Zkušební požadavky k bakalářské zkoušce z fyziky pro studijní obor optika
Experimentální a obecná fyzika 1. Veličiny a jednotky ve fyzice, souřadnicové systémy. Rozdělení fyzikálních jednotek, soustava SI. Teorie chyb, měření fyzikálních veličin. 2. Gravitační a elektrické statické pole. Newtonův a Coulombův zákon. Intenzita, práce a potenciální energie statického pole, potenciál. Siločáry, ekvipotenciální plochy. Stanovení intenzity a potenciálu v případě nabité vodivé desky a koule. Elektrické pole v látkovém prostředí. 3. Kinematika a dynamika hmotného bodu. Základní veličiny mechanického pohybu, klasifikace pohybů, inerciální a neinerciální vztažné soustavy. Newtonovy pohybové zákony, impuls a hybnost, moment síly a moment hybnosti. Práce, energie, výkon. Zákon zachování energie. 4. Pohyby částic v gravitačním, elektrostatickém a magnetickém poli. 5. Tuhé těleso. Těžiště. Vnitřní a vnější síly, translace a rotace tuhého tělesa, moment setrvačnosti, Steinerova věta. Pevné těleso, deformace v tahu, tlaku, smyku a torzi. 6. Relativistická kinematika a dynamika částice. Vztažné sousta vy, soustavy inerciální a neinerciální, Galileova transformace, Einsteinovy postuláty, Lorentzova transformace a její důsledky, Minkowského metrika prostoročasu, Einsteinova rovnice energie. 7. Statika a dynamika tekutin. Tlak v klidné tekutině, Pascalův zákon, vztlaková síla, Archimedův zákon. Stlačitelnost kapalin a plynů, rovnice kontinuity ustáleného toku tekutiny, Bernoulliova rovnice. Viskozita tekutin, Poisseuilleův zákon a Stokesův zákon. Povrchové napětí, tlak pod zakřiveným povrchem kapaliny, kapilární jevy. 8. Mechanické a elektrické kmity. Kmity volné a tlumené kmity - pohybové rovnice a jejich řešení. Nucené harmonické kmity a jejich rezonance. Superpozice harmonických kmitů, 9. Mechanické postupné vlny. Vznik a šíření mechanických vln v homogenním izotropním prostředí. Huygensův princip. Vlnová rovnice a její vlastnosti, vlnová funkce pro harmonické postupné vlny s rovinnými a kulovými vlnoplochami. Superpozice harmonických postupných vln, grupová a fázová rychlost.
1
10. Teplota a teplo. Tepelný stav těles, teplota a její měření. Teplotní roztažnost tuhých a kapalných látek. Teplotní roztažnost a rozpínavost plynů, Gay-Lussacův a Charlesův zákon, stavová rovnice plynů, absolutní teplota. Teplo a tepelná kapacita látky. Šíření tepla vedením, prouděním a sáláním. 11. Kinetická teorie plynů, princip molekulárního chaosu, základní rovnice pro tlak plynu, věta o ekvipartici, vnitřní energie ideálního plynu. Maxwellův zákon pro rozložení rychlostí molekul plynů a jeho rozbor. Střední volná dráha molekuly, reálné plyny, rovnice van der Waalsova, Joule-Thomsonův jev. 12. Fázové přechody. Tání, tuhnutí, vypařování, kondenzace a sublimace látek, skupenská tepla. ClausiovaClapeyronova rovnice a její důsledky. Syté páry, přehřáté páry, kritický stav látky. Trojný bod a fázové diagramy. 13. Termodynamika. Termodynamický systém a jeho vnitřní energie, termodynamické věty, první věta termodynamiky a její aplikace na ideální plyn. Děje v ideálním plynu (samovolné, umělé, vratné a nevratné termodynamické děje). Druhá věta termodynamiky, pojem entropie. Termodynamické potenciály a vztahy mezi nimi. 14. Ustálený stejnosměrný elektrický proud. Elektrický proud a hustota proudu. Ohmův zákon v diferenciálním a integrálním tvaru. Odpor a vodivost vodičů. Elektromotorické napětí. Kirchhoffovy zákony. Základní obvody elektrického proudu. 15. Práce a výkon elektrického proudu. Vedení ustáleného elektrického proudu v kovech, v elektrolytech, v plynech a ve vákuu. 16. Vedení elektrického proudu v polovodičích. Fyzikální principy moderních elektronických prvků (polovodičové diody, tranzistory, MOS struktury, integrované obvody, měniče tepelné a světelné energie na energii elektrickou). 17. Stacionární magnetické pole. Vektor magnetické indukce a magnetické intenzity. Magnetický indukční tok. Laplaceův zákon a jeho užití pro výpočet magnetického pole kolem proudovodičů. Síly působící v magnetickém poli na pohybující se elektrický náboj a na el. proud ve vodiči. Vliv prostředí na magnetické pole. 18. Elektromagnetická indukce. Faradayův zákon elektromagnetické indukce, Lenzovo pravidlo. Vlastní a vzájemná indukčnost vodičů. Vznik a vlastnosti střídavého elektrického proudu, základní obvody střídavého elektrického proudu a jejich řešení. Výkon střídavého proudu, transformace střídavého proudu. 19. Kmitavé obvody, vznik elektromagnetických vln, Maxwellovy rovnice a jejich fyzikální interpretace. Šíření harmonických elektromagnetických vln ve vákuu a v homogenním izotropním dielektriku.
2
20. Elektronový obal atomu. Základní modely atomů a jejich elektronová stuktura. Atomová spektra a jejich vlastnosti. Rentgenové záření. Mendělejevův periodický systém prvků. 21. Jádro atomu. Základní parametry a modely jádra atomu, jaderné síly, mezonové pole, silné a elektromagnetické interakce. Typy jaderných reakcí (mono a binukleární), účinný průřez, energetická bilance jaderných procesů. Přirozená a umělá radioaktivita.
Doporučená literatura: Kvasnica, J. a kol.: Mechanika, Academia Praha 1988 Svoboda, E.-Bakule, R.: Molekulová fyzika, Academia Praha 1992. Sedlák,B.-Štoll,I.: Elektřina a magnetizmus, Praha Carolinum 1993. Čičmanec,P.: Elektrina a magnetizmus, SNTL Praha, 1980 Vanovič,J.: Všeobecná fyzika 4-Atomová fyzika, Alfa Bratislava a SNTL Praha, 1980. Úlehla,I.-Suk,M.-Trka,Z.: Atomy, jádra, částice. Academia Praha, 1990. Beiser.A.: Úvod do moderní fyziky. Academia Praha, 1975. Hajko,J.,Daniel-Szabó,J.: Základy fyziky. Veda Bratislava, 1983 Kolesnikov,V.: Mechanika (část A a B), Skripta UP Olomouc, 1988. Kolesnikov,V.:Molekulová fyzika a termodynamika (část A a B). Skripta UP Olomouc, 1990. Pospíšil,J,: Mechanické a elektromagnetické kmity a vlny. Skripta UP Olomouc 1987. Janča,J.-Kapička,V.-Trka,Z.-Štěrba,F.: Obecná fyzika IV. Skripta SPN, Praha, 1986.
Optika 1. Elektromagnetická teorie světla, fázová rychlost, index lomu optických prostředí, disperze. Huygensův princip, zákon odrazu a lomu světla. Odraznost, propustnost a absorpce dielektrik. Fresnelovy vzorce. Anizotropní prostředí. 2. Paprsková optika. Šíření optického paprsku hranolem, klínem, planparalelní deskou, totálně odrazným hranolem a optickými vlákny. Paprkové zobrazení zrcadly a čočkami. Základní optické přístroje (lupa, mikroskop, dalekohlad, refraktometr). 3. Koherence a interference světla. Podmínky koherence světla. Dvousvazková a vícesvazková interference světla a její využití, princip optické holografie.
3
4. Difrakce světla. Rozdělení difrakčních jevů, Fraunhoferova difrakce světla na štěrbině, kruhovém otvoru a optické mřížce. Rozlišovací mez optických přístrojů. Základy fourierovské optiky 5. Polarizace světla. Charakteristika polarizačních stavů světla, Jonesův vektor. Polarizace rozptylem, odrazem, lomem dvojlomem a selektivní absorpcí. Polarizátory a analyzátory světla, optická aktivita látek. 6. Radiometrie a fotometrie. Základní radiometrické a fotometrické veličiny a jejich vztahy. Jednotky radiometrických a fotometrických veličin, fotometrická měření. Základy detekce a dozimetrie ionizujícího záření. 7. Fyzikální základy fotoniky. Lasery, zdroje a detektory. áklady statistické a fotonové optiky, nelineární optiky, elektrooptiky a akustooptiky, optického sdělování, holografie a optického zpracování informace, vlnovodné, vláknové a integrované optiky.
Doporučená literatura: Kvasnica, J.: Teorie elektromagnetického pole, Academia Praha 1985. Saleh E. A. B.-Teich M.C., Základy fotoniky, I, II, Matfyzpress 1994. Štrba,A.: Všeobecná fyzika 3 - Optika, Alfa Bratislava a SNTL Praha, 1980. Fuka,J.-Havelka,B.:Optika, SNP Praha, 1961. Pospíšil,J.: Základy optiky I (část A a B). Skripta UP Olomouc, 1983. Pospíšil,J.: Základy vlnové optiky (část A a B). Skripta UP Olomouc, 1990. Ponec. J.: Úvod do vlnové a paprskové optiky, Skripta UP Olomouc, 1991.
Teoretická fyzika 1. Základní pojmy kinematiky a dynamiky částic. Kinematické pohybové rovnice, trajektorie, rychlost, zrychlení. Hybnost, moment hybnosti, moment síly, energie. 2. Teoretická mechanika a obecné principy mechaniky. Popis mechanické soustavy pomocí Lagrangeovy funkce. Hamiltonův princip, Lagrangeova rovnice, integrály pohybu. Hamiltonovy kanonické rovnice, Hamiltonova–Jacobiho rovnice, kanonické transformace. 3. Mechanika kontinua. Základní pojmy, pohybové rovnice ideálních tekutin, dynamika vazkých tekutin, tenzorový počet. 4. Relativistická mechanika. Relativistická kinematika a dynamika.
4
5. Maxwellova teorie elektromagnetického pole. Maxwellovy rovnice, základní charakteristiky elektromagnetického pole ve vakuu a v látkovém prostředí. Elektrostatické a magnetostatické pole. Stacionární a nestacionární pole. 6. Elektromagnetické vlny. Elektromagnetické vlny v bezztrátovém a ztrátovém prostředí. Šíření vln v anizotropním prostředí. Ohyb a chování vln na rozhraní dvou prostředí. 7. Základní pojmy kvantové mechaniky. Experimentální základy vzniku kvantové mechaniky, representace fyzikálních veličin, operátory, princip neurčitosti, superpozice stavů. Schrödingerova rovnice, její vlastnosti. Stacionární a časově závislá Schrödingerova rovnice, hustota toku pravděpodobnosti, stacionární stavy. 8. Kvantová teorie atomu vodíku a mnohaelektronové atomy. Schrödingerova rovnice pro atom vodíku, separace proměnných, kvantová čísla, spin, elektronové konfigurace, soustava prvků. 9. Statistická mechanika a statistický smysl termodynamických zákonů. Fázový prostor, pravděpodobnost rozdělení, Maxwellův–Boltzmannův rozdělovací zákon, rychlost molekul. První princip termodynamiky, entropie, druhý princip termodynamiky. Termodynamické potenciály. Souvislost mezi statistickými a termodynamickými veličinami. 10. Základní pojmy kvantové statistiky. Bose–Einsteinův rozdělovací zákon. Fermi–Diracův rozdělovací zákon. Záření absolutně černého tělesa. Planckův zákon.
Doporučená literatura Beiser.A.: Úvod do moderní fyziky. Academia Praha, 1975. Kvasnica J.: Statistická fyzika, SNTL Praha, 1983. Janků V.: Základy statistické fyziky, Skriptum UP Olomouc, 1983. Davidov A. S.: Kvantová mechanika, SPN 1978. Tillich J.: Klasická mechanika, Skripta UP Olomouc 1983. Čechová M.: Teorie elektromagnetického pole, Skriptum UP Olomouc, 1985. Čechová M.: Elektromagnetické vlny, Skriptum UP Olomouc, 1989. Janků V.: Základy kvantové mechaniky, Skriptum UP Olomouc, 1979. Pospíšil,J,: Mechanické a elektromagnetické kmity a vlny. Skriptum UP Olomouc, 1987. Čulík F., Noga M.: Úvod do štatistickej fyziky a termodynamiky, ALFA Bratislava, 1982.
5
