М. К. Аммосова программа курса физика для государственных университетов Специальность (011000) химия квалификация химик Составитель: доцент Попов К. Ф. Якутск 2001 г Рабочая программа

Вид материала

Содержание

Председатель МС ФТИ /Т.И.Степанова/
Ii. цели курса
Iii. принципы курса
Iv. структура курса
V. содержание дисциплины
Лекции 1. Физические основы механики
Основы релятивистской механики
Динамика жидкостей
Кинематика гармонических колебаний
Упругие волны
II. Молекулярная физики
Основные законы термодинамики
Свойства газов, жидкостей и кристаллов
III. Электричество и магнетизм
Постоянное электрическое поле
Электромагнитные волны
IV. Оптика
V. Атомная и ядерная физика
Электронное строение атомов
Элементы физики молекулы и теории химической связи
...
Полное содержание

Подобный материал:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Якутский государственный университет им. М.К.Аммосова

ПРОГРАММА

курса

ФИЗИКА

Для государственных университетов

Специальность (011000) – ХИМИЯ

Квалификация – химик

Составитель: доцент Попов К.Ф.

Якутск 2001 г

Рабочая программа утверждена на заседании кафедры экспериментальной физики «___»__________200__г. Протокол № ____

Зав.кафедрой /А.А.Алексеев/

Рабочая программа утверждена на заседании Методического Совета ФТИ «___»__________200__г. Протокол № ____

Председатель МС ФТИ /Т.И.Степанова/

Рабочая программа утверждена на заседании Методической комиссии БГФ «___»__________200__г. Протокол № ____

Председатель методкомиссии БГФ /А.В.Яковлев/

Рабочая программа утверждена на заседании Научно-методического Совета ЯГУ «___»__________200__г. Протокол № ____

Председатель Научно-методического

Совета ЯГУ /А.А.Григорьева/

Рабочая программа разработана на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности 011000 "Химия", утвержденного 10 марта 2000 г. Номер государственной регистрации 127 ЕН/СП. Специальность утверждена приказом Министерства образования Российской Федерации от 02.03.2000 № 686.

ЕН.Ф. 03. Физика: механика; кинематика и динамика материальной точки, твердого тела; законы сохранения энергии, импульса и момента импульса; колебания и волны; молекулярная физика; молекулярно-кинетическая теория; основы термодинамики; свойства газов, жидкостей и твердых тел; электричество и магнетизм; электростатика; электрические токи в сре-дах; теория электростатического поля Максвелла; оптика; интерферен-ция, дифракция, поляризация и дисперсия света; тепловое излучение; лазер; атомная и ядерная физика; теория атома Бора; квантовомехани-ческое описание атома; элементарные частицы; строение ядра.

ВЫПИСКА

из учебного плана специальности 011000 - ХИМИЯ

Наименов. дисциплин	Форма контроля		Всего часов	Лекции	Практич. Лаборат.	СРС	Недельная нагрузка по семестрам
ФИЗИКА	Экз I, II III, IV	Зач I, II, III, IV	580	216	144	220	I-18 н, 3/2 II-18 н, 3/2	III-18 н, 3/2 IV-18н,3/2

I. ТРЕБОВАНИЯ государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности 011000 - ХИМИЯ

Студент должен:

1. Иметь представление:

1.1. О тесной связи физики с философией и химией.

1.2. О физических методах исследования в различных областях техники и технологии.

1.3. Об основных законах физики и их применении для изучения явлений и процессов, происходящих в окружающем мире.

1.4. О фундаментальных принципах, раскрывающих сущность тех или иных законов природы.

1.5. О атомно-молекулярном строении вещества.

1.6. О мировых константах в естественных науках и их физической интерпретации.

1.7. О постулатах и гипотезах, приведших к дальнейшему развитию физической науки, открытию новых законов в микромире и их пониманию.

1.8. О фундаментальных взаимодействиях, происходящих в области макро- и микромира.

1.9. Об открытиях последнего десятилетия ХХ века, перспективах их применения и использовании в технике развития технологических процессов.

2. Знать и уметь использовать:

2.1. Основные понятия, законы, принципы, постулаты по механике, электричеству и магнетизму, колебаниям и волнам, статистической физике и термодинамике, квантовой физике.

2.2. Методы теоретического исследования в физике и методику проведения физических экспериментов.

2.3. Уметь проводить оценку порядков тех или иных параметров (величин), которые присущи для описания и объяснения физических явлений и процессов.

II. ЦЕЛИ КУРСА

1. Студент в процессе прохождения курса физики должен знать:

1.1. Основные законы и принципы классической и современной (квантовой) физики и их математические (аналитические) выражения.

1.2. Общие положения физических основ нерялитистской и релятивистской механики; физики колебаний и волн; статистической физики и термодинамики; электричества и магнетизма; квантовой физики в объеме, необходимом для выполнения лабораторных работ.

1.3. Основные и производные единицы измерений физических величин в системе СИ.

1.4. Взаимосвязь основных законов физики с химическими.

1.5. Фундаментальные квантво-механические понятия при рассмотрении строения и структуры атома.

1.6. Периодическую повторяемость физических свойств атомов элементов в системе Менделеева.

1.7. Физическую сущность корпускулярно-волнового параллелизма света.

1.8. Классические опыты и эксперименты, подтверждающие справедливость тех или иных законов физики.

2. Уметь:

2.1. Правильно формулировать и выражать физические идеи, количественно оценивать порядки физических величин.

2.2. Представлять границы применимости физических моделей и гипотез.

2.3. Правильно объяснять и интерпретировать с точки зрения законов физики те или иные явления и процессы, происходящие в природе.

2.4. Правильно соотносить содержание конкретных вопросов с общими законами и принципами физики.

2.5. Эффективно применять общие законы физики для решения конкретных задач и проблем в области химии и других технических науках.

2.6. Пользоваться физическими приборами, решить простейшие экспериментальные задачи.

2.7. Обрабатывать, анализировать источники информации по физическим явлениям и процессам.

2.9. Ориентироваться в предметных указателях учебников по физике и составлять конспекты, правильно подбирать соответствующую литературу по вопросам и проблемам физической науки.

III. ПРИНЦИПЫ КУРСА

Курс физики разработан согласно требованиям гос.стандарта к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по специальности 011000. Изучение рассчитано на I-IV семестрах, т.е. на первом и втором курсах обучения.

Физика - фундаментальная наука и тесно связана с химией и дополняющими ее другими дисциплинами, как строение вещества, квантовая химия и др. В силу этих связей физика составляет основу и базу для усвоения лекционных материалов указанных дисциплин.

Принцип изложения курса физики предусматривает связь законов физики с химическими процессами, явлениями, со строением и структурой вещества на молекулярном уровне.

Развитие любой отрасли народного хозяйства, будь то промышленность или сельское хозяйство, связано всегда с законами физики, поэтому специалист любого профиля, в том числе и химик, должен владеть знаниями в области физики и в той степени необходимости, какую требует специальность.

По содержанию программа курса физики придерживается последовательности изучения по разделам: физические основы механики; Электричество и магнетизм; физика колебаний и волн; квантовая физика; статистическая физика и термодинамика.

Так как законы физики сопровождаются аналитическими выражениями в виде формул и уравнений, то математическая подготовленность студентов должна соответствовать уровню знаний, которые получают выпускники физико-математических школ, колледжей, гимназий.

Примерное соотношение между лекционными, лабораторными и СРС согласно учебному плану примерно составляет: 1:0,5:1,1.

