УЧЕБНА ПРОГРАМА

по

 ФИЗИКА

за специалностите Молекулярна биология и Биотехнологии

2011/12година

I. Механика

1. Криволинейно движение. Отправна система. Материална точка. Радиус-вектор, траектория, път и преместване, скорост, ускорение. Нормално и тангенциално ускорение.

2.Движение по окръжност. Ускорение. Периодично движение. Ъглова скорост и ъглово ускорение. Векторно произведение. Ъгловата скорост като вектор.

3. Принципи на механиката.Закон за инерцията. Сила, маса, импулс, втори и трети принцип на механиката.Гравитационна сила. Закон на Нютон за гравитацията. Зависимост на земното ускорение от височината. Сили на триене.

4. Движение в неинерциална отправна система.  Абсолютна, относителна и преносна скорост. Теорема на Кориолис. Инерчни сили – преносна, центробежна и кориолисова. Сила на тежестта и тегло. Безтегловност. Кориолисови сили  - циклони и антициклони.

5. Работа и енергия.Работа на постоянна и на променлива сила. Мощност. Кинетична енергия. Работа на силата на тежестта. Консервативни и неконсервативни сили. Потенциална енергия. Механична енергия

6. Закон за запазване на импулса. Затворена система. Закон за изменение на импулса. Закон за запазване на импулса. Център на масите. Теорема за движението на центъра на масите.

7. Закон за запазване на енергията.Енергия на механична система. Превръщане и запазване на енергията. Нееластичен и еластичен удар. Примери.

8. Закон за запазване на момента на импулса.Момент на сила и момент на импулса спрямо неподвижна точка. Уравнение за моментите. Движение на материална точка под действие на централна сила. Закон за запазване момента на импулса.

9. Механика на твърдо тяло.Въртене на твърдо тяло около неподвижна ос. Момент на сила спрямо ос. Двойка сили. Инерчен момент – теореми за успоредните и за перпендикулярните оси. Инерчен момент на диск и на пръчка. Кинетична енергия на въртене. Главни инерчни оси. Свободни оси. Прецесия на Земята.

10. Еластични свойства на твърдите тела.Еластични сили и напрежения. Закон на Хук. Пластичност. Коефициент на Поасон. Хлъзгане. Огъване и усукване. Еластични свойства на биологичните материали.

11. Механика на флуидите. Закон на Паскал. Хидростатично налягане. Манометри и барометри. Закон на Архимед. Плаване на телата. Движение на идеален флуид -стационарно течение, уравнение на  непрекъснатост, закон на Бернули.

Вискозитет. Ламинарно и турбулентно течение. Число на Рейнолдс. Формула на Поазьой. Парадокс на Д’Аламбер-Ойлер. Граничен слой и откъсване. Аеродинамични сили.

II. Термодинамика и молекулна физика

12. Идеалният газ като най-проста термодинамична система.Макроскопична система и параметри. Постулати на термодинамиката. Температура и термометри. Закони при идеалния газ. Равновесни и неравновесни процеси.

13. Първи принцип на термодинамиката. Вътрешна енергия, работа и топлина. Първи принцип на термодинамиката. Кръгов процес. Закон на Джаул. Топлинни капацитети – Cv и Cp. Адиабатен процес. Уравнение на Поасон.

14.Молекулно-кинетична теория на идеалния газ. Идеален газ. Налягане на газа. Температура. Степени на свобода. Равномерно разпределение на енергията по степени на свобода.

15. Статистически разпределения.Разпределение на Максуел – функция на разпределение, зависимост от температурата, средни скорости. Барометрична формула. Болцманово разпределение. Понятие за квантовите разпределения.

16. Втори принцип на термодинамиката.Топлинни машини – КПД. Цикъл на Карно. Теореми на Карно. Топлинни машини и топлинно замърсяване на околната среда. Ентропия. Ентропия и вероятност. Формула на Болцман. Закон за нарастване на ентропията. Формулировки на втория принцип на термодинамиката.

17. Реални газове и течности. Уравнение на Ван дер Ваалс. Изотерми на реален газ. Фази. Фазово равновесие. Фазови преходи. Коефициент на повърхностно напрежение. Формула на Лаплас. Мокрене. Капилярни явления.

