Учебно-методический комплекс по дисциплине ен. Ф. 03 Физика индекс по гос/наименование дисциплины
| Вид материала | Учебно-методический комплекс |
- Учебно-методический комплекс по дисциплине опд. Ф. 015 Теоретическая физика: Квантовая, 400.35kb.
- Учебно-методический комплекс по дисциплине ен. В. 02 Язык С++ индекс по гос/наименование, 281.51kb.
- Учебно-методический комплекс по дисциплине дс. 05 Астрофизика индекс по гос/наименование, 1011.11kb.
- Учебно-методический комплекс по дисциплине ен. Ф. 041. Программирование индекс по гос/наименование, 668.07kb.
- Учебно-методический комплекс по дисциплине ен,Ф. 01. Компьютерные науки индекс по гос/наименование, 318.23kb.
- Учебно-методический комплекс по дисциплине ен. Ф. 04 Концепции современного естествознания, 726.55kb.
- Учебно-методический комплекс по дисциплине ен. Ф. 04 Концепции современного естествознания, 708.53kb.
- Учебно-методический комплекс по дисциплине дс. В. 05 Основы компьютерного моделирования, 960.75kb.
- Учебно-методический комплекс по дисциплине опд. Ф. 02. Методы математической физики., 351.4kb.
- Учебно-методический комплекс по дисциплине Сети ЭВМ и телекоммуникации (наименование, 743.2kb.
УТВЕРЖДАЮ
Декан физико-математического факультета
/Попов Н.И./
(
подпись/Ф.И.О.)«
» 20 г.I РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
У
чебная дисциплина Физика(/наименование дисциплины)
Е
Н.Ф.03(индекс по ГОС)
С
пециальность 110303 – Механизация переработки сельскохозяйственной продукции(
код и наименование в соответствии с лицензией)Кафедра теоретической и прикладной физики
(
название)К
урс 1, 2 семестр форма обучения заочнаяЛ
екции 14, 8(кол-во часов)
Практические занятия –
(
кол-во часов)Лабораторные занятия 18, 6
(
кол-во часов)Самостоятельная работа 219, 135
(
кол-во часов)Курсовая работа (проект) –
(
семестр)Зачет 1
(
курс)Э
кзамен 2(курс)
Программа разработана Андреевым Алексеем Ивановичем, старшим преподавателем
(
должность, Ф.И.О., ученая степень, звание автора программы)Йошкар-Ола
2009
Рекомендована к утверждению Рассмотрена и одобрена на
решением учебно-методической заседании кафедры
комиссии (учебно-методического теоретической и прикладной
с
овета) физико-математического физики 
факультета (название кафедры)(название факультета / института, специальности)
п
ротокол заседания № от протокол заседания № от«
» 20 г. « » 20 г. Косов А.А.(подпись, Ф.И.О. председателя) (подпись, Ф.И.О., зав. кафедрой)
СОГЛАСОВАНО с выпускающей кафедрой
(название кафедры)п
ротокол заседания № от « » 20 г. (Ф.И.О. зав. кафедрой, подпись)
Сведения о переутверждении рабочей программы учебной дисциплины
на очередной учебный год и регистрация изменений
-
Учебный
год
Решение кафедры
(№ протокола, дата заседания
кафедры, Ф.И.О., подпись
зав. кафедрой)
Автор изменения
(Ф.И.О., подпись)
Номер
изменения
1 ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
1.1 Требования государственного образовательного стандарта к содержанию данной дисциплины
| ЕН.Ф.03 | Физика : Физические основы механики; колебания и волны; молекулярная физика и термодинамика; электричество и магнетизм; оптика; атомная и ядерная физика; физический практикум. | 400 |
1.2 Цели, учебные задачи дисциплины, место и роль учебной дисциплины в подготовке специалиста
Физика – наука о природе: о строении, свойствах и взаимодействии составляющих ее материальных тел и полей. Главная цель физики – выявить и объяснить законы природы. Физика основывается на экспериментально установленных фактах. Занимая центральное место среди других наук о природе, она имеет первостепенное значение в формировании научного мировоззрения.
Основными задачами курса физики в вузе являются:
- Создание основ теоретической подготовки в области физики, позволяющей будущим специалистам ориентироваться в потоке научной и технической информации и обеспечивающей возможность использования новых физических принципов в своей специальности.
- Формирование научного мировоззрения и современного физического мышления, в частности правильного понимания границ применимости различных физических понятий, законов, теорий и умения оценивать степень достоверности результатов, полученных с помощью экспериментальных или математических методов исследования.
- Усвоение основных явлений и законов классической и современной физики, методов физического исследования.
- Выработка приемов и навыков решения конкретных задач из разных областей физики, помогающих в дальнейшем решать задачи, связанные со своей специальностью.
- Ознакомление с современной научной аппаратурой, формирование у студентов начальных навыков проведения экспериментальных исследований различных физических явлений, в том числе с применением компьютеров, и оценки погрешностей измерений.
1.3 Виды учебной деятельности студентов
Лекции и лабораторные занятия. В качестве внеаудиторной самостоятельной работы: работа с научной литературой с использованием новых информационных технологий.
Самостоятельная работа также включает в себя:
- изучение теоретического материала;
- изучение материала лекций;
- подготовку к лабораторным занятиям;
- подготовку к экзамену.
1.4 Контроль знаний студентов
1 семестр – зачет
2 семестр – экзамен.
1.5 Другие пояснения автора
2 СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ
Введение
Физика как наука. Наиболее общие понятия и теории. Методы физического исследования: опыт, гипотеза, эксперимент, теория. Математика и физика. Физика и естествознание. Философия и физика. Важнейшие этапы истории физики. Роль физики в развитии техники и влияние техники на развитие физики. Физика как культура моделирования. Физические модели. Компьютеры в современной физике. Роль физики в образовании. Общая структура и задачи курса физики. Роль измерения в физике. Единицы измерения и системы единиц. Основные единицы СИ.
I. Физические основы механики
Предмет механики. Классическая и квантовая механика. Нерелятивистская и релятивистская классическая механика. Кинематика и динамика. Основные физические модели: частица (материальная точка), система частиц, абсолютно твердое тело, сплошная среда.
1.1. Элементы кинематики
Система отчета. Скалярные и векторные физические величины. Основные кинематические характеристики движения частиц. Скорость и ускорение частицы при криволинейном движении. Движение частицы по окружности. Угловая скорость и угловое ускорение. Поступательное и вращательное движения абсолютно твердого тела.
1.2. Элементы динамики частиц
Основная задача динамики. Первый закон Ньютона. Понятие инерциальной системы отсчета. Сила. Масса. Второй закон Ньютона. Уравнение движения. Третий закон Ньютона. Границы применимости классического способа описания движения частиц.
1.3. Законы сохранения в механике
Закон сохранения импульса. Центр инерции. Закон движения центра инерции. Реактивное движение. Момент импульса. Момент силы. Закон сохранения момента импульса. Уравнение моментов. Работа. Мощность. Кинетическая энергия. Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальная энергия и энергия взаимодействия. Внутренняя энергия. Закон сохранения энергии в механике. Общефизический закон сохранения энергии. Законы сохранения и симметрия пространства и времени.
1.4. Принцип относительности в механике. Элементы релятивистской динамики
Принцип относительности Галилея. Преобразования Галилея. Принцип относительности в релятивистской механике. Преобразование Лоренца для координат и времени и их следствия. Релятивистский импульс. Полная энергия частицы
1.5. Элементы механики твердого тела
Уравнения движения и равновесия твердого тела. Кинетическая энергия твердого тела, совершающего поступательное и вращательное движения. Уравнение движения твердого тела, вращающегося вокруг неподвижной оси. Момент инерции твердого тела относительно оси. Вращательный момент. Гироскоп.
1.6. Элементы механики сплошных сред
Общие свойства газов и жидкостей. Кинематическое описание движения жидкости. Уравнение Бернулли.
Вязкая жидкость. Силы внутреннего трения. Стационарное течение вязкой жидкости. Понятие о турбулентности.
Идеально упругое тело. Упругие деформации и напряжения. Закон Гука. Пластические деформации. Предел прочности.
2. Электричество и магнетизм
Предмет классической электродинамики. Электрический заряд и его дискретность. Идея близкодействия. Границы применимости классической электродинамики.
2.1. Электростатика
Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции. Электрический диполь. Основные уравнения электростатики в вакууме. Поток и циркуляция электростатического поля. Работа электростатического поля. Потенциал электростатического поля и его связь с напряженностью.
Идеальный проводник в электростатическом поле. Поверхностные заряды. Электростатическая защита. Коэффициенты емкости и взаимной емкости проводников. Конденсаторы. Емкость конденсаторов.
Энергия взаимодействия электрических зарядов. Энергия заряженного конденсатора. Плотность энергии электростатического поля.
2.2. Постоянный электрический ток
Условия существования тока. Проводники и изоляторы. Законы Ома и Джоуля-Ленца в локальной форме. Сторонние силы. Э.Д.С. Источники Э.Д.С. Закон Ома для замкнутой цепи и участка цепи, содержащего источник Э.Д.С. Закон сохранения энергии для замкнутой цепи. Правила Кирхгофа.
2.3. Магнитное поле
Сила Лоренца. Сила Ампера. Магнитная индукция. Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях. Основные уравнения магнитостатики в вакууме. Поток и циркуляция магнитного поля. Принцип суперпозиции для магнитного поля. Магнитное поля прямолинейного проводника с током. Закон Био-Савара-Лапласа. Виток с током в магнитном поле. Момент сил, действующий на виток с током в магнитном поле. Магнитный момент. Энергия витка с током во внешнем магнитном поле.
Магнитное поле длинного соленоида. Коэффициенты индуктивности и взаимной индуктивности. Магнитное поле и магнитный момент кругового тока. Электромагнитная индукция. Правило Ленца. Явления самоиндукции при замыкании и размыкании электрической цепи. Магнитная энергия тока. Плотность энергии магнитного поля.
2.4. Статические поля в веществе
Плоский конденсатор с диэлектриком. Поляризация диэлектрика. Поляризованность. Электрическое смешение. Диэлектрическая проницаемость. Основные уравнения электростатики диэлектриков. Плотность энергии электростатического поля в диэлектрике.
Длинный соленоид с магнетиком. Намагничивание вещества. Молекулярные токи. Намагниченность. Напряженность магнитного поля. Магнитная проницаемость. Основные уравнения магнетостатики в веществе. Плотность энергии постоянного магнитного поля в веществе.
2.5. Уравнения Максвелла
Вихревое электрическое поле. Ток смещения. Система уравнений Максвелла. Плотность энергии электромагнитного поля. Плотность потока энергии электромагнитного поля. Электромагнитные волны. Волновое уравнение. Скорость распространения электромагнитных волн.
3. Физика колебаний и волн
Общие представления о колебательных и волновых процессах. Единый подход к описанию колебаний и волн различной физической природы.
3.1. Кинематика гармонических колебаний
Амплитуда, круговая частота и фаза гармонических колебаний. Сложение колебаний. Биения. Фигуры Лиссажу. Векторные диаграммы.
3.2. Гармонический осциллятор
Модель гармонического осциллятора. Примеры гармонических осцилляторов: маятник, груз на пружине, колебательный контур. Свободные затухающие колебания. Коэффициент затухания. Логарифмический декремент. Энергия гармонического осциллятора. Добротность.
Резонанс. Вынужденные колебания гармонического осциллятора под действием синусоидальной силы. Амплитуда и фаза вынужденных колебаний. Вынужденные колебания в электрических цепях
3.3. Волновые процессы
Волновое движение. Плоская стационарная волна. Плоская синусоидальная волна. Бегущие и стоячие волны. Длина волны, волновой вектор и фазовая скорость. Одномерное волновое уравнение. Упругие волны в газах, жидкостях и твердых телах. Энергетические характеристики упругих волн. Вектор Умова. Эффект Допплера.
Плоские электромагнитные волны. Поляризация. Энергетические характеристики электромагнитных волн. Вектор Пойнтинга. Излучение диполя. Диаграмма направленности.
3.4. Интерференция волн
Принцип суперпозиции для волн. Интерференция плоских волн.
3.5. Дифракция волн
Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция Френеля. Дифракция Фраунгофера. Дифракция на круглом отверстии, прямой щели и на множестве параллельных щелей. Дифракционная решетка.
3.6. Взаимодействие электромагнитных волн с веществом
Модель среды с дисперсией. Показатель преломления. Нормальная и аномальная дисперсии. Групповая скорость. Поглощение волн.
4. Квантовая физика
Противоречия классической физики. Излучение черного тела. Фотоэлектрический эффект. Стабильность и размеры атомов. Принцип минимального воздействия в природе. Открытие постоянной Планка.
4.1. Экспериментальное обоснование основных идей квантовой механики. Линейчатые спектры атомов. Правило частот Бора. Принцип соответствия. Опыт Франка и Герца. Опыт Штерна и Герлаха.
4.2. Фотоны
Энергия и импульс световых квантов. Формула Эйнштейна для фотоэлектрического эффекта. Эффект Комптона. Аннигиляция электрон-позитронной пары.
4.3. Корпускулярно-волновой дуализм
Гипотеза де Бройля. Дифракция электронов и нейтронов.
4.4. Атом
. Водородоподобные атомы. Энергетические уровни.
4.5. Атомное ядро
Строение атомного ядра. Модели ядра. Ядерные реакции. Радиоактивные превращения ядер. Реакция ядерного деления. Цепная реакция деления. Ядерный реактор. Проблема источников энергии. Термоядерный синтез.
5. Статистическая физика и термодинамика
Динамические и статистические закономерности в физике. Термодинамический и статистический методы.
5.1. Элементы молекулярно-кинетической теории
Макроскопическое состояние. Физические величины и состояния физических систем. Макроскопические параметры как средние значения. Тепловое равновесия. Модель идеального газа. Уравнение состояния идеального газа. Понятие о температуре.
Явления переноса. Диффузия. Теплопроводность. Коэффициент диффузии. Коэффициент теплопроводности. Диффузия в газах, жидкостях и твердых телах. Вязкость. Коэффициенты вязкости газов и жидкостей.
5.2. Элементы термодинамики
Первое начало термодинамики. Внутренняя энергия. Обратимые и необратимые процессы. Энтропия. Второе начало термодинамики. Цикл Карно. Максимальный к.п.д. тепловой машины.
Фазы и условия равновесия фаз. Поверхностные энергия и натяжение. Капиллярные явления. Фазовые превращения. Фазовые диаграммы. Критическая точка. Изотермы Ван-дер-Ваальса.
5.3. Функции распределения
Микроскопические параметры. Распределение Максвелла. Средняя кинетическая энергия частицы. Распределение Больцмана.
Заключение. Современная физическая картина мира.
Иерархия структур материи. Частицы и античастицы. Физический вакуум. Стандартная модель элементарных частиц. Кварки, лептоны и кванты фундаментальных полей. Фундаментальные взаимодействия. Адроны. Ядра атомов. Атомы. Молекулы. Макроскопические состояния вещества: газы, жидкости, плазма, твердые тела. Планеты. Звезды. Горячая модель и эволюция Вселенной.
3 ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
| № п/п раздела | № п/п темы | Наименование разделов и тем | Количество часов по учебному плану | |||||
| Всего | В том числе | |||||||
| Аудиторная нагрузка | Самостоятельная работа | |||||||
| Лекции | Практические (семинарские) занятия | Лабораторные занятия | ||||||
| Первый курс | ||||||||
| 1 | | Физические основы механики | | | | | | |
| | 1 | Элементы кинематики. Элементы динамики частиц. Законы сохранения в механике. Принцип относительности в механике. | 60 | 4 | | 4 | 52 | |
| | 2 | Элементы релятивистской динамики. Элементы механики твердого тела. Элементы механики сплошных сред. | 57 | 3 | | 4 | 50 | |
| 2 | | Статистическая физика и термодинамика | | | | | | |
| | 3 | Элементы молекулярно кинетической теории. Элементы термодинамики. Функции распределения. | 59 | 3 | | 6 | 50 | |
| 3 | | Физика колебаний и волн | | | | | | |
| | 4 | Кинематика гармонических колебаний. Гармонический осциллятор. Волновые процессы. Интерференция волн. Дифракция волн. | 57 | 3 | | 4 | 50 | |
| 4 | | Электричество и магнетизм | | | | | | |
| | 5 | Электростатика. | 18 | 1 | | | 17 | |
| Второй курс | ||||||||
| | 5 | Постоянный электрический ток. Магнитное поле. Статические поля в веществе. Уравнения Максвелла. Взаимодействие электромагнитных волн с веществом. | 41 | 2 | | 4 | 35 | |
| 5 | | Квантовая физика | | | | | | |
| | 6 | Излучение черного тела. Квантовая оптика. Фотоны. Корпускулярно-волновой дуализм. | 55 | 3 | | 2 | 50 | |
| | 7 | Атом. Атомное ядро. | 53 | 3 | | - | 50 | |
| | | ИТОГО: | 400 | 22 | | 24 | 354 | |
4 ПРОГРАММА ЛЕКЦИОННЫХ ЗАНЯТИЙ
4.1 Тематический план лекций
| №№ п/п | Темы лекционных занятий | Кол-во часов |
| Первый курс | ||
| 1 | Элементы кинематики. Элементы динамики частиц. Законы сохранения в механике. Принцип относительности в механике. | 4 |
| 2 | Элементы релятивистской динамики. Элементы механики твердого тела. Элементы механики сплошных сред | 3 |
| 3 | Элементы молекулярно кинетической теории. Элементы термодинамики. Функции распределения. | 3 |
| 4 | Кинематика гармонических колебаний. Гармонический осциллятор. Волновые процессы. Интерференция волн. Дифракция волн. | 3 |
| 5 | Электростатика. | 1 |
| Второй курс | ||
| 5 | Постоянный электрический ток. Магнитное поле. Статические поля в веществе. Уравнения Максвелла. Взаимодействие электромагнитных волн с веществом. | 2 |
| 6 | Излучение черного тела. Квантовая оптика. Фотоны. Корпускулярно-волновой дуализм. | 3 |
| 7 | Атом. Атомное ядро. | 3 |
4.2 Номер и наименование темы в соответствии с тематическим планом лекций
Номер и наименование темы соответствует тематическому плану лекций.
