Рабочая программа по дисциплине Общая физика (наименование дисциплины)

Вид материала

Рабочая программа

Содержание Попкова Е.А. Пиралишвили Ш.А. Гоу впо рыбинская государственная авиационная Рабочая программа Попкова Е.А. Пиралишвили Ш.А. Задачи изучения дисциплины Рекомендации по изучению курса. 2 Содержание дисциплины Физические основы механики (16 часов) Электричество и магнетизм (20 часов) 3 семестр (34 час.) Квантовая физика (14 часов) 4 семестр (42 час.) Конденсированные состояния (22 часов) 2. Перечень практических занятий. Методические указания студентам по изучению дисциплины. Металлообрабатывающие станки и комплексы Требования к выполнению домашних работ Y, следовательно, tgφ=V ... Полное содержание

Подобный материал:

• Рабочая программа учебной дисциплины общая физика (наименование учебной дисциплины), 562.73kb.
• Рабочая программа по дисциплине ен. Ф. 05 Общая экология наименование дисциплины, 250.01kb.
• Наименование программы с указанием категории слушателей: рабочая программа повышения, 939.02kb.
• Рабочая программа учебной дисциплины «Общая физика» (Бакалавриат), 319.61kb.
• Рабочая программа учебной дисциплины ф тпу 1 21/01 утверждаю, 218.97kb.
• Лекция 01, 233.85kb.
• Рабочая учебная программа дисциплины для студентов (Syllabus) Наименование дисциплины, 166.05kb.
• Программа по дисциплине "Б 4 Общая и неорганическая химия" (шифр и наименование дисциплины, 356.78kb.
• Рабочая программа по дисциплине «Технологии программирования» (наименование дисциплины), 228.98kb.
• Рабочая программа Специальность 011600 биология Статус дисциплины, 213.17kb.

Федеральное агентство по образованию


ГОУ ВПО РЫБИНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АВИАЦИОННАЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ имени П.А. СОЛОВЬЕВА

«Утверждаю»

Декан факультета ФАТ

___________А.Н. Семенов

(подпись) (фамилия, и. о.)


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА


По дисциплине Общая физика

(наименование дисциплины)

Направление 151002 Металлообрабатывающие станки и комплексы

(номер и наименование направления)


Кафедра Общая и техническая физика


Распределение часов

Форма обучения	Очная	Очно-заочная	Заочная
Лекции	94
Практические занятия	52
Лабораторные занятия	48
Самостоятельная работа, в т.ч. курсовая работа	231
Всего часов	425
Форма контроля (зач., экз.)	2 сем. – экз 3 сем. – экз 4 сем. - экз

Программу составила __________________ ^ Попкова Е.А.

(подпись) (фамилия, и. о.)

Рабочая программа рассмотрена на _____________________________________________________________________

(заседании кафедры, методическом семинаре, научно-методическом семинаре кафедры, заседании методической комиссии)


“___” ___________2008 г

Заведующий кафедрой ОиТФ_____________________^ Пиралишвили Ш.А.

(подпись) (фамилия, и. о.)

Согласовано

Зав. кафедрой СИ______________________________________Волков Д.И.

(подпись) (фамилия, и. о.)

Федеральное агентство по образованию


^ ГОУ ВПО РЫБИНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АВИАЦИОННАЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ имени П.А. СОЛОВЬЕВА


«Утверждаю»

Декан факультета ФАТ

___________А.Н. Семенов

(подпись) (фамилия, и. о.)


^ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА


По дисциплине Общая физика

(наименование дисциплины)

Направление 150900 Технология, оборудование и автоматизация _______________________машиностроительных производств

(номер и наименование направления)

Кафедра общей и технической физики


Распределение часов

Форма обучения	Очная	Очно-заочная	Заочная
Лекции	112
Практические занятия	52
Лабораторные занятия	48
Самостоятельная работа, в т.ч. курсовая работа	293
Всего часов	505
Форма контроля (зач., экз.)	2 сем. – экз 3 сем. – экз 4 сем. - экз

Программу составила ________^ Попкова Е.А.

(подпись) (фамилия, и. о.)

Рабочая программа рассмотрена на __________________________________________________________________

(заседании кафедры, методическом семинаре, научно-методическом семинаре кафедры, заседании методической комиссии)

“___” ___________2008 г

Заведующий кафедрой ОиТФ_____________________^ Пиралишвили Ш.А.

(подпись) (фамилия, и. о.)

Согласовано

Зав. кафедрой СИ______________________________________Волков Д.И.

(подпись) (фамилия, и. о.)

1. ПРЕДИСЛОВИЕ.

Настоящая программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования для направления подготовки дипломированного специалиста 151002 - «Металлообрабатывающие станки и комплексы», утвержденным зам. Министра образования РФ В. Д. Шадриковым 27.03.2000, а также в соответствии с учебным планом, утвержденным ректором РГАТА им. П.А. Соловьева 25.12.2003.

1. Цель преподавания дисциплины.
   

Формирование знаний общих физических законов, умений и приложений накопленных знаний к решению конкретных физических задач, формирование навыков инженерно-физического эксперимента.

