Програма державного екзамену з фізики і методики навчання фізики науково-предметна підготовка з фізики
Основи кінематики. Простір і час у класичній фізиці. Матеріальна точка. Система відліку. Кінематичне вивчення механічного руху. Переміщення, траєкторія, шлях, швидкість і прискорення. Кінематичні характеристики руху частинки по колу. Закон руху частинки.
Основи динаміки частинок. Завдання динаміки. Закони Ньютона. Маса. Імпульс. Інерціальні системи відліку. Принцип відносності Галілея. Диференціальне рівняння руху частинки. Дві основні задачі динаміки матеріальної точки.
Основи механіки твердого тіла. Модель абсолютно твердого тіла. Поступальний і обертальний рух абсолютно твердого тіла. Закон руху центра мас. Основне рівняння динаміки обертального руху. Кінетична енергія тіла, що обертається. Момент інерції. Теорема Штейнера.
Закони збереження в механіці. Закон збереження імпульсу. Закон збереження моменту імпульсу. Космічні швидкості. Кінетична і потенціальна енергія. Закон збереження енергії в механіці.
Основи спеціальної теорії відносності. Експериментальні основи: швидкість світла і способи її визначення, досліди Фізо і Майкельсона. Постулати Ейнштейна. Перетворення Лоренца. Відносність довжини і інтервалу часу, «парадокс близнюків». Релятивістські вирази для імпульсу та енергії. Взаємозв’язок маси і енергії.
Основи молекулярно-кінетичної теорії. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії будови речовини. Модель ідеального газу. Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів. Тиск і температура ідеального газу з точки зору молекулярно-кінетичної теорії
Основи фізики твердого тіла. Кристалічні та аморфні тіла, полімери. Будова кристалів. Типи кристалічних граток. Теплоємність кристалів при низьких і високих температурах. Формули Ейнштейна і Дебая для теплоємностей. Теплопровідність твердих тіл. Поняття про фонони.
Основні поняття термодинаміки. Макроскопічні системи, властивості, величини. Термодинамічні системи. Постулати термодинаміки. Температура, температурні шкали, робота, теплота. Термічне і калоричне рівняння стану термодинамічної системи.
Перший закон термодинаміки. Принцип еквівалентності роботи і теплоти. Внутрішня енергія системи. Якісні і кількісні формулювання закону збереження енергії для термодинамічних систем. Вічний двигун першого роду.
Другий закон термодинаміки. Загальна характеристика другого закону термодинаміки. Теорема Карно. Формулювання другого закону за Клаузіусом і Томсоном. Вічний двигун другого роду. Ентропія. Кількісні формулювання другого закону термодинаміки. Третій закон термодинаміки.
Основи статистичної фізики. Основний постулат і основна ідея статистичної фізики. Статистичний розподіл Максвела. Розподіл швидкостей молекул за абсолютною величиною, характерні швидкості молекул. Розподіл Больцмана. Барометрична формула. Поняття про канонічний розподіл Гіббса.
Електростатика. Електростатичне поле. Електричний заряд. Силова та енергетична характеристики електростатичного поля. Потенціальний характер електростатичного поля. Провідники та діелектрики в електростатичному полі. Теорема Остроградського-Гаусса та її застосування для розрахунку характеристик електростатичних полів.
Постійний електричний струм. Електричний струм в різних середовищах: металах, напівпровідниках, рідинах, газах, вакуумі. Закон Ома для повного кола. Диференціальна та інтегральна форма законів Ома та Джоуля-Ленца. Явище надпровідності.
Магнітне поле. Електромагнітна індукція. Магнітне поле електричного струму та його характеристики. Закон Біо-Савара-Лапласа та його застосування до розрахунку характеристик магнітних полів. Теорема про циркуляцію вектора напруженості магнітного поля. Закон повного струму. Електромагнітна індукція, емпіричний закон Фарадея.
Рівняння Максвелла. Гіпотеза Максвелла про струм зміщення. Узагальнення емпіричних законів класичної електродинаміки у феноменологічній теорії Максвелла. Рівняння Максвелла, їх фізичний зміст. Електромагнітні хвилі. Хвильове рівняння та його розв'язок. Плоскі електромагнітні хвилі. Вектор Умова-Пойтінга.
Коливання і хвилі. Гармонічні коливання. Модель гармонічного осцилятора. Вільні затухаючі коливання. Коефіцієнт затухання. Логарифмічний декремент затухання і добротність системи. Вимушені коливання. Хвильові процеси. Поширення хвиль. Рівняння хвилі. Фазова швидкість хвилі. Енергія хвилі. Ефект Доплера.
Фотометрія. Оптичне випромінення. Основні енергетичні та світлові фотометричні величини. Крива спектральної світлової ефективності. Закони освітленості. Джерела і приймачі світла. Фотометр Люммера-Бродхуна, люксметр.
Геометрична оптика. Геометрична оптика як граничний випадок хвильової оптики. Принцип Ферма. Основні поняття і закони геометричної оптики. Оптичний інваріант. Заломлення і відбивання на сферичній поверхні. Загальна формула товстої і тонкої лінзи. Ідеальні оптичні системи: основні характеристики. Око як оптична система. Волоконна оптика.
Хвильова оптика. Принцип суперпозиції. Методи одержання когерентних пучків світла. Час і довжина когерентності. Явище інтерференції і явище дифракції. Дифракційна гратка. Явище поляризації світла. Основи голографії. Метод товстошарових емульсій Денисюка.
Квантові властивості випромінення. Теплове випромінення. Закони випромінювання абсолютно чорного тіла. Формула Планка. Фотоефект. Закони фотоефекту. Квантова теорія зовнішнього фотоефекту. Маса та імпульс фотона. Ефект Комптона. Корпускулярно-хвильовий дуалізм властивостей світла.
Основи квантової механіки. Корпускулярно-хвильовий дуалізм частинок речовини. Хвилі де Бройля і їх властивості. Співвідношення невизначеностей Гейзенберга. Рівняння Шредінгера. Постулати і принципи квантової механіки. Фізичні ефекти, які з’являються при переході від об‘ємних матеріалів до наноматеріалів.
Атоми і молекули. Атомні моделі. Планетарна модель Резерфорда-Бора. Досліди Франка і Герца. Природа міжатомних та міжмолекулярних зв’язків: іонний, ковалентний, металічний, дисперсійний.
Ядра атомів. Протонно-нейтронний склад ядра. Основні характеристики ядер. Властивості ядерних сил. Ядерні моделі. Модель ядра Д.І. Іваненка. Закон радіоактивного розпаду. Дозиметрія. Захист від іонізуючого випромінювання.
Елементарні частинки. Класифікація елементарних частинок. Ферміони і бозони. Квантова структура атомів і квантова хромодинаміка. Кварк-лептонна симетрія. Фундаментальні взаємодії: гравітаційна, електромагнітна (електрослабка), сильна.
Електрони в кристалах. Дискретність енергетичного спектру електронів в кристалах. Рівень Фермі, температура Фермі. Вироджений та невироджений електронний газ в кристалах. Дозволені та заборонені енергетичні зони. Поняття про зонну теорію провідності. Поділ кристалів на провідники, напівпровідники та діелектрики, пояснення їх електричних властивостей.