Учебно-методический комплекс по дисциплине ен. Ф. 03 Физика специальность/направление

Вид материалаУчебно-методический комплекс

Содержание


4 Программа лабораторных занятий
Темы лабораторных занятий
Молекулярная физика. основы термодинамики
Электричество и магнетизм
Оптика и атомная физика
4.2 Список лабораторных работ в соответствии с темой лабораторной работы
Список лабораторных работ
1 Механика (2 семестр)
2 Молекулярная физика. основы термодинамики
3 Электричество и магнетизм (3 семестр)
4 Оптика и атомная физика
4.3 Основные понятия и категории (Законы)
4.4 Список литературы
5 Программа самостоятельной работы
Кинематика поступательного и вращательного движения
Динамика частицы и системы частиц
Динамика вращательного движения
Закон сохранения энергии, силы инерции
Основные положения релятивистской механики
Механические колебания, волны
...
Полное содержание
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11



4 ПРОГРАММА ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ


4.1 Тематический план лабораторных занятий


№№ темы

Темы лабораторных занятий

Кол-во
часов


1

2

3




2 СЕМЕСТР
(выбирается 6 тем по 3 часа)




1

МЕХАНИКА




1.1

Законы свободного падения

3

1.2

Законы вращательного движения



1.3

Законы колебательного движения физического и математического маятников

3

1.4

Упругие свойства тел



1.5

Резонансные явления

3

1.6

Волновые процессы



1.7

Силы трения в природе



2

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА. ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ




2.1

Фазовые переходы

3

2.2

Свойства жидкостей, влажность, вязкость



2.3

Тепловые свойства твердых тел

3

2.4

Тепловые свойства жидкостей



2.5

Удельная теплоемкость газов

3

2.6

Законы для идеальных газов






Итого:

18




3 СЕМЕСТР




3

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ




3.1

Способы электроизмерений. Единица «ампер»

3

3.2

Индуктивность и емкость в цепях переменного тока

4

3.3

ЭДС, (термоэлектродвижущая сила)

4

3.4

Сопротивления проводников и полупроводников, температурные зависимости.

4

3.5

Магнитное поле

3




Итого:

18





4 СЕМЕСТР




4

ОПТИКА И АТОМНАЯ ФИЗИКА




4.1

Фотоэлектрический эффект (внешний, внутренний)

3

4.2

Волновые свойства света. Дифракция, интерференция

3

4.3

Фотометрия

2

4.4

Поляризация.

3

4.5

Геометрическая оптика

3

4.6

Измерение линейных коэффициентов ослабления гамма-лучей в алюминии, железе, меди.

3




Итого:

17




ВСЕГО:

56


4.2 Список лабораторных работ в соответствии с темой лабораторной работы


№№ п/п

Список лабораторных работ

Номер темы

1

2

3




1 МЕХАНИКА (2 СЕМЕСТР) (6 работ по выбору, в соответствии с темой)




1

Исследование прямолинейного движения тел в поле силы тяжести на машине Атвуда.

1.1

2

Изучение законов вращательного движения на маятнике Обербека.

1.2

3

Исследование физического и математического маятников.

1.3

4

Определение модуля сдвига динамическим методом.

1.4

5

Изучение явления резонанса при вынужденных колебаниях.

1.5

6

Изучение колебаний струны.

1.6

7

Трение гибкой ленты.

1.7




2 МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА. ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ




1

Определение удельной теплоты парообразования воды.

2.1

2

Определение коэффициента поверхностного натяжения методом отрыва капель.

Определение влажности воздуха психрометром Августа и зеркальным гигрометром.

Определение коэффициента вязкости жидкости по методу Стокса.

2.2

3

Определение среднего коэффициента линейного расширения методом Д.И. Менделеева.

2.3

4

Определение коэффициента объемного расширения жидкости.

2.4

5

Определение отношений теплоемкостей воздуха методом адиабатического расширения.

2.5

6

Определение универсальной газовой постоянной.

2.6




3 ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ (3 СЕМЕСТР)




1

Знакомство с электроизмерительными приборами.

3.1

2

Изучение резонанса напряжения в цепи переменного тока.

3.2

3

Определение термоэлектродвижущей силы термоэлемента.

3.3

4

Измерение удельного сопротивления проводников.

Определение энергии запрещенной зоны и температурного коэффициента сопротивления проводника.

3.4

5

Определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли методом Гаусса

3.5




4 СЕМЕСТР







4 ОПТИКА И АТОМНАЯ ФИЗИКА




1

Фотоэлектрический эффект.

4.1

2

Определение длины световой волны дифракционной решеткой.

4.2

3

Изучение законов освещенности.

4.3

4

Изучение поляризации света.

4.4

5

Определение фокусных расстояний оптических систем.

4.5

6

Измерение линейных коэффициентов ослабления гамма-лучей в алюминии, железе, меди.

4.6




ИТОГО:

56


4.3 Основные понятия и категории (Законы)

В процессе выполнения лабораторных работ, оформления результатов экспериментов, теоретической подготовки к ним, отчета студент должен освоить и уметь использовать:

закон Авогадро

— Ам пера

— Архимеда

— Био-Савара-Лапласа

— Бойля-Мариотта

— Больцмана (равнораспределения)

— Бугера

— всемирного тяготения

— Гей-Люссака

— Гука

— Дальтона

— Джоуля-Ленца

— Кирхгофа

— Кулона

— Максвелла

— Малюса

— Мозли

— Ньютона первый

–– –– второй

–– –– третий

— Ньютона (вязкость)

— Ома

— отражения

— Паскаля

— полного тока для магнитного поля в веществе

— преломления

— радиоактивного распада

— излучения Вина

— смещения Вина

–– сохранения заряда

–– ––– импульса

–– –– релятивистского

–– –– массовых чисел

–– –– момента импульса

–– –– механической энергии

–– –– электрических зарядов

–– –– энергии

— Стефана-Больцмана

— Фарадея

— Фика (диффузия)

— Фурье (теплопроводность)

— проводимости


4.4 Список литературы


1. Грабовский Р.И. Курс физики. /Р.И. Грабовский – СпБ.: Лань, 2005.- 608 с.

2. Савельев И.В. Курс физики. Т. 1 Механика, Молекулярная физика, Т. 2 Электричество, магнетизм / И.В. Савельев. – М.: Наука, 1989. – 352 с.

3.Трофимова Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова. – М.: Высшая школа, 1990.

- 478 с.

4. Методические указания к лабораторным работам.

5 ПРОГРАММА САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ


5.1 Тематический план самостоятельной работы


№№ темы

Наименование разделов и тем

Кол-во
часов

1

2

3

1

МЕХАНИКА (2 семестр)

66

1.1

Кинематика

Методы исследования физических явлений. Развитие физики и техники и их взаимное влияние друг на друга. Роль физики в становлении инженера. Общая структура и задачи курса физики. Предмет механики. Кинематика и динамика. Отличия классической, релятивистской и квантовой механик.

4

1.2

Кинематика поступательного и вращательного движения

Простейшие виды движения материальной точки. Вращательное движение и его кинематические характеристики.

4

1.3

Динамика частицы и системы частиц

Ускорение свободного падения, сила тяжести и вес, упругие силы, закон Гука, силы деформации, силы трения.

4

1.4

Динамика вращательного движения

Основное уравнение динамики вращательного движения.

4

1.5

Работа и энергия

Работа при вращательном движении. Кинетическая энергия тела, вращающегося вокруг неподвижной оси.

4

1.6

Закон сохранения энергии, силы инерции

Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции.

4

1.7

Основные положения релятивистской механики

Релятивистский закон сложения скоростей. Релятивистский импульс. Релятивистская энергия. Связь массы и энергии покоя, нулевая масса покоя.

8

1.8

Механические колебания, волны

Гармонические колебания, превращения энергии. Механический, математический, физический маятники. Волны в упругой среде.

6

2

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА




2.1

Основные положения молекулярной физики и термодинамики

Статистический и термодинамический методы исследования. Термодинамическая система, температура, параметры состояния, идеальный газ.

6

2.2

Молекулярная физика

Закон Максвелла о распределении молекул идеального газа по скоростям. Барометрическая формула. Распределение Больцмана.

4

2.3

Явления переноса

Диффузия, внутреннее трение (вязкость).

4

2.4

Термодинамика, первое начало термодинамики

Внутренняя энергия термодинамической системы. Число степеней свободы.

4

2.5

Второе начало термодинамики

Изопроцессы: изобарный, изохорный, изотермический. Адиабатический процесс и его уравнение. Круговой процесс, КПД кругового процесса. Статистическое толкование энтропии, принцип возрастания энтропии.

6

2.6

Реальные газы

Изменение агрегатного состояния вещества, фазовые переходы, диаграмма состояния и её анализ.

4

3

ЭЛЕКТРОСТАТИКА (3 семестр)

66

3.1

Электростатическое поле и его силовые характеристики

Электрический заряд. Закон Кулона. Электрическое поле. Вектор напряженности электрического поля, линии напряженности, принцип суперпозиции.

6

3.2

Электрическое поле и его энергетические характеристики

Связь между напряженностью и потенциалом. Потенциалы полей простейших конфигураций зарядов. Диполь в однородном и неоднородном электрическом поле.

6

3.3

Электростатическое поле в диэлектриках

Вектор электрического смещения. Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектрике. Сегнетоэлектрики.

4

3.4

Проводники в электростатическом поле

Распределение зарядов в проводнике в отсутствие и при наличие внешнего электростатического поля. Поле заряженного проводника. Электростатическая защита. Электроемкость уединённого проводника.

5

4

ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК




4.1

Характеристики и законы постоянного электрического тока

Сила тока, вектор плотности тока. ЭДС и напряжение.

6

4.2

Электрические токи в металлах и газах

Эмиссионные явления, газовые разряды.

4




МАГНИТОСТАТИКА




5.1

Магнитное поле

Особенности магнитного поля. Вектор магнитного момента контура с током. вектор магнитной индукции. Макро и микротоки, вектор напряжённости магнитного поля. Подобие векторных характеристик магнитного и электростатического полей. Поток вектора магнитной индукции, потокосцепление.

8

5.2

Действие магнитного поля на токи и заряды

Действие магнитного поля на контур с током, случай неоднородного магнитного поля.

4

5.3

Магнитное поле в веществе

Виды магнетитов, ферромагнетики.

5

6

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ




6.1

Электромагнитная индукция

Трансформаторы. Ток замыкания и размыкания цепи. Энергия магнитного поля, плотность энергии.

6

6.2

Уравнения Максвелла

Полная система уравнений Максвелла в дифференциальной форме.

6

6.3

Электрические колебания, переменный ток

Мощность, выделяемая в цепи переменного тока, действующие значения тока, напряжения.

6

7

ОПТИКА

59

7.1

Основные законы геометрической оптики, фотометрия

Линзы. Энергетические и световые величины в фотометрии.

3

7.2

Волновые свойства света, интерференция

Полосы равного наклона, толщины. Кольца Ньютона. Просветление оптики, интерферометры.

5

7.3

Волновые свойства света, дифракция

Разрешающая способность спектральных приборов, дифракционной решетки.

5

7.4

Взаимодействие света с веществом

Поглощение (абсорбция света), виды спектров поглощения.

4

7.5

Поляризация света

Искусственная оптическая анизотропия, эффекты Керра, Коттона - Муттона. Вращение плоскости поляризации, эффект Фарадея.

5

7.6

Тепловое излучение

Закон смещения Вина, формулы Релея-Джинса.

4

7.7

Квантовая природа света

Давление света, эффект Комптона.

4




ОСНОВЫ КВАНТОВОЙ ФИЗИКИ




8.1

Элементы квантовых свойств атома

Опыты Франка и Герца. Спектр атома водорода по Бору.

4

8.2

Элементы квантовой теории

Уравнение Шредингера для свободной частицы.

4

8.3

Элементы физики квантовых частиц

Распределение электронов в атоме по состояниям.

4

8.4

Квантовые переходы

Основы зонной теории проводимости. Металлы, диэлектрики, полупроводники.

5

9

ЭЛЕМЕНТЫ ФИЗИКИ ЯДРА




9.1

Атомные ядра

Спин ядра и его магнитный момент. Свойства ядерных сил.

4

9.2

Ядерные излучения

Альфа и бэта – распад.

4

9.3

Ядерные реакции

Дозиметрические величины и единицы

4




ИТОГО:

191



Номер и наименование темы соответствуют тематическому плану самостоятельной работы.


5.2 План темы (вопросы для самостоятельного изучения)

1. МЕХАНИКА

Кинематика

Методы исследования физических явлений. Развитие физики и техники и их взаимное влияние друг на друга. Роль физики в становлении инженера. Общая структура и задачи курса физики. Предмет механики. Кинематика и динамика. Отличия классической, релятивистской и квантовой механик.

Кинематика поступательного и вращательного движения

Простейшие виды движения материальной точки. Вращательное движение и его кинематические характеристики.

Динамика частицы и системы частиц

Ускорение свободного падения, сила тяжести и вес, упругие силы, закон Гука, силы деформации, силы трения.

.Динамика вращательного движения

Основное уравнение динамики вращательного движения.

Работа и энергия

Работа при вращательном движении. Кинетическая энергия тела, вращающегося вокруг неподвижной оси.

Закон сохранения энергии, силы инерции

Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции.

Основные положения релятивистской механики

Релятивистский закон сложения скоростей. Релятивистский импульс. Релятивистская энергия. Связь массы и энергии покоя, нулевая масса покоя.

Механические колебания, волны

Гармонические колебания, превращения энергии. Механический, математический, физический маятники. Волны в упругой среде.

2. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА

Основные положения молекулярной физики и термодинамики

Статистический и термодинамический методы исследования. Термодинамическая система, температура, параметры состояния, идеальный газ.

Молекулярная физика

Закон Максвелла о распределении молекул идеального газа по скоростям. Барометрическая формула. Распределение Больцмана.

Явления переноса

Диффузия, внутреннее трение (вязкость).

Термодинамика, первое начало термодинамики

Внутренняя энергия термодинамической системы. Число степеней свободы.

Второе начало термодинамики

Изопроцессы: изобарный, изохорный, изотермический. Адиабатический процесс и его уравнение. Круговой процесс, КПД кругового процесса. Статистическое толкование энтропии, принцип возрастания энтропии.

Реальные газы

Изменение агрегатного состояния вещества, фазовые переходы, диаграмма состояния и её анализ.

3. ЭЛЕКТРОСТАТИКА

Электростатическое поле и его силовые характеристики

Электрический заряд. Закон Кулона. Электрическое поле. Вектор напряженности электрического поля, линии напряженности, принцип суперпозиции.

Электрическое поле и его энергетические характеристики

Связь между напряженностью и потенциалом. Потенциалы полей простейших конфигураций зарядов. Диполь в однородном и неоднородном электрическом поле.

Электростатическое поле в диэлектриках

Вектор электрического смещения. Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектрике. Сегнетоэлектрики.

Проводники в электростатическом поле

Распределение зарядов в проводнике в отсутствие и при наличие внешнего электростатического поля. Поле заряженного проводника. Электростатическая защита. Электроемкость уединённого проводника.

4. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК

Характеристики и законы постоянного электрического тока

Сила тока, вектор плотности тока. ЭДС и напряжение.

Электрические токи в металлах и газах

Эмиссионные явления, газовые разряды.

5. МАГНИТОСТАТИКА

Магнитное поле

Особенности магнитного поля. Вектор магнитного момента контура с током. вектор магнитной индукции. Макро и микротоки, вектор напряжённости магнитного поля. Подобие векторных характеристик магнитного и электростатического полей. Поток вектора магнитной индукции, потокосцепление.

Действие магнитного поля на токи и заряды

Действие магнитного поля на контур с током, случай неоднородного магнитного поля.

Магнитное поле в веществе

Виды магнетитов, ферромагнетики.

6. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ

Электромагнитная индукция

Трансформаторы. Ток замыкания и размыкания цепи. Энергия магнитного поля, плотность энергии.

Уравнения Максвелла

Полная система уравнений Максвелла в дифференциальной форме.

Электрические колебания, переменный ток

Мощность, выделяемая в цепи переменного тока, действующие значения тока, напряжения.

7. ОПТИКА

Основные законы геометрической оптики, фотометрия

Линзы. Энергетические и световые величины в фотометрии.

Волновые свойства света, интерференция

Полосы равного наклона, толщины. Кольца Ньютона. Просветление оптики, интерферометры.

Волновые свойства света, дифракция

Разрешающая способность спектральных приборов, дифракционной решетки.

Взаимодействие света с веществом

Поглощение (абсорбция света), виды спектров поглощения.

Поляризация света

Искусственная оптическая анизотропия, эффекты Керра, Коттона - Муттона. Вращение плоскости поляризации, эффект Фарадея.

Тепловое излучение

Закон смещения Вина, формулы Релея-Джинса.

Квантовая природа света

Давление света, эффект Комптона.

8. ОСНОВЫ КВАНТОВОЙ ФИЗИКИ

Элементы квантовых свойств атома

Опыты Франка и Герца. Спектр атома водорода по Бору.

Элементы квантовой теории

Уравнение Шредингера для свободной частицы.

Элементы физики квантовых частиц

Распределение электронов в атоме по состояниям.

Квантовые переходы

Основы зонной теории проводимости. Металлы, диэлектрики, полупроводники.

9. ЭЛЕМЕНТЫ ФИЗИКИ ЯДРА

Атомные ядра

Спин ядра и его магнитный момент. Свойства ядерных сил.