IV. СТРУКТУРА КУРСА

I семестр	II семестр	III семестр	IV семестр
Механика, Колебания и волны 54 час	Молекулярная физика 54 час.	Электричество и магнетизм, Оптика 54 час	Атомная и ядерная физика 54 час

V. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

№	Тема занятий	Кол. час	С.Р.С. Содержание	Форма контроля	Примечание
	Лекции 1. Физические основы механики а. Кинематика и основы динамики
1	Скорость и ускорение при поступательном и вращательном движении. Законы Ньютона.	6	1. Единицы и размерности физических величин	а) проверка конспектов
2	Система материальных точек. Центр масс. Момент силы и момент импульса. Момент инерции.	4	2. Практическое применение законов Ньютона	б) кр. беседа
3	Уравнение динамики вращательного движения вокруг неподвижной оси. Моменты инерций некоторых твердых тел.	4	3. Сила тяжести и вес. [1]55-58, 72-73
4	Законы сохранения в механике. Работа. Кинетическая энергия. Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальная энергия.	4	4. Физический маятник. [1]195-197	Ответы на контр.воп росы
5	Механика упругих тел. Упругие свойства твердых тел. Закон Гука. Модуль Юнга. Виды упругих деформаций.	6
	б) Основы релятивистской механики
6	Принцип относительности Галилея и специальная теория относительности. Преобразования Лоренца и их следствия. Преобразование и сложение скоростей. Интервал.	4
7	Релятивистское выражение для импульса и энергии и их преобразования.	4
8	Взаимосвязь массы и энергии. Понятие нулевой массы покоя	2
	в) Динамика жидкостей
9	Закон сохранения энергии и массы в динамике жидкостей. Уравнение Бернулли. Сила внутреннего трения. Вязкость.	4 2
10	Стационарное течение жидкости по прямолинейной трубе. Формула Пуазейля. Уравнение Мещерского. Реактивное движение.	4	5. Средние значения физических величин [1]291-294
	г) Кинематика гармонических колебаний
11	Уравнение свободных колебаний. Гармонические колебания. Гармонический осциллятор и его энергия.	2
12	Сложение колебаний одинакового направления. Векторная диаграмма. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний. Фигуры Лиссажу.	4
13	Затухающие и вынужденные колебания. Параметрический резонанс. Понятие о разложении Фурье.	4
	д) Упругие волны
14	Уравнения плоской и сферической волн. Волновое уравнение. Скорость и энергия упругой волны.	2
15	Интерференция волн. Стоячие волны. Колебания струны. Звук. Скорость звука в газах. Эффект Допплера для звуковых волн.	4
	II. Молекулярная физики
	а) Молекулярно-кинетическая теория
1	Основные положения современного представления о строении вещества: атомы и молекулы. Некоторые физические явления с точки зрения молекулярно-кинетической теории. Модель идеального газа. Основное уравнение кинетической теории газов.	8	6. Средняя длина свободного пробега молекулы [1]404-407, 114-115	Контр. вопросы
2	Уравнение состояния. Распределение энергии по степеням свободы. Средняя энергия молекул. Теплоемкость газов. Понятие статистических ансамблей.	6
3	Функция распределения. Максвелла. Распределение Больцмана. Макро- и микросостояния. Статистический вес.	6
	б) Основные законы термодинамики
4	Термодинамический метод описания явлений. Понятие о состоянии системы, термодинамическом процессе и термодинамическом равновесии. Первый закон термодинамики. Адиабатические процессы. Уравнение Пуассона.	8
5	Обратимые и необратимые процессы. Цикл Карно. Второй закон термодинамики. Основные термодинамические потенциалы.	6
	в) Свойства газов, жидкостей и кристаллов
6	Реальные газы. Понятие о межмолекулярных силах. Потенциальная кривая взаимодействия молекул. Уравнение состояния реального газа Ван-дер-Ваальса.	6	7. Разреженный газ [2]120-121
7	Диффузия в газах. Стационарная и нестационарная диффузия. Определение коэффициента диффузии. Термодиффузия.	6	8. Понятие о низком, высоком и сверхвысоком вакууме [2]120-121
8	Внутренняя энергия газа. Определение коэффициента вязкости газов. Теплопроводность газов.	4	9. Эффективное сечение столкновений [1]373-405
9	Строение жидкостей. Поверхностное натяжение и капиллярные явления. Жидкие кристаллы. Полимеры и аморфные тела.	4
10	Ближний и дальний порядок в расположении атомов. Идеальная кристаллическая решетка. Отличительные черты кристаллического состояния вещества.	2
11	Физические типы кристаллических решеток. Понятие о фононах. Теплоемкость твердых тел. Основные дефекты твердого тела.	4
	III. Электричество и магнетизм
	а) Постоянное электрическое поле
1	Электростатическое поле. Электр.заряды. Закон сохранения зарядов. Напряженность эл.поля. Теорема Остроградского-Гаусса. Уравнение Пуассона.	2	10. Система единиц. Рационализированная запись формул [3]14216	Контр.вопросы
2	Работа в электр.поле. Разность потенциалов и потенциал. Связь потенциала и напряженности.	2	11. Электроемкость. Конденсаторы. [2]187-189, [3]87-91	Ответы на контр.вопросы
3	Электрическое поле диполя. Поляризация диэлектриков. Полярные и неполярные диэлектрики. Формула Клаузиуса-Моссотти-Дебая.	2	12. Энергия электр.поля [2]191, [3]92-97	Конспект
4	Постоянный электрический ток. Сила и плотность тока. Электродвижущая сила. Закон Ома. Закон Джоуля-Ленца. Правила Кирхгофа.	4
	б) Магнетизм
5	Магнитное поле и его характеристика. Закон Био-Савара-Лапласа. Закон Ампера. Сила Лоренца.	2
6	Магнитный дипольный момент. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость. Диа-, пара- и ферромагнетики. Ферриты.	4	13. Понятие о пьезо и сегнетоэлектриках [2]180, [3]81-83	Проверка конспек тов, проработок
7	Электромагнитная индукция. Правило Ленца. Закон Фарадея.	2	14. Движение заряж.частиц в электр. и магнит. полях [2]248-249, [3] 208-212	Контр.вопросы
8	Самоиндукция. Индуктивность. Энергия магнитного поля. Взаимные превращения электр. и магнитных полей.	2	15. Магнитное поле соленоида и тороида [2]239-242, [3]148-152	Ответы на вопросы
9	Вихревое электр.поле. Токи Фуко. Теорема о циркуляции.	2
10	Общая характеристика теории Максвелла. Уравнения Максвелла. Ток смещения.	2
11	Переменный ток. Закон Ома для переменного тока. Активные и реактивные сопротивления. Работа и мощность переменного тока	4
	в) Электромагнитные волны
12	Волновое уравнение для электромагнитного поля. Плоские электромагнитные волны. Стоячие электромагнитные волны. Образование свободных электромагнитных волн.	4
13.	Свойства электромагнитных волн. Экспериментальное исследование электромагнитных волн. Энергия электромагнитных волн.	2
14	Элементарный диполь и его излучение. Импульс и масса эл.магн.поля. Давление эл.магн.волн. Практическое применение эл.магн.волн.	2
	IV. Оптика
