При изложении классической электронной теории проводимости металлов нужно рассказать не только о достижениях этой теории, но и о ее трудностях. В связи с обобщенным законом Ома необходимо дать четкое разграничение таких понятий, как разность потенциалов, электродвижущая сила и электрическое напряжение. Следует также рассмотреть вопрос о границах применимости закона Ома и качественно объяснить причины отклонения электрического тока в газе от этого закона. Говоря о плазме, нужно дать определение этого состояния вещества, внести понятие о дебаевском радиусе экранирования, кратко описать основные свойства плазмы, отметить применимость к ней классической электронной теории проводимости и рассмотреть технические приложения плазмы.

Электромагнетизм

В качестве основной характеристики магнитного поля следует вводить магнитную индукцию, основываясь на силовом действии магнитного поля либо на небольшой элемент проводника с током, либо на небольшой замкнутый контур с током. Напряженность магнитного ноля целесообразно ввести позже при изучении магнитного поля в веществе. Следует провести расчеты магнитных полей токов на основе закона Био-Савара-Лапласа. Важно подчеркнуть, что для магнитных полей выполняется принцип суперпозиции. Закон полного тока для магнитного поля в вакууме и теорему Остроградского - Гаусса достаточно рассмотреть на простейшем примере магнитного поля прямолинейного проводника с током.

Рассматривая действие, магнитного поля на движущийся заряд, нужно уделить особое внимание вопросу о релятивистском толковании магнитного взаимодействия, а также анализу закономерностей движения заряженных частиц в магнитном поле и практическому использованию этих закономерностей в ускорителях, МГД-генераторах, масс-спектрометрах, электронно-лучевых приборах и т. д.

Следует рассмотреть вывод закона электромагнитной индукции Фарадея - Максвевелла на основе закона сохранения энергии, так и классической электронной теории. Во втором случае необходимо остановиться на том, за счет какой энергии совершается работа индукционного тока. Следует обсудить возникновение ЭДС электромагнитной индукции и индукционного тока в неподвижном проводящем контуре, находящемся в переменном магнитном поле.

При рассмотрении магнитных свойств вещества нужно остановиться на гипотезе молекулярных токов Ампера, а также ввести понятие макро и микротоков и намагниченности. Рассматривая элементарную теорию диа- и парамагнетизма, следует указать на невозможность всякой классической теории магнитных свойств вещества. Напряженность магнитного поля целесообразно ввести в связи с обобщением закона полного тока на магнитное поле в веществе. Затем рекомендуется получить условия, которым удовлетворяют магнитная индукция и напряженность магнитного поля на границе раздела двух сред. Изложение свойств ферромагнетиков должна носить феноменологический характер.

В заключение нужно рассмотреть основы теории Максвелла для электромагнитного ноля. При этом особое внимание следует обратить на физический смысл тех обобщений экспериментально установленных законов, которые были сделаны Максвеллом. Необходимо, подчеркнуть относительный характер электрической и магнитной составляющих электромагнитного поля, т. е. их зависимость от выбора инерциальной системы отсчета.

Колебания и волны

 Имеет смысл рассматривать параллельно механические и электромагнитные колебания, указывая на их сходства и различия. Такое изложение приводит к значительной экономии времени на математической стороне дела и в то же время позволяет наглядно сравнивать физические процессы, происходящие при соответствующих колебаниях. Это способствует выработке у студентов единого подхода к колебаниям различной физической природы. Следует использовать графический метод представления гармонического колебания с помощью вращающего вектора. Нужно разъяснить, что любые колебания линейной системы всегда можно представить в виде суперпозиции одновременно совершающихся гармонических колебаний с различными частотами, амплитудами и начальными фазами. Рассматривая резонанс при вынужденных колебаниях, необходимо обсудить это явление также и с энергетической точки зрения.

Изложение раздела «Волны» целесообразно начать с механических волн, распространяющихся в упругих средах. На примере этих волн следует ввести все основные, характеристики волн, их классификацию, а также получить уравнение бегущей волны (плоской и сферической) и волновое уравнение. Нужно сформулировать и обсудить принцип суперпозиции, указав, что она справедлива только для линейных сред, т.е, для упругих сред, подчиняющихся закону Гука. Здесь же следует рассмотреть волновой пакет, найти связь между групповой и фазовой скоростями и показать их равенство в отсутствие дисперсии волн. Особое внимание нужно уделить обсуждению условий интерференции волн и энергетических соотношений при интерференции.

При изложении материала, посвященного электромагнитным волнам, нужно упомянуть об истории их открытия и рассмотреть свойства этих волн, опираясь на уравнения Максвелла для электромагнитного поля.

Волновая оптика

Волновая оптика излагается как часть общего учения о распространении волн. Следует подчеркнуть общность явлений интерференции и дифракции волн любой природы. Изложение этих явлений должно подготовить студента к пониманию основ квантовой механики. Наряду с общими волновыми свойствами нужно отметить специфические особенности световых волн и их практические приложения. Когерентность и монохроматичность должны быть связаны с конечной длительностью излучения электромагнитной волны атомом. Расчет интерференции многих волн полезно вести с помощью графического метода. Следует сопоставить способы наблюдения линий равного наклона и равной толщины, Изложение интерферометрических методов измерения должно содержать оценку их чувствительности.

Необходимо четко сформулировать условия наблюдения дифракции, подчеркнув возможность получения сильных дифракционных эффектов от экранов, размеры которых во много раз больше длины волны света. Во всех случаях дифракции следует анализировать предельный переход к геометрической оптике. При изложении принципа Гюйгенса - Френеля его нужно рассматривать как расчетный прием, заменяющий строгое, но очень трудное решение волнового уравнения. Полезно использовать энергетические соображения для объяснения зависимости резкости интерференционной картины от числа щелей в случае дифракции Фраунгофера на решетке Понятие оптически однородной среды следует ввести с помощью формулы Вульфа - Брэгга как среды с расстоянием между узлами решетки, меньшими длины волны. Важнейшим современным применением дифракции света является голография, следует рассказать о ее принципах и многочисленных приложениях. Теория дисперсии света должна быть изложена как теория диэлектрической проницаемости. Существенно отметить, что согласие теории дисперсии с опытом является важным аргументом в пользу классической осцилляторной модели атома, но что это согласие является только качественным.

Поляризацию света при отражении следует пояснить с помощью полярной диаграммы направленности излучения диполя. Обьяснение двойного лучепреломления надо проводить на основе электромагнитных представлений и с учетом анизотропии электрических свойств кристаллов. Необходимо подчеркнуть принципиальное значение поляризационных эффектов для экспериментального доказательства поперечности световых волн, а также обратить внимание на их практическое применение.

Квантовая природа излучения

Проблема теплового излучения – важная задача формировании научного мировоззрения студентов, так как с теорией равновесного излучения абсолютно черного тела связан переход от классической физики к квантовой. Важно подчеркнуть согласие классической теории с опытом в области малых частот и катастрофическое расхождение в области больших частот. Необходимо рассмотреть гипотезу Планка о квантовании энергии осцилляторов. Полный вывод средней энергии осциллятора и формулы Планка на основе этой гипотезы приводить не обязательно. Следует вывести законы Стефана Больцмана и Вина из формулы Планка, а также показать, что при малых частотах она переходит в классическую формулу Рэлея - Джинса.

После анализа трудностей классической физики в объяснении законов внешнего фотоэффекта нужно остановиться на гипотезе Эйнштейна о «световых квантах». В этой связи нужно рассмотреть опыты А. Ф. Иоффе и Н. И. Добронравова, а также рассказать о работе А. Эйнштейна по исследованию флуктуаций плотности энергии и давления излучения. Основываясь на формуле Планка, Эйнштейн показал, что эти флуктуации излучения представляют просто сумму соответствующих волновых
и корпускулярных флуктуаций.

При изложении светового давления необходимо остановится на опытах

П. Н. Лебедева,  сыгравших большую роль в утверждении электромагнитной теории света Максвелла. Следует качественно пояснить возникновение светового давления с классической точки зрения и вывести формулу для давления на основе квантовых представлений. Эффект Комптона нужно рассматривать как наиболее полное и яркое проявление корпускулярных свойств излучения. Он также убедительно подтверждает универсальный характер законов сохранения, которые оказываются справедливыми, в частности, и в каждом отдельном акте взаимодействия фотона с электроном.

Анализ двойственности свойств света должен подготовить студентов к восприятию двойственности свойств вещества. Важно подчеркнуть статистический характер попадания фотонов в отдельные точки экрана.

Элементы атомной физики и квантовой механики

Обсуждая опыты по дифракции электронов, нужно подчеркнуть их значение как доказательство существования у частиц вещества волновых свойств. Соотношение неопределенностей следует рассматривать в связи с корпускулярно-волновым дуализмом свойств материи. Соответственно нужно проявлять, особую осторожность при обосновании указанного соотношения с помощью мысленных опытов. Можно получить соотношение неопределенностей, рассматривая частицу как группу волн де Бройля. Однако при этом нужно, обязательно сказать об ограниченности такого представления частицы из-за сильной дисперсии волн де Бройля, приводящей к «быстрому расплыванию» волнового пакета. Следует подчеркнуть физический смысл соотношения неопределенностей как квантового ограничения применимости понятий классической механики. Затем необходимо рассмотреть соотношение неопределенностей для энергии и времени. В заключение нужно указать, что из соотношения неопределенностей вытекает необходимость описания состояния микрообъекта с помощью волновой функции, и разъяснить статистический смысл волновой функции частицы.