 

III. Електричество и магнетизъм

18. Електричен заряд и електрично поле.Електричен заряд, точков заряд, закон за запазване на електричния заряд. Закон на Кулон. Принцип на суперпозицията. Електрично поле - интензитет, силови линии. Законна Гаус.

19. Електричен потенциал.Циркулация. Потенциал на точков заряд. Електронволт. Проводник в електростатично поле. Електростатична защита. Капацитет на проводник и кондензатор. Плосък кондензатор. Енергия на зареден кондензатор. Енергия на ел. поле.

20. Електричен ток. Дрейфова скорост. Закон на Ом. Закон на Джаул-Ленц. Електродвижещо напрежение. Закон на Ом за цялата верига. Правила на Кирхоф.

21. Магнитно поле. Магнитна индукция. Магнитна сила. Магнитно поле на Земята. Магнитна навигация при животните. Лоренцова сила. Движение на заредени частици в еднородно магнитно поле -масспектрометър, циклотрон. Магнитни сили, действащи на проводник, по който тече ток. Опит на Оерстед. Закон на Био-Савар. Магнитно поле на кръгов ток. Закон на Ампер.

22. Електромагнитна индукция. Опити на Фарадей. Магнитен поток. Закон на Фарадей. Правило на Ленц. Cамоиндукция. Трансформатор. Енергия на магнитното поле.

23.Електромагнитно поле. Вихрово електрично поле. Теория на Максуел. Ток на отместване. Уравнения на Максуел.

24. Магнитни свойства на веществото. Магнитен диполен момент на атома. Намагнитеност на веществата. Магнитна възприемчивост. Диа- и парамагнетизъм. Феромагнетизъм - хистерезис феромагнитни домени.       

 

IV. Трептения и вълни

25. Механични трептения.Уравнение на хармоничен осцилатор - отклонение, фаза, кръгова честота, амплитуда. Пружинно, математично и физично махало. Енергия на хармоничното трептене. Затихващи трептения, доброкачественост. Принудени трептения, резонанс. Резонансни честоти на човешкото тяло. Влияние на трептенията върху човешкия организъм.

26. Механични вълни. Бягащи вълни -скорост, дължина на вълната, честота, вълново число. Напречни и надлъжни вълни. Скорост на вълните. Сеизмични вълни. Сферични и плоски вълни. Интензитет на вълните. Пренасяне на енергия от вълни -плътност на енергията, интензитет.

27. Звук. Стоящи вълни по опъната струна. Скорост на звука в газове. Налягане на звука. Ниво на интензитета и ниво на гръмкостта. Стоящи звукови вълни. Източници и приемници на звук. Ултразвук и инфразвук -приложения на ултразвука: ехографи и скенери, ултразвукова хирургия. Ефект на Доплер и приложенията му в биологията и медицината: доплеров прибор за определяне скоростта на кръвния поток, изследване сърдечната дейност на зародиш. Ударни вълни.

28. Променлив ток.Активно, индуктивно и капацитивно съпротивление. Импеданс. Мощност на променливия ток. Резонанс. Поражения от електричен ток.

29. Електромагнитни вълни. Свойства на електромагнитните вълни. Състояние на поляризация. Плътност на енергията. Вектор на Пойнтинг. Интензитет. Спектър на електромагнитните вълни.

 

V. Светлина

30. Отражение, пречупване и дисперсия на светлината. Показател на пречупване, закон за отражението, коефициент на отражение. Закон на Снелиус, принцип на Ферма. Пълно вътрешно отражение, приложения. Дисперсия, призма.

31. Интерференция на светлината. Двулъчева интерференция. Класически опити за наблюдаване на интерференция: опит на Юнг,  интерференция от тънки пластинки, нютонови пръстени. Кохерентност.

32. Дифракция на светлината.Принцип на Хюйгенс. Дифракция от процеп. Дифракционна решетка, дифракционни спектри.

33. Поляризация, разсейване и поглъщане на светлината. Поляроиди, закон на Малюс. Поляризация при отражение, закон на Брюстер. Двойно лъчепречупване, поляризационни призми. Оптична активност на биологични материали -белтъци, аминокиселини и др. Закон на Бугер. Разсейване на светлината в мътна среда. Молекулно разсейване.