1	Световая волна. Монохроматичность и когерентность света. Световой поток. Фотометрические величины и единицы.	2
2	Принцип Гюйгенса. Интерференция световых волн различных частот и волн, расположенных в различных плоскостях.	2	15. Интерференционные приборы (интерферо метры: Жамена, Майкельсона, Фабри-Перо.)	Контр.вопросы
3	Оптическая длина пути. Таутохронизм. Интерференция в тонких слоях.	2	Микроинтерферометр [2]359-360 [3]371-379
4	Дифракция световых волн. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Графическое вычисление результирующей амплитуды.	4	16. Дифракционная решетка [2]369-370, [3]407-415
5	Дифракция Френеля. Дифракция Фраунгофера на щели и круглом отверстии.	2	17.Дифракция рентгеновских лучей [2]371-373, [3]415-422	Ответы на вопросы
6	Естественный и поляризованный свет. Плоскополяризованные световые волны. Закон Малюса. Двойное лучепреломление.	4
7	Эллиптическая и круговая поляризация. Интеференция поляризованного света. Искусственная оптическая анизотропия. Эффект Керра. Вращение плоскости поляризации.	4
8	Рассеяние света. Закон Рэлея. Молекулярное рассеяние. Угол Брюстера.	2	18. Поглощение света. [2]378-379, [3]461-463	Конспект проработк
9	Дисперсия световых волн. Электронная теория дисперсии.	2	19. Эффект Вавилова-Черенко ва. [2]385, [3]465	Конспекты проработк
	V. Атомная и ядерная физика
	а) Корпускулярно-волновой дуализм частиц
1	Энергия и импульс фотонов. Внешний фотоэффект. Уравнение Эйнштейна. Эффект Комптона.	2
2	Гипотеза Луи де Бройля. Вероятностный смысл волн де Бройля и вероятностная интерпретация квантовых явлений. Дифракция электронов. Опыт Дэвинсона-Джермена.	2	20. Линейный гармонический осциллятор [4] 90-91	Конспект собеседов
3	Понятие квантовых состояний микрочастиц. Стационарные и возбужденные состояния. Соотношения неопределенностей. Квантовые числа.	2
4	Квантование и дискретность энергии излучения. Постулаты Бора. Опыты Франка-Герца.	2	21. Электрон в потенциальном “ящике”. [2]434	Ответы на вопросы
5	Сериальные формулы. Спектральные термы. Постоянная Ридберга. Изотопическое смещение.	2
	б) Электронное строение атомов
6	Атом водорода. Схема уровней энергии водородного атома и спектр излучения. Приближенный метод квантования энергии электрона в атоме водорода	2	22. Прохождение частицы через потенциальный барьер. [2]437-438, [4]85-87
7	Атомы щелочных металлов и их спектр.серии. Спин электрона. Принцип Паули. Распределение электронов по энергетическим уровням атома. Периодическая система элементов.	2
	в) Элементы физики молекулы и теории химической связи
8	Введение. Понятие химической связи и молекулярная орбиталь. Молекулярный ион Н₂⁺ . Метод линейной комбинации атомных орбиталей (метод ЛКАО).	2	23. Энергия молекул [4]135-139
9	Молекула Н₂. Ковалентная связь. Ионная связь.	2
10	Метод анализа сложных молекул. Строение и свойства молекул. Сложные молекулы.	2
	г) Электронные свойства твердых тел
11	Возникновение кристаллической структуры. Энергия взаимодействия атомов. Типы связей в твердых телах.	2
12	Ионная, ковалентная, металлическая, водородная, молекулярная типы связей в твердых телах.	2
13	Энергетические зоны в твердых телах и стационарные состояния электронов в кристаллах. Металлы, диэлектрики и полупроводники. Фононы.	2	24. Контактные явления. [4]525-528	Проверка конспекта

VII. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

№	Название работы	Кол. часов
1	Изучение нормального закона распределения случайных величин и его характеристика	4	Лаб.оборудование, принадлежности	Ознакомление с описанием лабор.работ, конспектирование	2	Ответы на контр. вопросы
2	Изучение вращательного движения	4	-”-	-”-	2	Проверка результ.измер
3	Изучение затухающих колебаний	4	-”-	-”-	2	Контр.вопросы, результ.измерен.
4	Измерение коэффициента вязкости жидкости методом Стокса.	4	Описание приборов	Ознакомление с теорией	2	Графические данные
5	Измерение коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом Ребиндера	4	Изм.приборы, принадлежн.	Физика поверхностного натяжения	2	Числ.знач.коэффициента
6	Измерение отношения удельных теплоемкостей воздуха	4	-”-	Теплоемкость газов и твердых тел	2	Результаты измерений
7	Определение ускорения силы тяжести в Якутске	4	-”-	Проработка описания лабор.работы	2	Сравнение с таблич.данными
8	Измерение скорости звука в воздухе	4	Характ-ки измер.приборов	Звуковые волны. Эффект Допплера	2	Контрольные вопросы
9	Определение момента инерции	4	Лаб.оборуд. и принадлежн.	Моменты инерции различ/ тел	2	Проверка числ.значений
10	Изучение зависимости теплопроводности воздуха от давления	4	Приборы и описания	Теплопроводность и определение коэфф.	2	Графич.зависимость
11	Изучение электростатического поля	4	Методика изм. харак-к электрич.поля	Эквипотенц.поверхность. Потенциал	2	Представл. линий равного потенц.
12	Измерение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли.	4	Эксперимен. приборы и принадлежн.	Вектор магнитной индукции. Описание	2	Сравн. с таблич. данными
13	Измерение сопротивления проводников с помощью моста Уитстона.	4	Характерис.и класс точности	Закон Ома для участка и полной цепи	2	Проверка результ. измерений
14	Изучение зависимости сопротивления проводника от температуры	4	Описание приборов	Проработка методич. указаний	1	Ответы на контр. вопросы
15	Определение теплопроводности веществ	4	Методика измерений	Коэффициент электропроводности. Теория электр-ти.	2	Представл. резул.изм/
16	Определение удельной теплоты преобразования воды	4	Харак-ки и класс точности прибор.	Парообразование и коэфф. параобразования	1	Контрольные вопросы
17	Изучение работы ОКГ (газового лазера).	4	Материалы по ОКГ	Возбужденные состояния атомов	3	Ответы на контр. вопросы
18	Изучение селенового фотоэлемента.	4	Справочник по фотоэлементам	Фотометрические величины	2	Результаты измерений
19	Определение показателей преломления жидкости с помощью рефрактометра РДУ	4	Описан. рефрактометра	Законы преломления, дисперсия	2	Сравнение результатов
20	Определение концентрации сахарных растворов при помощи поляриметра	8	Рук-во по примен. поляриметра	Поляризация света. Обыкн. и необыкн. лучи	2	Значение концентрации сахара
21	Определение длины волны света с помощью дифракционной решетки	4	Приборы и оптич.принадл	Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля.	2	Предст-е результатов
22	Определение спектральных линий атома водорода	8	Атлас спектр. линий	Нормальное и возбужденное состояние атома водорода	2	Проверка правильности серий
23	Градуирование спектрального монохроматора	4	Инструкция по использ. монохромат.	Разложение света по спектрам	2	График, знач. постоянных
24	Определение радиусов интерференционных колец Ньютона	4	Инструк.по примен.интерферометров	Интерференция света	2	Проверка найден.значений радиусов
25	Определение числа компонент расщепления энергетических уровней (эффект Зеемана).	8	Метод использ. спектрограмм	Расщепление энергетических уровней атома.	2	Расчетные данные
26	Измерение радиоактивности по - излучении.	8	Инструк. по применению радиометров	Теория -излучению.	2	Представление изм. результатов
27	Измерение активности биологических объектов	4	Описание использ.прибора	Активность препаратов	2	График, контр. вопросы
	ИТОГО	120

7. Список литературы

Основная литература

1. Савельев И.В. Курс общей физики, т.1. Механика. Молекулярная физика. Москва, “Наука”, 1986 г.

2. Детлаф А.А., Яворский В.М. Курс физики. Москва, Высшая школа, 1989 г.

3. Савельев И.В. Курс общей физики, т.II. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. Москва, “Наука”, 1982 г.

4. Савельев И.В. Курс общей физики, т.III. Квантовая оптика. Атомная физики. Физика атомного ядра и элементарных частиц. Москва, “Наука”, 1979 г.

Дополнительная литература