Geum.ru

Программа дисциплины "общая физика" для специальности 010400 " физика " (вечернее отделение) Квалификация- физик

Вид материалаПрограмма

Содержание


Зав. кафедрой общей физики СГУ
Всего, час.
Подобный материал:
Министерство образования Российской Федерации

Саратовский государственный университет

им. Н.Г. Чернышевского

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
дисциплины "ОБЩАЯ ФИЗИКА"
для специальности 010400 " ФИЗИКА " (вечернее отделение)

Квалификация- ФИЗИК


Саратов 2003


Составлена в соответствии с

Государственным образовательным

стандартом высшей школы

по специальности 010400 «ФИЗИКА» вечернее отделение

Квалификация- ФИЗИК



«ОДОБРЕНО»


Председатель учебно- методической

комиссии физического факультета СГУ

д.ф.-м.н., профессор


____________________ В.Л. Дербов


«____» ________________2003 г.

«УТВЕРЖДАЮ»

Проректор по учебной работе СГУ, доцент


______________В.В.Хасин

«_____» _________________2003 г.




Зав. кафедрой общей физики СГУ

д.ф.-м.н., член-корр. РАЕН, профессор


____________________А.А.Игнатьев


"_____"______________________2003 г.





А В Т О Р Ы:

к.т.н., доцент А.Л.Хвалин

к.ф.-м.н., доцент А.А.Мостовой


1. Пояснительная записка

Курс общей физики является основополагающим в обучении студентов физических спе­циальностей университетов. Цели изучения этого курса определяются требованиями, предъявляемыми к выпускникам квалификационными характеристиками и предусматривающими, что специалист должен иметь высокий уровень профессиональной подготовки, сочетать высокую фундаментальную научную и практическую подготовку, уметь проводить теоретические и экспериментальные исследования.

Общая физика как наука об общих законах природы лежит в основе изучения
общетеоретических и специальных дисциплин физического профиля, знание которых
обязательно для специалистов. В процессе изучения общего курса физики формируется
диалектико-материалистическое мировоззрение, приобретаются знания об общих законах
развития науки, закладываются основы навыков теоретического и экспериментального
научного исследования, а также формируются профессиональные, знания и навыки
будущего учителя-предметника.

Усвоение основных представлений об окружающем нас мире, формах его существования, об исторической обусловленности и характере развития физической науки, ознакомление со структурой основных категорий физических знаний (закона, гипотезы, модели, теории и т.п.), языком и методами физики, её связью с другими естественными науками, а также с её вкладом в развитие различных направлений технического прогресса являются основными задачами приобретения знаний и умений в области теоретической деятельности.

Усвоение знаний основных методов измерения физических величин, проверки
законов, их следствий, способов подсчета погрешностей в экспериментах, оценка
разумности экспериментально полученных численных значений физических величин и
констант, соблюдение правил технической безопасности при проведении физических
экспериментов являются основными задачами практического приобретения знаний,
навыков и умений в области экспериментальной деятельности.

ТРУДОЕМКОСТЬ

Лекции -104 час

семинарские занятия - 104 час.

практические занятия -121-час.

самостоятельная работа - 312 час.

2. Тематический план учебной дисциплины

Наименование
Максималь­ная учебная нагрузка студентов, час.
Количество аудиторных часов при вечерней форме обучения
Самостоя­тельная работа студентов, час.







Всего, час.
Лекцион­ная нагрузка, час.
Практи-ческие

занятия, час.
Семинар-ские

занятия, час.



