Основная образовательная программа

Вид материала

Основная образовательная программа

Содержание После изучения раздела студент должен Микро- и макроэлектродинамика Постоянное электрическое поле Постоянный электрический ток Переменное электромагнитное поле Основы классической электронной теории Лоренца

Подобный материал:

• Основная образовательная программа начального общего образования муниципального общеобразовательного, 10927.55kb.
• Основная образовательная программа высшего профессионального образования Направление, 1680.5kb.
• Основная образовательная программа образовательного учреждения, 3580.13kb.
• Основная образовательная программа высшего профессионального образования по направлению, 60.72kb.
• Основная образовательная программа высшего профессионального образования Направление, 325.91kb.
• Основная образовательная программа высшего профессионального образования Специальность, 1079.06kb.
• 1. Основная образовательная программа, 1966kb.
• Основная образовательная программа высшего профессионального образования Направление, 639.3kb.
• Основная образовательная программа высшего профессионального образования Направление, 2333.67kb.
• Основная образовательная программа высшего профессионального образования Направление, 2990.15kb.

После изучения раздела студент должен

знать:

• свойства электрического заряда, электростатического, стационарного и переменного электромагнитного полей, уравнения Максвелла в интегральной форме;
  
• законы Кулона, Ома, Джоуля-Ленца, Ампера, Био-Саварра-Лапласа, правила Кирхгофа для разветвленных цепей, законы электролиза и электромагнитной индукции Фарадея; принцип суперпозиции для электрических и магнитных полей;
  
• определения и единицы измерения физических величин: заряда, напряженности и потенциала электрического поля, индукции магнитного поля, электроемкости проводников и конденсаторов, силы и плотности тока, электродвижущей силы, сопротивления проводников;
  
• механизмы электропроводности металлов, электролитов, газов и полупроводников. Физические процессы в колебательном контуре;
  
• принципиальную идею и практическую реализацию фундаментальных физических экспериментов: опыта Кулона, опытов Милликена-Иоффе и Томсона по определению элементарного и удельного заряда электрона, опыта Толмена и Стюарта по исследованию механизма электропроводности металлов и Камерлинг-Онесса по обнаружению сверхпроводимости, опытов Ампера по изучению взаимодействия проводников с токами, опытов Фарадея по обнаружению явления электромагнитной индукции;
  
• примеры применения электромагнитных взаимодействий в технике. Физические принципы, лежащие в основе действия электроизмерительных приборов, трансформаторов, генераторов переменного тока, датчиков магнитного поля, полупроводникового диода и транзистора;
  

уметь:

• производить расчет электрических полей с использованием принципа суперпозиции и теоремы Остроградского-Гаусса при распределении зарядов, обладающем определенной симметрией;
  
• производить расчет магнитных полей с использованием закона Био-Савара-Лапласа, принципа суперпозиции и теоремы полного тока при распределении токов, обладающем определенной симметрией;
  
• производить расчет электрических цепей постоянного и переменного токов с использованием закона Ома, правил Кирхгофа, метода векторных диаграмм;
  
• описывать электрические и магнитные поля с помощью силовых линий и эквипотенциальных поверхностей;
  
• пользоваться электроизмерительными приборами для определения силы тока, напряжения на участке цепи, ЭДС источника тока, мощности тока, сопротивлений проводников, магнитной индукции;
  
• определять погрешность измерений;
  
• производить подбор приборов для измерений в электрических цепях с учетом значений определяемых величин и допустимой погрешности измерений;
  
• производить подбор шунтов и дополнительных сопротивлений к электроизмерительным приборам;
  
• производить сборку электрической цепи по ее принципиальной схеме;
  
• пользоваться осциллографом для изучения электрических колебаний;
  
• планировать свою учебную деятельность при изучении дисциплины, а также при проведении эксперимента на лабораторных занятиях.
  

иметь представление:

• о механизмах поляризации диэлектриков и намагничивания магнетиков;
  
• о явлении сверхпроводимости, его использовании в науке и технике; о достижениях физики в области высокотемпературной сверхпроводимости;
  
• о плазме, ее свойствах и проблеме удержания плазмы в установках термоядерного синтеза;
  
• об основных событиях в истории электромагнетизма и ученых, открывших его законы.
  

Общая и экспериментальная физика/Оптика.

Шифр дисциплины по УП: Б3.В2.3. Год обучения: 2 год, 4 семестр. Число кредитов/часов: 7 з.е./120 ч.

