Вопросы
для подготовки к экзамену по дисциплине “Физика”
для студентов специальности ГФ, II курс 3-й семестр
1. Природа света, геометрическая и волновая оптика. Законы геометрической оптики. Явление полного внутреннего отражения света.
2. Предмет оптики. Шкала электромагнитных волн. Явление интерференции световых волн и методы её наблюдения. Когерентность и монохроматичность световых волн.
3. Расчёт интерференционной картины от двух когерентных источников (опыт Юнга). Оптическая разность хода волн (световых лучей).
4. Интерференция света в тонких плёнках (полосы равного наклона). Условия усиления и ослабления интенсивности света.
5. Интерференция света в плёнках переменной толщины (полосы равной толщины).
6. Интерференционные кольца Ньютона. Практическое применение данного явления.
7. Практическое применение интерференции света. Получение высокоотражающих покрытий и “просветление” оптики. Интерференция многих волн. Интерферометры.
8. Дифракция световых волн. Принцип Гюйгенса и Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Прямолинейность распространения света в волновой теории Френеля.
9. Дифракция Френеля на круглом отверстии и диске. Разрешающая способность спектральных и оптических приборов, обусловленная дифракцией.
10. Дифракция света в параллельных лучах от одной щели (дифракция Фраунгофера).
11. Дифракция света от двух и более щелей. Дифракционная решётка.
12. Регулярная пространственная решётка. Дифракция рентгеновских лучей в кристаллах. Формула Вульфа-Брэггов. Исследование структуры кристаллов (рентгеноструктурный анализ).
13. Нерегулярная пространственная решётка. Рассеяние света в мутных средах и молекулярное рассеяние света.
14. Принцип оптической голографии. Методы записи и воспроизведения голограммы. Особенности применения принципа голографии в геологии.
15. Дисперсия световых волн. Виды дисперсии. Волновой пакет. Групповая и фазовая скорости. Принцип Фурье-оптики (спектральное разложение световых волн, оптическая фильтрация).
16. Классическая электронная теория дисперсии. Физическая природа аномального вида дисперсии в веществах. Понятие о квантовой теории дисперсии.
17. Поглощение света в веществе. Законы Бугера-Ламберта и Бугера-Бэра.
18. Поляризованный свет и его получение. Цуг волны и естественный свет. Поляризация света при отражении на границе двух диэлектриков. Закон Брюстера.
19. Явление двойного лучепреломления. Физическая природа оптической анизотропии одноосных кристаллов, оптическая индикатриса. Виды оптических кристаллов.
20. Исследование поляризованного света. Закон Малюса. Интерференция поляризованного света Поляризационные приборы и их применение.
21. Явление вращения плоскости поляризации света. Два вида оптически активных веществ, объяснение данного явления по Френелю. Эффект Фарадея. Искусственная оптическая анизотропия.
22. Оптическая активность нефти и возраст нефтяных залежей. Оптическая активность как доказательство органического происхождения нефти.
23. Тепловое излучение. Абсолютно черное тело (АЧТ). Основные характеристики теплового излучения-излучательная и поглощательная способности, спектральная плотность излучения.
24. Закон Кирхгофа для теплового излучения. Универсальная функция Кирхгофа.
25. Законы классической физики для излучения АЧТ (законы Стефана-Больцмана, Вина, Рэлея-Джинса). Принцип соответствия и вывод этих законов в квантовой теории.
26. “Ультрафиолетовая катастрофа”. Затруднения классической теории теплового излучения и гипотеза Планка. Формула Планка для спектральной плотности АЧТ.
27. Внешний фотоэффект. Опыты А.Столетова, А.Иоффе и Н.Добронравова. Затруднения волновой теории света. Развитие А.Эйнштейном гипотезы Планка. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Фотоны, энергия и импульс фотона.
28. Эффект Комптона и его краткая теория.
29. Опыты С.Вавилова по квантовым флуктуациям излучения. Оптическая пирометрия и её применение.
30. Диалектическое единство корпускулярных и волновых свойств электромагнитного излучения. Гипотеза Луи де-Бройля о корпускулярно-волновом дуализме свойств материального мира. Формула Луи де-Бройля. Опыты по рассеянию и дифракции электронов.
31. Соотношение неопределенностей (принцип неопределенности) Гейзенберга как проявление корпускулярно-волнового дуализма свойств материи.
32. Волновая функция и её статистический смысл. Амплитуды вероятностей и условие нормировки. Принцип причинности (механический детерминизм) и принцип соответствия в квантовой механике. Ограниченность классической механики.
33. Динамические переменные в квантовой механике и соответствующие им линейные операторы. Действие оператора физической величины на волновую функцию, среднее значение физической величины в квантовой механике. Общее (временное) уравнение Шредингера в операторной форме.
34. Стационарные состояния и стационарное уравнение Шредингера. Собственные значения энергии и собственные волновые функции. Линейный гармонический классический и квантовый осцилляторы. Энергия квантового и классического осцилляторов.
35. Микрочастица в одномерной прямоугольной “потенциальной яме” (“потенциальном ящике”). Квантование энергии и импульса микрочастицы. Туннельный эффект. Прохождение микрочастицы сквозь потенциальный барьер.
36. Квантование радиуса орбиты и энергии электрона в атоме. Опыты Резерфорда. Классическая модель атома. Постулаты Бора и применение их к водородоподобному атому. Опытные подтверждения теории Бора – энергетические спектры излучения и поглощения атомов.
37. Атом водорода и водородоподобная система в квантовой механике. Решение уравнения Шредингера для атома водорода. Главное, орбитальное и магнитное квантовые числа. Число возможных квантовых состояний.
38. Опыт Штерна и Герлаха. Спин электрона. Спиновое квантовое число и принцип запрета (принцип Паули). Заполнение энергетических уровней в атоме (распределение электронов по квантовым состояниям) и Периодическая система элементов Д.Менделеева.
39. Принцип неразличимости тождественных частиц в классической и квантовой механике. Квантовые статистики Бозе-Эйнштейна и Ферми-Дирака. Бозоны и фермионы.
40. Образование молекул. Обменное взаимодействие и обменная энергия атомов. Энергетические спектры атомов и молекул и виды связей в молекулах. Инфракрасная спектроскопия и её применение на практике.
41. Комбинационное рассеяние света. Физическая природа образования “красных” и “фиолетовых” “спутников” в рассеянном излучении. Применение комбинационного рассеяния на практике.
42. Явление электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и применение его на практике.
43. Люминесценция и её отличительные особенности. Виды люминесценции. Фотолюминесценция и её свойства. Правило Стокса и спектр фотолюминесценции.
44. Спонтанное и вынужденное излучения. Оптические квантовые генераторы (ОКГ) – лазеры. Свойства лазерного излучения и применение лазеров в геодезии и картографии. Понятие о нелинейной оптике и оптических гармониках.
45. Атомное ядро, его состав и строение. Капельная модель ядра и мезонная теория ядерных сил. Заряд, размер и масса ядра. Массовое и зарядовое числа химических элементов. Гипотеза Д.Иваненко и В.Гейзенберга. Момент импульса атомного ядра и его магнитный момент. Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) и его практическое применение.
46. Естественная радиоактивность. Радиоактивные превращения ядер. Закон радиоактивного распада. Постоянная распада и период полураспада ядер элементов. Активность химического элемента.
47. Закономерности происхождения альфа (a) –, бета (b) – и гамма (g) излучений. Правила смещения при a и b - распадах. Закон сохранения энергии при b - распаде. Нейтрино и антинейтрино. Искусственная радиоактивность элементов. Ядерные реакции, деление ядер. Нейтроны. Нейтронный каротаж.
48. Масса и энергия связи ядра. Дефект массы. Понятие о ядерной энергетике. Условия протекания ядерных реакций в замедленном и в цепном режимах.
49. Радиационные методы исследования скважин (РИС) в геологии нефти и газа и физические основы РИС.
50. Классификация элементарных частиц. Фотоны, лептоны, мезоны и барионы. Кварки. Типы фундаментальных взаимодействий в природе: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное.