессах с участием фотонов. 5) Объясните опыты Вавилова по обнаружению дискретности световых потоков. 6) Объясните опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц и обоснуйте ядерная модель атома. 7) Напишите формулу Бальмера. Физический смысл постоянной Ридберга.. 8) Нарисуйте энергетический спектр атома водорода и объясните его связь с теорией Бора. 9) Природа изотопического смещения спектральных линий. 10) Объясните спектральные закономерности в излучении атомов щелочных металлов 11) Объясните опыты Франка и Герца при изменении температуры паров ртути. 12) В чем отличие спонтанные и вынужденные излучательные переходы. Выведите формулу Планка по Эйнштейну. 13) Что такое инверсная населенность и отрицательная температура. 14) Объясните когерентные свойства лазерного излучения. 15) Объясните условия Зоммерфельда для квантования эллиптических орбит. 16) Объясните опыт Штерна-Герлаха по обнаружению магнитного момента атома и пространственного квантования. 17) Физический смысл спин-орбитальное взаимодействия. 18) Что позволяет определить временное и стационарное уравнения Шредингера. 19) Физический смысл туннельного эффекта, как устроен туннельный микроскоп. 20) Напишите уравнение Шредингера для атома водорода. 21) Расскажите об опыты по интерференции и дифракции электронов и молекулярных пучков. Физический смысл волновой функции. 22) Объясните физический смысл соотношения неопределенности для координаты и импульса, для энергии и времени., 23) Число возможных электронных конфигурации при заданном значении главного квантового числа. 24) Объясните периодическую систему элементов Менделеева 25) Какие существуют типы связей моментов электронов в атоме. 26) Правила Хунда, их физический смысл. 27) Объясните правила отбора для излучательных переходов. 28) Что такое фактор Ланде. Простой и сложный эффект Зеемана. 29) В чем отличие электронного и ядерного магнитного резонанса, 30) В чем особенности сплошного и характеристический рентгеновских спектров. 31) Объясните закон Мозли. 32) В какой спектральной области лежат вращательные, колебательные и электронные спектры молекул. 33) Особенности ИК спектоскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния света на молекулах. 34) Структура атомного ядра. Основные свойства протонов и нейтронов. 35) Энергия связи ядер. Дефект масс. 36) Явление радиоактивности. Закон радиоактивного распада. Период полураспада. 37) Альфа, бета и гамма - распад. 38) Ядерные реакции. Деление тяжелых и синтез легких ядер. Тестовые задания: Задание №1. Как изменится спектральное распределение испускательной способности абсолютно черного тела при увеличении его температуры в 2 раза? а) Длина волны максимума распределения: - уменьшится в 2 раза, 4 раза, 8 раз, 16 раз, 32 раза; - увеличится в 2 раза, 4 раза, 8 раз, 16 раз, 32 раза. б) Испускательная способность в максимуме: увеличится в 2 раза, 4 раза, 8 раз, 16 раз, 32 раза. в) интегральная испускательная способность: увеличится в 2 раза, 4 раза, 8 раз, 16 раз, 32 раза. Задание №2. Во сколько раз изменится масса фотона при увеличении его длины волны в 2 раза? а) не изменится; б) уменьшится в 2 раза, 4 раза; в) увеличится в 2 раза, 4 раза. Задание №3. Импульс фотона меньше импульса молекулы водорода при комнатной температуре в 103 раз. Во сколько раз нужно изменить длину волны фотона, чтобы импульсы стали равными?. а) уменьшить в 10 раз, 102 раз, 103 раз, 104 раз; б) увеличить в 10 раз, 102 раз, 103 раз, 104 раз. Задание №4. Параллельный пучок света падает по нормали на зачерненную плоскую поверхность, производя давление Р. При замене поверхности на зеркальную давление света не изменяется, если угол падения (отсчитывается от нормали) будет равен … 00, 300, 450, 600. Задание №5. На рисунке представлены две зависимости задерживающего напряжения Uз от частоты падающего света для внешнего фотоэффекта. Укажите верные утверждения. а) С помощью этих зависимостей можно определить значение постоянной Планка. б) А2 А1, где А1 и А2 – значения работы выхода электронов из соответствующего металла. в) Зависимости получены для двух различных металлов. Задание №6. Красная граница при двухфотонном фотоэффекте равна 0. При n-фотонном фотоэффекте на этой длине волны энергия вылетающего электрона равна работе выхода электрона из металла. При каком n это возможно? n = 3, 4, 5, 6. Задание №7. При каком угле наблюдения изменение длины волны при эффекте Комптона равно комптоновской длине: = 300, 600, 900, 1200? Задание №8. Во сколько раз отличаются максимальные изменения длины волны при рассеянии рентгеновского и -излучения на свободном протоне? 1, 2, 10, 1000. Задание №9. Во сколько раз изменится число рассеянных частиц в опытах Резерфорда при изменении угла рассеяния от 1 = 600 до 2 = 1200? 2, 4, 9, 16. Задание №10. На рисунке изображены стационарные орбиты атома водорода согласно модели Бора, а также условно изображены переходы электрона с одной стационарной орбиты на другую, сопровождающиеся излучением кванта энергии. В ультрафиолетовой области спектра эти переходы дают серию Лаймана, в видимой – серию Бальмера, в инфракрасной – серию Пашена. Какому из указанных переходов соответствует максимальная частота? а) n = 5 n = 3; б) n = 2 n = 1; в) n = 3 n = 2; г) n = 5 n = 1. Задание №11. Атомарный водород возбуждается на пятый энергетический уровень. Определить, сколько линий испускает водород. 1, 4, 8, 10, 15. Задание №12. Будет ли атомарный водород поглощать излучение частоты = 2Rc, где R – постоянная Ридберга, с – скорость света в вакууме? Да, нет. Задание №13. Энергия покоящегося электрона равна m0c 2 . Во сколько раз его кинетическая энергия больше энергии покоя, если его дебройлевская длина равна комптоновской? 2 -1, 2 , 2 +1. Задание №14. Если протон и нейтрон двигаются с одинаковыми скоростями, то отношение их волн де Бройля p / n равно 1, 2, 1/2, 4. Задание №15. Сколько дебройлевских волн укладывается на стационарной орбите с n = 4? 2, 4, 8, 16. Задание №16. Атом испустил фотон за время = 10-8 сек. Оценить неопределенность x , с которой можно оценить координату фотона в направлении движения. 3 мкм, 3 мм, 3 см, 3 м. Задание №17. Найти эффективную глубину xэфф проникновения частицы энергией E и массой m под прямоугольный барьер высотой U 0 . Эффективная глубина – расстояние от границы барьера до точки, в которой плотность вероятности нахождения частицы уменьшилась в e раз. Положить k2 2m 2 xэфф = (U 0 E ) . 1 1 1 1 , , , . k 2k 4k 8k Задание №18. Волновая функция частицы в потенциальной яме с бесконечно n x высокими стенками шириной L имеет вид: A sin . Величина им L пульса этой частицы в основном состоянии равна: 3 2 , , , . 2L 3L L 2L Задание №19. Сколько спектральных линий возникает при переходе атома лития в основное состояние из состояния 3p2? 4, 6, 8, 10. Задание №20. Определить возможную мультиплетность терма D3/ 2 . 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10. Задание №21. Спиновый механический момент двухэлектронной системы определяется квантовым числом S = 1. Найти угол между спиновыми моментами двух элекронов. cos = 3 1 1 1 , , , . 2 3 2 2 Задание №22. Найти число электронов в атомах, у которых заполнены: Коболочка, L-оболочка, 3s – подоболочка, 3p – наполовину. N = 15, 17, 19, 21. Задание №23. Начиная с какого элемента появляется рентгеновская L-серия? Z = 10, 11, 12, 13. Задание №24. На рисунке приведена одна из возможных ориентаций момента импульса электрона в p-состоянии. Какие еще значения может принимать проекция момента импульса на направление z внешнего магнитного поля? 2 , , ,2 . Задание №25. Вычислить магнитный момент атома водорода в основном состоянии. = В, 2 В, 3 В, 2В (В магнетон Бора). Задание №26. Какой эффект Зеемана обнаруживается в слабом магнитном поле спектральной линии 5 I 5 5 H 4 ? Простой, сложный. Задание №27. На сколько компонентов расщепится при проведении опыта Штерна-Герлаха пучок атомов водорода? 2, 3, 4, 5, 6, 7. 6.3.6. Часть 6 – ОБЩАЯ БИОФИЗИКА 1.1. Предмет и задачи биофизики. 1.2. Этапы становления биофизики. 1.3. Роль физики в становлении биофизики. 1.4. Разделы современной биофизики. 1.5. Место биофизики в ряду биологических наук. 1.6. Понятийный аппарат биофизики. 1.7. Связь биофизики с биологическими науками. 1.8. Роль биофизики в становлении теоретической биологии. 2.1. Общий план строения и функционирования субклеточных структур. 2.2. Клеточный принцип строения живых систем. 2.3. Единство биосинтетических процессов у всех живых существ. 2.4. Сущность процесса дыхания. 