Физика – наука экспериментальная.

Учебная программа

по специальности: 010701.65 - Физика

МЕХАНИКА

Предмет и задачи механики. Система отсчета. Основные понятия кинематики. Кинематические величины: вектор положения, перемещение, скорость, ускорение, путь, связь между ними в координатной и векторной форме. Движение с постоянным ускорением и его частные случаи.

Криволинейное движение материальной точки и его описание по отношению к траектории. Нормальное, тангенциальное и полное ускорения.

Кинематика вращательного движения. Угловые кинематические величины (угловое перемещение, угловая скорость, угловое ускорение), их связь с линейными величинами. Вращение с постоянным угловым ускорением.

Динамика материальной точки. Сила и масса. Законы классической механики. Интернациональная система единиц (СИ).

Система материальных точек. Импульс материальной точки, импульс системы материальных точек. Уравнение изменения импульса, закон сохранения импульса. Центр масс системы материальных точек. Движение центра масс. Движение тел с переменной массой. Уравнение Мещерского. Формула Циолковского.

Работа и мощность. Кинетическая энергия. Консервативные силы. Потенциальная энергия системы. Полная механическая энергия системы. Закон сохранения механической энергии. Применение законов сохранения к анализу упругого и неупругого ударов.

Момент импульса материальной точки относительно точки и относительно оси. Момент силы относительно точки, относительно оси. Основное уравнение моментов. Момент импульса системы материальных точек. Закон сохранения момента импульса.

Твердое тело. Поступательное и вращательное движение твердого тела, мгновенная ось вращения.

Динамика вращательного движения твердого тела вокруг неподвижной оси. Момент инерции. Теорема Штейнера–Гюйгенса. Момент импульса твердого тела относительно оси. Момент силы относительно оси. Основное уравнение динамики вращательного движения твердого тела. Применение закона сохранения момента импульса к вращающимся телам. Работа и мощность при вращательном движении. Кинетическая энергия вращающегося тела. Применение законов динамики для описания сложного движения твердого тела.

Понятие о главных осях инерции твердого тела. Свободные оси вращения. Гироскоп, прецессия гироскопа. Гироскопические силы, гироскопический эффект. Использование гироскопов.

Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности Галилея. Преобразования Галилея. Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции в поступательно движущихся и вращающихся неинерциальных системах отсчета. Проявление сил инерции на Земле.

Элементы специальной теории относительности (СТО). Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца. Относительность длины отрезков и промежутков времени. Преобразование скоростей в СТО.

Релятивистский импульс, релятивистская форма второго закона Ньютона. Энергия. Взаимосвязь массы и энергии. Законы сохранения в СТО.

Упругие свойства твердых тел. Виды деформаций. Напряжение, абсолютная и относительная деформации. Закон Гука. Потенциальная энергия упруго деформированного тела, плотность энергии. Неупругие деформации, механический гистерезис.

Механика жидкостей и газов. Жидкость и газ как сплошная среда. Давление. Закон Паскаля. Гидростатическое давление. Закон Архимеда. Условие плавания тел.

Стационарное течение жидкости. Линии тока. Трубки тока. Уравнение неразрывности для трубки тока. Идеальная несжимаемая жидкость. Уравнение Бернулли. Движение вязкой жидкости, закон Ньютона для вязкого течения. Силы, действующие на тело, движущееся в вязкой жидкости. Вихревое течение при обтекании тел, лобовое сопротивление и подъемная сила. Переход ламинарного течения в турбулентное, число Рейнольдса.

Трение покоя, трение скольжения, трение качания. Значение трения в природе и технике.

Кинематика колебательного движения. Гармонические колебания, период, частота, фаза, амплитуда колебаний. Смещение, скорость, ускорение колеблющейся точки. Метод векторных диаграмм. Сложение колебаний одного направления одинаковых и близких частот. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний, фигуры Лиссажу. Сложные колебания.

Динамика колебательного движения. Пружинный, математический и физический маятники. Уравнение движения при малых колебаниях, собственные частоты и периоды колебаний этих систем. Энергия при колебательном движении, закон сохранения энергии. Колебания систем при наличии вязкого трения. Затухающие колебания и их характеристики: коэффициент затухания, логарифмический декремент, добротность колебательной системы. Зависимость периода затухающих колебаний от коэффициента затухания, критическое значение коэффициента сопротивления, апериодическое движение колебательной системы.

Вынужденные колебания под действием гармонической вынуждающей силы, время установления колебаний. Зависимость амплитуды смещения, скорости, ускорения и их фазового сдвига от частоты. Резонанс. Понятие о колебаниях связанных систем.

Кинематика волновых процессов. Продольные и поперечные волны. Сферические, цилиндрические, плоские волны. Уравнения плоской гармонической бегущей волны смещения, скорости, ускорения и деформации. Характер движения частиц среды в бегущей волне. Отражение волн от границы раздела сред. Энергия бегущей волны. Плотность потока энергии. Вектор Умова. Интерференция волн. Стоячие волны и их особенности. Энергетические соотношения для стоячей волны.

Распространение колебаний в упругой среде, волновое уравнение. Скорость распространения волны.

Элементы статики твердого тела. Условия равновесия, виды равновесия. Простые механизмы.

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА

Предмет молекулярной физики. Термодинамический и статистический подход к изучению макроскопических систем.

Основные представления молекулярно–кинетической теории газов. Экспериментальное обоснование молекулярно–кинетической теории вещества. Давление газа. Абсолютная температура. Идеальный газ. Уравнение состояния идеального газа. Газовые законы.

Основное уравнение кинетической теории газов. Постоянная Больцмана. Молекулярно–кинетическое истолкование абсолютной температуры и давления. Измерение температуры.

Измерение скоростей молекул, опыт Штерна. Распределение скоростей по Максвеллу. Распределение энергии молекул по степеням свободы. Флуктуации в идеальном газе и их проявление. Барометрическая формула. Распределение Максвелла–Больцмана. Экспериментальное определение постоянной Авогадро.

Явление переноса в газах. Средняя длина и среднее время свободного пробега молекул. Диффузия и самодиффузия.

Внутреннее трение. Теплопроводность. Теплопроводность и внутреннее трение при низком давлении, технический вакуум. Методы измерения низких давлений.

Основы термодинамики. Термодинамическая система. Термодинамическое равновесие. Параметры состояния. Внутренняя энергия. Взаимодействие термодинамических систем.

Работа и теплота как формы обмена энергией между системами. Квазистатические процессы. Первый закон термодинамики. Применение первого закона термодинамики к изопроцессам.

Теплоемкость. Классическая теория и эксперимент. Вывод уравнения адиабаты. Скорость звука в газе. Квантовые представления

Второй закон термодинамики. Обратимые и необратимые процессы. Тепловые машины. Цикл Карно. Теоремы Карно. Реальные циклы. Неосуществимость вечных двигателей.

Энтропия. Приведенная теплота. Свободная энергия. Статистическое истолкование второго закона термодинамики. Теорема Нернста. Недостижимость абсолютного нуля.

Реальные газы. Экспериментальные изотермы реального газа. Уравнение Ван–дер–Ваальса. Сопоставление изотерм Ван-дер–Ваальса с экспериментальными изотермами.

Критическое состояние. Закон соответственных состояний.

Внутренняя энергия реального газа. Эффект Джоуля–Томсона. Сжижение газов и получение низких температур.

Свойства жидкого состояния. Близкий порядок. Фундаментальные эксперименты. Поверхностный слой. Поверхностное натяжение. Смачивание.

Формула Лапласа. Капиллярные явления. Давление насыщенных паров над мениском.

Растворы, вода, особенности физических свойств. Осмотическое давление.

Твердые тела. Аморфные и кристаллические тела. Дальний порядок в кристаллах. Классификация кристаллов по типу связей, анизотропия кристаллов.

Фазовые переходы. Равновесие жидкости и пара. Влажность. Уравнение Клапейрона–Клазиуса.

Упругие свойства кристаллов. Тепловые свойства кристаллов, тепловое расширение. Плавление и кристаллизация.

Дефекты в кристаллах. Жидкие кристаллы (классификация, тепловые свойства, полиморфизм).

Диаграмма равновесия твердой, жидкой и газовой фаз. Тройная точка. Теплоемкость кристаллов. Закон Дюлонга и Пти. Затруднения классической физики в объяснении температурной зависимости теплоемкости твердых тел. Основы квантовых представлений.

Полимеры. Классификация, тепловые свойства. Жидкокристаллические полимеры.

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ

Электрическое поле в вакууме. Взаимодействие заряженных тел. Закон Кулона. Напряженность электростатического поля. Напряженность поля точечного заряженного тела. Принцип суперпозиции.

Поток вектора напряженности. Теорема Остроградского–Гаусса и ее применение к расчету поля некоторых симметричных тел.

