Физика атомного ядра и элементарных частиц

ПРОГРАММА

государственного экзамена

для студентов 4 курса

направления 03.03.02 Физика

профиль: «Физика конденсированного состояния вещества»

 

Руководитель ООП 03.03.02 Физика

к.ф.-м.н., доцент Педько Б.Б.

 

_________________________________________

Составитель

к.ф.-м.н., доцент Педько Б.Б.

 

_________________________________________

 

Тверь, 2016 г.

Программа государственного экзамена по направлению 03.03.02 Физика составлена на основе требований ФГОС ВО и положения о проведении государственной итоговой аттестации в Тверском государственном университете.

Целью государственного экзамена является определение уровня сформированности компетенций, имеющих определяющее значение для профессиональной деятельности выпускников по направлению 03.03.02 Физика.

На государственный экзамен вынесены следующие компетенции: способность использовать в профессиональной деятельности базовые естественнонаучные знания, включая знания о предмете и объектах изучения, методах исследования, современных концепциях, достижениях и ограничениях естественных наук (прежде всего химии, биологии, экологии, наук о земле и человеке) (ОПК-1); способность использовать базовые теоретические знания фундаментальных разделов общей и теоретической физики для решения профессиональных задач (ОПК-3); способность решать стандартные задачи профессиональной деятельности на основе информационной и библиографической культуры с применением информационно-коммуникационных технологий и с учетом основных требований информационной безопасности (ОПК-6); способность использовать специализированные знания в области физики для освоения профильных физических дисциплин (ПК-1).

 

1. На государственный экзамен вынесены вопросы по следующим дисциплинам:

- «Механика»,

- «Молекулярная физика»,

- «Электричество и магнетизм»,

- «Оптика»,

- «Атомная физика»,

- «Физика атомного ядра и элементарных частиц»,

- «Введение в физику конденсированных сред»,

- «Физика конденсированного состояния вещества»,

- «Методы исследования твердых тел»,

- «Физика реального кристалла»,

- «Дифракционный структурный анализ».

2. Объем времени:

- подготовка и сдача государственного экзамена - 2 недели;

3. Сроки проведения:

- согласно графику учебного процесса.

4. Материалы необходимые к государственному экзамену:
- теоретические вопросы,

- справочный материал, разрешенный к использованию на экзамене.

5. Условия подготовки и процедура проведения:

Расписание государственного экзамена и обзорных лекций по дисциплинам, включенным в программу экзамена, утверждается первым проректором - проректором по учебно-воспитательной работе ТвГУ по представлению декана факультета и вывешивается на доске объявлений за месяц до сдачи экзамена. Государственный экзамен проводится государственной экзаменационной комиссией. Форма проведения устная, включает:

- подготовка к ответу по билету 1 час,

- ответ студента на теоретические вопросы,

- вопросы членов комиссии и ответы студента.

6. Критерии оценки:

Оценка 5 (отлично) – студент свободно владеет теоретическим материалом, видит межпредметные связи, способен иллюстрировать теоретические проблемы практическими примерами, обосновывать свои суждения, ответ отличается профессиональной культурой.

Оценка 4 (хорошо) – студент владеет теоретическим материалом, осознанно применяет знания для решения практических задач, ответ логичен, но содержание ответа имеет отдельные неточности.

Оценка 3 (удовлетворительно) – студент владеет теоретическим материалом, но излагает его неполно, непоследовательно, допускает неточности в определении понятий, в применении знаний для решения практических задач, не умеет доказательно обосновывать свои суждения.

Оценка 2 (неудовлетворительно) - студент имеет разрозненные бессистемные знания, не умеет выделять главное и второстепенное, допускает ошибки в определении понятий, искажающие их смысл, беспорядочно и неуверенно излагает материал, не может применить знания для решения практических задач.

 

1. Типовые задания для оценивания результатов сформированности компетенций на уровне знаний

Механика

1. Кинематическое описание движения материальной точки. Нормальное и тангенциальное ускорение. Преобразования Галилея.

2. Инерциальные системы отсчета. Законы Ньютона. Динамические уравнения движения и начальные условия. Принцип относительности Галилея.

3. Закон сохранения импульса. Теорема о движении центра масс системы. Основы динамики тел переменной массы. Формула Циолковского.

4. Работа как форма передачи энергии, механическая работа. Кинетическая энергия. Потенциальная энергия. Закон сохранения энергии в механике, консервативные системы.

5. Момент импульса и момент силы. Уравнение моментов. Закон сохранения момента импульса.

6. Законы Кеплера. Закон всемирного тяготения. Космические скорости.

7. Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции.

8. Вращение твердого тела вокруг неподвижной оси. Момент инерции. Основное уравнение динамики твердого тела. Гироскопы.

9. Упругие и пластические деформации. Деформация упругого растяжения и сдвига. Закон Гука. Энергия упруго деформированного тела.

10. Гидростатика. Законы Паскаля и Архимеда. Течение идеальной жидкости. Уравнение непрерывности, уравнение Бернулли. Вязкость жидкостей.

Молекулярная физика

1. Термодинамические системы. Уравнение состояния. Первый закон термодинамики. Изопроцессы с идеальным газом.

2. Тепловые и холодильные машины. Второй закон термодинамики. Энтропия. Закон возрастания энтропии.

3. Термодинамические функции (внутренняя энергия, энтальпия, свободная энергия, термодинамический потенциал). Критерии равновесия термодинамических систем.

4. Модель идеального газа. Молекулярно-кинетический смысл температуры. Теорема о равномерном распределении кинетической энергии по степеням свободы.

5. Пространство скоростей. Распределение молекул по скоростям (распределение Максвелла). Характерные скорости.

6. Молекулы в силовом поле. Распределение Больцмана.

7. Процессы переноса в газах. Молекулярно-кинетическая оценка коэффициентов переноса в газах на примере теплопроводности.

8. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Эффект Джоуля-Томсона.

9. Фазовые равновесия. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Диаграммы состояния. Классификация фазовых переходов. Понятие о фазовых переходах второго рода.

10. Граница раздела фаз. Поверхностное натяжение. Разность давлений на искривленной межфазной границе. Капиллярные явления.

Электричество и магнетизм

1. Электрические заряды. Закон Кулона. Электрическое поле. Напряженность поля. Принцип суперпозиции. Теорема Гаусса.

2. Работа поля при перемещении заряда. Разность потенциалов. Связь потенциала и напряженности поля. Проводники в электростатическом поле. Емкость проводников и конденсаторов.

3. Поляризация диэлектриков. Электрическое поле в диэлектриках. Диэлектрическая проницаемость. Вектор электрической индукции D. Граничные условия.

4. Постоянный электрический ток. Законы Ома и Джоуля-Ленца. Электродвижущая сила. Закон Ома для участка цепи, содержащего ЭДС. Правила Кирхгофа.

5. Электрический ток в металлах и полупроводниках. Собственная и примесная проводимость полупроводников, «р-n» переход.

6. Магнитное поле в вакууме. Индукция магнитного поля. Закон Био-Савара-Лапласа. Поле прямолинейного тока. Циркуляция магнитного поля.

7. Сила Лоренца и сила Ампера. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Контур с током в магнитном поле. Магнитный момент.

8. Магнитное поле в веществе. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость. Граничные условия для векторов В и Н.

9. Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея и правило Ленца. ЭДС самоиндукции. Энергия контура с током, плотность энергии магнитного поля.

10. Взаимосвязь переменных электрических и магнитных полей. Ток смещения. Система уравнений Максвелла как общая система постулатов теории электромагнитного поля.

Оптика

1. Уравнение плоской и сферической электромагнитной волны для одномерной задачи. Амплитуда, фаза, длина волны, частота, волновая поверхность. Поляризация волн. Продольные и поперечные волны.

2. Представления волнового движения комплексными величинами. Фазовая и групповая скорости электромагнитных волн. Волновой пакет. Длина и время когерентности. Формула Рэлея.

3. Отражение и преломление света на границе двух диэлектриков. Поляризация света при отражении и преломлении, формулы Френеля (вывод формул для случая нормального падения света). Закон Брюстера.

4. Интерференция световых волн, методы получения когерентных световых пучков. Расчет интерферентной картины от точечных когерентных источников. Интерференционные полосы равной толщины и равного наклона. Получение когерентных пучков методом деления амплитуды и делением фронта волны.

5. Дифракция света. Расчет дифракционной картины методом зон Френеля. Дифракция Френеля на круглом отверстии и круглом экране.

6. Дифракция Фраунгофера на одной щели и системе щелей. Дифракционная решетка. Дифракция Фраунгофера на круглом отверстии.

7. Разрешающая способность оптических инструментов (телескопы и микроскопы).

8. Тепловое излучение, испускательная и поглощательная способности тел. Абсолютно черное тело. Законы Кирхгофа и Стефана-Больцмана. Закон смещения Вина. Формула Планка для излучательной способности абсолютно черного тела.

Атомная физика

1. Фотоэффект. Понятие о фотонах. Эффект Комптона.