4.3 План темы
1. Система отчета. Скалярные и векторные физические величины. Основные кинематические характеристики движения частиц. Скорость и ускорение частицы при криволинейном движении. Движение частицы по окружности. Угловая скорость и угловое ускорение. Поступательное и вращательное движения абсолютно твердого тела. Основная задача динамики. Первый закон Ньютона. Понятие инерциальной системы отсчета. Сила. Масса. Второй закон Ньютона. Уравнение движения. Третий закон Ньютона. Закон сохранения импульса. Центр инерции. Закон движения центра инерции. Реактивное движение. Работа. Мощность. Кинетическая энергия. Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальная энергия и энергия взаимодействия. Внутренняя энергия. Закон сохранения энергии в механике. Общефизический закон сохранения энергии. Принцип относительности Галилея. Преобразования Галилея.
2. Принцип относительности в релятивистской механике. Преобразование Лоренца для координат и времени и их следствия. Релятивистский импульс. Полная энергия частицы. Уравнения движения и равновесия твердого тела. Момент импульса. Момент силы. Закон сохранения момента импульса. Уравнение моментов. Кинетическая энергия твердого тела, совершающего поступательное и вращательное движение. Уравнение движения твердого тела, вращающегося вокруг неподвижной оси. Момент инерции твердого тела относительно оси. Вращательный момент. Гироскоп. Общие свойства газов и жидкостей. Кинематическое описание движения жидкости. Уравнение Бернулли. Вязкая жидкость. Силы внутреннего трения. Стационарное течение вязкой жидкости. Идеально упругое тело. Упругие деформации и напряжения. Закон Гука.
3. Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции. Электрический диполь. Работа электростатического поля. Потенциал электростатического поля и его связь с напряженностью. Идеальный проводник в электростатическом поле. Поверхностные заряды. Электростатическая защита. Коэффициенты емкости и взаимной емкости проводников. Конденсаторы. Емкость конденсаторов. Условия существования тока. Проводники и изоляторы. Законы Ома и Джоуля-Ленца. Сила Лоренца. Сила Ампера. Магнитная индукция. Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях. Закон Био-Савара-Лапласа. Магнитное поле длинного соленоида. Коэффициенты индуктивности и взаимной индуктивности. Электромагнитная индукция. Правило Ленца. Явления самоиндукции. Поляризация диэлектрика. Поляризованность. Электрическое смешение. Диэлектрическая проницаемость. Намагничивание вещества. Молекулярные токи. Намагниченность. Напряженность магнитного поля. Магнитная проницаемость. Вихревое электрическое поле. Ток смещения. Система уравнений Максвелла. Плотность потока энергии электромагнитного поля. Электромагнитные волны. Волновое уравнение. Скорость распространения электромагнитных волн. Шкала электромагнитных волн.
4. Амплитуда, круговая частота и фаза гармонических колебаний. Сложение колебаний. Модель гармонического осциллятора. Примеры гармонических осцилляторов: маятник, груз на пружине, колебательный контур. Свободные затухающие колебания. Коэффициент затухания. Резонанс. Вынужденные колебания гармонического осциллятора под действием синусоидальной силы. Вынужденные колебания в электрических цепях. Волновое движение. Плоская стационарная волна. Плоская синусоидальная волна. Бегущие и стоячие волны. Длина волны, волновой вектор и фазовая скорость. Одномерное волновое уравнение. Упругие волны в газах, жидкостях и твердых телах. Вектор Умова. Эффект Допплера. Плоские электромагнитные волны. Поляризация. Вектор Пойнтинга. Излучение диполя.. Принцип суперпозиции для волн. Интерференция плоских волн. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция Френеля. Дифракция Фраунгофера. Дифракция на круглом отверстии, прямой щели и на множестве параллельных щелей. Дифракционная решетка. Дисперсия. Показатель преломления. Нормальная и аномальная дисперсии. Поглощение волн.
5. Противоречия классической физики. Излучение черного тела. Фотоэлектрический эффект. Открытие постоянной Планка. Экспериментальное обоснование основных идей квантовой механики. Линейчатые спектры атомов. Правило частот Бора. Опыт Франка и Герца. Опыт Штерна и Герлаха. Фотоны. Энергия и импульс световых квантов. Формула Эйнштейна для фотоэлектрического эффекта. Корпускулярно-волновой дуализм. Гипотеза де Бройля. Дифракция электронов.
6. Атом. Водородоподобные атомы. Энергетические уровни. Атомное ядро. Строение атомного ядра. Модели ядра. Ядерные реакции. Радиоактивные превращения ядер. Реакция ядерного деления. Цепная реакция деления. Ядерный реактор. Проблема источников энергии. Термоядерный синтез.
7. Динамические и статистические закономерности в физике. Термодинамический и статистический методы. Элементы молекулярно-кинетической теории. Макроскопическое состояние. Физические величины и состояния физических систем. Макроскопические параметры как средние значения. Тепловое равновесие. Модель идеального газа. Уравнение состояния идеального газа. Понятие о температуре. Явления переноса. Диффузия. Теплопроводность. Коэффициент диффузии. Коэффициент теплопроводности. Диффузия в газах, жидкостях и твердых телах. Вязкость. Коэффициенты вязкости газов и жидкостей. Первое начало термодинамики. Внутренняя энергия. Обратимые и необратимые процессы. Энтропия. Второе начало термодинамики. Цикл Карно. Максимальный к.п.д. тепловой машины. Фазы и условия равновесия фаз. Поверхностная энергия и натяжение. Капиллярные явления. Фазовые превращения. Фазовые диаграммы. Критическая точка. Изотермы Ван-дер-Ваальса. Микроскопические параметры. Распределение Максвелла. Средняя кинетическая энергия частицы. Распределение Больцмана.
4.4 Основные понятия и категории
Система отчета. Скорость и ускорение. Угловая скорость и угловое ускорение. Поступательное и вращательное движения. Первый закон Ньютона. Понятие инерциальной системы отсчета. Сила. Масса. Второй закон Ньютона. Третий закон Ньютона. Закон сохранения импульса. Центр инерции. Работа. Мощность. Кинетическая энергия. Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальная энергия. Закон сохранения энергии в механике. Принцип относительности Галилея. Преобразования Галилея. Принцип относительности в релятивистской механике. Преобразование Лоренца. Релятивистский импульс. Полная энергия частицы. Момент импульса. Момент силы. Закон сохранения момента импульса. Уравнение движения твердого тела, вращающегося вокруг неподвижной оси. Момент инерции твердого тела относительно оси. Гироскоп. Уравнение Бернулли. Вязкая жидкость. Силы внутреннего трения. Идеально упругое тело. Упругие деформации и напряжения. Закон Гука. Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Потенциал электростатического поля. Конденсаторы. Емкость конденсаторов. Проводники и изоляторы. Законы Ома и Джоуля-Ленца. Сила Лоренца. Сила Ампера. Магнитная индукция. Закон Био-Савара-Лапласа. Коэффициенты индуктивности и взаимной индуктивности. Электромагнитная индукция. Правило Ленца. Явления самоиндукции. Поляризация диэлектрика. Поляризованность. Электрическое смешение. Диэлектрическая проницаемость. Намагничивание вещества. Молекулярные токи. Намагниченность. Напряженность магнитного поля. Магнитная проницаемость. Вихревое электрическое поле. Ток смещения. Система уравнений Максвелла. Плотность потока энергии электромагнитного поля. Электромагнитные волны. Волновое уравнение. Скорость распространения электромагнитных волн. Шкала электромагнитных волн. Амплитуда, круговая частота и фаза гармонических колебаний. Модель гармонического осциллятора. Свободные затухающие колебания. Коэффициент затухания. Резонанс. Вынужденные колебания гармонического осциллятора под действием синусоидальной силы. Волновое движение. Плоская синусоидальная волна. Бегущие и стоячие волны. Длина волны, волновой вектор и фазовая скорость. Одномерное волновое уравнение. Вектор Умова. Эффект Допплера. Плоские электромагнитные волны. Вектор Пойнтинга. Излучение диполя. Интерференция плоских волн. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция Френеля. Дифракция Фраунгофера. Дифракционная решетка. Дисперсия. Показатель преломления. Излучение черного тела. Фотоэлектрический эффект. Открытие постоянной Планка. Линейчатые спектры атомов. Правило частот Бора. Фотоны. Энергия и импульс световых квантов. Формула Эйнштейна для фотоэлектрического эффекта. Корпускулярно-волновой дуализм. Гипотеза де Бройля. Атом. Энергетические уровни. Атомное ядро. Ядерные реакции. Радиоактивные превращения ядер. Реакция ядерного деления. Цепная реакция деления. Ядерный реактор. Термоядерный синтез. Термодинамический и статистический методы. Элементы молекулярно-кинетической теории. Макроскопическое состояние. Модель идеального газа. Уравнение состояния идеального газа. Понятие о температуре. Диффузия. Теплопроводность. Коэффициент диффузии. Коэффициент теплопроводности. Вязкость. Первое начало термодинамики. Внутренняя энергия. Обратимые и необратимые процессы. Энтропия. Второе начало термодинамики. Цикл Карно. Максимальный к.п.д. тепловой машины. Фазы и условия равновесия фаз. Поверхностная энергия и натяжение. Капиллярные явления. Фазовые превращения. Фазовые диаграммы. Критическая точка. Изотермы Ван-дер-Ваальса. Микроскопические параметры. Распределение Максвелла. Средняя кинетическая энергия частицы. Распределение Больцмана.
4.5 Список литературы
1. Грабовский Р.И. Курс физики. 6-е изд. / Р.И. Грабовский. – СПб.: Издательство «Лань», 2002. – 608 с.
2. Трофимова Т.И. Курс физики / Т.И.Трофимова. – М.: Высш. шк., 1997. – 600 с.
3. Трофимова Т.И. Краткий курс физики с примерами решения задач / Т.И.Трофимова. – М.: КНОРУС, 2010. – 280 с.
5 ПРОГРАММА ПРАКТИЧЕСКИХ (СЕМИНАРСКИХ),
ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ
5.1 Тематический план лабораторных занятий
| №№ п/п | Темы лабораторных занятий | Кол-во часов |
| Первый курс | ||
| | МЕХАНИКА | |
| 1 | Изучение законов вращательного движения на маятнике Обербека.1.4 | 2 |
| 2 | Исследование физического и математического маятников.1.8 | 2 |
| 3 | Изучение явления резонанса при вынужденных колебаниях.1.8 | 2 |
| 4 | Определение модуля сдвига динамическим методом 1.5 | 2 |
| | МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА. ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ | |
| 1 | Определение коэффициента поверхностного натяжения методом отрыва капель.2.6 | 2 |
| 2 | Определение отношения теплоемкостей воздуха методом адиабатического расширения.2.2 | 2 |
| 3 | Определение удельной теплоты парообразования воды. 2.6 | 2 |
| | Физика колебаний и волн | |
| 1 | Изучение колебаний струны 1.7 | 2 |
| 2 | Определение длины световой волны дифракционной решеткой. 7.3 | 2 |
| Второй курс | ||
| | ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ | |
| 1 | Определение термоэлектродвижущей силы термоэлемента. 4.1 | 2 |
| 2 | Измерение удельного сопротивления проводников. 4.2 | 2 |
| | ОПТИКА И АТОМНАЯ ФИЗИКА | |
| 1 | Фотоэлектрический эффект. 7.7 | 2 |
| | ИТОГО, час. | 22 |
5.2 Номер и наименование темы в соответствии с тематическим планом практических (семинарских) занятий, лабораторных занятий
Номер и наименование темы соответствует тематическому плану лабораторных занятий.
5.3 План темы (вопросы для подготовки)
1. Что такое угловое ускорение? Как угловое ускорение измеряется в данной работе? Что называется моментом силы? Какая сила создаёт вращающий момент на маятнике Обербека? Что такое плечо силы? Как можно изменять и измерять момент силы в данной работе? Что называется моментом инерции тела относительно некоторой оси? Как можно изменять и измерять момент инерции маятника Обербека? Сформулируйте основной закон динамики вращательного движения. Как этот закон проверяется в этой работе?
2. Как устроен оборотный маятник? Выведите дифференциальное уравнение колебаний физического маятника. Почему углы отклонения маятника надо брать малыми? Чему равен период колебаний физического маятника? Что такое приведённая длина? Как определяется ускорение свободного падения с помощью оборотного маятника?
3. Объясните с точки зрения молекулярно-кинетической теории тепловое расширение тел. Что является основным преимуществом метода Дюлонга и Пти по сравнению с другими методами определения коэффициента объемного расширения жидкостей? Как атмосферные явления влияют на точность результата при определении коэффициента объемного расширения методом Дюлонга и Пти?
4. Что такое удельное сопротивление? Каковы основные положения классической электронной теории электропроводности металлов? Как записывается закон Ома в дифференциальной форме?
5. Сформулируйте принцип Гюйгенса-Френеля. Какие волны называются когерентными? В чём заключается явление дифракции? Каков порядок следования цветов в дифракционных спектрах? Объясните условия наблюдения дифракции. Какова область видимого света?
6. Какие свойства волновые или корпускулярные обнаруживает свет в явлении фотоэффекта? Какое условие необходимо для возникновения внешнего фотоэффекта? Сформулируйте три закона фотоэффекта и объясните их на основе квантовой теории света. Объясните устройство и принцип действия вакуумного фотоэлемента.
7. Сформулируйте закон радиоактивного распада. Что такое период полураспада? Объясните устройство и принцип действия счётчика Гейгера-Мюллера. Каким законом объясняется ослабление гамма-лучей в различных материалах? Что такое линейных коэффициентов ослабления?
5.4 Основные понятия и категории
Угловая скорость и угловое ускорение. Момент импульса. Момент силы. Закон сохранения момента импульса. Уравнение движения твердого тела, вращающегося вокруг неподвижной оси. Момент инерции твердого тела относительно оси. Амплитуда, круговая частота и фаза гармонических колебаний. Модель гармонического осциллятора. Период колебаний физического маятника. Приведённая длина. Тепловое расширение тел. Коэффициент объемного расширения жидкостей. Удельное сопротивление. Классическая электронная теория электропроводности металлов. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция. Внешний фотоэффект. Квантовая теория света. Вакуумный фотоэлемент. Радиоактивный распад. Период полураспада. Линейный коэффициент ослабления.
5.5 Список литературы
1. Ахматов А.С. Лабораторный практикум по физике/А.С.Ахматов, В.М.Андреевский, А.И.Кулаков и др. – М.: Высш школа, 1980. – 360 с.
2. Андреев А.И. Рабочая тетрадь для лабораторных работ по электричеству и оптике/А.И.Андреев. – Йошкар-Ола, МарГУ, 1998. – 73 с.
3. Андреев А.И. Молекулярная физика и термодинамика. Тетрадь для лабораторных работ /А.И.Андреев. – Йошкар-Ола, МарГУ, 1998. – 43 с.
4. Кропинов А.М. Рабочая тетрадь для лабораторных работ по электричеству/А.М.Кропинов. - Йошкар-Ола, МарГУ, 1998. – 52 с.
6 ПРОГРАММА САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
6.1 Тематический план самостоятельной работы
| №№ п/п | Темы для самостоятельного изучения | Кол-во часов |
| Первый курс | ||
| 1 | Элементы кинематики. Элементы динамики частиц. Законы сохранения в механике. Принцип относительности в механике. | 52 |
| 2 | Элементы релятивистской динамики. Элементы механики твердого тела. | 50 |
| 3 | Элементы молекулярно кинетической теории. Элементы термодинамики. Функции распределения. | 50 |
| 4 | Кинематика гармонических колебаний. Гармонический осциллятор. Волновые процессы. Интерференция волн. Дифракция волн. | 50 |
| 5 | Электростатика. | 17 |
| Второй курс | ||
| 5 | Постоянный электрический ток. Магнитное поле. Статические поля в веществе. Уравнения Максвелла. Взаимодействие электромагнитных волн с веществом. | 35 |
| 6 | Излучение черного тела. Квантовая оптика. Фотоны. Корпускулярно-волновой дуализм. | 50 |
| 7 | Атом. Атомное ядро. | 50 |
6.2 Номер и наименование темы в соответствии с тематическим планом самостоятельной работы
Номер и наименование темы соответствует тематическому плану самостоятельной работы.
6.3 План темы (вопросы для изучения)
1. Кинематика материальной точки. Путь, перемещение скорость, ускорение. Кинематика вращательного движения. Угловое перемещение, скорость, ускорение. Динамика материальной точки. Законы Ньютона. Динамика системы материальных точек. Закон сохранения импульса. Работа силы. Мощность. Механическая энергия. Кинетическая и потенциальная энергия. Закон сохранения механической энергии. Кинетическая энергия сложного движения.
2. Динамика вращательного движения тела вокруг неподвижной оси. Момент силы, момент инерции, момент импульса. Основной закон динамики вращательного движения. Закон сохранения момента импульса.
3. Электрическое поле и его напряженность. Теорема Гаусса – Остроградского. Работа по перемещению заряда в электрическом поле. Потенциал. Проводники в электрическом поле. Электроемкость. Конденсаторы. Электрический диполь. Поле диполя. Диэлектрики в электрическом поле. Поляризация диэлектриков. Электрическое поле в диэлектрике. Диэлектрическая проницаемость. Вектор электрической индукции. Энергия электрического поля. Электрический ток. Сила тока. Электродвижущая сила. Напряжение. Сопротивление. Закон Ома. Работа и мощность тока. Закон Джоуля – Ленца. Основы электронной теории проводимости металлов. Термоэлектрические явления. Ток в полупроводниках. Ток в жидкостях. Ток в газах. Магнитное поле. Закон Био – Савара – Лапласа. Индукция магнитного поля. Напряженность. Действие магнитного поля на проводник с током. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Диа – пара – и ферромагнитные вещества. Поток магнитной индукции. Электромагнитная индукция. Закон Фарадея.
4. Гармоническое колебание и его характеристики. Динамика колебательного движения. Маятники. Затухающие и вынужденные колебания. Резонанс. Волновой процесс. Уравнение волны. Интенсивность волны. Звуковые волны. Интерференция волн. Стоячие волны. Электромагнитные волны. Свет как электромагнитная волна. Волновые свойства света. Интерференция, дифракция, поляризация, дисперсия света.
5. Тепловое излучение. Квантовые свойства света. Фотоэффект. Открытие постоянной Планка. Экспериментальное обоснование основных идей квантовой механики. Линейчатые спектры атомов. Правило частот Бора. Опыт Франка и Герца. Опыт Штерна и Герлаха. Фотоны. Энергия и импульс световых квантов. Формула Эйнштейна для фотоэлектрического эффекта. Корпускулярно-волновой дуализм. Гипотеза де Бройля. Дифракция электронов.
6. Квантовая теория строения атома. Общие сведения о строении атомных ядер. Радиоактивность. Модели ядра. Ядерные реакции. Радиоактивные превращения ядер. Реакция ядерного деления. Цепная реакция деления. Ядерный реактор. Проблема источников энергии. Термоядерный синтез.
7. Основные положения молекулярно – кинетической теории. Основное уравнение кинетической теории идеального газа (уравнение Клаузиуса). Законы Бойля – Мариотта, Гей – Люссака, Дальтона, Авогадро, Клапейрона – Менделеева. Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул идеального газа. Число степеней свободы. Внутренняя энергия. Теплоемкость газа. Скорость поступательного движения молекул газа. Распределение числа молекул по скоростям. Средняя длина свободного пробега молекул. Явления переноса в газах. Диффузия, теплопроводность, внутреннее трение. Особенности строения жидкостей и твердых тел. Тепловое расширение твердых и жидких тел. Теплоемкость жидких и твердых тел. Осмос. Теплопроводность жидких и твердых тел. Вязкость жидкости. Поверхностное натяжение. Капиллярные явления. Понятия о фазовых превращениях и диаграмме состояний вещества. Реальный газ. Сжижение газов. Испарение и конденсация. Кипение. Плавление и кристаллизация. Возгонка. Первое начало термодинамики. Работа газа. Адиабатические процессы. Цикл Карно. Второе начало термодинамики. Энтропия.