Работа сил поля при перемещении заряженных тел. Потенциал электростатического поля. Потенциал поля, создаваемого точечным заряженным телом, системой точечных тел и заряженной сферой.

Связь между напряженностью и градиентом потенциала. Электрическое поле диполя. Диполь в электрическом поле.

Проводники в электрическом поле. Распределение зарядов в проводнике. Эквипотенциальность проводника. Напряженность поля у поверхности и ее связь с поверхностной плотностью заряда.

Проводники во внешнем электростатическом поле. Электризация через влияние.

Электроемкость проводника. Плоский, сферический и цилиндрический конденсаторы.

Электрическое поле в диэлектриках. Поляризация диэлектриков. Поляризованность и ее связь с поверхностной плотностью связанных зарядов. Теорема Остроградского–Гаусса для поля в диэлектрике. Индукция электростатического поля. Диэлектрическая проницаемость. Сегнетоэлектрики. Электреты. Пьезоэлектричество.

Энергия электростатического поля. Энергия системы неподвижных точечных заряженных тел, заряженного проводника, заряженного конденсатора. Плотность энергии электростатического поля.

Постоянный электрический ток. Сила тока. Закон Ома для участка электрической цепи. Сопротивление проводника. Сторонние силы. ЭДС, разность потенциалов и напряжение. Работа и мощность в цепи постоянного тока. Закон Джоуля–Ленца. Дифференциальная форма законов Ома и Джоуля–Ленца. Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа.

Электропроводность твердых тел. Классическая электронная теория проводимости металлов и вывод из нее законов Ома, Джоуля–Ленца. Трудности классической теории. Понятие о сверхпроводимости. Собственная и примесная проводимость полупроводников.

Термоэлектронная эмиссия и контактные явления в металлах и полупроводниках. Термоэлектронная эмиссия. Ток в вакууме. Электронные лампы (диод и триод), их применение.

Контактная разность потенциалов. Закон Вольта. Термоэлектрические явления. Контактные явления в полупроводниках. Полупроводниковые диоды и транзисторы.

Электрический ток в жидкостях. Электролитическая диссоциация. Закон Ома для электролитов. Закон Фарадея.

Электрический ток в газах. Несамостоятельный и самостоятельный газовый разряды. Виды разрядов (тлеющий, дуговой, искровой и коронный). Катодные лучи.

Взаимодействие электрических токов. Индукция магнитного поля. Закон Био–Савара–Лапласа. Магнитное поле прямого, кругового и соленоидального токов. Циркуляция вектора индукции магнитного поля. Сила Ампера. Сила Лоренца.

Магнитные свойства вещества. Магнитное поле в магнетиках. Намагниченность. Напряженность магнитного поля. Закон полного тока. Магнитная проницаемость.

Магнитомеханические явления. Диа–, пара– и ферромагнетизм. Работы Столетова.

Электромагнитная индукция. Опыты Фарадея. Закон электромагнитной индукции. Правила Ленца.

Самоиндукция. Индуктивность. Энергия магнитного поля. Плотность энергии магнитного поля.

Квазистационарные токи. Электрические колебания.

Получение переменной ЭДС. Действующие значения силы переменного тока. Резистор, катушка индуктивности, конденсатор в цепи переменного тока. Закон Ома для неразветвленной цепи переменного тока. Резонанс в электрической цепи. Работа и мощность в цепи переменного тока.

Электрический колебательный контур. Собственные колебания. Вынужденные колебания в контуре. Трансформаторы.

Электромагнитное поле. Вихревое электрическое поле. Токи смещения. Электромагнитное поле. Система уравнений Максвелла в интегральной и дифференциальной форме.

Электромагнитные волны. Волновое уравнение. Скорость электромагнитных волн. Вектор Умова–Пойнтинга. Опыты Герца. Изобретение радиосвязи А.С. Поповым. Принцип радиосвязи и радиолокации. Шкала электромагнитных волн.

ОПТИКА

Оптическое излучение: ультрафиолетовое, видимое, инфракрасное.

Теоретические основы волновой оптики. Волновое уравнение. Плоские волны. Отражение и преломление плоских электромагнитных волн.

Фотометрия. Энергетические и световые величины, их единицы. Кривая видности.

Интерференция света. Когерентные волны. Способы их получения. Пространственная и временная когерентность. Полосы равной толщины и равного наклона. Интерферометры.

Дифракция света. Принцип Гюйгенса Френеля; зоны Френеля. Дифракция Френеля (на круглом отверстии и круглом диске). Дифракция Фраунгофера (на одной щели, на дифракционной решетке). Основные характеристики дифракционной решетки. Дифракция рентгеновского излучения. Понятие об оптической голографии.

Основы геометрической оптики. Геометрическая оптика как предельный случай волновой оптики. Основные понятия (луч, параксиальные пучки, идеальная оптическая система, сопряженные точки). Преломление лучей призмой, сферической границей раздела двух сред. Оптическая сила линзы. Главные и фокальные плоскости. Формула линзы. Оптические приборы – лупа, микроскоп, зрительная труба. Увеличение. Предел разрешения (линейный, угловой). Спектральные приборы.

Поляризация света. Поляризаторы и анализаторы. Закон Малюса. Двойное лучепреломление. Лучевые поверхности в одноосных монокристаллах. Определение направлений вектора Пойнтинга и волнового вектора в анизотропных средах. Эллиптическая и круговая поляризация. Интерференция линейно-поляризованных волн.

Дисперсия света. Методы определения скорости света. Фазовая и групповая скорость. Экспериментальные методы изучения дисперсии. Электронная (классическая) теория дисперсии. Показатель преломления плазмы. Поглощение оптического излучения.

Рассеяние света мутной средой (рэлеевское рассеяние). Молекулярное рассеяние. Комбинационное рассеяние.

Экспериментальное обоснование специальной теории относительности (опыты Майкельсона–Морли, Физо, Таунса). Преобразования Лоренца. Следствия из преобразований Лоренца. Эффект Доплера.

Квантовая оптика. Тепловое излучение. Закон Кирхгофа, закон смещения Вина, закон Стефана–Больцмана. Формула Планка. Фотоэффект: внешний, внутренний, вентильный. Основные законы. Фотоэлементы. Экспериментальное обоснование фотонной теории света. Характеристики фотона (энергия, импульс, момент импульса). Давление света. Опыты Лебедева. Объяснение давления света на основе волновой и фотонной теории. Рентгеновское излучение, его основные свойства. Закон Мозли. Эффект Комптона.

Корпускулярно–волновой дуализм. Гипотеза де Бройля. Экспериментальное подтверждение гипотезы о волновых свойствах частиц. Соотношение неопределенностей. Волновая оптика как предельный случай квантовой оптики.

КВАНТОВАЯ ФИЗИКА

Основные закономерности в спектрах излучения и поглощения. Спектр атома водорода. Рентгеновский спектр.

Модель атома Резерфорда–Бора. Опыты Резерфорда по рассеянию a-частиц. Постулаты Бора. Энергетические уровни водородоподобных ионов. Опыты Франка и Герца. Недостатки модели атома Резерфорда–Бора.

Уравнение Шредингера. Волновая функция. Частица в потенциальной яме. Квантовые числа (главное, орбитальное, магнитное, спиновое). Энергетические уровни атома водорода.

Спин и магнитный момент электрона. Единица магнитного момента - магнетон Бора. Опыты Штерна–Герлаха.

Многоэлектронные атомы. Принцип Паули. Электронные оболочки и подоболочки. Эффект Зеемана. Периодическая система элементов Д. И. Менделеева. Характеристические рентгеновские спектры. Закон Мозли.

Молекулярные спектры. Люминесценция. Комбинационное рассеяние света. Спонтанное и вынужденное (индуцированное) излучение. Лазеры. Понятие о нелинейной оптике. Зонная теория проводимости. Сверхпроводимость.

Радиоактивность. Законы радиоактивного распада. Экспериментальные методы изучения ядерных излучений. Масс-спектрографы. Строение ядра. Модели ядра, заряд и масса. Ядерные силы. Дефект массы и энергия связи. Капельная и оболочечная модели ядра.

Ядерные реакции (законы сохранения, энергетический эффект, пороговая энергия, эффективное сечение реакции) при облучении протонами, нейтронами, g–квантами. Реакции деления и синтеза. Цепные ядерные реакции. Термоядерные реакции. Ядерная энергетика и экология.

Элементарные частицы: определение и классификация. Частицы и античастицы.

Фундаментальные взаимодействия. Лептоны и адроны. Закон сохранения барионных и лептонных чисел. Строение частиц. Кварковая модель нуклонов. Глюоны.

ПЕРЕЧЕНЬ КЛЮЧЕВЫХ СЛОВ

Механика. Абсолютная и относительная деформации. Амплитуда колебаний. Вектор положения. Вектор Умова. Волновое уравнение. Волновые процессы. Вращательное движение. Вынужденные колебания. Гармонические колебания. Гидростатическое давление. Гироскоп. Гироскопический эффект. Главные оси инерции твердого тела. Давление. Деформация. Механическое напряжение. Динамика. Закон Архимеда. Закон Гука. Закон Ньютона для вязкого течения. Закон Паскаля. Закон сохранения импульса. Затухающие колебания, коэффициент затухания, логарифмический декремент. Идеальная несжимаемая жидкость. Импульс. Инерциальные системы отсчета (ИСО). Интернациональная система единиц (СИ). Интерференция волн. Кинетическая энергия. Колебания. Консервативные (потенциальные) силы. Криволинейное движение. Линии тока. Масса. Материальная точка. Маятники. Метод векторных диаграмм. Момент импульса. Момент инерции. Момент силы. Основное уравнение динамики вращательного движения твердого тела. Перемещение. Период. Плотность потока энергии. Плотность энергии. Полная механическая энергия. Постулаты Эйнштейна. Поступательное движение. Потенциальная энергия. Прецессия гироскопа. Принцип относительности Галилея. Продольные и поперечные волны. Прямолинейное движение. Путь. Работа и мощность. Равновесие. Равномерное движение. Равнопеременное движение. Резонанс. Свободные оси вращения. Сила. Система отсчета. Скорость. Специальная теория относительности (СТО). Статика. Стационарное течение жидкости. Стоячие волны. Сферические, цилиндрические, плоские волны. Бегущая волна. Твердое тело. Теорема Штейнера–Гюйгенса. Трубки тока. Угловая скорость. Угловое перемещение. Угловое ускорение. Упругий и неупругий удары. Уравнение Бернулли. Уравнение Мещерского. Уравнение неразрывности для трубки тока. Ускорение. Фаза. Фигуры Лиссажу. Формула Циолковского. Центр масс. Частота. Число Рейнольдса.

Молекулярная физика. Абсолютная температура. Адиабатический процесс. Аморфные и кристаллические тела. Анизотропия кристаллов. Барометрическая формула. Ближний порядок. Вечный двигатель. Влажность. Внутреннее трение. Внутренняя энергия. Второй закон термодинамики. Газовые законы. Давление газа. Дальний порядок в кристаллах. Диаграмма равновесия. Диффузия. Жидкие кристаллы. Закон Дюлонга и Пти. Закон соответственных состояний. Идеальный газ. Изопроцессы: изотермический, изобарный, изохорный. Капиллярные явления. Критическое состояние. Молекулярно–кинетическая теория. Насыщенный пар. Обратимые и необратимые процессы. Осмотическое давление. Параметры состояния. Первый закон термодинамики. Плавление и кристаллизация. Поверхностное натяжение. Поверхностный слой. Постоянная Авогадро. Постоянная Больцмана. Приведенная теплота. Работа. Количество теплоты. Распределение Максвелла–Больцмана. Реальные газы. Свободная энергия. Смачивание. Средняя длина и среднее время свободного пробега молекул. Теорема Нернста. Теоремы Карно. Тепловые машины. Теплоемкость. Теплопроводность. Термодинамика. Термодинамическая система. Термодинамический и статистический подход. Термодинамическое равновесие. Тройная точка. Уравнение Ван–дер–Ваальса. Уравнение Клапейрона–Клаузиуса. Уравнение состояния. Фазовые переходы. Формула Лапласа. Цикл Карно. Энтропия. Эффект Джоуля–Томсона. Явление переноса.

Электричество и магнетизм. Вектор Умова–Пойнтинга. Газовый разряд. Действующие значения силы переменного тока. Диа–, пара– и ферромагнетизм. Диполь. Диэлектрическая проницаемость. Закон Био–Савара–Лапласа. Закон Вольта. Закон Джоуля–Ленца. Закон Ома для неразветвленной цепи переменного тока. Закон Ома для участка электрической цепи. Закон Фарадея. Закон электромагнитной индукции. Индуктивность. Индукция электростатического поля. Индукция. Катодные лучи. Конденсаторы. Контактная разность потенциалов. Магнитная проницаемость. Магнитное поле. Напряженность. Полупроводники. Постоянный электрический ток. Потенциал. Поток вектора напряженности. Правила Кирхгофа. Правила Ленца. Самоиндукция. Принцип суперпозиции. Проводники. Пьезоэлектричество. Работа и мощность электрического тока. Разветвленные цепи. Сверхпроводимость. Сегнетоэлектрики. Сила Ампера. Сила Лоренца. Магнетики. Сила тока. Сопротивление проводника. Сторонние силы. ЭДС, разность потенциалов и напряжение. Теорема Остроградского–Гаусса. Термоэлектрические явления. Термоэлектронная эмиссия. Токи смещения. Точечный электрический заряд. Трансформаторы. Уравнения Максвелла. Шкала электромагнитных волн. Эквипотенциальность. Электреты. Электризация. Электрические колебания. Электрический колебательный контур. Электрическое поле. Электроемкость. Электролитическая диссоциация. Электромагнитная индукция. Электромагнитное поле. Электростатическое поле.

Оптика. Волны де Бройля. Волны. Геометрическая оптика. Голография. Дисперсия. Дифракционная решетка. Дифракция. Зрительные трубы. Идеальная оптическая система. Интерференция. Когерентность. Линза. Лупа. Луч. Лучевые поверхности. Микроскоп. Оптическая сила линзы. Оптические приборы. Оптическое излучение. Параксиальные пучки. Поляризация. Рентгеновское излучение. Сопряженные точки. Тепловое излучение. Фотометрические величины. Фотоны. Фотоэффект.

Физика атома, твердого тела и атомного ядра. Адроны. Волновая функция. Глюоны. Дефект массы. Зонная теория проводимости. Квантовые числа. Кварки. Лазеры. Лептоны. Магнитный момент. Нейтроны. Нуклоны. Орбитальный момент. Подоболочки. Постулаты Бора. Принцип Паули. Протоны. Радиоактивность. Спектры. Спин. Электронные оболочки. Элементарные частицы. Энергетические уровни. Энергия связи. Ядерные реакции. Ядро.

ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
МЕХАНИКА

Тема	Л/р
Введение. Механика: предмет и задачи. Кинематика. Кинематические физические величины. Прямолинейное движение: равномерное, равнопеременное движение.
Криволинейное движение. Скорость и ускорение при криволинейном движении. Нормальное и тангенциальное ускорение.
Движение точки по окружности. Угловые кинематические величины. Их связь с линейными характеристиками. Движение по окружности с постоянной по модулю скоростью, с постоянным ускорением.
Динамика материальной точки. Законы классической механики. Импульс. Закон сохранения импульса материальной точки.
Силы в механике. Силы тяготения. Силы упругости. Силы трения.
Динамика системы материальных точек. Импульс системы. Закон сохранения импульса системы точек.
Реактивное движение. Движение точки переменной массы.
Механическая работа. Мощность. Механическая энергия. Кинетическая и потенциальная энергия. Закон сохранения механической энергии. Применение законов сохранения импульса и энергии.
Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности Галилея. Элементы СТО. Неинерциальные системы отсчета.
Механика абсолютно твердого тела. Кинематика движения твердого тела. Момент импульса материальной точки относительно точки и относительно оси. Момент силы относительно точки, относительно оси. Основное уравнение моментов. Момент импульса системы материальных точек. Закон сохранения момента импульса.
Динамика вращательного движения твердого тела вокруг неподвижной оси. Момент инерции. Теорема Штейнера–Гюйгенса. Момент импульса твердого тела относительно оси. Момент силы относительно оси. Основное уравнение динамики вращательного движения твердого тела. Применение закона сохранения момента импульса к вращающимся телам. Работа и мощность при вращательном движении. Кинетическая энергия вращающегося тела.
Понятие о главных осях инерции твердого тела. Свободные оси вращения. Гироскоп, прецессия гироскопа. Гироскопические силы, гироскопический эффект.
Механика жидкостей и газов. Статика жидкостей и газов. Течение идеальной несжимаемой жидкости. Уравнение неразрывности для трубки тока. Уравнение Бернулли.
Механические колебания. Кинематика колебательного движения. Гармонические колебания. Их характеристики.
Динамика колебательного движения. Пружинный, математический и физический маятники. Уравнение движения при малых колебаниях, собственные частоты и периоды колебаний этих систем. Энергия при колебательном движении, закон сохранения энергии.
Затухающие колебания и их характеристики: коэффициент затухания, логарифмический декремент, добротность колебательной системы. Вынужденные колебания под действием гармонической вынуждающей силы. Резонанс.
Механические волны. Продольные и поперечные волны. Сферические, цилиндрические, плоские волны. Уравнения плоской гармонической бегущей волны смещения, скорости, ускорения и деформации. Энергия бегущей волны. Плотность потока энергии. Вектор Умова.
Элементы акустики. Скорость звуковой волны. Характеристики звука. Ультразвук. Инфразвук.
Элементы статики твердого тела . Условия равновесия, виды равновесия. Простые механизмы.
Всего:

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА

Тема	Л/р
Предмет молекулярной физики. Термодинамический и статистический подход к изучению макроскопических систем.
Основные представления молекулярно–кинетической теории газов. Экспериментальное обоснование молекулярно–кинетической теории вещества. Давление газа. Абсолютная температура. Идеальный газ. Уравнение состояния идеального газа. Газовые законы.
Основное уравнение кинетической теории газов. Постоянная Больцмана. Молекулярно–кинетическое истолкование абсолютной температуры и давления. Измерение температуры.
Измерение скоростей молекул, опыт Штерна. Распределение скоростей по Максвеллу.
Барометрическая формула. Распределение Максвелла–Больцмана. Экспериментальное определение постоянной Авогадро.
Распределение энергии молекул по степеням свободы. Флуктуации в идеальном газе.
Явление переноса в газах. Средняя длина и среднее время свободного пробега молекул. Диффузия.
Внутреннее трение. Теплопроводность. Теплопроводность и внутреннее трение при низком давлении, технический вакуум. Методы измерения низких давлений.
Основы термодинамики. Термодинамическая система. Термодинамическое равновесие. Параметры состояния. Внутренняя энергия. Взаимодействие термодинамических систем.
Работа и теплота как формы обмена энергией между системами. Квазистатические процессы. Первый закон термодинамики и его применение к изопроцессам.
Теплоемкость. Классическая теория и эксперимент. Вывод уравнения адиабаты. Скорость звука в газе.
Второй закон термодинамики. Обратимые и необратимые процессы. Тепловые машины. Цикл Карно. Теоремы Карно. Реальные циклы. Неосуществимость вечных двигателей.
Энтропия. Приведенная теплота. Свободная энергия. Статистическое истолкование второго закона термодинамики.
Теорема Нернста. Недостижимость абсолютного нуля.
Реальные газы. Экспериментальные изотермы реального газа. Уравнение Ван–дер–Ваальса. Сопоставление изотерм Ван–дер–Ваальса с экспериментальными изотермами.
Критическое состояние. Закон соответственных состояний.
Внутренняя энергия реального газа. Эффект Джоуля–Томсона. Сжижение газов и получение низких температур.
Свойства жидкого состояния. Близкий порядок. Фундаментальные эксперименты. Поверхностный слой. Поверхностное натяжение. Смачивание.
Формула Лапласа. Капиллярные явления. Давление насыщенных паров над мениском.
Растворы, вода, особенности физических свойств. Осмотическое давление.
Твердые тела. Аморфные и кристаллические тела. Дальний порядок в кристаллах. Классификация кристаллов по типу связей, анизотропия кристаллов.
Фазовые переходы. Равновесие жидкости и пара. Влажность. Уравнение Клапейрона–Клазиуса.
Упругие свойства кристаллов. Тепловые свойства кристаллов, тепловое расширение. Плавление и кристаллизация.
Дефекты в кристаллах. Жидкие кристаллы (классификация, тепловые свойства, полиморфизм).
Диаграмма равновесия твердой, жидкой и газовой фаз. Тройная точка.
Теплоемкость кристаллов. Закон Дюлонга и Пти. Затруднения классической физики в объяснении температурной зависимости теплоемкости твердых тел. Основы квантовых представлений
Полимеры. Классификация, тепловые свойства. Жидкокристаллические полимеры.
Всего:

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ

Тема	Л/р
Электростатика. Электрический заряд. Закон Кулона. Электростатическое поле и его напряженность. Принцип суперпозиции электрических полей. Теорема Гаусса для электростатического поля. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля. Потенциал электростатического поля. Проводники в электрическом поле. Диэлектрики в электрическом поле. Электроемкость проводника. Конденсаторы.
Постоянный электрический ток. Сила тока. III закон Ома для участка электрической цепи. сопротивление проводника. Сторонние силы. Электродвижущая сила. Дифференциальная форма III закона Ома. Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля-Ленца.
Магнитное поле электрического поля. Взаимодействие токов между собой и с магнитом. Вектор магнитной индукции. Закон Био-Савара-Лапласа. Магнитное поле прямого, кругового и соленоидального токов. Циркуляция вектора индукции магнитного поля. Магнитный поток. Магнитное поле в магнетиках. Напряженность магнитного поля. Силы, действующие на ток в магнитном поле. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца.
Электромагнитное поле. Электромагнитная индукция. Закон электромагнитной индукции. Самоиндукция. Индуктивность. Гипотезы Максвелла. Токи смещения. Система уравнения Максвелла в интегральной форме. Опыты Герца. Электромагнитные волны и скорость их распространения. Шкала электромагнитных волн.
Переменный ток. Получение переменной ЭДС. Резистор, катушка индуктивности, конденсатор в цепи переменного тока. Работа и мощность переменного тока. Электрический колебательный контур. Формула Томсона. Генератор электрических колебаний.
Электрический ток в электролитах, газах. Электролитическая диссоциация. Закон Ома для электролитов. Законы Фарадея. Процессы ионизации и рекомбинации. Несамостоятельные и самостоятельные заряды. Виды заряда (тлеющий, дуговой, искровой и коронный).
Электрический ток в полупроводниках. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Зависимость электрической проводимости полупроводников от температуры и освещенности. Контактные явления в полупроводниках. Полупроводниковый диод, транзистор.
Всего:

Физика – наука экспериментальная. Под экспериментом понимают опыт, т. е. наблюдение исследуемого явления в учитываемых условиях, позволяющих следить за его ходом и воссоздавать каждый раз при повторении тех же условий. Поэтому понимание о и сознание физической теории невозможно без подтвержденных данных, т. е. без эксперимента. Она предполагает активную самостоятельную позицию учащихся в учении; развитие общеучебных умений и навыков: в первую очередь исследовательских и самооценочных; Формирование умений, которые связаны с опытом, их применения в практической деятельности, приоритетное нацеливание на развитие познавательного интереса учащихся, реализацию принципа связи обучения с жизнью.

Для многих учащихся материал по физике, изложенный в книгах и учебниках, остается долгое время непонятным. И интерес к данному предмету из-за непонимания снижается, что ведет к непониманию предмета и снижению успеваемости.

Как пробудить у учащихся тягу к знаниям? Как оживить процесс обучения, как создать атмосферу радостной приподнятости, сопутствующей поиску и творчеству? Как сделать учебную деятельность жизнерадостной, увлекательной и интересной.

Поможет решить эти вопросы при обучении физики постановка ученика в условия исследователя, на место учёного или первооткрывателя

Для учащегося наблюдения и опыты, и организация исследовательской деятельности при изучении физики – необходимый фактор, позволяющий повысить интерес к физической науке, сделать её увлекательной, занимательной и полезной и осознать, что физика – это не страшно, физика – это интересно.

Именно эксперимент помогает ученику не только лучше понять теорию, но и активно включаться в работу на уроке, выдвигать свои теории для решения проблемы, решать не только вместе с учителем поставленные задачи, но и даже самостоятельно. Эксперимент составляет важную сторону практики. С его помощью наука в состоянии не только объяснить явления материального мира, но и непосредственно овладеть ими. Поэтому эксперимент является одним из главных средств связи науки с жизнью.

Эксперимент является одновременно источником знаний, методом обучения и средством активизации познавательной деятельности учащегося.

Он ставится для всего класса. Значительная часть учащихся, особенно мальчиков, имеет рано пробудившийся интерес к технике вообще. Поэтому появление на демонстрационном столе любых технических устройств в виде приборов демонстрационного эксперимента привлекает их внимание.

Для успешной исследовательской деятельности необходимо выработать у учащихся навыки работы своими руками и пробудить интерес к исследовательской работе.

Важно, чтобы учащиеся научились:

Ставить цель;

Составлять план исследований;

Подбирать необходимые приборы и материалы;

Собирать необходимые установки;

Проводить исследования и формулировать выводы

Психологи отмечают, что сложный зрительный материал запоминается лучше, чем его описание. Поэтому демонстрация опытов запечатлевается лучше, чем его рассказ учителя о физическом опыте.

В практике обучения физике в школе сложились три вида экспериментальных занятий:

Физический практикум;

Домашние экспериментальные работы по физике.

Остановимся на домашних экспериментах по физике.

Сегодня в сфере образования набирают силу новые критерии оценки качества образования, учитывающие динамику развития каждого учащегося. Это связано с нарастающей скоростью перемен в обществе: меняются государства, технологии, уклад жизни, появляются новые продукты и потребности, меняются формы работы. Наиболее успешными становятся люди, которые могут за ограниченное время создать уникальный продукт или услугу, перестроится и овладеть новыми методами работы, предложить неординарный выход из проблемной ситуации, то есть реализовать определенные компетенции. Необходимость быстрого поиска решения возникающих производственных и научных задач привела к распространению самостоятельной деятельности как технологии решения проблем. Понятно, что успешных специалистов можно получить, только если формировать их со школьной скамьи. В результате самостоятельная деятельность учащихся необратимо станет одной из важнейших форм современного образования.

При проведении демонстрационного опыта в классе время, отводимое на опыт, ограничивается продолжительностью урока, а на самом деле еще меньше. При этом основную деятельность выполняют учитель и, в лучшем случае, один - два ученика. Остальные только наблюдают за проведением опыта. Часто после урока, на котором проводилась демонстрация, к столу учителя подходит много детей, желающих покрутить ручку генератора, потрогать стакан с водой на ощупь, чтобы определить его температуру и так далее. Это всё показывает то, что многие дети сами хотят ставить опыты, им это интересно! Учителя всегда стараются (конечно, если это хорошие учителя) вести обучение таким образом, чтобы детям было интересно. А тут и искать ничего не надо - дети сами дают подсказку о том, что они не прочь поэкспериментировать сами, посмотреть те явления, о которых рассказывал учитель в теории, на практике.

А что будет, если учитель предложит ученикам выполнить опыт или провести наблюдение вне школы, то есть дома или на улице? Сейчас на передовые исследования нужны огромные средства, которые не всегда имеются даже у некоторых стран. Таким образом, опыты, задаваемые на дом, должны не требовать применения каких-либо приборов и существенных материальных затрат. Может показаться, что научная ценность таких опытов, очень мала. Но разве плохо, если ребенок сам может проверить открытый за много лет до него закон или явление? Опыт - задание творческое, делая что-либо самостоятельно, ученик, хочет он этого или нет, а задумается: как проще провести опыт, где встречался он с подобным явлением на практике, где еще может быть полезно данное явление. Здесь надо заметить то, чтобы дети научились отличать физические опыты от всяческих фокусов, не путать одно с другим.

Что необходимо ребенку, чтобы провести опыт дома? В первую очередь, наверное, это достаточно подробное описание опыта, с указанием необходимых предметов, где в доступной для ребенка форме сказано, что надо делать, на что обратить внимание. В школьных учебниках физики на дом предлагается либо решать задачи, либо отвечать на поставленные в конце параграфа вопросы. Там редко можно встретить описание опыта, который рекомендуется школьникам для самостоятельного проведения дома. Следовательно, если учитель предлагает ученикам проделать что-либо дома, то он обязан дать им подробный инструктаж. Опыт не должен требовать от ученика каких-либо существенных материальных затрат, при проведении опыта должны использоваться предметы и вещества, которые есть практически в каждом доме: посуда, банки, бутылки, вода, соль и так далее. Выполняемый дома школьниками эксперимент должен быть простым по выполнению и оборудованию, но, в то же время, являться ценным в деле изучения и понимания физики в детском возрасте, быть интересным по содержанию.

Главные задачи домашнего эксперимента:

Формирование умения наблюдать физические явления в природе и в быту;

Формирование умения выполнять измерения с помощью измерительных средств, использующихся в быту;

Формирование интереса к эксперименту и к изучению физики;

Формирование самостоятельности и активности.

Домашние лабораторные работы могут быть классифицированы в зависимости от используемого при их выполнении оборудования:

Работы, в которых используются предметы домашнего обихода и подручные материалы (мерный стакан, рулетка, бытовые весы и т. п.);

Работы, в которых используются самодельные приборы (рычажные весы, электроскоп и др.);

Работы, выполняемые на приборах, выпускаемых промышленностью.

Домашний эксперимент можно задавать после прохождения темы в классе. Тогда ученики увидят собственными глазами и убедятся в справедливости изученного теоретически закона или явления. При этом полученные теоретически и проверенные на практике знания достаточно прочно отложатся в их сознании.

А можно и наоборот, задать задание на дом, а после выполнения провести объяснение явления. Таким образом, можно создать у учащихся проблемную ситуацию и перейти к проблемному обучению, которое непроизвольно рождает у учащихся познавательный интерес к изучаемому материалу, обеспечивает познавательную активность учащихся в ходе обучения, ведет к развитию творческого мышления учеников. В таком случае, даже если школьники не смогут объяснить увиденное дома на опыте явление сами, то они будут с интересом слушать рассказ преподавателя.

Примеры домашних экспериментов по физике:

Трение.

1. Возьмите длинную тяжелую книгу, перевяжите ее тонкой ниткой и

прикрепите к нитке резиновую нить длиной 20 см. Положите книгу на стол и очень медленно начинайте тянуть за конец резиновой нити. Попытайтесь измерить длину растянувшейся резиновой нити в момент начала скольжения книги. Измерьте длину растянувшейся книги при равномерном движении книги. Положите под книгу две тонкие цилиндрические ручки (или два цилиндрических карандаша) и так же тяните за конец нити. Измерьте длину растянувшейся нити при равномерном движении книги на катках. Сравните три полученных результата и сделайте выводы. Примечание. Следующее задание является разновидностью предыдущего. Оно так же направлено на сравнение трения покоя, трения скольжения и трения качения.

2.Положите на книгу шестигранный карандаш параллельно ее корешку. Медленно поднимайте верхний край книги до тех пор, пока карандаш не начнет скользить вниз. Чуть уменьшите наклон книги и закрепите ее в таком положении, подложив под нее что-нибудь. Теперь карандаш, если его снова положить на книгу, съезжать не будет. Его удерживает на месте сила трения - сила трения покоя. Но стоит эту силу чуть ослабить - а для этого достаточно щелкнуть пальцем по книге, - и карандаш поползет вниз, пока не упадет на

стол. (Тот же опыт можно проделать, например, с пеналом, спичечным коробком, ластиком и т. п.). Подумайте, почему гвоздь легче вытащить из доски, если вращать его вокруг оси? Чтобы толстую книгу передвинуть по столу одним пальцем, надо приложить некоторое усилие. А если под книгу положить два круглых карандаша или ручки, которые будут в данном случае роликовыми подшипниками, книга легко передвинется от слабого толчка мизинцем. Проделайте опыты и сделайте сравнение силы трения покоя, силы трения скольжения и силы трения качения.

3. На этом опыте можно наблюдать сразу два явления: инерцию, опыты с

которой будут описаны дальше, и трение. Возьмите два яйца: одно сырое, а другое сваренное вкрутую. Закрутите оба яйца на большой тарелке. Вы видите, что вареное яйцо ведет себя иначе, чем сырое: оно вращается значительно быстрее. В вареном яйце белок и желток жестко связаны со своей скорлупой и между собой т. к. находятся в твердом состоянии. А когда мы раскручиваем сырое яйцо, то мы раскручиваем сначала лишь скорлупу, только потом, за счет трения, слой за слоем вращение передается белку и желтку. Таким образом, жидкие белок и желток своим трением между слоями тормозят вращение скорлупы. Примечание. Вместо сырого и вареного яиц можно закрутить две кастрюли,

в одной из которых вода, а в другой находится столько же по объему крупы.

Давление газов. Атмосферное давление.

1. Ополосните пластиковую бутылку горячей водой и плотно закройте крышкой. По мере остывания в ней воздуха до комнатной температуры, давление внутри падает, атмосферное давление сдавливает бутылку с боков. Почему?

2. Модель работы легких. Отрежьте дно у пластиковой бутылки. Натяните на горлышко воздушный шарик и протолкните его внутрь. Отрезанную часть бутылки затяните пленкой от другого воздушного шарика или от использованной резиновой перчатки и закрепите ее скотчем. При оттягивании пленки объем воздуха внутри бутылки увеличивается, давление уменьшается и становится меньше атмосферного, шарик надувается. При надавливании на нижнюю пленку объем воздуха в бутылке уменьшается, давление становится больше атмосферного, шарик сжимается.

3. Надуйте воздушный шарик. О каких свойствах газа и оболочки шарика свидетельствует его форма. Почему, направляя струю воздуха в определенном направлении, мы заставляем шарик раздуваться сразу по всем направлениям? Почему не все воздушные шарики принимают сферическую форму?

4. С помощью трубочки или соломинки и мыльного раствора получите мыльный пузырь. Объясните, почему мыльный пузырь, отделенный от трубочки, имеет шарообразную форму.

5. Сконструируйте картезианский водолаз , пользуясь пластиковой бутылкой или 3-х литровой банкой с пластиковой крышкой. Поплавок изготовьте из обычного прозрачного пузырька, например из-под пенициллина, заполнив его водой более чем на 1/3 объема. В пробке пузырька сделайте шилом отверстие и в него плотно вставьте трубочку длиной 10мм от стержня шариковой ручки. Можно взять пипетку и наполнить её водой так, чтобы она плавала вертикально, практически полностью погрузившись в воду. После наполнения бутылки (банки) водой опустите в нее поплавок. При нажатии на крышку банки или нажиме на бутылку поплавок опускается. Проследите за объемом воды в поплавке при его погружении и подъеме. Поплавок можно изготовить из колпачка от фломастера или от шариковой ручки. Чтобы колпачок плавал вертикально, вставьте в него несколько скрепок. Можно из фольги сделать "пропеллер" и надеть его на колпачок, тогда водолаз будет опускаться и подниматься, вращаясь.