2. Спектры испускания и поглощения. Модель атома Резерфорда. Постулаты Бора. Боровская теория атома водорода. Ионизация атома. Опыты Франка и Герца.

3. Гипотеза Луи де Бройля. Дифракция электронных пучков. Статистическая интерпретация волн де Бройля. Волновая функция. Особенности квантовомеханического описания микрообъекта. Соотношение неопределенностей.

4. Основы математического аппарата квантовой механики. Операторы физических величин. Стационарное и нестационарное уравнение Шредингера.

5. Задача об одномерном движении свободной частицы в потенциальном ящике. Гармонический осциллятор в квантовой механике.

6. Момент импульса в квантовой теории. Пространственное квантование. Квантовомеханическое описание атома водорода.

7. Спин электрона. Опыт Штерна и Герлаха. Магнитный момент свободного электрона.

8. Системы четырех квантовых чисел. Принцип Паули и застройка оболочек атома. Периодическая система элементов.

9. Правила отбора при излучении атома. Ширина спектральных линий.

10. Генерация света, спонтанные и вынужденные переходы. Воздействие светового потока на заселенность уровней, инверсная заселенность. Принципиальная схема лазера, порог генерации. Типы лазеров и их применение. Основные характеристики вынужденного излучения.

Физика реального кристалла

1. Виды точечных дефектов. Термодинамика точечных дефектов. Поведение вакансий при закалке и отжиге.

2. Комплексы точечных дефектов. Миграция точечных дефектов. Источники и стоки точечных дефектов.

3. Краевая дислокация. Скольжение краевой дислокации. Переползание краевой дислокации.

4. Винтовая дислокация. Скольжение винтовой дислокации. Смешанные дислокации и их движение.

5. Контур и вектор Бюргерса. Энергетический критерий дислокационных реакций.

6. Упругие свойства дислокаций. Энергия дислокаций. Взаимодействие параллельных краевых и винтовых дислокаций.

7. Подразделение дислокация на полные и частичные. Характерные полные единичные дислокации в ГПУ, ГЦК и ОЦК решетках.

8. Частичные дислокации Шокли. Растянутые дислокации. Ширина растянутых дислокаций. Частичные дислокации Франка.

9. Взаимодействие дислокаций с точечными дефектами. Атмосферы Коттрелла, Снука и Сузуки.

10. Происхождение дислокаций. Размножение дислокаций при пластической деформации. Источник Франка-Рида.

11. Дисклинации в непрерывной упругой среде и в кристаллической решетке.

12. Границы зерен и субзерен. Малоугловые и высокоугловые границы. Специальные и произвольные границы.

ПРОГРАММА

государственного экзамена

для студентов 4 курса

направления 03.03.02 Физика

профиль: «Физика конденсированного состояния вещества»

 

Руководитель ООП 03.03.02 Физика

к.ф.-м.н., доцент Педько Б.Б.

 

_________________________________________

Составитель

к.ф.-м.н., доцент Педько Б.Б.

 

_________________________________________

 

Тверь, 2016 г.

Программа государственного экзамена по направлению 03.03.02 Физика составлена на основе требований ФГОС ВО и положения о проведении государственной итоговой аттестации в Тверском государственном университете.

Целью государственного экзамена является определение уровня сформированности компетенций, имеющих определяющее значение для профессиональной деятельности выпускников по направлению 03.03.02 Физика.

На государственный экзамен вынесены следующие компетенции: способность использовать в профессиональной деятельности базовые естественнонаучные знания, включая знания о предмете и объектах изучения, методах исследования, современных концепциях, достижениях и ограничениях естественных наук (прежде всего химии, биологии, экологии, наук о земле и человеке) (ОПК-1); способность использовать базовые теоретические знания фундаментальных разделов общей и теоретической физики для решения профессиональных задач (ОПК-3); способность решать стандартные задачи профессиональной деятельности на основе информационной и библиографической культуры с применением информационно-коммуникационных технологий и с учетом основных требований информационной безопасности (ОПК-6); способность использовать специализированные знания в области физики для освоения профильных физических дисциплин (ПК-1).

 

1. На государственный экзамен вынесены вопросы по следующим дисциплинам:

- «Механика»,

- «Молекулярная физика»,

- «Электричество и магнетизм»,

- «Оптика»,

- «Атомная физика»,

- «Физика атомного ядра и элементарных частиц»,

- «Введение в физику конденсированных сред»,

- «Физика конденсированного состояния вещества»,

- «Методы исследования твердых тел»,

- «Физика реального кристалла»,

- «Дифракционный структурный анализ».

2. Объем времени:

- подготовка и сдача государственного экзамена - 2 недели;

3. Сроки проведения:

- согласно графику учебного процесса.

4. Материалы необходимые к государственному экзамену:
- теоретические вопросы,

- справочный материал, разрешенный к использованию на экзамене.

5. Условия подготовки и процедура проведения:

Расписание государственного экзамена и обзорных лекций по дисциплинам, включенным в программу экзамена, утверждается первым проректором - проректором по учебно-воспитательной работе ТвГУ по представлению декана факультета и вывешивается на доске объявлений за месяц до сдачи экзамена. Государственный экзамен проводится государственной экзаменационной комиссией. Форма проведения устная, включает:

- подготовка к ответу по билету 1 час,

- ответ студента на теоретические вопросы,

- вопросы членов комиссии и ответы студента.

6. Критерии оценки:

Оценка 5 (отлично) – студент свободно владеет теоретическим материалом, видит межпредметные связи, способен иллюстрировать теоретические проблемы практическими примерами, обосновывать свои суждения, ответ отличается профессиональной культурой.

Оценка 4 (хорошо) – студент владеет теоретическим материалом, осознанно применяет знания для решения практических задач, ответ логичен, но содержание ответа имеет отдельные неточности.

Оценка 3 (удовлетворительно) – студент владеет теоретическим материалом, но излагает его неполно, непоследовательно, допускает неточности в определении понятий, в применении знаний для решения практических задач, не умеет доказательно обосновывать свои суждения.

Оценка 2 (неудовлетворительно) - студент имеет разрозненные бессистемные знания, не умеет выделять главное и второстепенное, допускает ошибки в определении понятий, искажающие их смысл, беспорядочно и неуверенно излагает материал, не может применить знания для решения практических задач.

 

1. Типовые задания для оценивания результатов сформированности компетенций на уровне знаний

Механика

1. Кинематическое описание движения материальной точки. Нормальное и тангенциальное ускорение. Преобразования Галилея.

2. Инерциальные системы отсчета. Законы Ньютона. Динамические уравнения движения и начальные условия. Принцип относительности Галилея.

3. Закон сохранения импульса. Теорема о движении центра масс системы. Основы динамики тел переменной массы. Формула Циолковского.

4. Работа как форма передачи энергии, механическая работа. Кинетическая энергия. Потенциальная энергия. Закон сохранения энергии в механике, консервативные системы.

5. Момент импульса и момент силы. Уравнение моментов. Закон сохранения момента импульса.

6. Законы Кеплера. Закон всемирного тяготения. Космические скорости.

7. Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции.

8. Вращение твердого тела вокруг неподвижной оси. Момент инерции. Основное уравнение динамики твердого тела. Гироскопы.

9. Упругие и пластические деформации. Деформация упругого растяжения и сдвига. Закон Гука. Энергия упруго деформированного тела.

10. Гидростатика. Законы Паскаля и Архимеда. Течение идеальной жидкости. Уравнение непрерывности, уравнение Бернулли. Вязкость жидкостей.

Молекулярная физика

1. Термодинамические системы. Уравнение состояния. Первый закон термодинамики. Изопроцессы с идеальным газом.

2. Тепловые и холодильные машины. Второй закон термодинамики. Энтропия. Закон возрастания энтропии.

3. Термодинамические функции (внутренняя энергия, энтальпия, свободная энергия, термодинамический потенциал). Критерии равновесия термодинамических систем.

4. Модель идеального газа. Молекулярно-кинетический смысл температуры. Теорема о равномерном распределении кинетической энергии по степеням свободы.

5. Пространство скоростей. Распределение молекул по скоростям (распределение Максвелла). Характерные скорости.

6. Молекулы в силовом поле. Распределение Больцмана.

7. Процессы переноса в газах. Молекулярно-кинетическая оценка коэффициентов переноса в газах на примере теплопроводности.

8. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Эффект Джоуля-Томсона.

9. Фазовые равновесия. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Диаграммы состояния. Классификация фазовых переходов. Понятие о фазовых переходах второго рода.

10. Граница раздела фаз. Поверхностное натяжение. Разность давлений на искривленной межфазной границе. Капиллярные явления.

Электричество и магнетизм

1. Электрические заряды. Закон Кулона. Электрическое поле. Напряженность поля. Принцип суперпозиции. Теорема Гаусса.

2. Работа поля при перемещении заряда. Разность потенциалов. Связь потенциала и напряженности поля. Проводники в электростатическом поле. Емкость проводников и конденсаторов.

3. Поляризация диэлектриков. Электрическое поле в диэлектриках. Диэлектрическая проницаемость. Вектор электрической индукции D. Граничные условия.

4. Постоянный электрический ток. Законы Ома и Джоуля-Ленца. Электродвижущая сила. Закон Ома для участка цепи, содержащего ЭДС. Правила Кирхгофа.

5. Электрический ток в металлах и полупроводниках. Собственная и примесная проводимость полупроводников, «р-n» переход.

6. Магнитное поле в вакууме. Индукция магнитного поля. Закон Био-Савара-Лапласа. Поле прямолинейного тока. Циркуляция магнитного поля.

7. Сила Лоренца и сила Ампера. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Контур с током в магнитном поле. Магнитный момент.

8. Магнитное поле в веществе. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость. Граничные условия для векторов В и Н.

9. Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея и правило Ленца. ЭДС самоиндукции. Энергия контура с током, плотность энергии магнитного поля.

10. Взаимосвязь переменных электрических и магнитных полей. Ток смещения. Система уравнений Максвелла как общая система постулатов теории электромагнитного поля.

Оптика

1. Уравнение плоской и сферической электромагнитной волны для одномерной задачи. Амплитуда, фаза, длина волны, частота, волновая поверхность. Поляризация волн. Продольные и поперечные волны.

2. Представления волнового движения комплексными величинами. Фазовая и групповая скорости электромагнитных волн. Волновой пакет. Длина и время когерентности. Формула Рэлея.

3. Отражение и преломление света на границе двух диэлектриков. Поляризация света при отражении и преломлении, формулы Френеля (вывод формул для случая нормального падения света). Закон Брюстера.

4. Интерференция световых волн, методы получения когерентных световых пучков. Расчет интерферентной картины от точечных когерентных источников. Интерференционные полосы равной толщины и равного наклона. Получение когерентных пучков методом деления амплитуды и делением фронта волны.

5. Дифракция света. Расчет дифракционной картины методом зон Френеля. Дифракция Френеля на круглом отверстии и круглом экране.

6. Дифракция Фраунгофера на одной щели и системе щелей. Дифракционная решетка. Дифракция Фраунгофера на круглом отверстии.

7. Разрешающая способность оптических инструментов (телескопы и микроскопы).

8. Тепловое излучение, испускательная и поглощательная способности тел. Абсолютно черное тело. Законы Кирхгофа и Стефана-Больцмана. Закон смещения Вина. Формула Планка для излучательной способности абсолютно черного тела.

Атомная физика

1. Фотоэффект. Понятие о фотонах. Эффект Комптона.

2. Спектры испускания и поглощения. Модель атома Резерфорда. Постулаты Бора. Боровская теория атома водорода. Ионизация атома. Опыты Франка и Герца.

3. Гипотеза Луи де Бройля. Дифракция электронных пучков. Статистическая интерпретация волн де Бройля. Волновая функция. Особенности квантовомеханического описания микрообъекта. Соотношение неопределенностей.

4. Основы математического аппарата квантовой механики. Операторы физических величин. Стационарное и нестационарное уравнение Шредингера.

5. Задача об одномерном движении свободной частицы в потенциальном ящике. Гармонический осциллятор в квантовой механике.

6. Момент импульса в квантовой теории. Пространственное квантование. Квантовомеханическое описание атома водорода.

7. Спин электрона. Опыт Штерна и Герлаха. Магнитный момент свободного электрона.

8. Системы четырех квантовых чисел. Принцип Паули и застройка оболочек атома. Периодическая система элементов.

9. Правила отбора при излучении атома. Ширина спектральных линий.

10. Генерация света, спонтанные и вынужденные переходы. Воздействие светового потока на заселенность уровней, инверсная заселенность. Принципиальная схема лазера, порог генерации. Типы лазеров и их применение. Основные характеристики вынужденного излучения.

Физика атомного ядра и элементарных частиц

1. Структура и свойства ядер. Ядерные силы. Энергия и дефект массы. Деление тяжелых ядер. Цепная реакция. Коэффициенты размножения. Ядерные реакторы.

2. Основной закон радиоактивного распада. Период полураспада. Активность радиоактивного изотопа. Виды радиоактивности. Альфа-распад. Туннельный эффект. Виды бета-распада. Нейтрино.

3. Ядерные реакции. Механизм ядерных реакций. Сечение реакции. Модель составного ядра.

4. Основные характеристики атомных ядер. Энергия связи. Свойства ядерных сил.

5. Элементарные частицы. Классификация элементарных частиц. Кварковая модель строения мезонов и барионов.

Поделиться: