Краткий ответ

Типовая последовательность изучения физики выглядит так:

• 7 класс: измерения, вещество, механическое движение, силы, давление, работа и энергия.
• 8 класс: тепловые, электрические, магнитные и световые явления.
• 9 класс: законы механики, колебания и волны, электромагнетизм, оптика, атомная и ядерная физика.
• 10 класс: систематическая механика, молекулярная физика, термодинамика, электростатика и постоянный ток.
• 11 класс: магнитное поле, электромагнитные колебания и волны, оптика, теория относительности, квантовая, атомная и ядерная физика, астрономия.
• Вуз: математический аппарат, теоретическая механика, термодинамика и статистическая физика, электродинамика, оптика, квантовая механика, физика атома и ядра, физика твёрдого тела, физика элементарных частиц, теория относительности, физика плазмы, астрофизика и специальные дисциплины.

Распределение тем по классам может немного различаться в зависимости от школьной программы.

7 класс — основы физики и механики

1. Физика и измерения

• физическое тело и вещество;
• физическое явление;
• наблюдение и эксперимент;
• физическая величина;
• единицы СИ;
• измерительные приборы;
• цена деления;
• прямые и косвенные измерения;
• погрешности измерений;
• перевод единиц;
• научная запись чисел;
• размерности физических величин.

2. Строение вещества

• молекулы и атомы;
• движение частиц;
• диффузия;
• взаимодействие молекул;
• притяжение и отталкивание;
• твёрдые тела, жидкости и газы;
• масса и объём;
• плотность:

\[ \rho=\frac{m}{V}. \]

3. Механическое движение

• тело отсчёта;
• система отсчёта;
• траектория;
• путь;
• перемещение;
• равномерное движение;
• скорость:

\[ v=\frac{s}{t}; \]

• неравномерное движение;
• средняя скорость;
• графики зависимости координаты и пути от времени;
• относительность движения.

4. Взаимодействие тел

• инерция;
• масса;
• сила;
• измерение силы;
• сила тяжести;
• вес тела;
• сила упругости;
• закон Гука;
• сила трения;
• равнодействующая сил;
• деформация;
• виды равновесия.

5. Давление

• давление твёрдого тела:

\[ p=\frac{F}{S}; \]

• давление жидкости;
• давление газа;
• закон Паскаля;
• гидравлический пресс;
• атмосферное давление;
• барометры и манометры;
• закон Архимеда;
• плавание тел;
• условия всплытия, погружения и плавания.

6. Работа, мощность и энергия

• механическая работа:

\[ A=Fs; \]

• мощность:

\[ P=\frac{A}{t}; \]

• простые механизмы;
• рычаг;
• блок;
• наклонная плоскость;
• коэффициент полезного действия;
• кинетическая энергия;
• потенциальная энергия;
• закон сохранения механической энергии.

8 класс — тепло, электричество, магнетизм и свет

1. Тепловые явления

• температура;
• тепловое равновесие;
• внутренняя энергия;
• способы изменения внутренней энергии;
• теплопроводность;
• конвекция;
• излучение;
• количество теплоты;
• удельная теплоёмкость:

\[ Q=cm\Delta T; \]

• уравнение теплового баланса;
• плавление и кристаллизация;
• удельная теплота плавления;
• испарение и конденсация;
• кипение;
• удельная теплота парообразования;
• влажность воздуха;
• точка росы;
• сгорание топлива;
• удельная теплота сгорания;
• тепловые двигатели;
• КПД теплового двигателя;
• холодильные установки;
• экологические последствия использования топлива.

2. Электрические явления

• электрический заряд;
• положительные и отрицательные заряды;
• электризация;
• проводники и диэлектрики;
• электрическое поле;
• взаимодействие зарядов;
• источники тока;
• электрическая цепь;
• сила тока:

\[ I=\frac{q}{t}; \]

• электрическое напряжение;
• вольтметр и амперметр;
• электрическое сопротивление;
• закон Ома:

\[ I=\frac{U}{R}; \]

• последовательное и параллельное соединение;
• работа электрического тока;
• мощность электрического тока:

\[ P=UI; \]

• закон Джоуля — Ленца;
• короткое замыкание;
• электрическая безопасность.

3. Магнитные явления

• постоянные магниты;
• магнитное поле;
• магнитные линии;
• магнитное поле проводника с током;
• электромагнит;
• электромагнитное реле;
• действие магнитного поля на проводник с током;
• электродвигатель;
• компас и магнитное поле Земли.

4. Световые явления

• источники света;
• распространение света;
• световой луч;
• тень и полутень;
• отражение света;
• закон отражения;
• плоское зеркало;
• преломление света;
• показатель преломления;
• полное внутреннее отражение;
• линзы;
• фокусное расстояние;
• оптическая сила;
• построение изображений;
• глаз;
• очки;
• лупа;
• фотоаппарат;
• микроскоп;
• разложение белого света;
• радуга.

9 класс — систематическая механика, колебания и современная физика

1. Кинематика

• координаты;
• радиус-вектор;
• перемещение как вектор;
• скорость как вектор;
• ускорение:

\[ \vec a=\frac{\Delta\vec v}{\Delta t}; \]

• равноускоренное движение;
• свободное падение;
• движение тела, брошенного под углом;
• равномерное движение по окружности;
• угловая скорость;
• центростремительное ускорение;
• относительность движения.

2. Динамика

• первый закон Ньютона;
• второй закон Ньютона:

\[ \sum \vec F=m\vec a; \]

• третий закон Ньютона;
• сила тяжести;
• вес тела;
• невесомость;
• сила трения;
• сила упругости;
• закон всемирного тяготения;
• движение искусственных спутников;
• первая и вторая космические скорости;
• условия равновесия тела;
• моменты сил.

3. Законы сохранения

• импульс тела:

\[ \vec p=m\vec v; \]

• импульс силы;
• закон сохранения импульса;
• реактивное движение;
• механическая работа;
• кинетическая и потенциальная энергия;
• закон сохранения энергии;
• столкновения тел;
• КПД механизмов.

4. Колебания и волны

• колебательное движение;
• амплитуда;
• период;
• частота;
• фаза;
• гармонические колебания;
• математический маятник;
• пружинный маятник;
• резонанс;
• затухающие и вынужденные колебания;
• механические волны;
• длина волны;
• скорость распространения волны;
• звук;
• высота, громкость и тембр;
• ультразвук и инфразвук.

5. Электромагнитные явления

• магнитное поле тока;
• сила Ампера;
• сила Лоренца;
• электромагнитная индукция;
• закон Фарадея;
• правило Ленца;
• генератор;
• трансформатор;
• переменный ток;
• электромагнитные колебания;
• колебательный контур;
• электромагнитные волны;
• радиосвязь.

6. Квантовая, атомная и ядерная физика

• строение атома;
• опыт Резерфорда;
• модель атома Бора;
• энергетические уровни;
• линейчатые спектры;
• фотоны;
• фотоэффект;
• корпускулярно-волновой дуализм;
• радиоактивность;
• альфа-, бета- и гамма-излучение;
• состав атомного ядра;
• изотопы;
• период полураспада;
• ядерные реакции;
• деление и синтез ядер;
• энергия связи;
• ядерная энергетика;
• радиационная безопасность;
• элементарные частицы.

10 класс — углублённая классическая физика

1. Механика

• векторная кинематика;
• движение в координатах;
• относительное движение;
• графики \(x(t)\), \(v(t)\), \(a(t)\);
• законы Ньютона;
• силы в различных системах;
• движение по окружности;
• гравитационное поле;
• движение планет и спутников;
• статика;
• центр масс;
• момент силы;
• вращение твёрдого тела;
• момент инерции;
• угловая скорость и угловое ускорение;
• момент импульса;
• работа переменной силы;
• мощность;
• потенциальная энергия;
• законы сохранения;
• механика жидкостей и газов;
• уравнение неразрывности;
• закон Бернулли;
• вязкость;
• сопротивление среды.

2. Молекулярная физика

• основные положения молекулярно-кинетической теории;
• размеры и массы молекул;
• количество вещества;
• моль;
• постоянная Авогадро;
• концентрация частиц;
• средняя скорость молекул;
• средняя кинетическая энергия;
• температура как мера энергии движения частиц;
• давление газа;
• идеальный газ;
• уравнение Менделеева — Клапейрона:

\[ pV=\nu RT; \]

• изопроцессы;
• закон Бойля — Мариотта;
• закон Гей-Люссака;
• закон Шарля;
• влажность;
• реальные газы;
• поверхностное натяжение;
• капиллярность;
• кристаллические и аморфные тела.

3. Термодинамика

• внутренняя энергия;
• работа газа;
• количество теплоты;
• первый закон термодинамики;
• адиабатный, изотермический, изобарный и изохорный процессы;
• второй закон термодинамики;
• необратимость процессов;
• энтропия на качественном уровне;
• тепловые двигатели;
• холодильные машины;
• цикл Карно;
• КПД тепловых машин.

4. Электростатика и постоянный ток

• закон Кулона;
• напряжённость электрического поля;
• принцип суперпозиции;
• линии напряжённости;
• потенциал;
• разность потенциалов;
• эквипотенциальные поверхности;
• электрическая ёмкость;
• конденсатор;
• энергия электрического поля;
• диэлектрики;
• проводники в электрическом поле;
• электродвижущая сила;
• внутреннее сопротивление источника;
• законы Кирхгофа;
• сложные электрические цепи;
• ток в металлах, электролитах, газах и полупроводниках.

11 класс — электродинамика, оптика и квантовая физика

1. Магнитное поле

• вектор магнитной индукции;
• магнитный поток;
• сила Ампера;
• сила Лоренца;
• движение заряженных частиц в магнитном поле;
• циклотрон;
• масс-спектрометр;
• магнитные свойства веществ;
• диа-, пара- и ферромагнетики.

2. Электромагнитная индукция

• магнитный поток;
• закон электромагнитной индукции;
• правило Ленца;
• самоиндукция;
• индуктивность;
• энергия магнитного поля;
• генератор переменного тока;
• трансформатор;
• передача электроэнергии.

3. Электромагнитные колебания и волны

• колебательный контур;
• свободные и вынужденные колебания;
• резонанс;
• переменный ток;
• активное, индуктивное и ёмкостное сопротивления;
• электромагнитная волна;
• скорость света;
• шкала электромагнитных волн;
• радиоволны;
• микроволны;
• инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое излучение;
• рентгеновское и гамма-излучение;
• принципы радиосвязи и телевидения.

4. Оптика

• геометрическая оптика;
• зеркала и линзы;
• оптические системы;
• интерференция;
• дифракция;
• поляризация;
• дисперсия;
• когерентность;
• дифракционная решётка;
• спектроскопия;
• лазеры;
• оптические приборы;
• оптоволоконная связь.

5. Теория относительности

• инерциальные системы отсчёта;
• постулаты специальной теории относительности;
• относительность времени;
• замедление времени;
• сокращение длины;
• релятивистский импульс;
• связь массы и энергии:

\[ E=mc^2; \]

• энергия покоя;
• релятивистская кинематика.

6. Квантовая физика

• фотоны;
• энергия и импульс фотона;
• фотоэффект;
• эффект Комптона;
• гипотеза де Бройля;
• волновые свойства частиц;
• принцип неопределённости;
• квантовые энергетические уровни;
• лазерное излучение;
• атомные спектры;
• строение атома.

7. Ядерная физика

• состав и размеры ядра;
• ядерные силы;
• энергия связи;
• дефект массы;
• радиоактивный распад;
• ядерные реакции;
• деление тяжёлых ядер;
• термоядерный синтез;
• ядерные реакторы;
• дозиметрия;
• защита от излучения.

8. Астрономия и космология

• небесная сфера;
• координаты небесных тел;
• движение планет;
• Солнце;
• планеты и малые тела;
• звёзды;
• диаграмма Герцшпрунга — Рассела;
• эволюция звёзд;
• чёрные дыры;
• галактики;
• расширение Вселенной;
• Большой взрыв;
• тёмная материя и тёмная энергия.

Уровень вуза

В вузе школьные формулы превращаются в общие математические теории.

1. Математический аппарат

• функции нескольких переменных;
• пределы и производные;
• интегралы;
• векторная алгебра;
• градиент, дивергенция и ротор;
• линейная алгебра;
• матрицы и собственные значения;
• дифференциальные уравнения;
• уравнения в частных производных;
• комплексные числа;
• ряды Фурье;
• преобразование Лапласа;
• теория вероятностей;
• математическая статистика;
• численные методы;
• тензорный анализ;
• группы и симметрии.

2. Теоретическая механика

• обобщённые координаты;
• связи и степени свободы;
• принцип Даламбера;
• уравнения Лагранжа;
• принцип наименьшего действия;
• уравнения Гамильтона;
• фазовое пространство;
• канонические преобразования;
• теория устойчивости;
• нелинейные колебания;
• хаотические системы;
• движение в неинерциальных системах;
• механика сплошных сред;
• специальная теория относительности.

3. Статистическая физика и термодинамика

• микросостояния и макросостояния;
• статистические ансамбли;
• распределение Максвелла;
• распределение Больцмана;
• распределение Ферми — Дирака;
• распределение Бозе — Эйнштейна;
• статистическая энтропия;
• термодинамические потенциалы;
• фазовые переходы;
• критические явления;
• реальные газы;
• транспортные процессы;
• диффузия;
• теплопроводность;
• вязкость;
• неравновесная термодинамика;
• флуктуации;
• квантовая статистика.

4. Электродинамика

• электростатика;
• краевые задачи;
• метод изображений;
• мультипольное разложение;
• диэлектрики;
• проводники;
• магнитостатика;
• электромагнитная индукция;
• уравнения Максвелла;
• электромагнитные волны;
• распространение волн в средах;
• дисперсия;
• поглощение;
• излучение ускоренных зарядов;
• антенны;
• релятивистская электродинамика;
• электродинамика плазмы.

5. Оптика

• геометрическая оптика;
• волновая оптика;
• интерференция;
• дифракция;
• поляризация;
• преобразование Фурье в оптике;
• когерентность;
• оптические резонаторы;
• лазеры;
• нелинейная оптика;
• оптика коротких импульсов;
• квантовая оптика;
• фотонные кристаллы;
• волоконная оптика.

6. Квантовая механика

• постулаты квантовой механики;
• гильбертово пространство;
• операторы и наблюдаемые;
• коммутаторы;
• уравнение Шрёдингера;
• одномерные потенциальные задачи;
• туннельный эффект;
• гармонический осциллятор;
• момент импульса;
• спин;
• сложение моментов;
• атом водорода;
• теория возмущений;
• вариационный метод;
• теория рассеяния;
• тождественные частицы;
• матрица плотности;
• измерения и вероятности;
• квантовая запутанность;
• основы квантовой информации.

7. Атомная и молекулярная физика

• электронные оболочки;
• тонкая и сверхтонкая структура спектров;
• спин-орбитальное взаимодействие;
• правила отбора;
• атомные переходы;
• молекулярные уровни;
• вращательные и колебательные спектры;
• электронные спектры молекул;
• резонансная спектроскопия;
• лазерные системы;
• масс-спектрометрия.