 

VI. Относителност и кванти

34. Теория на относителността. Галилеев принцип на относителността. Опит на Майкелсон. Принципи на теорията на относителността. Едновременност. Правило на Айнщайн за синхронизиране на часовниците. Лоренцови трансформации. Преобразуване на скоростите.

35. Релативистки ефекти, импулс и енергия. Лоренцово скъсяване. Забавяне на времето. Ефект на Доплер. Релативистки импулс. Релативистка енергия. Връзка между маса и енергия. Връзка между енергия и импулс.

36.Квантови свойства на светлината. Топлинно излъчване. Закон на Стефан. Закон на Вин. Формула на Планк. Фотоефект. Фотони.

37.Квантови свойства на лъченията. Спектър на рентгеновите лъчи. Приложение на рентгеновите лъчи в медицината. Ефект на Комптън. Раждане на двойки електрон-позитрон. Електрон-позитронна анихилация.

 

VII. Ядра и частици

38. Вълнови свойства на частиците.Вълни на Дьо Бройл. Електронен микроскоп - приложение. Закон на Брег за дифракция на електрони и рентгенови лъчи от кристал. Принцип за неопределеност.

39.Атомно ядро. Състав на атомното ядро. Ядрен магнитен резонанс – приложение. Стабилност на атомните ядра. Ядрени сили. Масов дефект.

40. Радиоактивност.Закон за радиоактивното разпадане. Датиране с въглерод-14. Биологично действие на йонизиращите лъчения (грей, сиверт, керма). Алфа-, бета- и гама-разпадане. Естествена радиоактивност – радиоактивни редове.

 

            Литература

1.      М. Максимов, Основи на физиката, Част 1, Булвест 2000, 2008.

2.      М. Максимов, Основи на физиката, Част 2, Булвест 2000, 2008.

3.      J. Jewett, R. Serway, Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics, 8th edition, International edition, 2010.

 

 

 
Крайната оценка по ФИЗИКА за MБсе пресмята по формулата

Крайна оценка = (ЛП + К + Т + ПР +C)/5,

където:

ЛП – оценка от лабораторния практикум

К- оценка от колоквиума 

Т – оценка от теста

ПР – оценка от писмената работа

C- оценка от събеседването

Условия за допускане до изпит

Студентът да има ЛП ³ 3,00 и К ³ 3,00.

 

 

 
Крайната оценка по ФИЗИКА за БТсе пресмята по формулата

Крайна оценка = (ЛП +  Т + ПР +C)/4,

където:

ЛП – оценка от лабораторния практикум

Т – оценка от теста

ПР – оценка от писмената работа

C- оценка от събеседването

Условия за допускане до изпит

Студентът да има ЛП ³ 3,00 и К ³ 3,00.

 

 

 

           

Примерни изпитни теми

 

ТЕМА 1

1.      Тангенциално и нормално ускорение.Материална точка се движи равномерно със скорост 2 m/s по окръжност с радиус 10 cm. Определете нейното тангенциално ускорение и нормалното й ускорение.

2.      Закон на Бернули.Дайте примери за приложението му. По хоризонтална тръба тече идеален флуид. Тръбата има стеснен участък. Сравнете налягането на флуида в широката тръба и в стеснения участък.

3.      Първи принцип на термодинамиката.Термодинамична система получава 20 J количество топлина и извършва 30 J работа върху околните тела. Колко джаула е изменението на вътрешната енергия на системата?

4.      Капацитет на проводник и кондензатор. Как ще се измени капацитетът на плосък кондензатор, ако разстоянието между електродите му се намали 4 пъти?

5.      Бета-разпадане. Защо бета-частиците, получени при разпадане на еднакви ядра, имат различна кинетична енергия?

 

 

ТЕМА 2

1.      Втори и трети принцип на механиката. Масата на Слънцето е много по-голяма от масата на Земята. Сравнете големините на гравитационнaтa сила F1 , с които Слънцето действа на Земята,  и на силата F2,  с която Земята действа на Слънцето. Направете чертеж.

2.      Цикъл на Карно. Теореми на Карно.Колко е КПД на идеална топлинна машина, за която температурата на нагревателя е 300 0С, a температурата на охладителя е 27 0C?

3.      Закон на Гаус.Пресметнете интензитета на електричното поле на безкрайна равномерно заредена нишка.