Дидактические единицы раздела «Оптика»: Геометрическая оптика. Фотометрия. Волновые свойства света. Релятивистские эффекты в оптике.

После изучения раздела студент должен

знать:

• современные представления о природе света;
  
• физическую сущность явлений интерференции, дифракции, поляризации, дисперсии, поглощения и рассеяния света, фотоэффекта; проявление и практическое использование указанных явлений;
  
• понятия: естественный и поляризованный свет, оптический путь, оптическая разность хода, фазовая и групповая скорости света, световой луч, показатель преломления, тонкие линзы, оптический центр, оптическая ось, фокус, фокальная плоскость, оптическая сила, увеличение линзы, оптическая ось кристалла;
  
• принципы: Гюйгенса-Френеля, построения зон Френеля, Ферма;
  
• законы: Малюса, Брюстера, Бугера, Рэлея, геометрической оптики, теплового излучения, фотоэффекта;
  
• формулы: тонкой линзы, фокусного расстояния линзы, Вульфа-Брэгга;
  
• эффекты Доплера (в оптике);
  
• идею и практическую реализацию фундаментальных физических экспериментов: классических и современных опытов по определению скорости света, опытов по распространению света в движущихся средах, опытов Ньютона, Столетова, Лебедева, Вавилова;
  
• устройство, назначение и основные характеристики оптических приборов;
  
• определения и единицы измерения физических величин: светового потока, силы света, яркости, светимости, освещенности, дисперсии и разрешающей способности дифракционной решетки, излучательной и поглощательной способности тел;
  

уметь:

• рассчитывать интерференционную картину от двух когерентных источников монохроматического и белого света;
  
• пользуясь формулами разности хода лучей, интерферирующих на тонкой пластинке и условиями максимума и минимума, рассчитывать расстояние между интерференционными полосами, толщину пластинки, угол клина, длину волны света, оптическую толщину пленки для просветления оптических стекол;
  
• определять временную когерентность излучения;
  
• пользоваться методом зон Френеля для расчета дифракционной картины, возникающей в результате дифракции на различных препятствиях;
  
• пользуясь формулами дисперсии и разрешающей способности объяснять изменение дифракционной картины с изменением параметров решетки;
  
• использовать явления интерференции и дифракции света для определения длины световой волны (бипризма Френеля, кольца Ньютона, зонная пластинка);
  
• пользоваться оптическими приборами: окулярами, микроскопами, зрительными трубами, интерферометрами, поляриметром, монохроматором и др.;
  
• строить изображения предметов, получаемые с помощью оптических приборов;
  

иметь представление:

• о голографии и её применении;
  
• о нелинейной оптике;
  
• об оптических явлениях в природе;
  
• о свойствах и природе тормозного и характеристического рентгеновского излучения;
  
• о закономерностях люминесцентного излучения и его практическом применении.
  

Общая и экспериментальная физика/Квантовая физика.

Шифр дисциплины по УП: Б3.В2.4. Год обучения: 3 год, 5 семестр. Число кредитов/часов: 6 з.е./132 ч.

Дидактические единицы раздела «Квантовая физика»: Квантовые свойства излучения. Модель атома Резерфорда-Бора. Волновые свойства микрочастиц. Квантовое состояние. Уравнение Шредингера. Квантовая теория водородоподобного атома. Многоэлектронный атом и молекулы. Квантовая теория излучения. Строение и свойства атомных ядер. Элементарные частицы.

После изучения раздела студент должен

знать:

• современные представления о природе света;
  
• законы: теплового излучения, фотоэффекта;
  
• формулы: Планка (квант энергии), Эйнштейна (фотоэффект), Вульфа-Брэгга;
  
• эффекты Вавилова-Черенкова, Комптона;
  
• как использовать законы теплового излучения для измерения температуры раскаленных тел, а из опытов по фотоэффекту определять постоянную Планка;
  

• постулаты Бора и их квантовомеханическую интерпретацию;
  
• модель атома Резерфорда-Бора, расчет энергетического спектра водородоподобного атома в рамках этой модели;
  
• понятие корпускулярно-волнового дуализма в свойствах света и микрочастиц; соотношения неопределенностей Гейзенберга и их физический смысл;
  
• вероятностный характер поведения микрообъектов и его экспериментальное подтверждение; статистический смысл волновой функции состояния микрочастицы;
  

• место и роль в становлении квантовой физики фундаментальных экспериментов: опытов Франка и Герца, Девиссона-Джермера, Фабриканта, Бибермана и Сушкина, Штерна и Герлаха;
  

• основное уравнение квантовой физики – уравнение Шредингера (общее и стационарное); стандартные требования, предъявляемые к волновой функции; связь энергетического спектра частицы с характером силового поля, в котором она находится;
  
• методологические принципы, положенные в основу квантовой механики (принцип соответствия, принцип причинности, принцип дополнительности, принцип суперпозиции);
  
• классификацию частиц по спину (бозоны и фермионы), принцип Паули и принцип тождественности частиц;
  
• полный набор квантовых чисел для электрона в водородоподобном атоме; понятие вырождения состояний; кратность вырождения энергетических уровней в водородоподобном атоме;
  
• квантовомеханический смысл первого боровского радиуса для электрона в атоме водорода;
  
• строение и модели атомных ядер, характеристики ядер, свойства ядерных сил;
  
• закон радиоактивного распада ядер; основные закономерности радиоактивных превращений ядер; реакции синтеза ядер легких элементов и реакции деления ядер тяжелых элементов и их практическое использование;
  
• экспериментальные методы регистрации частиц; биологическое действие радиоактивных излучений и способы защиты от них;
  
• классификацию элементарных частиц, обменный механизм фундаментальных взаимодействий;
  

уметь:

• рассчитывать энергетический спектр состояний атома водорода и водородоподобных атомов в рамках модели Резерфорда-Бора;
  
• рассчитывать длину волн и частоту излучения при различных переходах электрона между состояниями в атоме водорода и водородоподобных атомах;
  
• рассчитывать длину волны де Бройля для свободной микрочастицы в нерелятивистском приближении и релятивистском случае;
  
• использовать соотношения неопределенностей Гейзенберга для оценки энергии основного состояния атома водорода и линейного гармонического осциллятора;
  
• использовать стационарное уравнение Шредингера для описания движения свободной частицы и частицы в бесконечно глубокой потенциальной яме, для оценки коэффициентов прозрачности потенциального барьера;
  
• определять нормировочный коэффициент волновой функции и рассчитывать вероятность нахождения частицы в заданной области пространства в модельных (одномерных) задачах квантовой механики;
  
• записывать распределение электронов по квантовым состояниям в многоэлектронном атоме в соответствии с принципом Паули и принципом минимума энергии без учета взаимодействия между электронами;
  
• пользоваться периодической системой элементов Менделеева;
  
• рассчитывать энергию связи ядер, а также энергию ядерных реакций (поглощаемую либо выделяющуюся);
  
• применять закон радиоактивного распада ядер для определения периода полураспада, или среднего времени жизни радиоактивных ядер;
  

иметь представление:

• о свойствах лазерного излучения и принципе работы оптического квантового генератора;
  
• о спин-орбитальном взаимодействии, отвечающем за дублетное расщепление спектральных линий в излучении атомов;
  
• о космических лучах и их природе, о способах зашиты от радиоактивного излучения;
  
• о кварковой модели строения адронов.
  

Общая и экспериментальная физика/Молекулярная физика.

Шифр дисциплины по УП: Б3.В2.5. Год обучения: 3 год, 6 семестр. Число кредитов/часов: 7 з.е./124 ч.

Дидактические единицы раздела «Молекулярная физика»: Основы МКТ. Идеальный газ. Явления переноса в газах. Основные положения термодинамики. Реальные газы. Жидкость. Твердое тело. Электроны в твердом теле.

После изучения раздела студент должен

знать:

• основные положения молекулярно-кинетической теории строения вещества и опыты, подтверждающие их;
  
• понятия: внутренней энергии, теплового равновесия, теплового движения молекул, длины свободного пробега, энтропии и т.д.
  
• законы: Бойля-Мариотта, Гей-Люссака, Шарля;
  
• процессы: адиабатный, изобарный, изохорный, изотермический, политропный;
  
• цикл Карно;
  
• функции: распределения молекул по скоростям, а также распределения числа молекул по кинетическим энергиям их беспорядочного теплового движения;
  
• уравнения: Ван-дер-Ваальса, кинетической теории идеального газа, состояния (Клапейрона);
  
• определения и единицы измерения физических величин: плотности, давления, температуры, объема, количества теплоты, работы, теплоемкости (молярной и удельной), массы, молярной массы, количества вещества, скорости;
  
• постоянные: Авогадро, Больцмана;
  
• коэффициенты: диффузии, поглощения, полезного действия;
  

уметь:

• определять число молекул (атомов) в данной массе вещества;
  
• объяснять давление газа на стенки сосуда с точки зрения молекулярно-кинетической теории;
  
• решать задачи с использованием основного уравнения молекулярно-кинетической теории газов;
  
• производить переходы от практической шкалы температур к термодинамической и наоборот;
  
• решать задачи с использованием уравнения Клапейрона-Менделеева;
  
• строить и анализировать графики изопроцессов в газе;
  
• решать задачи с применением формул, определяющих внутреннюю энергию одно-, двух- и многоатомных идеальных газов;
  
• вычислять работу газа при изопроцессах;
  
• решать задачи на применение 1 и 2 начала термодинамики в тепловых процессах;
  
• составлять уравнения теплового баланса и решать задачи на изменение внутренней энергии тел при тепловых и механических процессах;
  
• строить диаграммы замкнутых термодинамических циклов и анализировать их;
  
• объяснять фазовые переходы с точки зрения молекулярно-кинетической теории;
  
• проводить и объяснять опыты, подтверждающие наличие и свойства сил поверхностного натяжения;
  
• объяснять физические свойства твердых тел на основе молекулярно-кинетической теории;
  
• применять статистический метод при изучении хаотического характера движения большого числа молекул;
  

иметь представление:

• о связях между свойствами микрочастиц вещества с макропараметрами вещества;
  
• о природе сил поверхностного натяжения;
  
• о явлениях переноса: диффузии, вязкости, теплопроводности;
  
• о фазовых переходах.
  

Введение в экспериментальную физику.

Шифр дисциплины по УП: Б3.В2. Год обучения: 1 год, 1 семестр. Число кредитов/часов: 2 з.е./36 ч.

Дисциплине «Введение в экспериментальную физику» отводится важное место в обеспечении профессиональной подготовки студентов. Учебный физический эксперимент является важнейшей составной частью образовательного процесса по физике, как в вузе, так и в школе. Чтобы выполнить эксперимент в соответствии с критериями научности, т.е. обеспечить точность и достоверность получаемых результатов, обоснованность и доказательность выводов, необходимо владеть достаточным запасом знаний об экспериментальном методе, уметь осуществлять множество умственных и практических действий.

Экспериментальный метод как познавательное средство – это важнейшая составляющая и инструмент учебной деятельности. Успешность любой деятельности определяется эффективностью используемого инструментария, поэтому крайне важно вооружить студента умением экспериментировать уже на начальном этапе его пребывания в вузе. Это умение – основа познавательной активности, самостоятельности, компетентности в дальнейшем обучении студента. Отсюда следует необходимость целенаправленного обучения студентов общим и специальным методам познания окружающего мира, логике и этапам научного познавательного процесса.

Цель дисциплины «Введение в экспериментальную физику» состоит в овладении студентами целостной, развернутой в отношении используемых средств, согласующейся с нормами научного познания деятельностью по постановке различных видов эксперимента.


Астрофизика.

Шифр дисциплины по УП: Б3.В3. Год обучения: 4 год, 7-8 семестры. Число кредитов/часов: 4 з.е./72 ч.

В настоящее время актуальность естествознание приобретает особо важное значение в связи с бурным развитием интеграционных процессов между гуманитарным и естественно-научным знанием. Причины введения дисциплины «Астрономия» заключаются в том, что в последнее время в средствах массовой информации возросло количество передач пропагандирующих псевдонауки (астрология, уфология, нумерология, мистика и др.). В то время как многие современные проблемы человечества вызваны не научно-техническим прогрессом, а напротив недостаточным распространением в обществе научных знаний. Особое место дисциплины в профессиональной подготовке обусловлено важностью естественно научной картины в мировоззрении современного специалиста. Учебный материал дисциплины отобран таким образом, чтобы он отражал современные достижения и проблемы астрономии и астрофизики.


Основы теоретической физики./Классическая механика.

Шифр дисциплины по УП: Б3.В4.1. Год обучения: 2 год, 4 семестр. Число кредитов/часов: 3 з.е./48 ч.

Цели и место дисциплины «Теоретическая физика» (ТФ) определены государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования. Изучение дисциплины ТФ преследует следующие педагогические цели:

а) обобщить совокупность знаний студентов по курсу общей физики, дать единую физическую картину мира;

б) познакомить студентов с математическими методами исследований и математическим аппаратом, применяемым в основных разделах теории для решения простейших задач;

в) дать прочную теоретическую основу для преподавания курса физики в средней школе.

В настоящее время особую актуальность приобретает широкая фундаментальная подготовка специалистов. Теоретическая физика лежат в основе многих направлений современного научно-технического прогресса. ТФ базируются на материале, излагаемом в курсах «Общая и экспериментальная физика», «Математика», «Математическая физика» и завершают фундаментальную физико-математическую подготовку выпускников.

Дидактические единицы раздела «Классическая механика»: Физические принципы классической механики. Кинематика. Основания ньютоновской механики. Динамика частицы. Динамика системы частиц. Основы аналитической механики. Некоторые задачи механики.


Основы теоретической физики./Электродинамика и СТО.

Шифр дисциплины по УП: Б3.В4.2. Год обучения: 3 год, 5 семестр. Число кредитов/часов: 5 з.е./90 ч.

Релятивистская динамика:Четырехмерный импульс и его компоненты (релятивистский 3-импульс и релятивистская энергия). Формула Эйнштейна (связь между массой и энергией). Частицы с нулевой массой. Частица во внешнем поле. Релятивистское обобщение второго закона Ньютона, 4-сила. Простейшие задачи релятивистской динамики частицы. Система взаимодействующих частиц, её 4-импульс. Инвариантная масса системы невзаимодействующих частиц. Особенности описания взаимодействия частиц в релятивистской физике. Понятие о поле, его энергии и импульсе. Система связанных частиц, её масса и энергия связи. Закон сохранения 4-импульса.

Микро- и макроэлектродинамика: Структура электродинамики как фундаментальной физической теории. Роль электромагнитного взаимодействия в природных процессах.

Постоянное электрическое поле: Закон Кулона и напряженность поля точечного заряда. Принцип суперпозиции полей. Электростатическая теорема Гаусса-Остроградского и её применение к расчету характеристик полей. Вектор электрической индукции (смещения) в изотропном диэлектрике. Потенциальный характер электростатического поля. Скалярный потенциал поля. Уравнения Максвелла и граничные условия для вектора напряженности поля. Электростатическое поле в проводниках. Потенциальная энергия заряда во внешнем поле. Энергия взаимодействия точечных, поверхностных и объемных зарядов. Энергия электрического поля. Полная система уравнений Максвелла и граничных условий для электростатического поля. Уравнение Пуассона и его общее решение. Пондеромоторные силы в проводниках.

Постоянный электрический ток: Плотность тока и проводимость. Дифференциальная форма законов Ома и Джоуля-Ленца. Уравнение непрерывности. Закон сохранения заряда. Сторонние электродвижущие силы. Интегральная форма закона Ома для произвольного участка цепи. Законы Ампера и Био-Саварра-Лапласа для линейных и объемных токов. Вихревой характер магнитного поля. Векторный потенциал. Уравнение Пуассона для векторного потенциала. Закон полного тока. Индукция и напряженность магнитного поля в однородном магнетике. Полная система уравнений Максвелла и граничных условий для постоянного магнитного поля. Интегральная и дифференциальная форма закона электромагнитной индукции Фарадея. Ток смещения. Энергия системы токов. Плотность энергии магнитного поля.

Переменное электромагнитное поле: Полная система уравнений Максвелла: граничные условия и материальные уравнения для переменного электромагнитного поля. Закон сохранения энергии электромагнитного поля. Вектор Умова-Пойнтинга. Поток энергии в цепи постоянного тока. Импульс электромагнитного поля. Давление света. Волновое уравнение. Скорость распространения волн. Свойства плоских монохроматических волн в однородном изотропном диэлектрике. Отражение и преломление электромагнитных волн на границе двух диэлектриков. Распространение электромагнитных волн в проводящей среде. Комплексная диэлектрическая проницаемость. Излучение электромагнитных волн гармоническим осциллятором и ускоренно движущимся зарядом.

Основы классической электронной теории Лоренца: Система уравнений Лоренца для микрополей и их усреднение по физически бесконечно малому объему и промежутку времени. Усреднение уравнений Лоренца в диэлектриках. Усреднение уравнений Лоренца в магнетиках. Сила Лоренца как релятивистский эффект. Преобразование электромагнитного поля при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой. Инварианты электромагнитного поля. Электромагнитное поле движущегося заряда. Эффект Доплера. Аберрация света.