Ядерные излучения

Альфа и бэта – распад.

Ядерные реакции

Дозиметрические величины и единицы


5.3 Основные понятия и категории


Основные понятия и категории необходимые для освоения соответствуют дидактическим единицам

Тематическая структура АПИМ


№ ДЕ

Наименование
дидактической единицы ГОС

№ за-
да-
ния

Тема задания

1.

Механика

1

Кинематика поступательного и вращательного движения точки.

2

Динамика поступательного движения.

3

Динамика вращательного движения.

4

Работа и энергия.

5

Законы сохранения в механике.

6

Элементы специальной теории относительности.

2.

Молекулярная физика и термодинамика

7

Распределения Максвелла и Больцмана.

8

Средняя энергия молекул.

9

Второе начало термодинамики. Энтропия. Циклы.

10

I начало термодинамики. Работа при изопроцессах.

3.

Электричество и магнетизм

11

Электростатическое поле в вакууме.

12

Законы постоянного тока.

13

Магнитостатика.

14

Явление электромагнитной индукции.

15

Электрические и магнитные свойства вещества.

16

Уравнения Максвелла.

4.

Механические и электромагнитные колебания и волны

17

Свободные и вынужденные колебания.

18

Сложение гармонических колебаний.

19

Волны. Уравнение волны.

20

Энергия волны. Перенос энергии волной.

5.

Волновая и корпускулярная оптика

21

Интерференция и дифракция света.

22

Поляризация и дисперсия света.

23

Тепловое излучение. Фотоэффект.

24

Эффект Комптона. Световое давление.

6.

Квантовая физика, физика атома

25

Спектр атома водорода. Правило отбора.

26

Дуализм свойств микрочастиц. Соотношение неопределенностей Гейзенберга.

27

Уравнения Шредингера (общие свойства).

28

Уравнение Шредингера (конкретные ситуации).

7.

Элементы ядерной физики и физики элементарных частиц

29

Ядро. Элементарные частицы.

30

Ядерные реакции.

31

Законы сохранения в ядерных реакциях.

32

Фундаментальные взаимодействия.



5.4 Виды самостоятельной работы


1. Работа с учебными и методическими материалами.

2. Выполнение экспериментальной части лабораторных работ

3. Подготовка рефератов

4. Решение задач демонстрационных тестов


5.5 Формы контроля

1.Прием отчетов по лабораторным работам и домашним заданиям.

2.Контрольные работы

3.Публичное представление рефератов

4. Зачет

5.Итоговый экзамен

5.6 Список литературы

1. Грабовский Р.И. Курс физики. /Р.И. Грабовский – СпБ.: Лань, 2005.- 608 с.

2. Савельев И.В. Курс физики. Т. 1 Механика, Молекулярная физика, Т. 2 Электричество, магнетизм. – М.: Наука, 1989. – 352 с.


5.7 Виды самостоятельной работы


Работа с учебными и методическими материалами.


5.8 Формы контроля


Проведение коллоквиумов по блокам тематического плана самостоятельной работы.6.1.


5.9 Список литературы


1. Грабовский Р.И. Курс физики. /Р.И. Грабовский – СпБ.: Лань, 2005.- 608 с.

2. Савельев И.В. Курс физики. Т. 1 Механика, Молекулярная физика, Т. 2 Электричество, магнетизм / И.В. Савельев. – М.: Наука, 1989. – 352 с.

6. ТЕМАТИКА


6.1 Контрольных работ:

Контрольные работы проводятся по тематике и материалам предыдущих лекций.


6.2 Эссе, рефератов:

- не предусмотрены.


6.3 Курсовых работ (проектов):

– не предусмотрены.

7. КОНТРОЛЬ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ


7.1. Темы для зачета


1. Механика.

2. Задачи движения тел в поле силы тяжести.

3. Законы вращательного движения.

4. Законы движения физического и математического маятников.

5. Изучение явления резонанса при вынужденных колебаниях.

6. Изучение колебаний струны.

7. Деформация, виды деформации.

8. Молекулярная физика. Основы термодинамики.

9. Теплоемкость воздуха. Метод адиабатического расширения.

10. Определение влажности воздуха психрометром Августа и зеркальным гигрометром.

11. Вязкость жидкости и газа. Поверхностное натяжение.

12. Изменение агрегатного состояния вещества.

13. Линейное и объемное расширение.

14. Законы идеального газа.


7.2. Вопросы к экзамену