2.5. Сущность процесса пищеварения. 2.6. Молекулярные механизмы движения живых организмов. 3.1.Зависимость концентрации продуктов реакции и исходных реагентов от времени. 3.2. Фундаментальные понятия химической кинетики. 3.3. Порядок реакции по веществу. 3.4. Зависимость скорости химических реакций от температуры. 3.5. Катализ, каталитические реакции. 3.6. Физический смысл энергии активации. 3.7. Учение о скоростях и механизмах ферментативных реакций. 3.8. Скорость ферментативных реакций при различных рН. 4.1. Структура клеточных мембран. 4.2. Виды биологических мембран. 4.3. Роль белков в структуре клеточных мембран. 4.4. Роль фосфолипидов в структуре клеточных мембран. 4.5. Методы выделения и изучения мембран. 4.6. Пути проникновения веществ через клеточные мембраны. 4.7. Движущие силы мембранного транспорта. 4.8. Фазовые состояния и фазовые переходы в мембране 5.1. Закономерности, установленные при прохождении электрического тока через биологические объекты. 5.2. Суммарное сопротивление живых клеток и тканей. 5.3. Донановское равновесие. 5.4. Методы изучения электрической активности клеток. 5.5. Уравнение Нернста. 5.6. Роль калия в возникновении мембранного потенциала. 5.7. Механизм поддержания постоянства внутриклеточного содержания ионов. 5.8. Ионные механизмы генерации потенциалов действия. 5.9. Роль натрия, калия и кальция в генерации токов действия. 5.10. Изменение возбудимости в течение одиночного акта возбуждения. 5.11. Распространение нервного импульса в безмякотных волокнах. 5.12. Распространение нервного импульса в мякотных волокнах. 5.13. Механизм синаптической передачи возбуждения. 5.14. Особенности передачи возбуждения в синаптических структурах. 6.1. Ход лучей в оптической системе глаза. 6.2. Формирование изображения на сетчатке. 6.3. Фоторецепторная система сетчатки. 6.4. Фотохимические реакции в сетчатке. 6.5. Роль биполярных клеток в формировании восприятия. 6.6. Роль ганглиозных клеток в формировании восприятия. 6.7. Рецептивные поля сетчатки. 6.8. Биофизика восприятия света. 6.9. Психофизика восприятия света. 6.10. Разрешающая способность глаза. 6.11. Спектральная чувствительность глаза. 6.12. Цветоощущение. 6.13. Современная теория цветоощущения. 6.14. Роль движения глаз в зрительном восприятии. 7.1. Акустическая система. 7.2. Роль наружного уха в восприятии звука. 7.3. Роль среднего уха в восприятии звука. 7.4. Роль внутреннего уха в восприятии звука. 7.5. Слуховой процесс во внутреннем ухе. 7.6. Теория локализации. 7.7. Гидродинамическая теория слухового восприятия. 7.8. Кодирование информации в слуховом анализаторе. 7.9. Психофизика слухового восприятия. 8.1. Классификация запахов. 8.2. Современная теория восприятия запахов. 8.3. Строение вкусовых рецепторов. 8.4. Современная теория вкусового восприятия. 8.5. Современная теория восприятия боли. 8.6. Современная теория восприятия прикосновения. 8.7. Современная теория температурной рецепции. 9.1. Термодинамические системы. 9.2. Термодинамические процессы. 9.3. Закон сохранения энергии. 9.4. Закон Гесса. 9.5. Энтальпия. 9.6. Уравнение Клаузиуса. 9.7. Уравнение Больцмана. 9.8. Второе начало термодинамики и биологические процессы. 9.9. Термодинамика открытых систем. 9.10. Уравнение Пригожина. 9.11. Стационарное состояние. 9.12. Баланс энтропии при росте и развитии организма. 9.13. Работоспособность биологических систем. 9.14. Экспериментальное определение термодинамических параметров биологических систем. 9.15. Калориметрические методы в термодинамике биологических процессов. 10.1. Виды физических полей. 10.2. Основные характеристики физических полей. 10.3. Рентгеновские лучи и их действие на организм. 10.4. Радиоактивность и живые организмы. 10.5. Ультразвук и его действие на организм. 10.6. Электромагнитные поля и их действие на организм. 10.7. Тепловые поля и их влияние на организм. 10.8. Использование физических полей при исследовании биологических объектов. 10.9. Использование физических полей при управлении состоянием биологических объектов. 6.4. Примерный список типовых задач для проведения текущего контроля Таблица – Номера типовых задач для проведения текущего контроля из книги: Савельев И.В. Сборник вопросов и задач по общей физике: Учебное пособие.– СПб.: Издательство «Лань», 2005. – 288 с. Иродов П.Е. Задачи по квантовой физике. С-Пб:Лань,2002. Темы дисциплины Номера типовых задач Часть 1 – МЕХАНИКА Тема 1. 1. Тема 1. 2. Тема 2.2. Тема 2.4. Тема 3.3. Тема 4.1. Тема 5.1. Тема 6.1. Тема 6.2. Тема 7.2. Тема 8.1. Тема 10.2. Тема 10.3. Тема 10.4. Тема 11.1. Тема 11.2. Тема 12.2. Тема 12.3. 1.2; 1.8–1.10; 1.14–1.16; 1.20–1.23 1.45; 1.46; 1.48; 1.49 1.54; 1.55; 1.59; 1.60; 1.61; 1.64; 1.66 1.99; 1.101–1.103; 1.105; 1.119; 1.120; 1.125 1.65; 1.69; 1.70; 1.73; 1.75; 1.76; 1.79; 1.81; 1.91; 1.93 1.107; 1.108; 1.109; 1.111; 1.114; 1.127; 1.128 1.213; 1.216; 1.218; 1.227; 1.232–1.237; 1.239; 1.242; 1.245 1.146; 1.147; 1.155; 1.157; 1.158; 1.159; 1.183; 1.191; 192 1.177; 1.202; 1.203; 1.204; 1.206; 1.63; 1.134; 1.136; 1.138; 1.141; 1.143 1.338; 1.339; 1.342; 1.345; 1.346 1.250–1.252; 1.254; 1.255; 1.258; 1.261–1.263; 1.264; 1.265; 1.266 1.282; 1.284; 1.285-1.287 1.289; 1.290 –1.293 4.1; 4.2; 4.4; 4.5; 4.11; 4.12; 4.18; 4.43 4.36; 4.44–4.46; 4.48 1.296–1.299; 1.302; 1.305; 1.310–1.313; 1.317–1.324; 1.326; 1.328; 1.329; 1.331; 1.332 Часть 2 – МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА Введение Тема 1.1 Тема 2.1 Тема 2.2 Тема 2.3 Тема 2.4 Темы 3.1–3.3 Тема 4.1 Тема 4.2 Тема 4.3 Тема 5.1 Тема 6.2 2.1 – 2.7 2.21 – 2.23 2.74 – 2.77 2.92, 2.94. 2.95, 2.97, 2.99 2.79, 2.80, 2.82, 2.83, 2.88. 2.91 2.66, 2.67, 2.70, 2.72, 2.73 2.197, 2.198, 2.200, 2.201, 2.202, 2.203 2.14, 2.15. 2.18 – 2.20 2.28, 2.29, 2.31 – 2.34, 2.40, 2.41 – 2.44, 2.53, 2.54, 2.58 2.46, 2.47, 2.150, 2.151, 2.154, 2.157, 2.158 2.111 – 2.113, 2.115, 2.119, 2.122, 2.123, 2.127, 2.131 2.162 – 2.166 Тема 6.3 Тема 7.2 Тема 9.1 2.168, 2.170, 2.171– 2.175 2.182, 2.187, 2.189, 2.190 2.191 – 2.193 Часть 3 – ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ Раздел 1 Раздел 2 Раздел 3 Раздел 4 Раздел 5 Раздел 6 Раздел 8. Темы 8.1–8.2 Раздел 8. Тема 8.3 Раздел 9 Раздел 10 Раздел 11 Раздел 13 3.1 – 3.3, 3.5, 3.10, 3.12, 3.15, 3.16, 3.27, 3.29 и 3.71, 3.30, 3.76 3.19, 3.20–3.24, 3.28, 3.31, 3.67, 3.72, 3.77 3.103, 3.110, 3.115, 3.116, 3.120 3.122, 3.124, 3.126, 3.127, 3.128, 3.130 3.88, 3.89, 3.93, 3.95, 3.96, 3.106, 3.107, 3.131 3.135, 3.136, 3.138, 3.139, 3.158 – 3.161, 3.163, 3.165 3.166, 3.167, 3.169, 3.172, 3.176, 3.183, 3.184, 3.186, 3.190, 3.233–3.235, 3.237, 3.238 3.194, 3.196, 3.202, 3.204 – 3.206, 3.208, 3.213, 3.220, 3.221, 3.226 3.242, 3.243, 3.244, 3.248, 3.249–3.251 4.50–4.52, 4.58, 4.59 Часть 4 – ОПТИКА Введение Раздел 1 Раздел 2 Раздел 3 Раздел 4 Раздел 5 Раздел 6 Раздел 7 Раздел 8 Раздел 9 Раздел 10 Раздел 11 Раздел 12 Раздел 13 Раздел 14 Раздел 15 Раздел 16 5.1, 5.2, 5.5, 5.33, 5.34, 5.35 5.36, 5.38, 5.41, 5.42, 5.56, 5.57, 5.60, 5.61, 5.62 5.52, 5.54 5.66, 5.69, 5.73, 5.74, 5.78, 5.79, 5.83, 5.84 5.93, 5.94, 5.96 5.97, 5.99, 5.103, 5.104 5.6, 5.7, 5.10, 5.11, 5.12, 5.14, 5.15, 5.17 5.149, 5.153, 5.154, 5.160 5.157, 5.158 – 5.162, 5.163 5.143, 5.144, 5.147 5.1, 5.2 5.164 – 5.171 Часть 5 – АТОМНАЯ И ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА Раздел 1 Раздел 2 Раздел 3 Раздел 4 Раздел 5 Раздел 6 Раздел 7 1.2, 1.5, 1.21, 1.29 1.51, 1.55, 1.59, 1.63 1.87, 1.108, 1.120 2.11, 2.17, 2.37, 2.38 4.4, 4.14, 4.22, 4.24 4.37, 4.41, 4.46, 4.47 4.54, 4.58, 4.69 6.5 Контрольные вопросы для проведения промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины 6.5.1. Часть 1 – МЕХАНИКА 1. Понятия материальной точки и абсолютно твердого тела. 2. Путь и перемещение, скорость и ускорение – представления в прямоугольной системе координат. 3. Разложение вектора мгновенной скорости по направлениям по радиусвектору и по нормали к нему. 4. Тангенциальная и нормальная компоненты ускорения. 5. Элементарный угол поворота как вектор. Угловая скорость и угловое ускорение. Связь между линейными и угловыми характеристиками движения. 6. Первый закон Ньютона. Принцип относительности Галилея. Инерциальные системы отсчета. 7. Преобразования Галилея, инварианты преобразования. 8. Второй закон Ньютона. Сила как характеристика взаимодействия между механическими телами. Принцип линейной суперпозиции сил. 9. Инертная масса тела, свойства массы в классической механике. 10.Импульс тела и импульс силы. Формулировка второго закона Ньютона. 11.Третий закон Ньютона. Область действия законов Ньютона. 