6. Зажженную свечу или бумагу подержите внутри стакана, перевернутого вверх дном. Затем быстро поставьте стакан также вверх дном на поверхность надутого воздушного шарика. Опишите наблюдаемые явления.

Заключение.

Таким образом если учителя будут применять домашние экспериментальные задания в своей работе, то это положительно скажется на процессе обучения школьников физике и на их общем развитии, результатом обучения будет развитие разностороннего, оригинального, не скованного узкими рамками мышления. А - это путь к развитию высокой интеллектуальной активности обучаемых.. Учащиеся смогут не только по-настоящему понять многие процессы, происходящие вокруг него, но главное - применять полученные знания и опыт в своей жизни.

Список литературы.

Избранное. - Челябинск: ЧГПУ, 2000. . Активизация познавательной деятельности учащихся при изучении физики. - Москва: Просвещение, 1983. . Активизация мышления учащихся на уроках физики. - Москва: Просвещение, 1980. Методика преподавания физики в 7-8 классах средней школы . // Под ред. . - Москва: Просвещение, 1990. Ресурсы Интернет.

Экспериментальная физика - Шутов В.И ., Сухов В.Г. , Подлесный Д.В . - 2005

Описаны экспериментальные работы, входящие в программу физико-математических лицеев в рамках физического практикума. Пособие представляет собой попытку создания единого руководства для проведения практических занятий в классах и школах с углубленным изучением физики, а также для подготовки к экспериментальным турам олимпиад высокого уровня.
Вводный материал традиционно посвящен методам обработки экспериментальных данных. Описание каждой экспериментальной работы начинается с теоретического введения. В экспериментальной части приводятся описания экспериментальных установок и задания, регламентирующие последовательность работы учащихся при проведении измерений. Приводятся образцы рабочих таблиц для записи результатов измерений, рекомендации по методам обработки и представления результатов и требования к оформлению отчетов. В конце описаний предлагаются контрольные вопросы, ответы на которые учащиеся должны подготовить к защите работ.
Для школ и классов с углубленным изучением физики.

Введение.

Погрешности физических величин. Обработка результатов измерений.

Практическая работа 1. Измерение объема тел правильной формы.
Практическая работа 2. Исследование прямолинейного движения тел в поле земного тяготения на машине Атвуда.
Практическая работа 3. Сухое трение. Определение коэффициента трения скольжения.
Теоретическое введение к работам по колебаниям.
Практическая работа 4. Изучение колебаний пружинного маятника.
Практическая работа 5. Изучение колебаний математического маятника. Определение ускорения свободного падения.
Практическая работа 6. Изучение колебаний физического маятника.
Практическая работа 7. Определение моментов инерции тел правильной формы методом крутильных колебаний.
Практическая работа 8. Изучение законов вращения твердого тела на крестообразном маятнике Обербека.
Практическая работа 9. Определение отношения молярных теплоемкостей воздуха.
Практическая работа 10. Стоячие волны. Измерение скорости волны в упругой струне.
Практическая работа 11. Определение отношения ср/с ι? для воздуха в стоячей звуковой волне.
Практическая работа 12. Изучение работы электронного осциллографа.
Практическая работа 13. Измерение частоты колебаний путем исследования фигур Лиссажу.
Практическая работа 14. Определение удельного сопротивления нихромовой проволоки.
Практическая работа 15. Определение сопротивления проводников компенсационным методом Уитстона.
Практическая работа 16. Переходные процессы в конденсаторе. Определение емкости.
Практическая работа 17. Определение напряженности электрического поля в цилиндрическом проводнике с током.
Практическая работа 18. Исследование работы источника в цепи постоянного тока.
Практическая работа 19. Изучение законов отражения и преломления света.
Практическая работа 20. Определение фокусных расстояний собирающей и рассеивающей линз.
Практическая работа 21. Явление электромагнитной индукции. Исследование магнитного поля соленоида.
Практическая работа 22. Исследование затухающих колебаний.
Практическая работа 23. Изучение явления резонанса в цепи переменного тока.
Практическая работа 24. Дифракция Фраунгофера на щели. Измерение ширины щели «волновым методом».
Практическая работа 25. Дифракция Фраунгофера. Дифракционная решетка как оптический прибор.
Практическая работа 26. Определение показателя преломления стекла «волновым» методом.
Практическая работа 27. Определение радиуса кривизны линзы в эксперименте с кольцами Ньютона.
Практическая работа 28. Исследование поляризованного света.

Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Экспериментальная физика - Шутов В.И., Сухов В.Г., Подлесный Д.В. - 2005 - fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.

Скачать djvu
Ниже можно купить эту книгу по лучшей цене со скидкой с доставкой по всей России.

Физика - экспериментальная наука. В трудах Галилея, Ньютона и других исследователей утвердился ее основной метод: любое предсказание теории должно быть подтверждено опытом. В XVII, XVIII и XIX вв. одни и те же люди и проводили теоретический анализ, и сами проверяли свои выводы на опыте. Но в XX в. стремительное накопление знаний, развитие техники, все, что носит название научно-технической революции, привели к тому, что одному человеку стало не под силу и создавать теории, и ставить эксперименты.

Произошло разделение физиков на теоретиков и экспериментаторов (см. Теоретическая физика). Конечно, нет правил без исключений, и иногда теоретики ставят опыты, а экспериментаторы занимаются теорией. Но с каждым годом таких исключений становится все меньше.

Сейчас в руках экспериментаторов имеется сложная и мощная техника: ускорители, ядер-ные реакторы, техника сверхвысокого вакуума, глубокого охлаждения и, конечно, электроника. Она совершенно преобразила возможности опыта, и это можно проиллюстрировать на таком примере.

В начале нашего века Э. Резерфорд и его сотрудники регистрировали в своих экспериментах альфа-частицы с помощью экрана из сернистого цинка и микроскопа (см. Ядро атомное). При попадании каждой частицы на экран последний давал слабую вспышку света, которую можно было разглядеть в микроскоп. Перед началом опыта исследователям приходилось часами сидеть в темноте для обострения чувствительности глаз. Максимальное число импульсов, которое удавалось сосчитать, - было два-три в секунду. Через несколько минут глаза уставали.

А сейчас специальные электронные приборы - фотоумножители - в состоянии различить и превратить в электрические импульсы гораздо более слабые световые вспышки. Они успевают сосчитать десятки и сотни тысяч импульсов в секунду. И не только сосчитать. Специальные схемы, используя форму электрического импульса (повторяющего световой), дают информацию об энергии, заряде, даже о типе частицы. Эта информация запоминается и обрабатывается быстродействующими вычислительными машинами.

Следует отметить, что у экспериментальной физики двоякие отношения с техникой. С одной стороны, физика, открывая неизвестные еще области, такие, как электричество, атомная энергия, лазеры, постепенно осваивает их и передает в руки инженеров. С другой стороны, после того как техника создала соответствующие приборы и даже новые отрасли промышленности, экспериментальная физика начинает использовать эти приборы при постановке опытов. И это позволяет ей все глубже проникать в тайны материи.

Современные средства проведения эксперимента требуют участия уже целого коллектива экспериментаторов.

Экспериментальное исследование можно условно разбить на три части: подготовка, измерение, обработка разультатов.

Когда рождается идея опыта, на повестку дня становится возможность его осуществления, создания новой установки или переделки старой. На этой стадии необходимо проявить максимальную предусмотрительность.

«Я всегда придавал очень большое значение тому, как был задуман и поставлен опыт. Конечно, надо исходить из определенной, заранее продуманной идеи; но каждый раз, когда это только возможно, опыт должен оставлять максимальное число открытых окон для того, чтобы можно было наблюдать непредусмотренное явление, - писал выдающийся французский физик Ф. Жолио-Кюри.

При конструировании и изготовлении установки на помощь эскпериментатору приходят специализированные конструкторские бюро, мастерские, иногда и большие заводы. Широко используются готовые приборы и блоки. Тем не менее на долю физиков выпадает самая ответственная работа: создание тех узлов, которые являются уникальными и которые порой никогда и нигде еще не применялись. Поэтому выдающиеся физики-экспериментаторы всегда были и очень хорошими инженерами.

Когда установка собрана, приходит время проведения контрольных экспериментов. Их результаты служат для проверки работоспособности аппаратуры и снятия ее характеристик.

А потом начинаются основные измерения, которые иногда могут продолжаться очень долго. Своеобразный рекорд был поставлен при регистрации солнечных нейтрино - измерения продолжались 15 лет.

Обработка результатов тоже далеко не простое дело. Существуют области экспериментальной физики, в которых на обработке сосредоточен центр тяжести всего опыта, например на обработке снимков, полученных в пузырьковой камере. Камеры установлены на пути пучков крупнейших в мире ускорителей. В них на следе пролетевшей частицы образуется цепочка пузырьков. След становится видным и может быть сфотографирован. Камера "выдает" десятки тысяч фотографий в сутки.

Еще недавно (сейчас и здесь на помощь пришла автоматика) сотни лаборантов сидели у просмотровых столиков за проекционными микроскопами, производя первичный отбор фотографий. Затем в действие вступали автоматизированные установки и ЭВМ. И уже после всего этого исследователи получали нужную информацию, могли строить графики, производить расчеты.

Советским экспериментаторам есть чем гордиться. Перед революцией в России насчитывалось всего несколько десятков серьезно работающих физиков. Большинство из них проводили исследования в неприспособленных помещениях и с самодельными приборами. Поэтому открытия мирового класса, сделанные П. Н. Лебедевым (давление света), А. Г. Столетовым (исследования фотоэффекта), можно назвать настоящим подвигом.

Наша экспериментальная физика была заложена в трудных условиях первых лет Советской власти. Она создавалась усилиями таких ученых, как А. Ф. Иоффе, С. И. Вавилов и ряд других. Они были экспериментаторами, учителями, организаторами науки. Их ученики и ученики их учеников прославили отечественную физику. Излучение Вавилова - Черенкова (см. Вавилова-Черенкова эффект), сверхтекучесть, комбинационное рассеяние света, лазеры - перечисление только крупнейших открытий советских ученых может занять много страниц.

Развитие экспериментальной физики не похоже на гладкую и накатанную дорогу. Трудом многих людей накапливаются наблюдения, производятся опыты и расчеты. Но вот рано или поздно постепенный рост наших знаний претерпевает резкий скачок. Происходит открытие. Многое из того, к чему все так привыкли, представляется совсем в ином свете. И надо дополнять, переделывать, иногда создавать заново теорию, спешно производить новые эксперименты.

Поэтому многие выдающиеся ученые сравнивали путь науки с дорогой в горах. Она идет далеко не по прямой, заставляет путников подниматься по крутым склонам, иногда отступать назад, чтобы в конце концов достигнуть вершины. И тогда с побежденной высоты открываются новые вершины и новые пути.

Слишком много книг? Вы можете уточнить книги по запросу «Экспериментальная физика» (в скобках показано количество книг для данного уточнения)

Переключить стиль отображения:

Молекулярная теория адсорбции в пористых телах

Отсутствует

Процессы в пористых телах составляют основу многих традиционных и современных технологий: каталитических, сорбционных, мембранных, электрохимических, хроматографических, очистки и разделения жидких и газовых смесей, капиллярной конденсации и десорбции, многофазной фильтрации и напыления, смачивания…

Отсутствует

В монографии представлены обобщенные результаты теоретических и экспериментальных исследований взаимодействия лазерного излучения с металлами при лазерной резке листовых материалов. Внимание уделено построению физико-математических моделей с учетом многообразия теплофизических процессов, главными и…

Отсутствует

Изложены теоретические и прикладные вопросы аэродинамики летательных аппаратов. Приведены сведения из кинематики и динамики газов; даны основные уравнения аэродинамики, аналитические и численные методы расчета вихревых, потенциальных, плоских, пространственных и вязких течений. Рассмотрены теории с…

Отсутствует

Книга содержит задания и возможные решения II Международной олимпиады по экспериментальной физике, проходившей с 27 ноября по 7 декабря 2014 года на базе ГБОУ Детский оздоровительно-образовательный центр «Команда». Олимпиада проводилась для учеников 8–11-х классов, включала в себя три тура, на кажд…

Отсутствует

Монография посвящена систематическому изложению основ физики флуктуационных электромагнитных полей твердых тел и их связи с фундаментальными явлениями в природе. С единых позиций излагаются современные теоретические модели тепловых полей и разнообразные способы описания их корреляционных свойств. Н…

Отсутствует

Книга посвящена проблеме фазовых превращений в твердых телах при высоком давлении (ВД). Рассмотрены следующие вопросы: фазовые равновесия при ВД в элементах (углероде, кремнии, германии, титане, цирконии, железе, галлии, церии), в соединениях I VII II VI III V типа A B ; A B ; A B , в сплавах на ос…

Отсутствует

В монографии исследованы симметричные и несимметричные отрывные течения и их перестройка около пар тел различной формы в широком диапазоне чисел Маха и Рейнольдса. Дан анализ нестационарных отрывных течений около различных тел (сфера, торец, конус), впереди которых установлена невращающаяся или вра…

Отсутствует

В монографии приведены результаты экспериментальных исследований генерации импульсных электронных и ионных пучков гигаваттной мощности в диодах со взрывоэмиссионным катодом в условиях быстрого формирования плазмы на всей рабочей поверхности катода. Рассмотрены наиболее важные физические процессы пр…

Отсутствует

Рассмотрены основные характеристики рассеянного и собственного радиотеплового излучения природных сред. Дан анализ электродинамических моделей различных поверхностей Земли и окружающей атмосферы. Разработаны модели радиотехнических сигналов и их статистических характеристик в области регистрации ан…

Книга содержит описания учебных экспериментальных исследований явления полного внутреннего отражения от границы оптически однородной и слоисто-неоднородной сред. Предложены простые физические приборы и модели. Рассмотрены занимательные и поучительные опыты. Все эксперименты доступны и могут быть по…

Отсутствует

В работе обобщены результаты исследований электретного состояния неорганических и органических оксидных соединений, рассматривается влияние электретного состояния на развитие сегнетоэлектрической поляризации и электрофизические свойства сегнетоэлектриков. Рассмотрены вопросы практического использов…

Отсутствует

Приведены основные методы расчета распределения плотности молекулярных потоков по поверхностям вакуумных установок. Исследованы основные методы моделирования вакуумных условий с заданной плотностью молекулярных потоков. На примерах рассмотрен расчет распределения плотности молекулярных потоков по п…

Отсутствует

В книге обобщаются результаты теоретического исследования процесса ускорения электронов в классическом круговом и разрезном микротронах, результаты экспериментов по проверке теоретических выводов и по исследованию свойств ускоренных в микротроне электронов. Рассматриваются пути применения микротрон…

Отсутствует

Представлены результаты экспериментальных и теоретических исследований газодинамических процессов в каналах. Исследование процессов отрывных течений позволило выявить основные закономерности, определить параметры подобия и построить на этой основе приближенные теоретические модели этого сложнейшего…

Отсутствует

В пособии освещены вопросы, связанные с основами квантовой теории, специфическими особенностями квантовых объектов и прецизионными измерениями в случае интерференции третьего порядка и самовоздействия света в средах с кубичной нелинейностью. Рассмотрены параметрическое рассеяние света в квантовых и…

Отсутствует

Изложены основы теории сжимаемости конденсированных сред, устройство и характеристики техники взрывного и ударного нагружения, принципы действия измерительных и регистрирующих устройств для газодинамических экспериментов с конденсированными веществами. Рассмотрены алгоритмы нахождения характеристик…

Отсутствует

Рассмотрены различные классы обратных задач механики деформируемого твердого тела – ретроспективные, граничные, коэффициентные, геометрические, в которых по некоторой дополнительной экспериментальной информации о решении определяются коэффициенты дифференциальных операторов, начальные условия, гран…

Отсутствует

В монографии обобщены результаты исследований, проведенных автором в области аэродинамики воздушных винтов и винтокольцевых движителей. Рассмотрены характеристики одиночных, соосных, двухрядных винтов при различном числе лопастей в профилированном кольце и без кольца. Даны характеристики воздушных …

Отсутствует

Рассматриваются физические, математические и численные модели взаимодействия потоков столкновительной и бесстолкновительной плазмы с внесенными в них телами. Проведены обширные вычислительные эксперименты, в результате которых получены функции распределения заряженных частиц в лобовой, боковой и те…

Отсутствует

Главная особенность учебника – многоуровневая концепция изложения важнейших экспериментальных фактов и основ теории физических явлений с учетом современных научных достижений. Книга включает следующие основные разделы: электромагнитная теория света, излучение света, интерференция, дифракция, диспе…

Отсутствует

Книга представляет собой том II монографии «Аэрогазодинамика реактивных сопел». Она посвящена решению такой важной проблемы, как управление отрывными течениями в доменных областях с целью снижения донного сопротивления. Сделано обобщение обширного количества, в основном, экспериментальных данных, п…

Отсутствует

Настоящая монография посвящена теории оптических высокодобротных микрорезонаторов и их применению в линейной, нелинейной, квантовой и прикладной оптике. Оптические микрорезонаторы с модами типа шепчущей галереи, предложенные впервые российскими учеными, уникально сочетают субмиллиметровый размер с …

