Недостаев Владимир Николаевич ( Ф. И. О., ученая степень, ученое звание, должность) учебно-методический комплекс
| Вид материала | Учебно-методический комплекс |
- Смирнов Валентин Петрович, д т. н., доцент, профессор (Ф. И. О., ученая степень, ученое, 281.15kb.
- Кулабухов Максим Николаевич, к э. н., доцент (ф и. о., ученое звание, ученая степень), 1175.69kb.
- Климова Татьяна Федоровна ( Ф. И. О., ученая степень, ученое звание, должность) учебно-методический, 710.58kb.
- Рязанцев Николай Павлович, кандидат исторических наук, доцент, доцент кафедры «Философия,, 686.04kb.
- Федотова Надежда Венедиктовна, к э. н., профессор ( Ф. И. О., ученая степень, ученое, 521.18kb.
- Ситникова Олеся Владимировна, старший преподаватель (Ф. И. О., ученая степень, ученое, 592.43kb.
- Топчий Юрий Александрович, кандидат исторических наук, доцент, доцент кафедры «Философия,, 1644.7kb.
- Игнатов Вячеслав Сергеевич, кандидат философских наук, профессор, профессор кафедры, 453.79kb.
- Маскаева Евгения Аркадьевна, к э. н., доцент (Ф. И. О., ученая степень, ученое звание,, 509.88kb.
- Людмила Павловна Гордеева, кандидат педагогических наук, доцент, доцент кафедры «Философия,, 523.17kb.
Автор-составитель:
_______________доцент Недостаев Владимир Николаевич_____________
( Ф.И.О., ученая степень, ученое звание, должность)
Учебно-методический комплекс по дисциплине
_______________________ФИЗИКА________________________________
(название)
составлен в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования (ГОС ВПО) по специальности/направлению:
190701.65 Организация перевозок и управление на транспорте ______
(название специальности/направления)
Дисциплина входит в федеральный компонент общих математических и естественнонаучных дисциплин и является обязательной для изучения для специальности 190701.65 Организация перевозок и управление на транспорте.
В основу разработанного комплекса положена Примерная программа дисциплины «Физика», утверждённая Министерством образования Российской Федерации (2000 г.) для направлений: 550000 Технические науки, 510000 Естественные науки и математика, 657700 Системы обеспечения движения поездов, государственные образовательные стандарты высшего профессионального образования по соответствующим направлениям.
1.1. Цели и задачи дисциплины.
Физика входит в федеральный компонент цикла математических и естественнонаучных дисциплин специализации и является обязательной для изучения.
Учебно-методический комплекс по данной дисциплине составное в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта (ГОС) высшего профессионального образования по специальности «Организация перевозок и управление на транспорте (железнодорожный транспорт) (Д).
В основу разработанного комплекса положена примерная программа дисциплины «Физика», утвержденная Министерством образования Российской Федерации (2000г).
Целью дисциплины является формирование материалистического мировоззрения студентов, создание теоретической базы для успешного усвоения ими специальных дисциплин и, в частности, - формирование научного и инженерного мышления, выработка навыков решения конкретных физических задач. Фундаментальная подготовка студентов соответствует целям и задачам ГОС ВПО по специальности 240100.65 Организация перевозок и управление на транспорте (железнодорожный транспорт).
Представляемый курс включает все, входящие в программу дисциплины «Физика» разделы: «Физические основы механики», «Электромагнетизм», «Физика колебаний и волн», «Квантовая физика», «Статистическая физика и термодинамика».
1.2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины.
В соответствии с требованиями, сформулированными в ГОС ВПО, в результате изучения дисциплины «Физика», специалист должен иметь представления об основных физических явлениях, фундаментальных понятиях и методах физического исследования. Знания и навыки, полученные студентами дадут возможность изучать все последующие дисциплины учебного плана на качественно более высоком уровне.
В результате изучения дисциплины «Физика» студент должен:
- знать и уметь использовать основные физические значения и процессы для объяснения работы современных приборов и их элементов, применяемых как на производстве, так и в быту.