Далее следует записать общее уравнение Шредингера для частицы, находящейся во внешнем силовом поле (в общем случае, нестационарном), и перейти от него к уравнению Шредингера для стационарных состояний. В качестве примеров решения стационарных задач с помощью уравнения Шредингера нужно рассмотреть свободную частицу и частицу, находящуюся в одномерной прямоугольной «потенциальной яме» бесконечной глубины. На основе соотношения неопределенностей следует пояснить, почему энергия частицы в «потенциальной яме» не может быть сколь угодно малой. В конце решения этой задачи необходимо сформулировать принцип соответствия Бора.

В задачах о линейном гармоническом осцилляторе и атоме водорода не следует приводить полностью ход решения уравнения Шредингера. Достаточно обсудить постановку и результаты решения этих задач в классической физике и квантовой механике. Полезно использовать соотношение неопределенностей для обоснования существования нулевых колебаний осциллятора. В задаче об атоме водорода нужно кратко напомнить об опытах Резерфорда и теории Бора. Следует остановиться на правилах квантования энергии и орбитального момента импульса электрона в атоме водорода и других одноэлектронных системах, пояснив смысл трех квантовых чисел.

Необходимо показать с помощью соотношения неопределенностей, что туннельный эффект не противоречит закону сохранения энергии.

После рассмотрения опытов Штерна и Герлаха и введения спинового квантового числа следует остановиться на делении элементарных частиц и построенных из них систем (атомов, молекул) на 2 класса - фермионы и бозоны. Далее следует сформулировать принцип неразличимости тождественных частиц и принцип Паули для системы фермионов, на основе которого рассмотреть распределение электронов в атоме по состояниям. Нужно рассказать об открытии комбинационного рассеяния света Л. И. Мандельштамом и Г. С. Ландсбергом и парамагнитного резонанса Е. К. Завойским.

Изложение вопроса о поглощении излучения и его спонтанном и вынужденном испускании рекомендуется завершить выводом формулы Планка по Эйнштейну и разъяснением принципа действия лазера и особенностей генерируемого им излучения. Следует указать на вклад Н. Г. Басова и А. М. Прохорова в создании квантовых генераторов излучения.

Элементы физики атомного ядра и элементарных частиц

Говоря о составе ядра и его характеристиках, целесообразно, начать с характеристики экспериментальных методов определения массы, линейных размеров, момента импульса и магнитного момента ядер атомов. Обсуждая особенности взаимодействия нуклонов в ядре, нужно рассмотреть свойства ядерных сил и остановиться на их обменной природе. Дефект массы должен трактоваться как разность между массой атома данного изотопа и его массовым числом, т.е. числом нуклонов в ядре. Надо указать на существование зависимости удельной энергии связи ядер (энергии связи, отнесенной к одному нуклону) от массового числа. Рассматривая α- распад ядер, следует остановиться на квантовом механизме этого явления, служащего примером проявления туннельного эффекта. Важно обратить внимание студентов на дискретный характер энергетического спектра α-частнц и γ-излучения, свидетельствующий о квантовании энергии ядер. Необходимо специально остановиться на тех трудностях, которые возникли в согласовании закономерностей β-распада с законами сохранения энергии и момента импульса, и на том, что выход из этих трудностей был найден путем введения гипотезы о существовании нейтрино.

Рассмотрение ядерных реакций целесообразно начать с описания опыта Резерфорда и открытия искусственной радиоактивности. В этой связи нужно кратко остановиться на явлениях β_- и β₊ радиоактивности ядер, а также на явлении электронного захвата. Следует подчеркнуть, что во всех ядерных реакциях выполняются законы сохранения энергии, импульса, момента импульса, электрического заряда (зарядового числа) и массы (массового числа). Особое внимание нужно уделить реакции деления тяжелых ядер и ее энергетическому балансу. Для обоснования реакции деления целесообразно использовать капельную модель ядра Н. Бора - Я. И. Френкеля. Детально следует остановиться на расщеплении ядер урана под действием нейтронов и указать на возможность спонтанного деления ядер. При обсуждении цепной реакции деления следует ввести понятие о коэффициенте размножения нейтронов и критическом размере системы. Говоря о ядерной энергетике, нужно остановиться на роли И. В. Курчатова. Надо, сказать о реакторах на быстрых нейтронах, позволяющих воспроизводить ядерное топливо. В связи с рассмотрением ядерных реакций синтеза следует остановиться на проблеме осуществления управляемых термоядерных реакций.

В заключение нужно остановиться на четырех фундаментальных взаимодействиях, на классификации, основных свойствах и взаимных превращениях элементарных частиц.