Раздел 6. Физическая картина мира.

Механистическая картина мира.

Механическое движение. Система отсчета. Характеристики поступательного и вращательного движения. Уравнения движения. Три закона Ньютона и понятие инерциальной системы отсчета. Масса. Импульс. Понятие состояния в классической механике. Силы в механике. Концепция дальнодействия и близкодействия. Число степеней свободы. Момент силы. Момент инерции тела. Основной закон динамики вращательного движения. Момент импульса. Законы сохранения в механике. Работа силы. Мощность. Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальная энергия. Кинетическая энергия при поступательном и вращательном движении тел. Полная механическая энергия. Применение законов сохранения при проектировании машин и механизмов. Пространство, время, движение как абсолютные категории. Принципы симметрии.

Принцип относительности Галилея. Специальная теория относительности. Постулаты Эйнштейна. Принцип относительности в механике. Преобразования Лоренца и следствия из них. Релятивистский закон сложения скоростей. Релятивистские: импульс и энергия. Релятивистский закон сохранения энергии-импульса. Взаимосвязь массы и энергии. Частицы с нулевой массой покоя. Парадоксы и подтверждения справедливости релятивистской теории. Единство и универсальная взаимосвязь явлений природы.

Строение вещества. Основы статистической физики и термодинамики.

Успехи механической картины природы в описании тепловых явлений. Два подхода. Молекулярно-кинетическая теория. Теплота как форма энергии. Первое начало термодинамики. Температура. Микроскопическая теория теплоты. Идеальный газ и его законы. Кинетическая теория газов. Распределение Максвелла. Длина свободного пробега молекул. Явления диффузии, вязкости и теплопроводности и перенос массы, импульса и энергии. Зависимость коэффициентов диффузии, вязкости и теплопроводности от температуры и давления. Физический вакуум. Элементы неравновесной термодинамики. Неравновесные процессы, протекающие в двигателях внутреннего сгорания и в холодильных установках. Три начала термодинамики. Порядок и беспорядок в природе. Хаос. Энтропия. Принцип возрастания энтропии. Динамические и статистические закономерности в природе. Энтропия и термодинамическая вероятность. Изменение энтропии в изопроцессах. Энтропия в циклических процессах. Тепловой двигатель. Цикл Карно и его коэффициент полезного действия. Пути повышения эффективности работы тепловых и холодильных машин, используемых в быту и на производстве. Абсолютизация механической картины мира и ее крушение.

Электромагнитная картина мира

Заряды. Закон Кулона. Теория близкодействия. Электростатическое поле. Принцип суперпозиции. Поток вектора. Электростатическая теорема Гаусса. Работа электростатического поля при перемещении заряда и изменение потенциальной энергии поля. Потенциал. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля. Связь между напряженностью и потенциалом электростатического поля. Проводники и диэлектрики в электростатическом поле. Электростатическая индукция. Электростатическая защита. Электроёмкость. Конденсаторы. Поляризация диэлектриков. Полярные и неполярные молекулы. Диэлектрическая проницаемость и восприимчивость. Энергия электростатического поля. Сегнетоэлектрики и пьезоэлектрики и их применение в технике.

Электрический ток и его законы. Сопротивление проводника. Сверхпроводимость. Источники тока. Электродвижущая сила источника. Закон Ома для неоднородного участка цепи и для полной цепи. Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа. Работа и мощность тока. Электрические цепи и источники постоянного тока в современной технике и приборах.

Магнитное поле его характеристики. Опыт Эрстеда. Взаимодействие проводников с токами. Принцип суперпозиции. Закон Био-Савара-Лапласа. Графическое изображение магнитного поля. Теорема о циркуляции вектора магнитной индукции. Магнитные поля токов. Закон Ампера. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле. Устройство электромотора. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Эффект Холла. Ускорители заряженных частиц. Магнитное поле Земли. Полярные сияния.

Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея. Явление самоиндукции и взаимной индукции. Индуктивность. Экстратоки самоиндукции. Энергия однородного магнитного поля, объемная плотность энергии. Магнитные моменты атомов и молекул. Диамагнетизм и парамагнетизм. Вектор намагниченности, магнитная проницаемость и восприимчивость. Ферромагнетики, их свойства и применение. Устройство электрогенератора и трансформатора.

М.Фарадей и концепция близкодействия. Д. Максвелл и становление электромагнитной картины мира. Мир непрерывных объектов - физика полей. Континуальная концепция описания природы. Электромагнитное поле и электромагнитные волны. Уравнения Максвелла.

Колебательные процессы различной природы. Гармонические колебания и их характеристики Свободные колебания. Сложение колебаний. Биения. Векторные диаграммы. Свободные затухающие и вынужденные колебания. Резонанс. Колебательный контур. Волновые процессы, их характеристики. Продольные и поперечные волны. Уравнение бегущей волны, длина волны, волновое число. Кинетика волновых процессов, вектор Умова-Пойнтинга. Эффект Доплера. Получение электромагнитных волн различных спектральных диапазонов. Применение электромагнитных волн в быту и технике.

Волновая природа света. Явление интерференции, условия наблюдения (когерентность и монохроматичность) Методы наблюдения интерференции света. Интерференция света в тонких пленках. Дифракция Фраунгофера на одной щели, дифракционная решетка. Дифракция на пространственной решетке, формула Вульфа-Брэгга. Дисперсия и разрешающая сила оптических приборов. Голография и перспективы её применения. Естественный и поляризованный свет. Поляризация света при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков, закон Брюстера. Двойное лучепреломление. Поляризационные призмы и поляроиды, закон Малюса. Поглощение света, светофильтры. Излучение Черенкова-Вавилова.

Принципы относительности. А. Эйнштейн и относительность пространства и времени. Основы специальной теории относительности. Второй этап в развитии электромагнитной картины мира. Абсолютизация электромагнитной картины мира.

Становление квантово-полевой картины мира

Физика возможного. Недостаточность классического описания природы. Макс Планк и квантовый характер теплового излучения. Фотоэффект и его объяснение Эйнштейном. Эффект Комптона. Строение атома и теория Н. Бора. гипотеза де-Бройля и формирование квантовой механики Шредингера-Гейзенберга-Дирака. Физические величины, состояния, средние значения, флуктуации. Принципы неопределенности и дополнительности. Квантовые переходы и излучения. Квантовая физика вокруг нас: лазеры, транзисторы, сверхпроводимость. Квантовая физика - ключ к субатомному миру.

Строение ядра атома. Размер, состав и заряд ядра. Дефект массы и энергия связи ядра. Ядерные силы и модели ядра. Радиоактивное излучение, закон радиоактивного распада, правила смещения. Реакции деления, цепная ядерная реакция. Реакции термоядерного синтеза. Ядерная энергетика: достижения и проблемы. Элементарные частицы. Гравитационное, электромагнитное, слабое и сильное взаимодействия. Кварки.

Современная физическая картина мира

Вероятностная форма закономерности и причинности в квантово-полевой картине мира. Относительность понятий "часть" и "целое". Структурность и целостность в природе. От двойственного мира классической физики к двойственному описанию целостной природы в неклассической физике. От механического взаимодействия к единой теории поля