- иметь опыт использования примеров и методов решения конкретных задач из различных областей физики.
- иметь представления:
- о фундаментальности единства естественных наук;
- о дискретности и непрерывности естественных наук;
- о динамических и статистических закономерностях в природе;
- о вероятности как объективной характеристики природных систем;
- о соотношении эмпирического и теоретического в познании;
- о состояниях в природе и их изменениях со временем;
- об индивидуальном и коллективном поведении объектов в природе;
- о новейших открытиях естествознания, перспективах их использования;
- об основных нерешенных проблемах в физике и технике (квантовая теория тяготения, теория ядерных сил, проблемы создания управляемого термоядерного синтеза, практическое применение сверхпроводимости и другие).
А так же должны быть сформулированы знания и умения использовать в практической деятельности:
- фундаментальные понятия, законы, модели классической и современной физики;
- методы теоретического и экспериментального исследования в физике;
- физические методы дефектоскопии строительных конструкций, сооружений, путевого полотна и т.д.;
- приемы оценки численных порядков величин, характерных для различных разделов естествознания;
- фундаментальные законы физики, лежащие в основе работы современных средств связи и управления.
1.3. Объем дисциплины и виды учебной работы.
Форма обучения – ЗАОЧНАЯ
| Вид учебной работы | Количество часов | ||
| Всего по учебному плану | В том числе по семестрам | ||
| 1 | 2 | ||
| Аудиторные занятия | 16 | 16 | |
| Лекции | 4 | 4 | |
| Практические занятия | | | |
| Семинары (С) | | | |
| Лабораторные работы | 12 | 12 | |
| Индивидуальные занятия | | | |
| Самостоятельная работа | 84 | 30 | 54 |
| Всего часов | 100 | 46 | 54 |
| Текущий контроль (количество и вид) | | | контр. раб. №1,2 |
| Виды промежуточного контроля | | зачет | экзамен |
1.4. Распределение часов по темам и видам учебной работы
Форма обучения – ЗАОЧНАЯ
| Название разделов и тем | Всего часов по уч. плану | Виды учебных занятий | ||||
| Аудиторные занятия | Инд.раб. | Самос.раб. | ||||
| лекции | пр. зан. | лаб. раб. | ||||
| Раздел 1 Введение | 2 | | | | | 2 |
| Раздел 2. Физические основы механики 2.1. Кинематика материальной точки 2.2. Динамика материальной точки и поступательного движения твердого тела 2.3. Законы сохранения в механике 2.4. Принцип относительности в механике 2.5. Элементы релятивистской динамики (специальной теории относительности – СТО) 2.6. Элементы механики твердого тела 2.7. Элементы механики жидкостей и газов | 15 | 1 | | 4 | | 10 |
| Раздел 3. Электричество и магнетизм 3.1. Электростатика 3.2. Постоянный электрический ток 3.3. Магнитное поле 3.4. Уравнения Максвелла 3.5. Принцип относительности в электродинамике 3.6. Квазистационарное магнитное поле | 25 | 1 | | 4 | | 20 |
| Раздел 4. Физика колебаний и волн 4.1. Кинематика гармонических колебаний 4.2. Гармонический осциллятор 4.3. Ангармонические колебания 4.4. Волновые процессы 4.5. Интерференция волн 4.6. Дифракция волн 4.7. Взаимодействие электромагнитных волн с веществом | 25 | 1 | | 4 | | 20 |
| Раздел 5. Квантовая физика 5.1. Взаимодействие фотонов с электронами 5.2. Корпускулярно-волновой дуализм 5.3. Квантовые состояния и уравнение Шредингера 5.4. Многоэлектронные атомы 5.5. Молекулы | 20 | | | | | 20 |
| Раздел 6. Статистическая физика и термодинамика 6.1. Элементы молекулярно-кинетической теории 6.2. Основы термодинамики 6.3. Функции распределения 6.4. Порядок и беспорядок в природе | 11 | 1 | | | | 10 |
| Раздел 7. Заключение Современная физическая картина мира | 3 | 1 | | | | 2 |
| ИТОГО: | 100 | 4 | | 12 | | 84 |
1.4.1 Содержание разделов дисциплины
Раздел 1 Введение
Роль физики в современной интеграции естественных наук, построение научной картины мира. Методы физического исследования. Основные единицы системы СИ.
Роль физики в развитии техники. Общая структура и задачи курса при подготовке специалистов специальности «Организация перевозок и управление на железнодорожном транспорте»
Раздел 2. Физические основы механики
Предмет механики. Классическая и квантовая механика. Нерелятивистская и релятивистская классическая механика. Основные механические модели: материальная точка, абсолютно твердое тело, сплошная среда.Л: [4-8]
2.1. Кинематика материальной точки
Механическое движение как простейшая форма движения материи. Представления о свойствах пространства и времени, лежащие в основе классической механики. Пространственно-временные отношения. Системы отсчета. Скалярные и векторные величины.
Основные кинематические характеристики движения частиц: перемещение, скорость, ускорение. Нормальное и тангенциальное ускорения. Кинематика движения по криволинейной траектории. Прямолинейное движение материальной точки.
Движение материальной точки по окружности. Угловая скорость и угловое ускорение. Их связь с линейными характеристиками движения. Поступательное и вращательное движение абсолютно твердого тела.
Л: [1, 4-10]
2.2. Динамика материальной точки
и поступательного движения твердого тела
Понятие состояния частицы в классической механике. Основная задача динамики. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Взаимодействие материальных тел. Масса. Сила. Импульс материальной точки, системы материальных точек. Центр масс (инерции) системы материальных точек и закон его движения. Третий закон Ньютона. Современная трактовка законов Ньютона. Границы применимости классического способа описания движения.
Л: [1, 4-10]
2.3. Законы сохранения в механике
Понятие замкнутой системы. Внешние и внутренние силы. Закон сохранения импульса. Реактивное движение.
Момент импульса. Момент силы. Закон сохранения момента импульса. Уравнения моментов.
Энергия как универсальная мера различных форм движения и взаимодействия. Работа силы и ее выражение через криволинейный интеграл. Мощность.
Кинетическая энергия механической системы и ее связь с работой внешних и внутренних сил, приложенных к системе.
Консервативные и не консервативные силы в механике. Потенциальная энергия системы взаимодействующих тел.
Общефизический закон сохранения энергии. Законы сохранения и симметрия пространства и времени.
Л: [1, 4-10]
2.4. Принцип относительности в механике
Принцип относительности Галилея. Преобразование Галилея. Инварианты преобразования. Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции. Гравитационная масса. Эквивалентность инертной и гравитационной масс.
Л: [1, 4-10]
2.5. Элементы релятивистской динамики (специальной теории относительности – СТО)
Принцип относительности в релятивистской механике. Постулаты СТО. Преобразование Лоренца для координат и времени, их следствия. Релятивистский закон сложения скоростей. Относительность длин промежутков времени.
Релятивистский импульс. Основной закон релятивистской динамики материальной точки. Релятивистское выражение для кинетической энергии. Взаимосвязь массы и энергии. Энергия покоя. Полная энергия частицы.
Л: [1, 4-10]
2.6. Элементы механики твердого тела
Уравнение движения твердого тела, вращающегося вокруг неподвижной оси. Вращательный момент. Момент инерции тела относительно оси. Момент инерции твердых тел разной формы.
Кинетическая энергия твердого тела, совершающего поступательное и вращательное движения. Работа тела при вращательном движении.
Л: [1, 4-10]
2.7. Элементы механики жидкостей и газов
Общие свойства жидкостей и газов. Кинематическое описание движения жидкости. Идеальная жидкость. Трубки тока. Уравнения движения и равновесия жидкости. Стационарное течение идеальной жидкости. Уравнение Бернулли.
Вязкая жидкость. Силы внутреннего трения. Стационарное течение вязкой жидкости. Формула Стокса. Движение тел в жидкостях и газах. Формула Пуазейля.
Идеально упругое тело. Деформация. Виды деформации. Упругие деформации и напряжения. Закон Гука. Пластические деформации. Предел и запас прочности. Трения, виды трения. Сила трения.
Л: [1, 4-10]
Раздел 3. Электричество и магнетизм
Предмет классической электродинамики. Электрический заряд, его дискретность. Идея близкодействия. Закон сохранения электрического заряда. Дискретность электронных зарядов.
3.1. Электростатика
Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции полей. Расчет электрических полей методом суперпозиции. Теорема Остроградского-Гаусса для электрического поля в вакууме и ее применение к расчету поля (поле бесконечно заряженной плоскости, двух равномерно заряженных плоскостей, бесконечно заряженной нити, заряженных сферы и шара).
Работа сил электростатического поля при перемещении заряда. Потенциальная энергия заряда в электрическом поле. Потенциальная энергетическая характеристика поля. Циркуляция электростатического поля. Потенциал поля точечного заряда. Напряженность поля как градиент потенциала. Связь между потенциалом и напряженностью электростатического поля.
Электростатическая защита. Электроемкость универсального проводника. Конденсаторы. Электроемкость конденсаторов.
Энергия взаимодействия электрических зарядов. Энергия заряженного проводника. Энергия заряженного конденсатора. Энергия электрического поля. Плотность энергии электростатического поля.
Л: [1, 4-10]
3.2. Постоянный электрический ток
Условия существования тока. Квазистационарные токи. Сила и плотность тока. Сопротивление. Закон Ома для участка цепи. Дифференциальная форма закона Ома. Сторонние силы. Разность потенциалов, электродвижущая сила, напряжение. Источники тока. Закон Ома для замкнутой цепи и участка, содержащего ЭДС.
Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной формах. Закон сохранения энергии для замкнутой цепи. Разветвленные электрические цепи. Правила Кирхгофа.
Л: [1, 4-10]
3.3. Магнитное поле
Магнитное поле проводника с током. Магнитная индукция в вакууме и веществе. Напряженность магнитного поля. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Сила Ампера.
Виток с током в магнитном поле. Магнитный момент. Момент сил, действующих на виток с током в магнитном поле.
Основные уравнения магнитостатики. Принцип суперпозиции для магнитного поля. Закон Био-Савара-Лапласа и его применение к расчету магнитных полей прямолинейного проводника с током в центре и на оси кругового тока.
Вихревой характер магнитного тока. Закон полного тока для магнитного поля в вакууме и его применение к расчету магнитного поля длинного соленоида и тороида.
Явление электромагнитной индукции. Закон электромагнитной индукции и его вывод из закона сохранения энергии. Правило Ленца. Явление самоиндукции. Индуктивность. Токи при замыкании и размыкании цепи. Явление взаимоиндукции. Взаимная индуктивность. Трансформатор.
Энергия магнитного поля проводников с током. Объемная плотность энергии магнитного поля.
Л: [1, 4-10]
3.4. Уравнения Максвелла
Вихревое электрическое поле. Ток смещения. Система уравнений Максвелла в интегральной и дифференциальной формах. Закон сохранения энергии для электромагнитного поля.
Л: [1, 4-9]
3.5. Принцип относительности в электродинамике
Опыт Майкельсона. Независимость скорости света от движения источника. Инвариантность уравнений Максвелла относительно преобразований Лоренца. Относительность разделения электромагнитного поля на электрическое и магнитное поля. Эффект Доплера.
Л: [1, 4-10]
3.6. Квазистационарное магнитное поле
Условия малости тока смещения. Токи Фуко. Квазистационарные явления в линейных проводниках. Переходные процессы в электрических цепях. Генератор переменного тока. Импеданс. Цепи переменного тока. Движение проводника в магнитном поле.
Л: [1, 4-10]
Раздел 4. Физика колебаний и волн
Общие представления о колебательных и волновых процессах. Единый подход к описанию колебаний и волн различной природы.