1
2
3
4
5
6
7

Раздел 1 Механика
193
99
34
31
34
94

Тема 1.1
7
5
2
1
2
2

Тема 1.2
9
2
2



_
7

Тема 1.3
15
8
2
2
4
7

Тема 1.4
9
4
2
„
2
5

Теме 1.5
11
4
2
_
2
7

Тема 1.6.
15
8
2
4
2
7

Тема 1.7.
25
18
6
6
6
7

Тема 1,8.
13
6
2
-
4
7

Тема 1.9
7
2
2
-
-
5

Тема 1.10.
11
4
2
-
2
7

Тема 1.11.
17
10
2
6
2
7

Тема 1.12.
11
4
2
.
2
7

Тема 1.13.
17
10
2
6
2
7

Тема 1.14.
9
4
2
.
2
5

Тема 1.15.
17
10
2
6
2
7

Раздел 2 Молекулярная физика
222
114
36
42
36
108

Тема 2.1
7
4
2
2
—
3

Тема 2.2
19
12
2
8
2
7

Тема 2.3
11
4
2
-
2
7

Тема 2.4
15
8
4
-
4
7

Тема 2.5
17
10
2
6
2
7

Тема 2.6
23
16
4
8
4
7

Тема 2,7
13
6
2
-
4
7

Тема 2.8
17
10
2
-
8
7

Тема 2.9
13
6
2
-
4
7

Тема 2.10
19
12
2
8
2
7

Тема 2.11
9
2
2
-
-
7

Тема 2.12
9
2
2
-
-
7

Тема 2.13
9
2
2
-
-
7

Тема 2.14
11
4
2
-
2
7

Тема 2.15
17
10
2
8
-
7

Тема 2.16
13
6
2
2
2
7




1
2
3
4
5
6
7






















Раздел 3 Электричество и магнетизм
226
116
34
48
34
110

Тема 3.1
6
4
2
2



2

Тема 3.2
17
10
2
4
4
7

Тема 3.3
15
8
2
4
2
7

Тема 3.4
9
2
2
_
_
7

Тема 3.5
13
8
2
4
2
5

Тема 3.6
15
8
2
4
2
7

Тема 3.7
15
8
2
4
2
7

Тема 3.8
11
4
2
-
2
7

Тема 3.9
19
12
2
4
6
7

Тема 3.10
13
6
2
4
-
7

Тема 3.11
13
6
2
-
4
7

Тема 3.12
17
10
2
4
4
7

Тема 3.13
17
10
2
6
2
7

Тема 3.1 4
9
4
2
-
2
5

Тема 3.15
15
8
2
4
2
7

Тема 3.16
13
6
2
4
.
7

Тема 3.17
9
2
2
-
-
7

Всего:
641
329
104
121
104
312



Раздел 1.

Тема 1.1.


Тема 1.2.


Тема 1.3.

Тема 1.4.
  1. Содержание учебной дисциплины


Механика

Введение.

Материя как объективная реальность Пространство и время как формы существования материи. 'Задачи и методы физики. (ЛР 1.1*, 1.3). Физика и естествознание. Роль физики как фундаментальной науки в развитии научно-технического прогресса.

Основы математического аппарата раздела «Механика». Элементы векторного анализа. Производная. Интеграл.

Кинематика материальной точки и твердого тела. Механическая форма движения. Системы отсчёта. Понятие времени. Перемеще-ние, скорость и ускорение материальной точки. Движение по окруж-ности. (ЛР 1.5, 1.6, 1.9). Движение твёрдого тела. Принцип относитель-ности и преобразования координат. Преобразования Галилея. Посто-янство скорости света. Преобразования Лоренца для координат и времени.

Тема 1.5.
Следствия из преобразований Лоренца. Относительность одновременности. Длина движущегося тела. Темп хода движущихся часов. Сложение скоростей. Преобразование ускорений.

Тема 1.6.
Законы динамики. Законы движения Ньютона. (ЛР 1.8). Релятивистское уравнение движения. Уравнения моментов. Уравнение движения системы материальных точек.

Тема 1.7.
Законы сохранения. Закон сохранения импульса. (ЛР 1.11). Закон сохранения момента импульса. (ЛР 1.7). Кинетическая и потенциальная энергия. Закон сохранения энергии в нерелятивистском случае. (ЛР 1.10). Закон сохранения энергии в релятивистском случае. Соотношение между массой и энергией.

Тема 1.8.
Движение в поле тяготения. Закон всемирного тяготения. Гравитационная энергия. Законы Кеплера. Проблема двух тел.


Тема 1.9.
Движение тела переменной массы. Уравнение Мещерского. Формула Циолковского. Релятивистские ракеты.

Тема 1.10.
Столкновение тел. Упругие столкновения. (ЛР 1.11). Неупругие столкновения. Реакции между элементарными частицами.


Тема 1.11.
Динамика твердого тела. Уравнения движения. Кинетическая энергия произвольно движущегося твёрдого тела. Гироскоп. (ЛР 1.7).

Тема 1.12.
Движение в неинерциальных системах отсчета. Силы инерции. Центробежные силы. Силы Кориолиса.

Тема 1.13.
Колебания и волны. Гармонический осциллятор. Затухающий гармонический осциллятор. Добротность. (ЛР 1,15). Вынужденные колебания. Резонанс. Бегущие волны. Фазовая и групповая скорости. (ЛР 1.16). Стоячие волны. Нерелятивистский эффект Допплера. Волны в сплошной среде и элементы акустики

Тема 1.14.
Движение при наличии трения. Силы трения. Сухое трение. Трение качения. Движение при наличии жидкого трения.

Тема 1.15.
Деформация сплошных сред. Упругая и пластическая деформации. Изгиб, сдвиг, кручение. (ЛР 1.17). Механика жидкостей и газов.

Раздел 2.
Молекулярная физика

Тема 2.1.
Введение. Развитие представлений об атомно-молекулярной структуре вещества. Межмолекулярные силы. (ЛР 2.10). Исторический обзор. Труды М.В.Ломоносова.

Тема 2.2.
Статистические закономерности. Макросостояние и микросостояние статистической системы. Средние величины. Основные понятия теории вероятностей. (ЛР 2.7).

Тема 2.3.
Элементы статистической теории идеальных газов. Идеальный газ как модель простейшей статистической системы. Давление идеального газа. Уравнение состояния идеального газа. Идеальный газ во внешнем потенциальном поле. Понятие температуры. Броуновское движение.

Тема 2.4.
Классические законы распределения молекул. Вывод закона распределения по Максвеллу. Закон распределения Больцмана. Опыты Перрена.

Тема 2,5.
Основы теории теплоемкостей. Классическая теория теплоемкостей. Теплоёмкость газа. Распределение энергии по степеням свободы. Многоатомный газ. (ЛР 2.1).Теплоёмкость твёрдых тел. Понятие о квантовой теории теплоемкостей.

Тема 2.6.
Явления переноса. Диффузия. Теплопроводность. (ЛР 2.2, 2.8). Внутреннее трение. (ЛР 2.3, 2.4). Эффузия.

Тема 2.7.
Термодинамический подход к описанию молекулярных явлений. Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия и внешняя работа. Первый закон термодинамики. Применение первого закона термодинамики к идеальному газу.


Тема 2.8.
Второй закон термодинамики. Обратимые и необратимые процессы. Цикл Карно. Второй закон термодинамики. Неравенство Клаузиуса. Понятие об энтропии. Стати-стический характер второго закона термодинамики.

Тема 2.9.
Реальные газы. Реальный газ, Уравнение Ван-дер-Ваалъса. Критическое состояние вещества. Явление Джоуля - Томсона. Сжижение газов. Свойства вещества при низких температурах.

Тема 2.10.
Жидкости. Свойства и строение жидкостей, Поверхностное натяжение. (ЛР 2.5). Влияние кривизны поверхности жидкости. Капиллярность.

Тема 2.11.
Механические свойства жидкости.

Формула Пуазейля. Число Рейнольдса. Обтекание тел жидкостью и газом. Колебательные и волновые движения в жидкостях и газах.

Тема 2.12.
Твердые тела. Кристаллические решётки. Решётка Браве. Кристаллические системы.

Тема 2.13.
Структура и свойства кристаллических тел. Физические типы кристал-лических решёток. Реальные кристаллы. Тепловые свойства кристаллов.

Тема 2.14.
Колебательные и волновые явления в твердом теле. Акустические волны в твёрдом теле. Фононы. Магноны.

Тема 2.15.
Фазовые переходы. Фазовые переходы первого рода. (ЛР 2.6, 2.9). Уравнение Клапейрона -Клаузиуса Диаграмма состояния вещества. Фазовые переходы второго рода. Явления переноса.

Тема 2.16.
Растворы и сплавы. Растворы. Закон Рауля, Осмос. Сплавы.


Раздел 3.
Электричество и магнетизм.


Тема 3.1.
Введение. Роль российских учёных в развитии учения об электричестве. Роль электрических и магнитных явлений в природе.

Тема 3.2.
Электростатика. Электрические заряды. Сохранение и квантование зарядов. Закон Кулона. Энергия системы зарядов. Электрическое поле. Теорема Остроградского -Гаусса и её применение.

Темя 3.3.
Электрический потенциал. Работа сил электрического поля и потенциал. Градиент потенциала и напряжённость поля. Уравнения Пуассона и Лапласа. (ЛР 3.1).


Темя 3.4.
Электрическом поле вокруг проводников. Проводники в электрическом поле. Электроёмкость и конденсаторы. (ЛР 3.2). Энергия электрического поля.

Тема 3.5.
Электрическое поле в веществе. Поляризация молекул. Вектор поляризации. Электрическая индукция. Диэлектрическая проницаемость и поляризуемость с молекулярной точки зрения. Формула Клаузиуса - Мосотти. (ЛР 3.2).

Тема З.6.
Электрические токи. Перенос заряда и плотность тока. Проводимость и закон Ома. (ЛР 3.3, 3.4, 3.19).

Тема 3.7.
Основы электронной теории проводимости. Классический механизм проводимости. Классическая теория элек­тропроводности металлов и её недостатки

Тема 3.8.
Поле движущихся зарядов. Магнитные силы. Инвариантность заряда. Электрическое поле в разных инициальных системах отсчёта. Взаимодействие между движущимися зарядами.

Тема 3.9.
Магнитное поле. Магнитное поле тока. Закон Био-Савара. Циркуляция напряжённости магнитного поля.(ЛР 3.21).

Тема З.10.
Магнитное поле в веществе. Электрические токи в атомах, молекулах. Магнитное поле в магнотиках (ЛР 3.15), Диа- и парамагнетизм. Ферроманетизм.(ЛР 3.16).

Тема 3.11.
Электромагнитная индукция. Универсальный закон индукции. Взаимная индукция. Самоиндукция. Энергия магнитного поля.

Тема 3.12.
Уравнений Максвелла Токи смещения. Уравнения Максвелла. Электромагнитное поле.(ЛР 3.22). Энергия электромагнитного поля. Излучение электромагнитных волн.

Тема 3.13.
Цепи переменного тока. Переменный электрический ток. Резонанс напряжений и резонанс токов. Работа и мощность в цепи переменного тока. Колебательный контур (ЛР 3.10-3.14,3.18).

Тема 3.14.
Элементы квантовой теории электропроводности. Основы квантовой статистики Ферми - Дирака . Механизм проводимости полупроводников. Сверхпроводимость.

Тема 3.15.
Электрические явления в контактах. Контактная разность потенциалов. Контактные явления в полупроводниках

(ЛР3.5):

Тем» 3.16.
Электрические токи в вакууме. Формула Богуславского - Ленгмюра. (ЛР 3.6-3.8). Зависимость тока насыщения от температуры.

Тема 3.17.


Электропроводность газов. Ионизация газов. Типы газовых разрядов. Плазменное состояние вещества.




Перечень семинарских занятий

Раздел 1.
Механика


Тема 1.1.
Введение. Задачи и методы физики. Физические единицы и их измерения. Системы единиц.

Тема 1.3.
Перемещение, скорость и ускорение материальной точки. Движение по окружности. Угловая скорость как вектор. Кинематика твёрдого тела.

Тема 1.4.
Преобразования Галилея. Сложение скоростей.

Тема 1.5.
Относительность одновременности. Длина движущегося тела. Собственное время.

Тема 1.6.
Законы движения Ньютона. Система материальных точек. Уравнение движения системы материальных точек. Центр масс.

Тема 1.7.
Закон сохранения импульса. Закон сохранения момента импульса. Работа силы. Закон сохранения механической энергии в нерелятивистском случае.

Тема 1.8.
Закон всемирного тяготения. Гравитационная энергия. Движение планет и комет.

Тема 1.9.
Уравнение Мещерского. Формула Циолковского.


Тема 1.10.
Законы сохранения при столкновениях.

Тема 1.11.
Уравнение движения. Момент инерции. Закон сохранения момента импульса и механической энергии при вращательном и вращательно-поступательном движении твёрдых тел. Гироскоп.


Тема 1.12.
Сравнение инерциальной и неинерциальной систем отсчета. Силы инерции, действующие на покоящееся тело во вращающейся системе отсчёта. Сила инерции, действующая на движущееся тело во вращающейся системе отсчёта.

Тема 1.13.
Гармонический осциллятор. Математический маятник. Энергия осциллятора.

Раздел 2.
Молекулярная физика


Тема 2.3.
Идеальный газ как модель простейшей статистической системы. Основные характеристики молекулярного движения: средняя скорость, частота столкновений, длина свободного пробега.

Тема 2.4.
Закон распределения молекул по скоростям. Наиболее вероятная, средняя и средняя квадратичная скорости. Закон распределения Больцмана.

Тема 2.5.
Классическая теория теплоемкостей газов.

Тема 2.6.
Диффузия, теплопроводность, внутреннее трение.

Тема 2.7.
Первый закон термодинамики. Применение первого закона термодинамики к идеальному газу.


Тема 2.8.
Циклы. Цикл Карно. Понятие об энтропии. Вычисление изменения энтропии в различных процессах.

Тема 2.9.
Уравнение Ван-дер-Ваальса. Критическое состояние. Явление Джоуля -Томсона.

Тема 2.10.
Поверхностное натяжение. Влияние кривизны поверхности.

Раздел 3.
Электричество и магнетизм.


Тема 3.2.
Закон Кулона, Напряжённость электрического поля. Теорема Остроградского - Гаусса.

Тема 3.3.
Работа сил электрического поля и потенциал. Градиент потенциала и напряжённость поля.

Тема 3.5.
Электроёмкость и конденсаторы. Энергия электрического поля.

Тема 3.6.
Проводимость и закон Ома. :

Тема 3.7.
Классическая теория электропроводности металлов.

Тема 3.9.
Силы, действующие на ток в магнитном/ поле. Закон Био-Савара. Циркуляция магнитного поля.


Тема 3.11.
Универсальный закон индукции. Самоиндукция. Взаимная индукция.

Тема 3.12.
Токи смещения. Уравнения Максвелла. Энергия электромагнитного поля.

Тема 3.13.
Переменный электрический ток. Работа и мощность в цепи переменного тока.










Перечень контрольных работ.

> ч




Раздел "Механика"


Контрольная работа №1 (Тема 1.4.)
Принцип относительности Галилея, абсолютная и относительная скорости.


Контрольная работа №2 (Тема.-1.7.)
Законы сохранения энергии, импульса, момента импульса.

Контрольная работа №3 (Тема 1.8.)
Закон всемирного тяготения.

Контрольная работа №4 (Тема 1.11.)
Динамика твёрдого тела.




Раздел 2. " Молекулярная физика "


Контрольная работа №1 (Темы 2.3.-2.4.)
Уравнение состояния идеального газа. Распределение молекул по скоростям, по плотности

Контрольная работа №2 (Тема 2.5.)
Внутренняя энергия, количество теплоты, теплоемкости идеального газа,

Контрольная работа №3 (Темы 2.6.-2.9)
Явления переноса, реальные газы.

Контрольная работа №4 (Темы 2.7., 2.8.)
Элементы термодинамики, циклы, энтропия.


Раздел 3. Электричество и магнетизм

Контрольная работа №1 Электрическое поле, потенциал, законы пстоянного тока.

(Темы 3.2.-3.7.)

Контрольная работа №2 Закон Ампера, Закон Био-Савара - Лапласа.

(Тема 3.9.-3.10,)

Контрольная работа №3 Электромагнитная индукция.

(Тема 3.11.)


Виды самостоятельной работы студента:

1. Работа с литературой, конспектами лекций и описаниями лабораторных работ.

2. Подготовка к семинарским занятиям и лабораторным работам.

3. Подготовка к коллоквиуму, контрольным работам, зачетам, экзамену.

4. Оформление отчетов по лабораторным работам.

4. Перечень литературы и средств обучения


Раздел 1. Механика
Основная литература:

1. Матвеев А.Н. Механика и теория относительности. - М.: Высшая школа, 1986.

2. Сивухин Д.В. Общий курс физики, т. I. - М.: Наука, 1985.

3. Иродов И.Е. Задачи по общей физике. - М.: Наука, 1979.

4. Стрелков С.Н. и др. Сборник задач по общему курсу физики. Механика. - М.: Наука, 1977.

5. Сборник задач по общему курсу физики. Механика / под ред. ИАЯковлева. - М.: Наука, 1977.

6. Физический практикум. Механика / под ред. проф. В.С.Стальмахова. - Са­ратов; Изд-во Сарат. ун-та, 1988.

Дополнительная литература:

1. Савельев И.В. Курс общей физики, т. 1. - М.: Высшая школа, 1976.

2. КиттельЧ, и др. Берклеевский курс физики, т. I. Механика. -М.: Наука, 1971.

3. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике, т. I, II, Механика. -М.:Мир, 1965.

4. Физический практикум. Механика и молекулярная физика / под ред. проф. В.ИЛвероновой. - М.: Наука, 1965.

Раздел 2. Молекулярная физика

Основная литература:

1. Матвеев А.Н. Молекулярная физика. -М: Высшая школа, 1981.

2. Сивухин Д.В. Общий курс физики, т. II. - Мт: Наука, 1985.

3. Иродов И.Е. Задачи по общей физике. - М.: Наука, 1979.

4. Гинзбург В.Л. и др. Сборник задач по общему курсу физики «Термодинамика и молекулярная физика». - М.: Наука, 1976.

5. Физический практикум «Молекулярная физика» / под ред.:проф. А.А.Игнатьева. - Изд-во Сарат. ун-та, 1993.

Дополнительная литература:

1. Телеснин Р.В. Молекулярная физика. - М.: Высшая школа, 1993.

2. Фейнман Р. и др. Фейнмановские лекции по физике, - М.: Мир, 1965.

3. Физический практикум. Механика и молекулярная физика / под ред. проф. В.И.Ивероновой. -М.: Наука, 1965.

Раздел 3. Электричество и магнетизм
Основная литература:

1. Сивухин Д.В. Общий курс физики, т. 3.-ЮГ: Наука, 1985.

2. Матвеев А.Н. Электричество и магнетизм. - М.: Высшая школа, 1983,

3. Иродов И.Е. Задачи по общей физике. - М.: Наука, 1979.

4. Стрелков С.И. и др. Сборник задач по общему курсу физики. Электричество и магнетизм. - М.: Наука, 1977.

5. Сборник задач по общему курсу физики. Электричество и магнетизм / под ред. И.А.Яковлева. - М.; Наука, 1977.

6. Физический практикум. Электричество и магнетизм, ч. 1,2 под ред. проф. В.С.Стальмахова. - Изд-во Сарат. ун-та, 1988. ;

Дополнительная литература:

1. Парселл Э. Берклеевский курс физики, т. II . Электричество и магнетизм. - М.: Наука, 1971.

2. Фейнман Р. и др. Фейнмановские лекции по физике. - М.; ••

Мир, 1965, вып. 5,6.

Средства обучения:

1. Лекционные демонстрации (обеспечиваются Музеем физических приборов и лекционных демонстраций кафедры общей физики СГУ).

2. Лабораторные установки Общего физического практикума кафедры общей физики СГУ.

3. Учебно-методические пособия к лабораторным работам.