Geum.ru

Учебная программа дисциплины физика (название)

Вид материалаПрограмма дисциплины

Содержание


УЧЕБНЫЙ ПЛАН 2002года
I. содержание лекций.
II семестр
IV. Темы расчетных заданий.
VIII. Итоговый контроль теоретических и практических знаний
Подобный материал:




МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ


МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)


ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ

(название университета, института)


Бакалавриат: 551700

(№ направления)

Магистратура: 551700

(№ направления)


УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

ФИЗИКА

(название)


Индекс дисциплины: ЕН.Ф.03 Часы (всего) 508

по Госстандарту по Госстандарту


Основные разделы дисциплины по Госстандарту:


Физика:

физические основы механики; понятие состояния в классической механике, уравнения движения, законы сохранения, основы релятивистской механики, принцип относительности в механике, кинематика и динамика твердого тела, жидкостей и газов; электричество и магнетизм; электростатика и магнитостатика в вакууме и веществе, уравнения Максвелла в интегральной и дифференциальной форме, материальные уравнения, квазистационарные токи, принцип относительности в электродинамике; явления сверхпроводимости, полупроводники, туннельный эффект; физика колебаний и волн; гармонический и ангармонический осциллятор: физический смысл спектрального разложения, кинематика волновых процессов, нормальные моды, интерференция и дифракция волн, элементы Фурье-оптики; квантовая физика; корпускулярно-волновой дуализм, принцип неопределенности, квантовые состояния, принцип суперпозиции, квантовые уравнения движения, операторы физических величин, энергетический спектр атомов и молекул, природа химической связи; статистическая физика и термодинамика; три начала термодинамики, термодинамические функции состояния, фазовые равновесия и фазовые превращения, элементы неравновесной термодинамики, классическая и квантовые статистики, кинетические явления, системы заряженных частиц, конденсированное состояние; физический практикум.


СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ

УЧЕБНЫЙ ПЛАН 2002года



Лекции (124 час) 1, 2, 3 семестры.

Практические занятия (70час) 1, 2 семестры

Лабораторные занятия(53час) 1, 2, 3 семестры

Расчетные задания (60 час. сам. работы) 2, 3 семестры

Объем самостоятельной работы

по учебному плану (211часов)


I. СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИЙ.


I семестр


1.1 Физические основы механики.

Предмет физики. Физические модели. Механика. Кинематика материальной точки. Скорость, ускорение. Нормальное и тангенциальное ускорения. Кинематический закон движения материальной точки. Кинематика поступательного и вращательного движения твердого тела. Связь угловых кинематических параметров с соответствующими линейными величинами.

Динамика материальной точки, системы материальных точек и поступательного движения твердого тела. Центр масс механической системы и закон его движения.

Динамика вращательного движения твердого тела относительно неподвижности. Момент силы и момент импульса тела относительно оси. Момент инерции тела относительно оси. Теорема Штейнера. Основное уравнение динамики вращательного движения твердого тела относительно неподвижной оси.

Законы сохранения в механике. Закон сохранения импульса. Закон сохранения момента импульса. Тензор инерции. Энергия. Работа. Кинетическая энергия. Кинетическая энергия вращающегося тела. Кинетическая энергия механической системы и ее связь с работой внешних и внутренних сил. Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальные поля. Потенциальная энергия материальной точки и системы материальных точек. Поле центральных сил. Механическая энергия системы тел. Закон изменения и сохранения механической энергии системы тел. Удар абсолютно упругих и неупругих тел.

Колебания. Затухающие колебания. Дифференциальное уравнение затухающих колебаний и его решение. Гармонические колебания. Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний и его решение. Резонанс. Волны. Уравнение бегущей волны. Волновое уравнение.

Преобразования Галилея. Механический принцип относительности Галилея.

1.2. Элементы специальной теории относительности.

Постулаты специальной теории относительности. Преобразования Лоренца. Следствия из преобразований Лоренца относительность одновременности, относительность длин и промежутков времени, интервал между двумя событиями и его инвариантность. Релятивистский закон сложения скоростей.

Динамика материальной точки. Релятивистский импульс. Релятивистское уравнение динамики материальной точки. Кинетическая энергия. Закон взаимосвязи массы и энергии. Вектор энергии-импульса.

1.3. Основы молекулярной физики и термодинамики.

Статистические и термодинамические методы исследования. Термодинамические параметры. Идеальный газ. Уравнение состояния идеального газа. Молекулярно-кинетическая теория газов. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории для давления идеального газа. Молекулярно-кинетическое толкование абсолютной температуры. Внутренняя энергия идеального газа.

Работа, количество теплоты. Первое начало термодинамики. Политропные процессы. Теплоемкость. Тепловые машины. Цикл Карно и его КПД. Неравенство Клаузиуса.

Термодинамическое равновесие системы. Макро- и микросостояния. Статистический вес. Энтропия и ее свойства. Второе начало термодинамики.

Закон Максвелла для распределения молекул по скоростям. Закон Больцмана для распределения молекул и частиц в потенциальном поле.

Явления переноса в термодинамических неравновесных системах. Длина свободного пробега.

Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Фазовые переходы. Критическое состояние.

1.4. Электромагнитное поле.

Электромагнитное поле в вакууме и его силовые характеристики. Понятие потока и циркуляции силового вектора. Уравнение Максвелла в интегральной форме как математическая модель электромагнитного поля.

Постоянное электромагнитное поле. Электромагнитное взаимодействие и его проявление в различных системах отсчета (релятивистское толкование магнитного взаимодействия).


II семестр


2.1. Электростатика.

Электростатическое поле в вакууме. Вектор напряженности электростатического поля и методы его расчета. Потенциал. Связь между потенциалом и напряженностью поля. Методы расчета потенциала. Диполь в электростатическом поле.

Электростатическое поле в веществе. Типы диэлектриков Электронная и ориентационная поляризации. Вектор поляризации. Свободные и связанные заряды. Теорема Остроградского-Гаусса для электростатического поля в диэлектрике. Вектор электрического смещения. Диэлектрическая проницаемость вещества.

Проводники в электростатическом поле. Поле внутри проводника и у его поверхности. Распределение зарядов в проводнике. Постоянный электрический ток.

Электроемкость уединенного проводника. Взаимная емкость двух проводников. Конденсаторы. Энергия заряженного проводника и конденсатора. Энергия электростатического поля. Объемная плотность энергии.

2.2. Электромагнетизм.

Постоянное магнитное поле в вакууме. Закон Ампера. Вектор индукции магнитного поля и методы его расчета. Контур с током в магнитном поле. Магнитный момент. Закон Био-Савара-Лапласса. Метод суперпозиции полей. Расчет поля кругового тока, длинного соленоида и тороида.

Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле. Явление электромагнитной индукции. Вывод закона Фарадея-Максвелла. Индуктивность. Явление самоиндукции и взаимной индукции. Энергия магнитного поля. Объемная плотность энергии.

Магнитное поле в веществе. Микротоки. Вектор намагниченности. Закон полного тока для магнитного поля в веществе. Вектор напряженности магнитного поля. Связь между векторами индукции, напряженности и намагниченности. Магнитная проницаемость вещества. Классификация магнетиков. Электронная теория диа- и парамагнетиков. Основные свойства ферромагнетиков. Домены. Точка Кюри.

Уравнение Максвелла. Переменное магнитное поле и его свойства. Волны. Вектор Умова-Пойнтинга.

2.3. Физические основы оптики.

Волновые свойства света. Интерференция. Когерентность и методы ее осуществления. Расчет интерференционной картины от двух когерентных источников света. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция Фраунгофера на одной щели. Понятие о голографии.

Корпускулярные свойства света. Масса и импульс фотона. Фотоэффект. Корпускулярно-волновой дуализм свойств света.


III семестр


3.1.Физические основы квантовой механики.

Корпускулярно-волновой дуализм свойств вещества. Гипотеза де-Бройля. Соотношение неопределенностей Гайзенберга. Квантово-механическое описание движения микрочастицы. Волновая функция и ее статистический смысл. Уравнение Шредингера. Стационарное состояние. Частица в одномерной потенциальной яме бесконечной глубины. Квантование энергии. Потенциальный барьер, туннельный эффект.

Квантовомеханическая модель атома водорода. Квантование энергии , момента импульса и проекции момента импульса электрона. Квантовые числа. Спектры излучения атома водорода. Спин электрона. Принцип Паули. Распределение электронов в атоме по состояниям. Спонтанное и вынужденное излучение. Лазеры.

3.2. Элементы статистической физики.

Методы описания состояния макросистемы. Термодинамический метод. Статистический метод. Изображение состояния термодинамической системы в фазовом пространстве. Фазовые ячейки и их заполняемость. Критерий вырождения газа. Функция распределения и ее физический смысл. Статистики Максвелла-Больцмана, Бозе-Эйнштейна и Ферми-Дирака.

Классическая статистика Максвелла-Больцмана. Подсчет числа частиц с энергией от ε до ε + dε.

Равновесное тепловое излучение. Фотонный газ. Абсолютно черное тело. Распределение Бозе-Эйнштейна. Подсчет числа фотонов с энергией от ε до ε + dε. Формула Планка. Законы теплового излучения. Оптическая пирометрия.

Квантовая теория свободных электронов в металлах. Распределение Ферми-Дирака. Подсчет числа частиц с энергией от ε до ε + dε. Энергия Ферми. Влияние температуры на распределение электронов. Теплоемкость. Электропроводность металлов. Сверхпроводимость. Магнитные свойства сверхпроводников.

Зонная теория проводимости твердого тела. Расщепление энергетических уровней атома при формировании кристаллической решетки твердого тела.

Разрешенные и запрещенные зоны. Валентная зона и зона проводимости. Деление твердых тел на проводники, диэлектрики и полупроводники с точки зрения зонной теории твердых тел. Собственная и примесная проводимость полупроводников и ее зависимость от температуры.

Контактные явления. Работа выхода. Внутренняя и внешняя контактная разность потенциалов. Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода. Внутренний фотоэффект. Солнечные батареи.

Электропроводность газов. Самостоятельная и несамостоятельная проводимость. Несамостоятельный газовый разряд. Плотность тока насыщения. Самостоятельный газовый разряд. Тлеющий разряд. Плазма.

Электропроводность жидкостей. Диссоциация. Расчет электропроводимости. Электролиты. Электролиз.

3.3 Элементы физики атомного ядра.

Состав ядра. Нуклоны. Заряд, размер и масса ядра. Дефект масс и энергия связи ядра. Взаимодействие нуклонов и понятие о природе и свойствах ядерных сил.

Ядерные реакции. Реакция деления ядра. Цепкая ядерная реакция. Критическая масса. Проблемы ядерной энергетики. Реакция синтеза атомного ядра. Проблемы управляемой термоядерной реакции.


II. Темы практических занятий


I семестр


1 занятие. Кинематика.

1.6, 1.7, 1.8, 1.11, 1.17; 1.3, 1.9, 1.12, 1.16, 1.18

2 занятие. Динамика материальной точки.

2.1, 2.4, 2.35, 2.24, 2.40; 2.3, 2.25, 2.37, 2.8, 2.43.

3 занятие. Движение материальной точки по окружности.

2.18, 3.5, 3.11, 3.13, 3.16; 3.3, 3.8, 3.9, 3.14, 3.18.

4, 5 занятия. Динамика вращательного движения твердого тел вокруг неподвижной оси.

4.5, 4.10, 4.14, 4.15, 4.19, 4.24, 4.26; 4.3, 4.6, 4.11, 4.13, 4.18,

4.20, 4.23, 4.25.

6, 7 занятия. Законы сохранения импульса, энергии и момента импульса.

5.6, 5.27, 5.20, 5.29, 5.39, 5.33; 5.2, 5.16, 5.24, 5.26, 5.34, 5.37.

5.43, 5.46, 5.50, 5.56, 5.54; 5.42, 5.45, 5.51, 5.52,5.55, 5.59.

8 занятие. Контрольная работа.

9 занятие. Уравнение состояния идеального газа.

7.6, 7.8, 7.14, 7.16; 7.13; 7.1, 7.4, 7.11, 7.12, 7.17.

10 занятие. Молекулярно-кинетическая теория идеального газа.

8.1, 8.2, 8.6, 8.8, 8.12, 8.22; 8.4, 8.7, 8.9, 8.13, 8.15,8.21.

11, 12 занятия. Первое начало термодинамики. Теплоемкость.

9.1, 9.2, 9.20, 9.21, 9.22, 9.12; 9.3, 9.4, 9.6, 9.14, 9.17, 9.24.

9.26, 9.11, в задаче 9.21 определить С двумя способами –

интегральным и дифференциальным ,

9.33; 9.13, 9.18, 9.27, 9.28, 9.29, 9.30.


13 занятие. Тепловые машины и их К.П.Д. Энтропия.

10.13, 10.8, 10.1, 10.3, 10.17, 10.19;

10.2, 10.5, 10.9, 10.14, 10.18, 10.20, 10.23.

14 занятие. Контрольная работа.

15 занятие. Распределение молекул по скоростям Максвелла.

Распределение Больцмана.

11.2, 11.4, 11.8, 11.11, 11.16, 11.18;

11.3, 11.6, 11.7, 11.12, 11.17.

16 занятие. Явления переноса. Реальные газы.

12.1, 12.7, 12.8, 13.1, 13.6; 12.3, 12.4, 12.6, 13.2, 13.4.

17 занятие. Зачетное занятие.


II семестр


1, 2 занятия. Методы расчета вектора напряженности электростатического поля.

2-1, 2-2, 2-5, 2-6, 2-7, 2-9, 2-11, 2-12, 2-13, 2-16, 2-17; 2-20, 2-21, 2-24, 2-27, 2-28, 2-30, 2-31, 2-33, 2-37, 2-39.

3 занятие. Потенциал и методы его расчета.

3-3, 3-5, 3-7, 3-8, 3-9, 3-10, 3-12, 3-14, 3-15, 3-17, 3-21, 3-22.

4, 5 занятия. Проводники и диэлектрики в электростатическом поле.

4-2, 4-3, 4-4, 4-7, 4-10, 4-12, 4-14; 4-16, 4-19, 4-21, 4-23, 4-24, 4-26, 4-29.

6 занятие. Электроемкость. Конденсаторы.

5-5, 5-7, 5-9, 5-10, 5-11, 5-15, 5-17, 5-18.

7 занятие Энергия электростатического поля.

5-3, 5-8(3), 5-13(2), 5-19, 5-20, 5-22, 5-26, 5-27.

8 занятие. Контрольная работа по электростатике.

9 занятие. Обобщенный закон Ома для участка цепи. Законы Кирхгофа.

6-1, 6-3, 6-6, 6-8, 6-10, 6-12, 6-15.

10 занятие. Методы расчета вектора индукции магнитного поля.

8-2, 8-4, 8-7, 8-13, 8-14, 8-16, 8-17, 8-21, 8-26, 8-28, 8-30, 8-31.

11 занятие. Действие магнитного поля на ток и движущийся заряд.

9-1, 9-2, 9-6, 9-15, 9-16, 9-17, 11-3, 11-4, 11-6, 11-12, 11-14, 11-15.

12 занятие. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле. Магнитный поток.

10-1. 10-4,10-5, 10-7, 10-8, 10-10, 10-11, 10-13, 10-15, 10-17.

13 занятие Явление электромагнитной индукции.

12-3, 12-4, 12-5, 12-7, 12-9, 12-11, 12-15, 12-16(1), 12-17.

14 занятие. Контрольная работа по магнетизму.

15 занятие. Индуктивность Э.Д.С. самоиндукции и взаимной индукции. Энергия магнитного поля.

13-1, 13-2, 13-3, 13-4, 13-5, 13-6, 13-9, 13-12, 13-14.

16 занятие. Магнитное поле в среде.

14-1. 14-4,14-5. 14-8, 14-9, 14-11.

17 занятие. Зачетное занятие.

При решении задач в аудитории и при выполнении домашних задач используется задачник [4] или задачник [3].

III. Названия лабораторных работ.


I семестр

Занятие

№ 1 Теория погрешностей при физических измерениях

№ 2 Набор работ по теме: Законы сохранения и динамика движения материальной точки.

№ 3, 4 Набор работ по теме: Законы сохранения и динамика вращательного движения твердого тела.

№ 5 Защита лабораторных работ по механике.

№ 6, 7 Работы по теме: Молекулярная физика и термодинамики.

№ 8 Защита лабораторных работ по молекулярной физике и термодинамике.


II семестр

Занятие

№ 1 Вводная работа.

№ 2, 3, 4 Работы по теме: Электростатика.

№ 5 Защита лабораторных работ по электростатике.

№ 6, 7 Работы по теме: Магнетизм.

№ 8 Защита лабораторных работ по магнетизму.

№ 9 Зачетное занятие.


III семестр

Занятие

№ 1 Лабораторная работа по волновой оптике.

№ 2, 3 Лабораторные работы по теме: атомная физика.

№ 4 Защита лабораторных работ по волновой оптике и атомной физике.

№ 5 Коллоквиум по теме: Элементы квантовой механики.

№ 6, 7 Лабораторные работы по теме: Атомная физика.

№ 8 Защита лабораторных работ по атомной физике.

№ 9 Зачетное занятие.


IV. Темы расчетных заданий.


II семестр
  1. Методы расчета напряженности электростатического поля, вектора смещения и потенциала в неоднородных средах. Емкость. Энергия электростатического поля.
  2. Методы расчета вектора индукции магнитного поля. Явление электромагнитной индукции. Индуктивность. Энергия магнитного поля.


III семестр
  1. Интерференция, дифракция, поляризация света.



VII. Контроль и оценка качества изучения дисциплины.


VII. 1. Лекции и практические занятия

I семестр: 2 контрольные работы.

II семестр: 2 контрольные работы.

III семестр: -


VII. 2. Лабораторные работы

I семестр: 2 защиты.

II семестр: 2 защиты.

III семестр: 2 защиты + 1 коллоквиум.


VII. 3. Расчетные задания

II семестр: 2 оценки по типовому расчету.

III семестр: -


VII. 4. Методика определения итоговой зачетной оценки практических знаний студента в семестре

I семестр: Зачетная оценка выставляется как среднее арифметическое из оценок двух контрольных работ и двух защит.

II семестр: Зачетная оценка выставляется как среднее арифметическое из оценок двух контрольных работ и двух защит.

III семестр: Зачетная оценка выставляется как среднее арифметическое из оценок двух защит и коллоквиума.


VIII. Итоговый контроль теоретических и практических знаний

студента в сессию.


I семестр: зачет; экзамен.

II семестр: зачет; экзамен.

III семестр: зачет; экзамен.

В приложение к диплому выносится оценка за второй семестр.


IX. Литература


IX. 1. Учебники
  1. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. М.: Высшая школа. 1989 г., 2000 г., 2001 г., 2002 г.
  2. Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 1-3. М.: Наука.
  3. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т. 1-5. М: Наука.


IX. 2. Учебные пособия
  1. Новодворская Е.М., Дмитриев Э.М. Методика проведения упражнений по физике во втузе. М.: Высшая школа. 1981 г.
  2. Сборник задач по физике (механика и молекулярная физика). Под редакцией Барто М.П. М.: МЭИ, 1988 г.
  3. Сборник задач по физике. Под редакцией Авиловой И.В. М.: МЭИ, 1992 г.
  4. Задачник по физике. Часть 2. Электростатика и электромагнетизм. Под редакцией Новодворской Е.М. М.: МЭИ, 1975 г.
  5. Лабораторный практикум по физике. Механика и молекулярная физика. М.: МЭИ, 2002 г.
  6. Лабораторный практикум по физике. «Электростатика», «Магнетизм», «Колебания и волны». М.: МЭИ, 1985 г.
  7. Лабораторный практикум по физике. Оптика. М.: МЭИ, 2000 г.



ПРОГРАММУ СОСТАВИЛИ:


Зав. кафедрой физики

им. В.А. Фабриканта,

профессор Евтихиева О.А.


Лектор, ст. преподаватель Ермаков Б.В.