8. Физика твёрдого тела

• кристаллические решётки;
• симметрия кристаллов;
• обратная решётка;
• дифракция рентгеновских лучей;
• фононы;
• зонная теория;
• металлы;
• диэлектрики;
• полупроводники;
• проводимость;
• эффект Холла;
• p–n-переход;
• диоды и транзисторы;
• магнитные материалы;
• ферромагнетизм;
• сверхпроводимость;
• дефекты кристаллов;
• наноструктуры;
• двумерные материалы.

9. Ядерная физика

• модели атомного ядра;
• ядерные силы;
• оболочечная модель;
• коллективные модели;
• радиоактивность;
• альфа-, бета- и гамма-распад;
• ядерные реакции;
• реакторы;
• термоядерные реакции;
• нейтронная физика;
• радиационные эффекты;
• детекторы частиц;
• радиационная защита.

10. Физика элементарных частиц

• лептоны;
• кварки;
• адроны;
• фундаментальные взаимодействия;
• симметрии;
• законы сохранения;
• диаграммы Фейнмана;
• Стандартная модель;
• бозон Хиггса;
• нейтрино;
• ускорители частиц;
• детекторы;
• основы квантовой теории поля;
• физика высоких энергий.

11. Механика сплошных сред и гидродинамика

• напряжения и деформации;
• упругость;
• пластичность;
• гидростатика;
• уравнение непрерывности;
• уравнение Эйлера;
• уравнение Навье — Стокса;
• ламинарное и турбулентное течение;
• пограничный слой;
• вихри;
• ударные волны;
• акустика;
• распространение волн в средах.

12. Физика плазмы

• ионизация;
• дебаевское экранирование;
• плазменные колебания;
• магнитогидродинамика;
• плазменные волны;
• удержание плазмы;
• термоядерный синтез;
• космическая плазма;
• газовые разряды.

13. Теория относительности и гравитация

• четырёхмерное пространство-время;
• метрический тензор;
• геодезические линии;
• кривизна пространства-времени;
• уравнения Эйнштейна;
• чёрные дыры;
• гравитационные волны;
• космологические модели;
• расширение Вселенной;
• реликтовое излучение;
• современная космология.

14. Экспериментальная и вычислительная физика

• планирование эксперимента;
• оценка погрешностей;
• распространение неопределённостей;
• обработка результатов;
• метод наименьших квадратов;
• построение графиков;
• размерностный анализ;
• компьютерное моделирование;
• численное решение уравнений;
• программирование;
• обработка изображений и сигналов;
• лабораторная техника;
• техника безопасности.

15. Прикладные направления

• электроника;
• радиофизика;
• автоматическое управление;
• физика материалов;
• нанофизика;
• биофизика;
• медицинская физика;
• геофизика;
• метеорология;
• физика атмосферы;
• астрофизика;
• оптоэлектроника;
• фотоника;
• акустика;
• энергетика;
• ядерная инженерия;
• вычислительная физика;
• физика полупроводников.

Главный принцип изучения любой темы

Для любой задачи или раздела полезно идти по одной схеме:

1. Определить модель: тело, газ, электрическая цепь, волна и т. д.
2. Выбрать величины: что известно и что нужно найти.
3. Записать закон: например, \(F=ma\), \(Q=cm\Delta T\), \(I=U/R\).
4. Указать условия применимости закона.
5. Составить уравнения и решить их.
6. Проверить результат:
   • единицы измерения;
   • знак ответа;
   • порядок величины;
   • предельный случай;
   • сохранение энергии или импульса;
   • соответствие условию.

Например, в механике сначала рисуют силы, выбирают оси координат, записывают

\[ \sum \vec F=m\vec a, \]

а уже затем находят неизвестную величину. В вузе этот же принцип сохраняется, но силы, поля и движения описываются с помощью производных, интегралов и дифференциальных уравнений.