6.4 Основные понятия и категории
Система отчета. Скорость и ускорение. Угловая скорость и угловое ускорение. Поступательное и вращательное движения. Первый закон Ньютона. Понятие инерциальной системы отсчета. Сила. Масса. Второй закон Ньютона. Третий закон Ньютона. Закон сохранения импульса. Центр инерции. Работа. Мощность. Кинетическая энергия. Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальная энергия. Закон сохранения энергии в механике. Принцип относительности Галилея. Преобразования Галилея. Принцип относительности в релятивистской механике. Преобразование Лоренца. Релятивистский импульс. Полная энергия частицы. Момент импульса. Момент силы. Закон сохранения момента импульса. Уравнение движения твердого тела, вращающегося вокруг неподвижной оси. Момент инерции твердого тела относительно оси. Гироскоп. Уравнение Бернулли. Вязкая жидкость. Силы внутреннего трения. Идеально упругое тело. Упругие деформации и напряжения. Закон Гука. Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Потенциал электростатического поля. Конденсаторы. Емкость конденсаторов. Проводники и изоляторы. Законы Ома и Джоуля-Ленца. Сила Лоренца. Сила Ампера. Магнитная индукция. Закон Био-Савара-Лапласа. Коэффициенты индуктивности и взаимной индуктивности. Электромагнитная индукция. Правило Ленца. Явления самоиндукции. Поляризация диэлектрика. Поляризованность. Электрическое смешение. Диэлектрическая проницаемость. Намагничивание вещества. Молекулярные токи. Намагниченность. Напряженность магнитного поля. Магнитная проницаемость. Вихревое электрическое поле. Ток смещения. Система уравнений Максвелла. Плотность потока энергии электромагнитного поля. Электромагнитные волны. Волновое уравнение. Скорость распространения электромагнитных волн. Шкала электромагнитных волн. Амплитуда, круговая частота и фаза гармонических колебаний. Модель гармонического осциллятора. Свободные затухающие колебания. Коэффициент затухания. Резонанс. Вынужденные колебания гармонического осциллятора под действием синусоидальной силы. Волновое движение. Плоская синусоидальная волна. Бегущие и стоячие волны. Длина волны, волновой вектор и фазовая скорость. Одномерное волновое уравнение. Вектор Умова. Эффект Допплера. Плоские электромагнитные волны. Вектор Пойнтинга. Излучение диполя. Интерференция плоских волн. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция Френеля. Дифракция Фраунгофера. Дифракционная решетка. Дисперсия. Показатель преломления. Излучение черного тела. Фотоэлектрический эффект. Открытие постоянной Планка. Линейчатые спектры атомов. Правило частот Бора. Фотоны. Энергия и импульс световых квантов. Формула Эйнштейна для фотоэлектрического эффекта. Корпускулярно-волновой дуализм. Гипотеза де Бройля. Атом. Энергетические уровни. Атомное ядро. Ядерные реакции. Радиоактивные превращения ядер. Реакция ядерного деления. Цепная реакция деления. Ядерный реактор. Термоядерный синтез. Термодинамический и статистический методы. Элементы молекулярно-кинетической теории. Макроскопическое состояние. Модель идеального газа. Уравнение состояния идеального газа. Понятие о температуре. Диффузия. Теплопроводность. Коэффициент диффузии. Коэффициент теплопроводности. Вязкость. Первое начало термодинамики. Внутренняя энергия. Обратимые и необратимые процессы. Энтропия. Второе начало термодинамики. Цикл Карно. Максимальный к.п.д. тепловой машины. Фазы и условия равновесия фаз. Поверхностная энергия и натяжение. Капиллярные явления. Фазовые превращения. Фазовые диаграммы. Критическая точка. Изотермы Ван-дер-Ваальса. Микроскопические параметры. Распределение Максвелла. Средняя кинетическая энергия частицы. Распределение Больцмана.
6.5 Виды самостоятельной работы
1. Изучение теоретического материала.
2. Подготовка к выполнению и защите лабораторных работ.
3. Подготовка к экзамену.
6.6 Формы контроля
Студенты защищают выполненные лабораторные работы.
6.7 Список литературы
1. Грабовский Р.И. Курс физики. 6-е изд. / Р.И. Грабовский. – СПб.: Издательство «Лань», 2002. – 608 с.
2. Трофимова Т.И. Курс физики / Т.И.Трофимова. – М.: Высш. шк., 1997. – 600 с.
3. Трофимова Т.И. Краткий курс физики с примерами решения задач / Т.И.Трофимова. – М.: КНОРУС, 2010. – 280 с.
7 ТЕМАТИКА
7.1 Контрольных работ
7.2 Эссе, рефератов
7.3 Курсовых работ (проектов)
8 КОНТРОЛЬ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ
Контроль знаний студентов осуществляется в соответствии с графиком учебного процесса, в том числе по материалам АПИМ централизованного тестирования.
Студенты получают зачет на основании защищенных ими лабораторных работ
9 УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ
Список литературы
Основная литература
1. Грабовский Р.И. Курс физики. 6-е изд. / Р.И. Грабовский. – СПб.: Издательство «Лань», 2002. – 608 с.
2. Трофимова Т.И. Курс физики / Т.И.Трофимова. – М.: Высш. шк., 1997. – 600 с.
3. Трофимова Т.И. Краткий курс физики с примерами решения задач / Т.И.Трофимова. – М.: КНОРУС, 2010. – 280 с.
4. Ахматов А.С. Лабораторный практикум по физике/А.С.Ахматов, В.М.Андреевский, А.И.Кулаков и др. – М.: Высш школа, 1980. – 360 с.
5. Андреев А.И. Рабочая тетрадь для лабораторных работ по электричеству и оптике/А.И.Андреев. – Йошкар-Ола, МарГУ, 1998. – 73 с.
6. Андреев А.И. Молекулярная физика и термодинамика. Тетрадь для лабораторных работ /А.И.Андреев. – Йошкар-Ола, МарГУ, 1998. – 43 с.
7. Кропинов А.М. Рабочая тетрадь для лабораторных работ по электричеству/А.М.Кропинов. - Йошкар-Ола, МарГУ, 1998. – 52 с.
Дополнительная литература
1. Детлаф А.А. Курс физики/ А.А. Детлаф, Б.М.Яворский.– М.: Высшая школа, 2000. – 607 с.
2. Савельев И.В. Курс физики/ И.В. Савельев. – М.: Наука. – Т.1, 1989. – 350 с.
Список авторских методических разработок
1. Косова Г.Н. Физика: Программа и контрольные задания для студентов инженерно-технических специальностей заочной формы обучения/ Г.Н. Косова, Г.Ю. Кожинова.- Й-Ола, МарГТУ, 2005. – 56 с.
2. Косова Г.Н. Механика. Методические указания к выполнению лабораторных работ/ Г.Н. Косова, Г.Ю. Кожинова, Г.Н. Граница и др. - Й-Ола, МарГТУ, 2003. – 64 с.
Перечень технических и электронных средств обучения, иллюстрированных материалов, лабораторного оборудования
1. Лабораторные установки для выполнения работ по механике, молекулярной физике и термодинамике. Ауд. 407.
2. Лабораторные установки для выполнения работ по электричеству, оптике и ядерной физике. Ауд. 420.
II МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Студенты, изучающие курс «физика» защищают лабораторные работы. При подготовке к лабораторным работам и экзамену рекомендуется использовать лекционный материал, учебники и учебные пособия, рекомендованные для изучения данного курса.