4.1. Кинематика гармонических колебаний
Амплитуда, круговая частота и фаза гармонических колебаний. Сложение гармонических колебаний одинаковой частоты и амплитуды. Сложение скалярных и векторных колебаний. Векторные диаграммы. Биения. Фигуры Лиссажу.
Л: [1, 4-10]
4.2. Гармонический осциллятор
Движение системы вблизи устойчивого равновесия. Модель гармонического осциллятора. Примеры гармонических осцилляторов: пружинный, физический, математический маятник, колебательный контур. Энергия гармонического осциллятора.
Свободные затухающие колебания и их характеристики: коэффициент затухания, логарифмический декремент затухания. Добротность. Понятие о связанных гармонических осцилляторах. Нормальные колебания (моды).
Действие периодических толчков на гармонический осциллятор. Резонанс. Гармонический осциллятор как спектральный прибор. Модулированные колебания. Физический смысл спектрального разложения. Вынужденные колебания гармонического осциллятора под действием синусоидальной силы. Амплитуда и фаза вынужденного колебания. Вынужденные колебания в электрических цепях. Параметрический резонанс.
Л: [1, 4-10]
4.3. Ангармонические колебания
Нелинейный осциллятор. Физические системы, содержащие нелинейность. Преобразование и детектирование электрических колебаний. Автоколебания. Обратная связь. Регенерация. Условия самовозбуждения колебаний. Роль нелинейности. Понятие о релаксационных колебаниях.
Л: [1, 4-10]
4.4. Волновые процессы
Волновое движение. Плоская стационарная волна. Плоская синусоидальная волна. Продольные и поперечные волны. Бегущие и стоячие волны.
Механизм преобразования волн в упругой среде. Упругие волны в газах, жидкостях и твердых телах.
Уравнение монохроматической бегущей волны. Длина волны, волновой вектор и фазовая скорость. Одномерное волновое уравнение. Энергетические характеристики упругих волн. Энергия волны. Поток энергии. Вектор Умова. Поведение звука на границе раздела двух сред. Понятие об ударных волнах.
Электромагнитные волны и их свойства. Скорость распространения.
Плоские электромагнитные волны. Энергетические характеристики электромагнитных волн. Вектор Пойнтинга. Излучение диполя. Шкала электромагнитных волн.
Л: [1, 4-10]
4.5. Интерференция волн
Принцип суперпозиции волн. Когерентность и монохроматичность волн. Время и длина когерентности. Функция когерентности. Интерференция плоских и сферических монохроматических волн. Интерференция квазимонохроматических волн. Влияние источника на интерференцию.
Расчет интерференционной картины от двух когерентных источников. Оптическая длина пути. Принцип Ферма. Разность хода. Условия интерференционных максимумов и минимумов.
Интерференция света в тонких пленках. Полосы равной толщины и равного наклона. Кольца Ньютона. Простветвленная оптика. Интерферометры.
Л: [1, 4-9]
4.6. Дифракция волн
Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Прямолинейное распространение света. Дифракция Френеля на круглом отверстии. Зонная пластинка.
Дифракция Фраунгофера на одной щели и на системе параллельных щелей. Дифракционная решетка. Разрешающая способность оптических приборов. Дифракция на пространственной решетке. Оптически однородная среда. Понятие о голографии.
Л: [1, 4-7]
4.7. Взаимодействие электромагнитных волн с веществом
Модель среды с дисперсией. Показатель преломления. Дисперсия света. Нормальная и аномальная дисперсии. Групповая скорость. Электронная теория дисперсии.
Оптическое явление в атмосфере. Земная рефракция. Радуга. Миражи.
Поглощение света. Анизотропные среды. Поведение волн на границе раздела двух сред. Полное внутреннее отражение света. Понятие о волноводах. Волоконная оптика. Волоконно-оптические линии связи.
Элементы нелинейной оптики: самофокусировка света, генерация гармоник, параметрические процессы, вынужденное рассеивание.