Отсутствует

Освещены вопросы тепло- и массообмена при выращивании монокристаллов из расплава. Рассматриваются физические и математические модели процессов теплопереноса и формообразования при росте кристаллов из расплава. Основное внимание уделено экспериментальному и теоретическому исследованию процессов тепл…

Отсутствует

В монографии рассмотрены методические основы создания сложных технических систем, стойких к воздействию дестабилизирующих факторов различной физической природы. На примере летательных аппаратов рассмотрена процедура расчетно-экспериментальной оценки стойкости. Показано, как на основе разработанных …

Отсутствует

Монография посвящена многообразным физическим явлениям и свойствам сжатого и разогретого вещества при высоких плотностях энергии. Рассмотрены способы генерации, диагностики, а также теоретические методы описания поведения вещества при экстремально высоких давлениях и температурах, получаемых в лабо…

Представленная монография посвящена проблеме модельных и натурных экспериментальных динамических исследований строительных конструкций атомных электростанций. Целью таких исследований было изучение динамических явлений в строительных конструкциях АЭС связанных с техногенными вибрациями различного п…

Отсутствует

Обобщены результаты преимущественно экспериментальных исследований процессов горения, воспламенения/самовоспламенения, быстрой дефлаграции и детонации в водородсодержащих горючих системах. Для анализа выбраны исследования при начальных условиях, представляющих практический интерес для проблем водор…

Отсутствует

В монографии обобщены результаты теоретических и экспериментальных исследований в области физики контактного плавления твердых растворов с металлами и электропереноса в контактных прослойках. Рассмотрен механизм начальной стадии контактного плавления на наноуровне. Описано влияние малых примесей ще…

Отсутствует

В монографии приведены описания патентов РФ на изобретения в области детекторных материалов и устройств, полученных за последние 10 лет разработки, которые выполнены на кафедре экспериментальной физики (ЭФ) УГТУ-УПИ в содружестве с другими кафедрами и организациями, в том числе с зарубежными. В свя…

Отсутствует

В книге рассматриваются вопросы разработки методов воспроизведения в лабораторных экспериментах условий орбитального полета по скорости набегающих на летательный аппарат потоков заряженных и нейтральных частиц, их концентрации и температуре и исследования в таких потоках характеристик приборов, нап…

Отсутствует

Учебное пособие представляет собой руководство к выполнению необходимого физического эксперимента и обработке результатов измерений. Содержит описания лабораторных работ по разделам «Поступательное движение», «Вращательное движение», «Механические колебания» и «Упругие силы». Данное издание являетс…

Отсутствует

Книга посвящена изложению многолетнего опыта разработки, создания и использования газодинамических установок кратковременного действия для аэродинамических экспериментов. Приведено подробное описание конструкций газодинамических установок, разработанных автором для экспериментальных исследований в …

Отсутствует

Рассматриваются простейшие прикладные варианты теории упругопластического деформирования при пропорциональном (простом) и непропорциональном (сложном) нагружениях. Излагаются методы идентификации материальных функций, замыкающих варианты теории. Анализируются результаты теоретических и эксперимента…

Отсутствует

Книга является введением в современную оптику гауссовых пучков и затрагивает широкий круг вопросов, связанных с формированием и преобразованием параксиальных световых полей, обобщающих классические пучки Эрмита Гаусса и Лагерра-Гаусса. Впервые изложена теория структурно устойчивых световых полей, в…

Отсутствует

В монографии обобщены и систематизированы результаты исследований струйных систем увеличения подъемной силы крыльев, выполненных в ЦАГИ, а также опубликованных в отечественных и зарубежных изданиях в течение последних 30–40 лет. Рассмотрены системы управления пограничным слоем и циркуляцией путем т…

Отсутствует

В книге на материале экспериментальных данных описан метод исследований слоистых наноструктур, основанный на использовании зеркального отражения, пропускания, преломления и рассеяния поляризованных нейтронов. На конкретных примерах изложены элементы теории прохождения нейтронов через слоистую струк…

Отсутствует

В книге рассматриваются вопросы теплообмена в системах, в которых в силу различных причин происходит выделение теплоты (электрические машины и аппараты, ускорители заряженных частиц). Исследование процессов теплообмена проводится на основе полученных точных и приближенных аналитических решений. В о…

Отсутствует

Монография посвящена описанию физических свойств поверхности, современных экспериментальных методов ее исследования и теоретических методов расчета поверхностных и адгезионных характеристик различных материалов. Представлены разработанные авторами методы, позволяющие в хорошем согласии с эксперимен…

Отсутствует

На основе базовых положений электродинамики разработана самосогласованная теория возбуждения и связи волноводных мод, применимая к любым (закрытым и открытым) волноведущим структурам. Рассмотрены волноведущие структуры, содержащие в своем составе среды с изотропными, анизотропными и бианизотропными…

Отсутствует

Представлены современные методики экспериментальных измерений, приведены данные по основам построения математических моделей, описывающих состояния горящей газовзвеси при различных начальных характеристиках турбулентности, составах газовзвеси и режимных параметрах. Рассмотрены результаты эксперимен…

Отсутствует

В работе рассмотрены вопросы диагностики неоднородностей водной среды с использованием гидроакустической параметрической антенны. Неоднородности водной среды при этом имеют геометрически правильную форму: сферы, цилиндра и сфероида. Теоретически и экспериментально исследуются волновые процессы, про…

Отсутствует

В монографии рассмотрен круг вопросов, связанных с проблемами описания и экспериментальной аттестации отдельных границ и ансамблей границ зерен в поликристаллах, а также исследования их роли в таких процессах, как зернограничная диффузия, релаксация и рост зерен. Предпринята попытка построить доста…

Отсутствует

Учебник представляет собой первую часть серии «Университетский курс общей физики», предназначенную для студентов физических специальностей вузов. Отличительная его особенность – многоуровневая концепция изложения важнейших экспериментальных фактов и основ теории физических явлений с учетом современ…

Отсутствует

В монографии рассмотрены вопросы горения топлив в тепловых машинах различного назначения, воздействия продуктов их сгорания на человека и окружающую среду. Описаны механизмы формирования токсичных веществ при горении и пути снижения их эмиссии. Изложен метод расчета равновесного состава продуктов…

Отсутствует

В книге применительно к электрическим машинам нового типа описаны результаты исследования фундаментальных свойств, структуры и динамики промежуточного и смешанного состояний низкотемпературных и высокотемпературных сверхпроводников I и II рода. Локальное изменение фазового состояния сверхпроводнико…

Отсутствует

Учебное пособие написано в соответствии с содержанием Государственных образовательных стандартов, программой практикума (раздел «Биохимические методы анализа»), программой дисциплины «Химические основы и методы анализа живых систем», программой дисциплины «Биотехнология и организация аналитического…

Отсутствует

Приведены результаты систематизации исследований конвективного теплообмена летательных аппаратов на атмосферном участке полета, в том числе с учетом влияния трехмерности течения, неравновесных физико-химических процессов в газе и на поверхности аппарата, ламинарно-турбулентного перехода пограничног…

Отсутствует

В книге изложены результаты экспериментальных исследований механизмов возникновения неустойчивого режима горения в модельных камерах сгорания. Рассмотрены механизмы излучения звуковых колебаний модулированным зарядом, вопросы диагностики и управления неустойчивостью горения с помощью электрических …

Отсутствует

Настоящая книга посвящена обнаружению и изучению нового эффекта – индуцированного дрейфа, вызванного действием периодических электрических и магнитных полей на структурированные растворы солей в жидких полярных диэлектриках. Она содержит информацию как экспериментального, так и теоретического харак…

Отсутствует

Описаны возможности и современное состояние исследований низкотемпературной плазмы методами классической и лазерной спектроскопии. Рассматриваются вопросы физической интерпретации результатов применения методов эмиссии, абсорбции, рефракции и рассеяния света к термически неравновесной плазме, их св…

Отсутствует

Приводятся избранные лекции выдающегося американского физика, лауреата Нобелевской премии Р. Фейнмана. В них рассматриваются этапы становления современной физики и ее концепций, связь физики с другими науками, теория тяготения, квантовая механика, симметрия законов физики, специальная теория относи…

Отсутствует

Книга посвящена экспериментальному исследованию связи квазиупорядоченной структуры турбулентного пограничного слоя с традиционно измеряемыми осредненными характеристиками течения в пограничном слое. Рассмотрен механизм периодического обновления течения в вязком подслое турбулентного пограничного сл…

Отсутствует

Рассматривается новый экспериментальный метод измерения температуры нагретых объектов по непрерывному спектру теплового излучения, регистрируемому в широком интервале длин волн (например, от 200 до 1000 нм). Обсуждаются преимущества спектральной пирометрии перед традиционными методами яркостной и ц…

Отсутствует

Приведены современные термины и понятия из области обработки давлением. Изложена физическая сущность наиболее распространенных современных операций обработки давлением, рассмотрены их технологические возможности, даны зависимости для расчета основных технологических параметров. Представлены схемы о…