4.      Затихващи трептения. От какво зависи доброкачествеността (Q-факторът) на една трептяща система?

5.      Ефект на Комптън.Какво наричаме комптънова дължина за електрона?

 

ТЕМА 3

1.      Закон за запазване на импулса.  Снаряд, който се движи със скорост v, се взривява на две еднакви части. Непосредствено след взрива едната от тях се движи със скорост 3v. Каква е скоростта на другата част?

2.      Закон за нарастване на ентропията.Газ се намира в цилиндър с бутало. При кой равновесен термодинамичен процес ентропията на газа не се изменя?

3.      Електрично поле– интензитет, силови линии. Интензитетът на електричното поле, което се създава от точков заряд, има стойност 100 V/m на разстояние 5 cm от заряда. Колко е интензитетът на полето на разстояние 10 cm от заряда?

4.      Ниво на интензитета на звука.Нивото на интензитета на звук нараства от 50 dB на 60 dB. Колко пъти се изменя интензитетът на звука?

5.      Поляроиди. Закон на Малюс. Какво представлява поляриметърът и за какво се използва?

 

Теми и задачи

за семинарите по физика за специалността “Молекулярна биология”

 

1.    Праволинейно равномерно и равнопроменливо движение

Пример 1.2 (с. 11), Пример 1.3 (c. 11),  Пример 1.4 (с. 14),  Пример 1.6 (с. 16), зад. 4, 7, 8, 11, 14 (с. 17) .

2.      Криволинейно движение

Пример 2.1 (стр.19); Пример 2.3 (стр.22), зад.1, 3, 4 ,5, 8 (стр.23).

3.      Сили. Принципи на механиката

Пример 5.5 (стр.38); Пример 5.6 (стр.39); зад. 9, 10, 11, 12, 13, 14 (стр.41).

4.      Работа и мощност. Закони за запазване на енергията и импулса

Пример 8.3 (с. 56), зад. 1, 2 (с. 62), Пример 11.1 (стр.71), Пример 11.2 (стр.72), зад. 3, 4, 5,  7 (стр.73)

5.      Въртене на твърдо тяло

Пример 15.1 (стр.91), зад.2, 6 и 7 (стр.93), Пример 17.3 (стр.100), зад. 7 (стр.102).

6.      Първи принцип на термодинамиката. Топлинни капацитети

Пример 30.1 (стр.163), Пример 30.2 (стр.166), зад.7 и 10 (стр.167), Пример 31.2 (стр.171), Пример 31.3 (стр.171).

7.      Адиабатен процес

Пример 31.4 (стр.172), Пример 31.5 (стр.173), зад. 5, 6, 7 и 8 (стр.173).

8.      Топлинни машини

Извод на формулата за КПД на цикъла на Карно с идеален газ (стр.195); Пример 36.1 (стр.197), зад.2 и 3 (стр.199).

9.      Електростатично поле(поле на точков заряд, принцип на суперпозицията, потенциал)

Пример 44.2 (стр.10), зад. 6, 7 и 8 (стр.13), Пример 46.1 (стр.20), Пример 46.2 (стр.21), зад 2 и 3 (стр.22).

10.  Закон на Гаус. Пример 45.1 (с.16), Пример 45.2 (с.117), Пример 45.3 (с.18), зад.1,2 и3 (с.18).

11.  Електрически вериги(закон на Ом, работа и мощност на електричния ток, правила на Кирхоф)

Пример 58.2 (стр.68), Пример 58.3 (стр.68), Пример 59.2 (стр.70),  Пример 60.1 (стр.74), Пример 60.2 (стр.74), зад. 2, 3 и 5 (стр.75).

12.  Хармонично трептене

Пример 70.1 (стр.118), зад. 1, 2, 4, 7 и 8 (стр.121), Пример 71.2 (стр.123), зад.1 и 2 (стр.123).

13.  Интерференция на светлината

Пример 90.1 (стр.203), Пример 90.2 (стр.204), Пример 91.2 (стр.207), Пример 91.3 (стр.207), зад. 1 (стр.209).

14.  Топлинно излъчване и фотоефект

Пример 100.1 (стр.245), Пример 100.3 (стр.246), Пример 100.4 (стр.246), Пример 101.1 (стр.250), Пример 101.2 (стр.251), зад.2, 3 и 4 (стр.251).