12.Силы в механике. Сила трения, сухое и вязкое трение. Класс упругих сил. 13.Законы Кеплера. Закон всемирного тяготения Ньютона. 14.Понятия силы тяжести и веса тела, ускорение свободного падения, его зависимость от высоты над уровнем моря. 15.Гравитационная масса, пропорциональность гравитационной и инертной масс механического тела. 16.Принцип эквивалентности сил инерции и тяготения. Определение значения гравитационной постоянной с помощью крутильных весов (Г. Кавендиш). 17.Силы инерции при поступательном движении системы отсчета. 18.Центробежная сила инерции. 19.Сила Кориолиса. 20.Полный импульс механической системы, закон сохранения импульса. 21.Работа силы упругости. 22.Работа гравитационной и кулоновской сил. 23.Понятие кинетической энергии механического тела. 24.Консервативные силы, центральные силы, потенциальная энергия механического тела в центральном силовом консервативном поле. 25.Потенциальная энергия взаимодействия. 26.Полная механическая энергия механической системы, закон сохранения механической энергии. 27.Работа силы трения (диссипативных сил). 28.Потенциальная энергия гравитационного взаимодействия. 29.Изменение ускорения свободного падения с глубиной в приближении однородности земного шара. 30. Космические скорости. 31.Понятие удара. Абсолютно упругое, абсолютно неупругое и не вполне упругое соударение с позиции законов сохранения. 32.Момент импульса системы материальных тел. Результирующий момент сил. 33.Проекции моментов на ось, тангенциальные силы. Основное уравнение движения в терминах моментов. 34.Закон сохранения полного импульса механической системы. 35.Законы Кеплера. 36.Движение твердого тела вокруг неподвижной оси, уравнение вращательного движения в проекции на ось, момент инерции. 37.Свободные оси вращения, главные моменты инерции. Вычисление момента инерции относительно данной оси. Теорема Штейнера. 38.Гироскоп, гироскопические силы, гироскопический компас, прецессия волчка. 39.Деформация растяжения-сжатия и деформация сдвига. Коэффициент Пуассона. Модуль Юнга. 40.Изгиб, стрела прогиба, связь с модулем упругости. 41.Деформация кручения. 42. Движение идеальной жидкости. Уравнение Бернулли. 43.Формула Торричелли 44.Характеристика колебаний, собственные и вынужденные колебания. 45.Собственные колебания с малой амплитудой, уравнение гармонических колебаний, уравнение затухающих колебаний. 46.Гармонические колебания, скорость и ускорение, определение амплитуды и начальной фазы, сохранение полной механической энергии. 47.Затухающие колебания, частота колебаний, малые силы сопротивления и большие силы сопротивления. 48.Понятие декремента затухания и добротности колебательной системы для относительно слабых сил сопротивления. 49.Установившиеся вынужденные колебания, резонанс. 50.Распространение колебаний в упругой среде. Волновое уравнение. 51.Скорость распространения упругих волн. 52.Скорость упругих волн в газовой среде. 53.Энергия волны в упругой среде. 54.Интерференция волн. Стоячие волны. 55.Эффект Доплера. 56.Скорость света. Опыты Майкельсона. 57.Принцип относительности и принцип одинаковости скорости света в различных инерциальных системах отсчета. Отказ от абсолютного времени. 58.Понятия события и интервала. Определение одновременности, собственное время. 59.Преобразования Лоренца и следствия из них: длина масштабов и временные промежутки. 60.Закон сложения скоростей. 61.Релятивистское уравнение движения материальной точки. Четырехмерный вектор силы. 62.Импульс, энергия и масса в релятивистской механике. 6.5.2. Часть 2 – МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА 1.Понятие макросистемы и микросистемы. Параметры макросистемы, принцип Лоренца. Функции состояния. 2.Замкнутая и изолированная системы. Равновесное состояние системы и состояние термодинамического равновесия. Объем, давление, плотность, температура. 3.Внутренняя энергия макросистемы. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы. 4.Эмпирические законы Бойля – Мариотта и Гей – Люссака. 5.Принцип температуры, термически идеальный газ, эталонный термометр. Шкала Кельвина. 6.Уравнение состояния идеального газа. 7.Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа. Энергетический смысл температуры. Внутренняя энергия идеального газа. 8.Случайное событие и вероятность. Независимые и зависимые события, вероятности их совместного осуществления. Биномиальное распределение вероятностей. 9.Случайная величина. Плотность вероятности. Среднее значение. Дисперсия. 10.Распределения Пуассона и Гаусса. 11.Распределение частиц в пространстве при отсутствии внешних силовых полей. 12.Распределение Больцмана частиц в пространстве при наличии внешнего потенциального поля. 13.Плотность вероятности для импульсов молекул по Максвеллу, 14.Плотность вероятности для модуля импульса (скорости) и энергии. Наиболее вероятная, средняя и средняя квадратичная скорости. 15.Функция распределения Максвелла. Объединенное распределение Максвелла – Больцмана. 16.Экспериментальная проверка распределения Максвелла (опыты Штерна и опыты Ламмерта). 17.Опыты Перрена по определению постоянной Больцмана. 18.Длина свободного пробега молекул идеального газа. 19.Диффузия в газах, уравнение Фика, коэффициент самодиффузии, взаимная диффузия. Нестационарная диффузия. 20.Теплопроводность в газах, закон Фурье, коэффициент теплопроводности газов и его свойства. 21.Вязкость газов (внутреннее трение), коэффициент динамической вязкости газов. 22.Равновесные и неравновесные состояния, равновесные и неравновесные процессы. Обратимые и необратимые процессы. Графический метод изображений равновесных состояний и процессов. 23.Возможные способы изменения внутренней энергии термодинамической системы: термодинамическая работа и переданное количество теплоты. Первое начало термодинамики. 24.Характерные термодинамические процессы (изопроцессы). Теплоемкость идеального газа, уравнение Майера. 25.Уравнение адиабаты. 26.Работа, совершаемая газом при изопроцессах. 27.Политропические процессы, уравнение политропы. 28.Круговые процессы, прямой и обратный циклы, тепловой двигатель, холодильная машина, КПД цикла. 29.Идеальный обратимый цикл Карно. КПД цикла Карно, теоремы Карно. 30.Энтропия как функция состояния равновесной системы. Закон неубывания энтропии. 31.Термодинамическая шкала температуры. Принцип недостижимости абсолютного нуля температуры. Принцип Нернста (третье начало термодинамики). 32.Примеры на вычисление энтропии (энтропия идеального газа, энтропия воды в жидком состоянии). 33.Различные формулировки второго начала термодинамики, основное термодинамическое тождество. 34.Внутренняя энергия как функция состояния. Свободная энергия и энтальпия как функции состояния. 35.Некоторые термодинамические соотношения: термические коэффициенты и зависимость внутренней энергии от объема при изотермическом процессе. 36.Отличие реальных газов от газа идеального. Практические изотермы при сжатии реального газа. 37.Конденсация пара как фазовый переход, область двухфазного состояния вещества, понятие насыщенного пара, критическая точка, правило рычага. 38.Уравнение Ван-дер-Ваальса. Поправки на «собственный» объем молекул и на внутреннее давление. 39.Изотермы Ван-дер-Ваальса, их сравнение с практическими изотермами, неустойчивое и метастабильные состояния, правило Максвелла. 40.Определение критических параметров из уравнения Ван-дер-Ваальса. 41.Определение «постоянных» a и b уравнения Ван-дер-Ваальса. 42.Теплоемкость и внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса. 43.Изоэнтальпийный процесс Джоуля-Томсона, дифференциальный коэффициент Джоуля-Томсона. 44.Температура инверсии, кривая инверсии. 45.Методы получения низких и сверхнизких температур. Ожижение газов. 46.Равновесие двух фаз, кривые равновесия в координатах (Р,Т).Фазовые переходы 1-го и 2-го рода. 47.Теплота фазового перехода 1-го рода, ее энтальпийная оценка в приближении Ван-дер-Ваальса. 48.Испарение и сублимация, плавление. Диаграмма состояния. Уравнение Клапейрона – Клаузиуса. 49.Специфика теплового движения молекул в жидкости. Поверхностная энергия и поверхностное натяжение. Энергетическое и силовое определения коэффициента поверхностного натяжения. 50.Условия равновесия на границе двух сред, краевой угол, случаи капли на поверхности другой жидкости. 51.Условия равновесия на границе двух сред, краевой угол, случаи капли на поверхности твердого тела. 52.Давление под изогнутой поверхностью жидкости, формула Лапласа. 53.Капиллярные явления. Зависимость коэффициента поверхностного натяжения от температуры. 54.Явления переноса в жидкостях: диффузия, внутреннее трение и теплопроводность. 55.Кристаллическое и аморфное состояния вещества. Кристаллические решетки. Понятие о жидких кристаллах 56.Классический и квантовый подходы к анализу теплоемкости реального газа. Теплоемкость твердых тел, закон Дюлонга и Пти. 57.Теплоемкость кристаллов по Эйнштейну и по Дебаю. Теплоемкость жидкостей. 58.Решеточная теплопроводность в твердых телах, фононы. Электронный характер теплопроводности металлов. 6.5.3.Часть 3 – ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Электрические заряды. Закон сохранения электрических зарядов. Электрическое взаимодействие. Закон Кулона. Границы его применимости. Единицы заряда. Напряженность электростатического поля как его силовая характеристика. Принцип суперпозиции. Единицы напряженности. Силовые линии. Поток векторного поля. Поток вектора напряженности. Электростатическая теорема Гаусса для вектора напряженности. Применение теоремы Гаусса. Напряженность поля, создаваемого бесконечной равномерно заряженной пластиной, Применение теоремы Гаусса. Напряженность поля, создаваемого равномерно заряженной сферой (поверхностный заряд). Применение теоремы Гаусса. Напряженность поля, создаваемого равномерно заряженным шаром (объемный заряд). Скачок нормальной составляющей вектора напряженности при переходе через заряженную поверхность. Работа сил электрического поля. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля. 9. Непрерывность касательных составляющих вектора напряженности при переходе через заряженную поверхность. 10. Потенциал электростатического поля. Эквипотенциальные поверхности. 11. Связь между потенциалом и напряженностью. Уравнение Пуассона для потенциала. 12. Проводники во внешнем электрическом поле. Свободные заряды. Условие равновесия зарядов в проводнике. 13. Сила, действующая на поверхностные заряды. 14. Электроемкость уединенного проводника. Электроемкость системы проводников. 15. Система зарядов в замкнутой проводящей оболочке. Конденсаторы. 16. Электростатическое поле, создаваемое диполем на оси диполя. 17. Электростатическое поле, создаваемое диполем на прямой, проходящей через центр диполя и перпендикулярной его оси. 18. Поведение диполя во внешнем электростатическом поле. 19. Энергия системы зарядов. Полная энергия системы зарядов и энергия взаимодействия. 20. Энергия электрического поля. 21. Полная энергия системы заряженных проводников. 22. Собственная энергия заряженного шара. 23. Собственная энергия заряженной сферы. 24. Энергия диполя во внешнем поле. 25. Электрическое поле конденсатора, заполненного однородным диэлектриком. Связанные заряды. Поверхностная плотность связанных зарядов. Диэлектрическая проницаемость. 26. Энергия конденсатора при наличии диэлектрика. Представление энергии через напряженность результирующего электрического поля. 27. Поляризация электронная, ориентационная, ионная. Квазиупругий и жесткий диполи. 28. Вектор поляризации. 29. Связь вектора поляризации с поверхностной плотностью связанных зарядов. 30. Поток вектора поляризации через замкнутую поверхность. 31. Вектор электрической индукции. Теорема Гаусса для вектора электрической индукции. 32. Непрерывность нормальных составляющих и скачок тангенциальных составляющих вектора электрической индукции на границе раздела разнородных диэлектриков. 33. Отличие действующего на эквивалентный диполь поля от среднего макроскопического. 34. Формула Клаузиуса – Масотти для неполярных диэлектриков. 35. Поляризация полярных диэлектриков. Ориентация диполей во внешнем поле с учетом теплового движения. 8. 36. Ограничения на выполнение закона Кулона в диэлектрике. Силы, действующие на заряд. 37. Энергия среднего макроскопического поля и энергия поляризации диэлектрика. 38. Сегнетоэлектрики. Пьезоэлектричество. 39. Электрический ток. Дрейфовая и тепловая скорости носителей электричества. Сила тока и плотность тока. 40. Условие стационарности тока. Уравнение непрерывности. Первое правило Кирхгофа. 41. Электродвижущая сила. ЭДС сторонних сил как характеристика работы сторонних сил по переносу заряда. Понятие падения напряжения. 42. Закон Ома. Удельное сопротивление проводника, температурная зависимость удельного сопротивления. 43. Закон Ома в дифференциальной форме. 44. Закон Ома для неоднородной цепи. 45. Закон Джоуля – Ленца в интегральной и дифференциальной формах. 46. Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа. Правило обхода и система уравнений Кирхгофа. Условие линейной независимости системы уравнений Кирхгофа. 47. Условия квазистационарности тока, изменяющегося во времени. Зарядка и разрядка конденсатора. 48. Контактная разность потенциалов. 49. Законы Ома и Джоуля - Ленца с позиций классической электронной теории. 50. Законы электролиза Фарадея. 51. Формулировка закона Ома для электролитов. 52. Термоэлектронная эмиссия. Работа выхода. 53. Электрический ток в газах. Ионизация и рекомбинация молекул газа. 54. Несамостоятельная и самостоятельная проводимость газа 55. Вектор магнитной индукции. Закон Ампера. Определение магнитной индукции на основе закона Ампера. 56. Сила Лоренца. 57. Закон Био-Савара-Лапласа. Вычисление магнитного поля, создаваемом током в прямом длинном проводе. 58. Закон Био-Савара-Лапласа. Вычисление магнитного поля, создаваемом током на оси кольца. 59. Теорема Гаусса для вектора В. Теорема о циркуляции вектора В. 60. Вычисление магнитных полей с помощью теоремы о циркуляции: поле, создаваемое током, текущим по прямому проводнику конечного сечения. 61. Вычисление магнитных полей с помощью теоремы о циркуляции: поле соленоида. 62. Сила магнитного взаимодействия двух прямых параллельных проводников с током. 63. Магнитный диполь. Работа по перемещению диполя в магнитном поле. 64. Поле магнитного диполя. 65. Преобразование полей Е и В при переходе из одной ИСО в другую, инварианты этих преобразований. 66. Закон Фарадея и правило Ленца. Общий характер закона электромагнитной индукции. 67. Самоиндукция и взаимная индукция. Самоиндукция идеального соленоида. 68. Молекулярные токи, вектор намагниченности, понятие напряженности магнитного поля в СИ, теоремы о циркуляции векторов J и H. 69. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость вещества. 70. Диамагнетики и парамагнетики. 71. Ферромагнетизм. 72. Работа при включении/выключении идеального соленоида. Энергия магнитного поля. 73. Колебательный разряд конденсатора. 74. Последовательная цепь переменного тока. 75. Мощность в цепи переменного тока. 76. Ток смещения и полный ток, замкнутость полного тока. 77. Гипотезы Максвелла. 78. Система уравнений Максвелла для однородной неподвижной среды, следствия из них. 79. Волновое уравнение. Плоские электромагнитные волны. 80. Теорема Пойтинга. Вектор Умова – Пойтинга. 6.5.4. Часть 4 – ОПТИКА 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Принцип Ферма. Законы геометрической оптики. Электромагнитное описание световых волн. Шкала электромагнитных волн. Плоские электромагнитные волны. Плоская монохроматическая волна. Поперечность электромагнитной волны. Взаимная ориентация волнового вектора, векторов электрического и магнитного полей в плоской волне. Уравнение плоской волны. Основные характеристики колебаний и волн и их физический смысл. Квазимонохроматические волны. Представление монохроматических волн в комплексном виде. Комплексная амплитуда волнового поля. Модулированные (квазимонохроматические) волны. Энергия электромагнитной волны. Вектор Умова-Пойтинга. Локализация энергии световой волны. Интенсивность света. Поляризация плоской монохроматической электромагнитной волны. Типы поляризации электромагнитных волн. Естественный и частично поляризованный свет. Степень поляризации. Интерференция монохроматических волн точечных источников. Уравнение интерференции монохроматических волн (векторная диаграмма и комплексные аналитические сигналы). Условие образования максимумов и минимумов интенсивности. Пространственное распределение интенсивности в интерференционной картине. Контраст (видность) интерференционных полос. 10. Оптическая разность хода. Интерференция плоских волн. Пространственный период полос. 11. Интерференция квазимонохроматических волн и временная когерентность. Функция временной когерентности и ее связь со спектром оптического поля. 12. Пространственная когерентность. Роль конечных размеров источника света. Длина (радиус) поперечной когерентности. Звездный интерферометр Майкельсона и его современные модификации. 13. Осуществление когерентных волн в оптике. Оптические устройства для получения взаимно когерентных волн и наблюдения их интерференции. Интерферометры. 14. Интерферометры с делением волны по амплитуде и по волновому фронту. Многолучевая интерференция. 15. Стоячие электромагнитные волны. Уравнение стоячей волны. Узлы и пучности в стоячей волне. Оптический резонатор. 16. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракционный интеграл. 17. Дифракция Френеля на круглом отверстии и круглом экране. Зоны Френеля. Векторные диаграммы. Пятно Пуассона. 18. Распределение освещенности в дифракционной картине в поперечном направлении и вдоль оси отверстия. Зонная пластинка и ее сравнение с линзой. 19. Дифракция Френеля на прямолинейном краю экрана. Спираль Корню. Распределение освещенности в дифракционной картине. 20. Дифракция Фраунгофера – дифракция дальнего поля. Дифракция Фраунгофера на щели и на прямоугольном отверстии. Распределение интенсивности в дифракционной картине. 21. Дифракция Фраунгофера на круглом отверстии. Дифракционная расходимость (уширение) световых пучков. Дифракционный предел разрешения оптических систем. Гауссов пучок света. 22. Дифракционная решетка. Распределение интенсивности в картине дифракции на щелевой амплитудной дифракционной решетке. 23. Дифракционная решетка как спектральный прибор. Дифракционный спектрограф. Разрешающая способность дифракционной решетки. 24. Физические принципы голографии. Голографические схемы записи и восстановления оптических полей. Голографическая интерферометрия. Объемные голограммы Брегга и голограммы Денисюка. 25. Оптические системы, формирующие оптическое изображение. Прямолинейное распространение света и приближение геометрической оптики. Преломление и отражение лучей сферическими поверхностями. 26. Кардинальные точки и плоскости оптической системы. 9. 27. Оптическая система, как передатчик световой энергии. Апертурная диафрагма и зрачки. Оптическое изображение как дифракционная картина. Дифракционный предел разрешения оптических систем. 28. Классическая электронная теория дисперсии. Уравнение движения осциллятора во внешнем поле. Дисперсия вдали от линии поглощения. Формула Коши. Формула Лоренц-Лорентца. 29. Дисперсия в области линии поглощения. Аномальная дисперсия. Дисперсионная кривая и спектральный контур поглощения. 30. Экспериментальные методы исследования аномальной дисперсии. Метод скрещенных призм. Интерференционный метод. Метод "крюков" Рождественского. 31. Распространения света в изотропной диспергирующей среде. Поляризация среды. Дисперсия света. Уравнение плоской монохроматической волны в поглощающей среде. Закон Бугера. 32. Волновые пакеты. Групповая скорость волны. Формула Рэлея. 33. Отражение и преломление света на плоской границе раздела двух изотропных диэлектриков. 34. Вывод законов отражения и преломления на основе принципа Гюйгенса (построений Гюйгенса) и граничных условий уравнений Максвелла. 35. Формулы Френеля - соотношения амплитуд падающей, отраженной и преломленной волн. 36. Следствия из формул Френеля. Изменение фазы волны при отражении. Поляризация отраженного света при отражении под углом Брюстера. Изменение состояния поляризации света при отражении и преломлении. 37. Полное внутреннее отражение. Предельный угол полного внутреннего отражения. Призмы полного внутреннего отражения. Волоконные и планарные световоды. 38. Неоднородная волна вблизи границы раздела сред при полном внутреннем отражении. Нарушенное полное внутреннее отражение. 39. Изменение состояния поляризации света при полном внутреннем отражении. 40. Преобразование линейно поляризованного света в циркулярно поляризованный при полном внутреннем отражении. Параллелепипед Френеля. 41. Отражение света поверхностью металлов. Коэффициент отражения металлов. 42. Эффект вращения направления поляризации при распространении света в веществе. Естественное вращение плоскости поляризации. Опыт Френеля. Сахарометрия. Поляриметры. 43. Эффект вращения направления поляризации в магнитном поле - эффект Фарадея. 44. Рассеяние света в неоднородных средах и его закономерности. Индикатриса рассеяния. Поляризация рассеянного света. Закон Рэлея. Молекулярное рассеяние. Объяснение цвета зари и неба. 45. Неупругое рассеяния света. Комбинационное рассеяние – рассеяние Мандельштама-Рамана. Нелинейная оптика. Генерация второй гармони- ки. Самофокусировка световых пучков. Вынужденное рассеяние света. Просветление, многофотонное поглощение. 46. Распространение света в анизотропной среде. Тензор диэлектрической проницаемости. Одноосные и двуосные кристаллы. Взаимная ориентация векторов электромагнитного поля в анизотропной среде. 47. Преломление света на границе анизотропной среды. Построения Гюйгенса для одноосных кристаллов. 48. Поляризационные устройства. Кристаллические пластинки в /4 и /2. Компенсаторы. 49. Поляризационные призмы Николя, Волластона, Рошона и Сенармона. 50. Поляроиды. Закон Малюса. 51. Кристаллическая пластина между двумя поляризаторами (поляроидами). 52. Индуцированная (искусственная) анизотропия оптических свойств. Фотоупругость. Закон фотоупругости Брюстера. 53. Электрооптические эффекты Керра и Поккельса. Эффект КоттонаМутона. 54. Скорость света и методы ее определения. Лабораторные методы Физо (метод прерываний ) и Фуко ( метод вращающегося зеркала ). Астрономические методы Ремера (по спутникам Юпитера) и Брэдли (метод аберраций). 55. Проявление движения среды в интерференционных опытах. Опыт Физо. Эффект и интерферометр Саньяка. Оптический интерференционный гироскоп. 56. Опыт Майкельсона. Попытка обнаружения движения Земли оптическим методом. 57. Эффект Доплера в оптике. Проявление эффекта Доплера в спектральных исследованиях (частотный сдвиг спектральных линий излучения звезд, доплеровское уширение спектральных линий). 58. Проявление эффекта Доплера при интерференции и дифракции света. Сдвиг частоты света при дифракции на движущейся дифракционной решетке. Дифракция Рамана-Ната на бегущей акустической волне. 6.5.5. Часть 5 – АТОМНАЯ И ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА 1.Тепловое излучение. Свойства теплового излучения. Абсолютно черное тело. Законы излучения абсолютно черного тела. 2.Распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела. Формула Планка и понятие кванта энергии. Объяснение ограниченности формул Вина и Релея-Джинса как предельных случаев для формулы Планка. 3.Фотоэлектрический эффект. Недостаточность классической физики для объяснения фотоэффекта. Гипотеза о фотоне. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта, его экспериментальное подтверждение. 4.Эффект Комптона при рассеянии рентгеновских лучей. Законы сохранения энергии и импульса в процессах с участием фотонов. Свойства фотонов. Электроны отдачи и их энергия. 5.Флуктуации энергии излучения и корпускулярно-волновая природа света. Опыты Вавилова по обнаружению дискретности световых потоков. 6.Опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц. Ядерная модель атома. Формула Резерфорда и ее экспериментальное подтверждение. 7.Опытные закономерности в спектрах излучения атомов. Комбинационный принцип Ритца. Теория Бора. 8.Закономерности в спектрах излучения атома водорода и водородоподобных ионов. Объяснение этих закономерностей. 9.Изотопическое смещение спектральных линий. 10.Спектры атомов щелочных металлов. Объяснение спектральных закономерностей. 11.Уровни энергии и способы их возбуждения. Опыты Франка и Герца. 12.Спонтанные и вынужденные излучательные переходы. Населенность энергетических уровней. Вероятности переходов. Вывод формулы Планка по Эйнштейну. 13.Инверсная населенность и отрицательный коэффициент поглощения. Способы создания инверсной населенности. 14.Оптические квантовые генераторы (лазеры). Принципы работы лазеров. Свойства лазерного излучения. 15.Обобщение правил квантования Бора на некруговые орбиты. Условия Зоммерфельда квантования эллиптических орбит. Квантовые числа стационарных эллиптических орбит, вырождение энергетических уровней. 16.Квантование пространственных ориентаций эллиптических орбит. Орбитальный магнитный момент и гиромагнитное отношение. Магнетон Бора. Опыт Штерна-Герлаха по обнаружению магнитного момента атома и пространственного квантования. 17.Спин электрона. Спин-орбитальное взаимодействие. Тонкая структура уровней энергии и спектральных линий щелочных металлов. 18.Временное и стационарное уравнения Шредингера. Квантование состояний и энергии связанной частицы на примере частицы в одномерном потенциальном ящике. 19.Туннельный эффект, примеры его проявления и использования. 20.Уравнение Шредингера для атома водорода. Волновые функции и электронные облака в атоме водорода. Описание состояния электрона в атоме с помощью квантовых чисел. Электронные облака и слои. 21.Волновые свойства вещества. Опыты по интерференции и дифракции электронов и молекулярных пучков. Корпускулярно-волновая гипотеза де Бройля. Волновая функция , ее физическая интерпретация. 22.Принципы суперпозиции и принцип неопределенности. Соотношения неопределенности для координаты и импульса, для энергии и времени, их физическое истолкование. 23.Принцип неразличимости тождественных частиц и принцип запрета Паули. Электронные оболочки и слои в многоэлектронном атоме. Эквивалентные электроны и электронные конфигурации. 24.Периодическая система элементов Менделеева, физическое объяснение периодического закона. 25.Влияние энергетического взаимодействия и спин-орбитального взаимодействия на энергию атома. Векторная модель атома. Типы связей моментов электронов в атоме. 26.Правила Хунда, их физический смысл. 27.Правила отбора для излучательных переходов. 28.Уровни энергии и оптический спектр атома натрия. 29.Уровни энергии и оптический спектр атома гелия. Ортогелий и парагелий. 30.Схема переходов в гелий-неоновом лазере. 31.Эффект Зеемана расщепления спектральных линий атома в магнитном поле. Фактор Ланде. Простой и сложный эффект Зеемана. Эффект ПашенаБака. 32.Магнитный резонанс, условия его наблюдения. Применения магнитного резонанса. 33.Сплошной и характеристический рентгеновские спектры, их свойства и происхождение. 34.Рентгеновские серии, закон Мозли и его применение. Построение схемы рентгеновских уровней энергии и переходов. 35.Сравнение рентгеновских и оптических спектров поглощения. Зависимость коэффициента ослабления рентгеновских лучей от атомного номера, принцип рентгеноскопии. 36.Причины возникновения межатомных связей и их классификация. Ионная, ковалентная и металлическая химические связи. Гибридизация электронных облаков. 37.Виды движения в молекуле. Вращательные, колебательные и электронные уровни энергии молекул, переходы между уровнями энергии. 38.Спектры молекул и молекулярные константы. 39.Комбинационное рассеяние света на молекулах. 40.Основные типы и свойства межмолекулярной связи. 41.Структура атомного ядра. Размеры ядра. Основные свойства протонов и нейтронов. 42.Энергия связи ядер. Дефект масс. 43.Ядерные силы, их основные свойства. 44.Спин ядра. Магнитный момент ядра. Понятие о сверхтонкой структуре спектральных линий. 45.Явление радиоактивности. Закон радиоактивного распада. Период полураспада. 46.Гамма - распад. 47.Бета - распад. Энергетический спектр электронов. Роль нейтрино. 48.Альфа - распад. Спектр энергии альфа - частиц. Закон Гейгера-Нэттола. 49.Ядерные реакции. Деление тяжелых ядер. Цепная реакция. Возможность получения энергии за счет реакции синтеза легких ядер. 6.5.6. Часть 6 – ОБЩАЯ БИОФИЗИКА 1.Активированный комплекс и основные представления теории Эйринга. Кинетика простой ферментативной реакции и уравнение Михаэлиса-Ментен. Графические интерпретации кинетической реакции типа Михаэлиса-Ментен. Ингибирование и активация ферментов. 2. Конкурентное и неконкурентное ингибирование, их кинетические схемы и уравнения реакций. Общая схема модификации ферментативной реакции. Субстратное ингибирование. 3. Множественность стационарных состояний. Биологические триггеры, силовое и параметрическое переключение биологического триггера. 4. Модель биологического отбора из двух равноправных антагонических видов. 5. Колебательные процессы в биологии. Предельные циклы. Необходимые условия для возникновения автоколебаний. 6. Основные представления о структуре и функциях биологических мембран. Модельные (искусственные) мембраны и способы их получения. 7. Монослои, мицеллы, бислойные структуры, фосфолипидные везикулы. Подвижность липидной мембраны, способность самозамыкаться, механические свойства, поры. Латеральная диффузия и трансбислойное движение молекул. 8. Транспорт неэлектролитов через мембраны. Диффузия, коэффициент диффузии, проницаемость мембраны. Закон Фика. 9. Перенос веществ через мембрану: проникновение через поры, облегчённая диффузия при участии переносчиков. 10. Электрохимический потенциал. Роль электрохимического потенциала в пассивном транспорте. Ионное равновесие на границе фаз. Формула Нернста. 11. Активный мембранный транспорт. Основные представления о термодинамике и схеме рабочего цикла Na-насоса. 12. Строение нервной клетки: аксоны, дендриты, синапсы, миелиновая оболочка, перехваты Ранвье. Поляризация и деполяризация мембраны. 13. Потенциалы покоя и действия. Общая картина зависимости потенциала нерва от импульса возбуждения. Мембранная природа генерации импульса. 14. Скорость и форма нервного импульса. Постоянная длины волокна. Характерные свойства нервного импульса. Реобаза, хронаксия, рефрактерный период. 15. Распространение нервного импульса в неоднородных и ветвящихся волокнах. Работа мозга, нейросети. 16. Биофизика рецепции. Закон Вебера-Фехнера. Механическая, слуховая, зрительная, вкусовая и обонятельная рецепция. 17. Биофизика мышечных сокращений. Саркомеры. Модель Дещеревского. 18. Биофизика системы кровообращения. Реологические свойства крови, Основные законы гемодинамики, пульсовая волна. 19. Электрическая активность органов. Автоволны в сердце. Физические основы электрокардиографии 7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины «Общая физика и биофизика» 7.1. Часть 1 – МЕХАНИКА Основная литература: 1. Савельев И.В. Курс общей физики: учеб. пособие : в 3 т. Т. 1 : Механика. Молекулярная физика. - СПб. ; М. ; Краснодар : Лань, 2007. - 432 с. 2. Иродов И.Е. Механика. Основные законы [для студентов физ. специальностей вузов. - М. : БИНОМ. Лаб. знаний, 2005. - 309 с. 3. Савельев И.В. Сборник вопросов и задач по общей физике: Учебное пособие.– СПб.: Издательство «Лань»,– 288 с. Дополнительная литература: 1. Стрелков С.П. Механика: учебник. - СПб. ; М. ; Краснодар : Лань, 2005. 559 с. 2. Б. В. Бондарев, Н. П. Калашников, Г. Г. Спирин.. Курс общей физики: учеб. пособие для студентов высш. техн. учеб. заведений : в 3 кн. Кн. 1 : Механика. - М. : Высш. шк., 2003. - 351 с. 3. Д. В. Сивухин. Общий курс физики: учеб. пособие в 5 т. Т. 1 : Механика. - М. : ФИЗМАТЛИТ : МФТИ, 2005. - 560 с. 4. Матвеев А.Н. Механика и теория относительности: учеб. пособие. - СПб. ; М.; Краснодар: Лань, 2009. - 324 с. 7.2. Часть 2 – МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА Основная литература: 1. Савельев И.В. Курс общей физики: учеб. пособие : в 3 т. Т. 1 : Механика. Молекулярная физика. - СПб. ; М. ; Краснодар : Лань, 2007. - 432 с. 2 Иродов И.Е. Физика макросистем. Основные законы [учеб. пособие для студентов физ. и инженер.-техн. специальностей вузов]. - М. : БИНОМ. Лаб. знаний, 2004. - 207 с. 3. Савельев И.В. Сборник вопросов и задач по общей физике: Учебное пособие.– СПб.: Издательство «Лань»,– 288 с. Дополнительная литература: 1. А. К. Кикоин, И. К. Кикоин. Молекулярная физика: учеб. пособие. - СПб. ; М. ; Краснодар : Лань, 2008. - 480 с. 2. Сивухин Д.В. Общий курс физики: учеб. пособие для вузов в 5 т. Т. 2 : Термодинамика и молекулярная физика. - М : ФИЗМАТЛИТ, 2005. - 543 с. 3. Б. В. Бондарев, Н. П. Калашников, Г. Г. Спирин. Курс общей физики: учеб. пособие для студентов высш. техн. учеб. заведений : в 3 кн. Кн. 3 : Термодинамика. Статистическая физика. Строение вещества. - М. : Высш. шк., 2003. - 365 с.. 7.3.Часть 3 – ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ Основная литература: 1. Савельев И.В. Курс общей физики: учеб. пособие в 3 т. Т. 2 : Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. - СПб. ; М. ; Краснодар : Лань, 2006. 496 с 2. Иродов И.Е. Электромагнетизм: Основные законы: учеб. пособие для студентов вузов. - М. : БИНОМ. Лаб. знаний, 2003. - 319 с. 3. Савельев И.В. Сборник вопросов и задач по общей физике: Учебное пособие.– СПб.: Издательство «Лань»,– 288 с. Дополнительная литература: 1. Сивухин Д.В. Общий курс физики: учеб. пособие для вузов в 5 т. Т. 3 : Электричество. - М. : ФИЗМАТЛИТ : Изд-во МФТИ, 2004. - 654 с. 2. Б. В. Бондарев, Н. П. Калашников, Г. Г. Спирин. Курс общей физики: учеб. пособие для студентов высш. техн. учеб. заведений в 3 кн. Кн. 2 : Электромагнетизм. Оптика. Квантовая физика. - М. : Высш. шк., 2003. 437 с. 3. Новоселов В.В., Овчинников С.В. Физика: Электричество и магнетизм: Учебное пособие для студентов, обучающихся по естественно-научным направлениям. – Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2010.– 264 с. 7.4. Часть 4 – ОПТИКА Основная литература: 1. Ландсберг Г.С. Оптика. Издание 6-е. – М.: Физматлит, 2003. - 848 с. 2. Бутиков, Евгений Иванович, Оптика: СПб.: Нев. Диалект: БХВ-Петербург, 2003. – 479 с. 3. Иродов И.Е. Волновые процессы. Основные законы. М.: БИНОМ лаб.знаний. 2006. –263 c. 4. Калитеевский Н. И. Волновая оптика Учебное пособие СПб, М: Краснодар: Лань, 2008-465 с. 5. Савельев И.В. Сборник вопросов и задач по общей физике: Учебное пособие.– СПб.: Издательство «Лань»,– 288 с. Дополнительная литература: 1. Амстиславский Я. Е. Учебные эксперименты по волновой оптике в диффузно рассеянных лучах Учебное пособие. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2004. – 126 c. 2. Стафеев С.К. и др. Основы оптики. М: СПб и др: Питер. 2006. – 336 с. 3. Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т. 4. Оптика. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2005-2006. 4. Савельев И. В. Курс физики. В 3-х томах. Т.2. Электричество. Колебания и волны. Волновая оптика. СПб.; М.: 2006 – 496 с. 5. Горелик Г. С. Колебания и волны Учебное пособие. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2008. – 655 c. 6. Локшин Г.Р. Основы радиооптики: Учебное пособие. – Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2009. – 344 с. 7. Заказнов, Н. П. Кирюшин, С. И., Кузичев, В. И. Теория оптических систем : учеб. пособие . -4-е изд., стер. СПб.; М.; Краснодар: Лань, 2008 – 446 с. 8. Федосов, И. В. Геометрическая оптика [Текст] : [учеб. пособие] / И. В. Федосов. - Саратов: Сателлит, 2008. – 90 с. Программное обеспечение и Интернет-ресурсы: Учебные и учебно-методические материалы по Оптике, размещенные на сайте кафедры оптики и биофотоники Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского http://optics.sgu.ru/library/education 7.5. Часть 5 – АТОМНАЯ И ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА Основная литература: 1. Сивухин Д.И. Общий курс физики. Т.5. Атомная и ядерная физика. Части 1,2. М.: Физматлит, МФТИ, 2002. 2. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.3. Оптика, атомная физика, физика ядра и элементарных частиц. М.: Астраль, 2005. 3. Матвеев А.Н. Атомная физика. М.: Оникс, 2007. 4. Сборник задач по общему курсу физики. Атомная физика. Физика ядра и элементарные частицы. (Под ред. Д.И.Сивухина). М.: Физматлит, 2006. 5. Иродов П.Е. Задачи по квантовой физике. С-Пб: Лань, 2002. Дополнительная литература: 1. Шпольский Э.В. Атомная физика. Т. 1, 2. М.: Наука, 1984. 2. Гольдин Л.Л., Новикова Г.И. Введение в квантовую физику. М.: Наука, 1988. 3. Вихман Э. Квантовая физика (Берклеевский курс. Т. 4). М.: Мир, 1974. 4. Борн М. Атомная физика. М.: Мир, 1965. 5. Нерсесов Э.А. Основные законы атомной и ядерной физики. М.: Наука, 1988. 6. Фейнмановские лекции по физике, вып.9, 2009. 7. Практикум по атомной физике. Вып.1. (под ред. В.К.Никольского). Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1989. 8. Практикум по атомной физике. Часть 2. (под ред. А.Г.Финкеля, Ю.П.Синичкина). Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1991. 9. Практикум по атомной физике. Часть 3. (под ред. Ю.П.Синичкина). Саратов: Изд-во Сарат. ун-та,1998. 10.Учебно-методические руководства к лабораторным работам по атомной физике, http://optics.sgu.ru, 2008. Интернет-ресурсы: Учебно-методические руководства к лабораторным работам по атомной физике, http://optics.sgu.ru. 7.6. Часть 6 – ОБЩАЯ БИОФИЗИКА Основная литература: 1. Рубин А.Б. Биофизика. Учебник. В 2-х томах. Издание: 3-е. Том 1: Теоретическая биофизика. Том 2: Биофизика клеточных процессов. Гриф МО РФ 2004 г. Дополнительная литература: 1. Антонов В.Ф. , Черныш А.М. , Пасечник В.И. Биофизика. Учебник для ВУЗов. Владос, 2006. 2. Артюхов В.Г. Биофизика. Учебник для вузов Серия: Фундаментальный учебник. Издательство: Деловая книга (Екатеринбург), Академический проект, 2009. 3. Коржуев А.В., Антонов В. Ф., Козлова Е.К., Черныш А.М. Физика и биофизика. Практикум. Учебное пособие. Гэотар -Медиа, 2009. 4. Волькенштейн М.В. Биофизика. Издательство Лань, 2008. 5. Чигарев А. В., Михасев Г. И., Борисов А. В. Биомеханика. Изд-во Гревцова, 2010. 6. Вихрова С.П., Чигирев Борис, Самойлов Владимир, Бигдай Елена, Гривенная Н.В. и др., Биофизика для инженеров в 2-х т., Изд.: ГОРЯЧАЯ ЛИНИЯ ТЕЛЕКОМ, Радио и связь, 2008. 7. Тарасов Л.В. В глубины вещества: Живые клетки, молекулы, атомы. 2-е изд. Изд.: ЛКИ, 2008. 8. Леск Артур М. Введение в биоинформатику Изд.: БИНОМ, ТОРГОВЫЙ ДОМ, БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. 9. Тигранян Р.Э. Вопросы электромагнитобиологии. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010. 10. Владимиров Ю. А., Проскурина Е. В., Проскурнина Е. В. ЛЕКЦИИ ПО МЕДИЦИНСКОЙ БИОФИЗИКЕ. - Изд-во МГУ, Академкнига, ФИЗМАТЛИТ, 2007. 11. Самойлов В.О. Медицинская биофизика. Учебник для ВУЗов серия: Учебник для вузов, Изд.: СПЕЦИАЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА, ИЗДАТЕЛЬСТВО, СПЕЦЛИТ, 2007. 12. Федорова В.Н., Фаустов Е.В Медицинская и биологическая физика. Курс лекций с задачами, серия: Учебное пособие для ВУЗов, Изд.: ГЭОТАРМЕДИА, ИЗДАТЕЛЬСКАЯ ГРУППА, 2008. 13. Заккаи Дж.Дж., Сердюк И.Н., Заккаи Н. Методы в молекулярной биофизике структура, функция, динамика, учебное пособие в 2 т. Изд.: Университет, Книжный дом Университет (КДУ), 2009. 14. Джаксон М Б. Молекулярная и клеточная Биофизика. Изд.: БИНОМ, ТОРГОВЫЙ ДОМ, БИНОМ. Лаборатория знаний, Изд. Мир, МИР, 2009. 15. Рубин А.Б., Рубина А. Б., Фурсова П., Ризниченко Г., Терлова Л., Лунева О.Г. Сборник задач по биофизике. Учебное пособие для вузов. Гриф УМО. Изд.: Университет, Книжный дом Университет (КДУ), 2011. 16. Нефедов Е. Современная биоинформатика. Изд.: ГОРЯЧАЯ ЛИНИЯ – ТЕЛЕКОМ, 2005. 17. Шредингер Э., Эрвин Шредингер, Шедингер Э. Что такое жизнь с точки зрения физики? Изд.: РИМИС, 2009. Интернет-ресурсы: 1. Артюхов В.Г., Башарина О.В. Биофизика: Практикум. - Воронеж: Изд-во ВГУ, 2003. - 51 с. http://window.edu.ru/window/library?p_rid=26880&p_rubr=2.2.74.2.3 2. Башарина О.В., Артюхов В.Г. Биофизика: Учебно-методическое пособие для самостоятельной подготовки студентов. - Воронеж: ИПЦ ВГУ, 2007. 82 с. http://window.edu.ru/window/library?p_rid=59368&p_rubr=2.2.74.2.3 8. Материально-техническое обеспечение дисциплины «Общая физика и биофизика» Перечень лекционных демонстраций по дисциплине «Физика» Часть 1 – МЕХАНИКА ЛД ЛД ЛД ЛД 1.1 1.2 1.3 1.4 ЛД 1.5 ЛД 1.6 ЛД 1.7 ЛД 1.8 ЛД 1.9 ЛД 1.10 ЛД 1.11 ЛД 1.12 ЛД 1.13 ЛД 1.14 ЛД 1.15 ЛД 1.16 ЛД 1.17 ЛД 1.18 ЛД 1.19 ЛД 1.20 ЛД 1.21 ЛД 1.22 ЛД 1.23 ЛД 1.24 ЛД 1.25 ЛД 1.26 ЛД 1.27 ЛД 1.28 ЛД 1.29 ЛД 1.30 ЛД 1.31 Тангенциальное направление скорости Инерция гири (1-й закон Ньютона) Законы Ньютона – тележки на «воздушной подушке» «Послушная» и «непослушная» катушки (момент силы и момент импульса) Сложение поступательного и вращательного движений Тележка Поля (сохранение импульса) Пушка (сохранение импульса); пушка со снарядами со смещенным центром масс (сохранение момента импульса системы) Векторный характер импульса (падение шара под углом на плоскость) Скамья Жуковского с гантелями (сохранение момента импульса) Математический маятник (сохранение энергии) Шарик на нитке переменной длины (сохранение момента импульса); случай наматывания нитки на стержень (невыполнение закона сохранения момента импульса) Движение ракеты с воздушным «топливом» Движение ракеты с жидким «топливом» Упругий удар шаров Неупругие соударения Упругие соударения на дорожке с «воздушной подушкой» Распространение импульса по цепочке шаров Упругий удар о стенку Действующая модель опыта Кавендиша Скатывание с наклонной плоскости сплошного и полого цилиндров одинаковой массы Перевороты велоколеса на скамье Жуковского (сохранение момента импульса системы) Перемещение молота на скамье Жуковского (момент импульса системы) Вращение тел различной формы на установке с мотором (свободные оси вращения) Велогироскоп (устойчивость оси гироскопа) Прецессия велогироскопа Прецессия массивного маховика Прецессия волчка Однорельсовая дорога Массивный шар на тележке (система отсчета с тангенциальным ускорением) Математический маятник на тележке Центробежная сила инерции: - отвесы на вращающейся платформе; - шарик во вращающемся сосуде; - сепаратор; ЛД 1.32 ЛД 1.33 ЛД 1.34 ЛД 1.35 ЛД 1.36 ЛД 1.37 ЛД 1.38 ЛД 1.39 ЛД 1.40 ЛД 1.41 ЛД 1.42 ЛД 1.43 ЛД 1.44 ЛД 1.45 ЛД 1.46 ЛД 1.47 ЛД 1.48 ЛД 1.49 ЛД 1.50 ЛД 1.51 ЛД 1.52 ЛД 1.53 ЛД 1.54 ЛД 1.55 ЛД 1.56 ЛД 1.57 ЛД 1.58 ЛД 1.59 ЛД 1.60 ЛД 1.61 ЛД 1.62 ЛД 1.63 ЛД 1.64 ЛД 1.65 ЛД 1.66 ЛД 1.67 ЛД 1.68 ЛД 1.69 ЛД 1.70 ЛД 1.71 ЛД 1.72 - шары разных масс на горизонтальной штанге; - модель сплющивания Земли; - центробежный регулятор (регулятор Уатта); - «бегущая» цепочка; Маятник Фуко Модель маятника Фуко Движение шарика на вращающейся платформе (сила Кориолиса) Рамка Любимова Условия плавания поплавка внутри жидкости Водоструйный насос Сближение двух картонных пластинок Шарик в потоке воздуха Эффект Магнуса (скатывание цилиндра) Вихри из конусного барабана Вихри – смерчи в воронке Обтекание тел различной формы Математические маятники Пружинный маятник Незатухающие колебания Затухающие колебания систем с разной добротностью Бегущая волна вдоль резинового шнура Волновая машина Распространение деформации возмущения вдоль упругого стержня Стоячая волна на закрепленной струне Камертоны Биения колебаний камертонов Сирены Органные трубы Резонаторы Гельмгольца Резонансы водяных столбов Падение тела по вертикали и при наличии горизонтальной составляющей скорости. Падение тел в безвоздушном пространстве. Падение металлического и бумажного кружков. Отклонение от прямолинейного движения под действием силы. Деформация тела при ускоренном движении. Ломание палки в бумажных кольцах. Опыт с маятниками. Момент инерции (маятник Обербека). Момент силы (маятник Обербека). Движение центра масс (двух конусное тело). Опрокидывающийся гироскоп. Упругий удар (о волейбольный мяч шарика от пинг-понга). Давление жидкости на стенки сосуда. Маятник на вращающемся валу (автоколебания). Свистки. Часть 2 – МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА ЛД 2.1 ЛД 2.2 ЛД 2.3 Молекулярные силы (притяжение свинцовых цилиндров) Броуновское движение (микроскоп) Броуновское движение (видеофильм) ЛД 2.4 ЛД 2.5 ЛД 2.6 ЛД 2.7 ЛД 2.8 ЛД 2.9 ЛД 2.10 ЛД 2.11 ЛД 2.12 ЛД 2.13 ЛД 2.14 ЛД 2.15 ЛД 2.16 ЛД 2.17 ЛД 2.18 ЛД 2.19 ЛД 2.20 ЛД 2.21 ЛД 2.22 ЛД 2.23 ЛД 2.24 ЛД 2.25 ЛД 2.26 ЛД 2.27 ЛД 2.28 ЛД 2.29 Флуктуации (измерение напряжения сети цифровым вольтметром, шумовая дорожка на осциллографе после усиления с сопротивлением) Механическая модель давления и температуры Механическая модель распределения Больцмана Диффузия газов (аммиак в воздухе) Теплопроводность газов (водород и воздух) Внутреннее трение (вращающиеся диски) Эффузия газа через пористую перегородку Радиометрический эффект Кристаллическое состояние вещества Опыты с жидким азотом: - "замерзание" цветка, - Ртутный молоток, - Опыт с каучуком, - Свинцовый колокольчик, - "дымовая завеса" (жидкий азот с кипятком). Мыльная пленка на подвижной рамке Натяжение мыльной пленки (каркасы) Формы мыльных пленок на различных каркасах Зависимость давления в мыльном пузыре от его радиуса Движение камфары по поверхности воды (в проекции) Уменьшение поверхностного натяжения воды эфиром (в проекции) Смачивание твердого тела жидкостью (поплавок из сетки) ЛД 2.21. Капиллярные трубки, клин Модель кристаллической решетки. Структура и свойства кристаллических и твердых тел. Полиморфизм (нагрев двуйодистой ртути) Возгонка кристаллического йода. Поступательное и вращательное броуновское движение Критическое состояние вещества. Осмотическое давление. Превращение работы в тепло и тепла в работу (опыт с эфиром; паровая машина). Часть 3 – ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ ЛД 3.1 ЛД 3.2 ЛД 3.3 ЛД 3.4 ЛД 3.5 ЛД 3.6 ЛД 3.7 ЛД 3.8 ЛД 3.9 ЛД 3.10 ЛД 3.11 ЛД 3.12 ЛД 3.13 ЛД 3.14 Взаимодействие электрических зарядов разных знаков. Силовые линии. Картины полей. Электростатическое влияние. Разделение зарядов. Электростатическое экранирование (сетка Кольбе). Распределение зарядов по поверхности заряженного тела сложной формы. «Стекание» зарядов с острия, «электрический ветер». Перенос зарядов подвижными шариками от заряженного тела к незаряженному телу. Зависимость емкости конденсатора от расстояния между пластинами. Связанные заряды (влияние на поле электроскопа). Поляризация (металлическая и диэлектрическая палочки в поле конденсатора) Поляризация и притяжение к заряженному телу деревянных брусков. Влияние диэлектрика на емкость конденсатора. Электростатический карандаш. ЛД 3.15 ЛД 3.16 ЛД 3.17 ЛД 3.18 ЛД 3.19 ЛД 3.20 ЛД 3.21 ЛД 3.22 ЛД 3.23 ЛД 3.24 ЛД 3.25 ЛД 3.26 ЛД 3.27 ЛД 3.28 ЛД 3.29 ЛД 3.30 ЛД 3.31 ЛД 3.32 ЛД 3.33 ЛД 3.34 ЛД 3.35 ЛД 3.36 ЛД 3.37 ЛД 3.38 ЛД 3.39 ЛД 3.40 ЛД 3.41 ЛД 3.42 ЛД 3.43 ЛД 3.44 ЛД 3.45 ЛД 3.46 ЛД 3.47 ЛД 3.48 ЛД 3.49 ЛД 3.50 Лейденская банка. Модель опыта Милликена. Закон Ампера. Взаимодействие двух проводников с током. Сила Лоренца. Картины магнитных полей. Взаимодействие двух катушек с током. Диамагнетики, парамагнетики. Ферромагнетики. Точка Кюри (нагрев никелевого шарика). Индукция при движении постоянного магнита. Индукция при включении тока. Влияние ферромагнетика на индукционный ток. Закон Ленца (притяжение, отталкивание кольца). Вихревой характер индукционного тока (токи в сплошном и разрезанном кольце). «Падение» металлических колец в переменном магнитном поле. Токи Фуко. Запаздывание зажигания электрической лампочки при включении индуктивности в цепь постоянного тока Токи размыкания в цепи, содержащей индуктивность. Емкость в цепи переменного тока. Индуктивность в цепи переменного тока. Резонанс токов. Резонанс напряжений. Демонстрация основных свойств электромагнитных волн СВЧ диапазона: отражение (металлический лист), преломление (парафиновая призма), поляризация (решетка из параллельных проводников), зонные пластинки Френеля. Возбуждение электромагнитного поля токами высокой частоты с помощью трансформатора Тесла: - разряд с острия - свечение газов в трубках - прохождение токов ВЧ через диэлектрик, стеклянный стакан. Притяжение предметов к наэлектризованному телу. Электростатическая индукция. Свечение газа в безэлектродных трубках. Потенциал заряженного проводника. Энергия электрического поля. Дуга Петрова. Изменение сопротивления п/п при его освещении. Магнитное поле прямого тока. Подъемная сила электромагнита. Трехфазный ток. Вибратор и резонатор Герца. Разряд в разреженном газе. Катодные лучи. Часть 4 – ОПТИКА ЛД 4.1 ЛД 4.2 ЛД 4.3 ЛД 4.4 Прямолинейное распространение света Отражение и преломление Линзы Оптическое изображение ЛД 4.5 ЛД 4.6 ЛД 4.7 ЛД 4.8 ЛД 4.9 ЛД 4.10 ЛД 4.11 ЛД 4.12 ЛД 4.13 ЛД 4.14 ЛД 4.15 ЛД 4.16 ЛД 4.17 ЛД 4.18 ЛД 4.19 ЛД 4.20 Опыт Юнга Интерференционные светофильтры Дифракция Френеля на круглом отверстии. Дифракция Френеля на полуплоскости. Дифракция Френеля на металлическом шарике. Пятно Пуассона Дифракционная решетка Скрещенные дифракционные решетки. Отражательная дифракционная решетка. Кардинальные точки и плоскости линзы. Зрачки оптической системы Дисперсионная призма Призма полного внутреннего отражения. Волоконный световод Поляроиды. Двойное лучепреломление. Интерференция поляризованных лучей. Фотоупругость. Лазерный доплеровский анемометр Часть 5 – АТОМНАЯ ФИЗИКА ЛД 5.1 ЛД 5.2 Тепловое излучение. Измерение яркостной температуры Определение постоянной Планка. ЛД 5.3 Опыт Франка и Герца. ЛД 5.4 Спектр атома водорода. ЛД 5.5 ЛД 5.6 ЛД 5.7 Изотопический сдвиг в спектре атома водорода Спектры щелочных металлов. Тонкая структура спектральных линий атомов щелочных и щелочноземельных элементов. ЛД 5.8 Эффект Зеемана. ЛД 5.9 Молекулярный спектр. Определение энергии диссоциации молекулы йода. ЛД 5.10 Газовый лазер - 1. ЛД 5.11 Газовый лазер – 2. ЛД 5.12 Эффект Рамзауэра. ЛД 5.13 Определение ширины запрещенной зоны полупроводников по краю собственного поглощения. Эффект Комптона. Опыт Резерфорда по рассеянию альфа-частиц. Рентгеновский спектрометр. Эффект Мессбауэра. ЛД 5.14 ЛД 5.15 ЛД 5.16 ЛД 5.17 Лекционное материально-техническое обеспечение: Кодоскоп для демонстраций модельных экспериментов, компьютер, мультимедийный проектор Программа составлена в соответствии с требованиями ОС ВПО «Физика живых систем» с учетом рекомендаций и Примерной ООП ВПО по направлению «Физика живых систем». Авторы: доцент кафедры общей физики, к.ф.-м.н. доцент кафедры оптики и биофотоники, к.ф.-м.н. профессор кафедры оптики и биофотоники, д.ф.-м.м., профессор профессор кафедры оптики и биофотоники, д.ф.-м.н., профессор С.В. Овчинников И.В. Федосов Ю.П. Синичкин И.Л. Максимова Программа одобрена на заседании кафедры оптики и биофотоники от 20 мая 2011 года, протокол № 6/11. Подписи: Зав. кафедрой В.В. Тучин Декан физического факультета (факультет, где разработана программа) В.М. Аникин Декан физического факультета (факультет, где реализуется программа) В.М. Аникин