2. ^ Задачи изучения дисциплины.
   

Формирование логически обоснованного массива теоретических знаний с учетом фактора единства теории и практики, а также фактора взаимосвязи с другими учебными дисциплинами.

3. ^ Рекомендации по изучению курса.
   

Предлагаемая рабочая программа по курсу общей физики призвана отразить высокий статус физической науки, как лидера современного естествознания, как теоретической основы новейших промышленных технологий. Научно-техническая революция, которую переживает человечество, прежде всего обусловлена достиже­ниями физики. Поэтому, сохраняя общую ретроспективу курса, необходимо дать представление о достижениях физики последнего времени. Это предполагается сде­лать, в частности, за счет исключения излишней детализации сведений из классиче­ской физики, а также исключения параллелизма школьного и вузовского курсов.

Настоящая программа составлена с учетом реального объема учебных часов в строгом соответствии с действующими нормативными документами министерства общего и профессионального образования РФ. Программа включает в себя 5 разде­лов, изучаемых последовательно:

1. Физические основы механики.
   
2. Электричество и магнетизм.
   
3. Физика колебаний и волн.
   
4. Квантовая физика.
   
5. Статистическая физика и термодинамика.
   

В разделе «Физические основы механики» представлены общие задачи кинематики и динамики материальной точки и некоторые частные задачи механики твердого тела. Раздел завершается изучением элементов механики жидкости и газа и элементов релятивистской механики.

В разделе «Электричество и магнетизм» изучаются в соответствии с исторически сложившейся педагогической практикой вопросы электростатики и магнитостатики в вакууме и в веществе. При изложении материала акцент делается на концепцию поля, которая закрепляется знакомством с математиче­ским аппаратом его описания.

«Физика колебаний и волн». В «Требованиях по циклу общих и естественнонаучных дисциплин для направлений высшего образования» (Москва, 1993) внесены существенные изменения в концепцию построения этого раздела дисциплины. Изучение колебательных и волновых движений любой природы сосредоточенно в одном самостоятельном разделе.

Раздел «Квантовая физика» строится в соответствии с традиционными схемами вузовской методики.

Изучение курса завершается разделом «Статистическая физика, термодинамика, конденсированные состояния». В начале раздела предполагается ознакомить студентов с общей характеристикой статистических закономерностей при сопоставлении последних с динамическими закономерностями. Формирование аппарата статистической физики предполагает осознание студентом области возможного применения принципов физической статистики. Студенты знакомятся с основными понятиями и критериями термодинамического метода исследования. В заключении раздела рассматриваются основные общие свойства конденсированных состояний, что важно в разных приложениях инженерной практики.

Разделы «Физические основы механики» и «Электричество и магнетизм» изучаются во втором семестре. В качестве контрольных мероприятий предусмотрены две контрольные работы, две расчетно-графических работы (по одной на раздел) и экзамен.

Разделы «Физика колебаний и волн» и «Квантовая физика» изучаются в третьем семестре. В качестве контрольных мероприятий также предусмотрены две контрольные работы, две расчетно-графических работы (по одной на раздел) и экзамен.

Раздел «Статистическая физика, термодинамика, конденсированные состояния» изучается в четвертом семестре. В качестве контрольных мероприятий предусмотрены две контрольные работы, две расчетно-графические работы (по одной на раздел) и экзамен.


^ 2 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ


2 семестр (36 час.)


Введение (2 часа)


Физика как наука. Наиболее общие понятия и теории . Методы физического исследования: опыт, гипотеза, эксперимент, теория. Математика и физика. Физика и естествознание. Философия и физика. Важнейшие этапы истории физики. Роль физики в развитии техники и влияние физики на развитие физики. Физика как культура моделирования. Физические модели. Компьютеры в современной физике. Роль физики в образовании. Общая структура и задачи курса физики. Роль измерения в физике. Единицы измерения в физике. Единицы измерения и системы единиц. Основные единицы СИ.


^ Физические основы механики (16 часов)


Предмет механики. Классическая и квантовая механика. Нерелятивистская и релятивистская классическая механика. Кинематика и динамика. Основные физические модели: частица (материальная точка), система частиц, абсолютно твердое тело, Сплошная среда.


1.1. Кинематика материальной точки (2 часа)

Введение в курс общей физики. Предмет и задачи физики. Основные этапы развития физики, связь физики с другими науками. Физические основы механики. Предмет механики. Пространство и время.

Материальная точка как физическая модель. Классическая механика. Кинематика материальной точки: законы движения, перемещение, путь, ускорение. Кинематика абсолютно твердого тела. Поступательное движение. Вращательное движение вокруг неподвижной оси.


1.2. Динамика материальной точки (2 часа).

Основные задачи динамики. Основные уравнения динамики. Понятие состояния в классической физике. Сила, масса, импульс. Законы Ньютона, их физическое содержание и взаимная связь. Инерциальные и неинерциальные системы отсчета. Механический принцип относительности Галилея-Ньютона.


1.3. Законы сохранения в механике (2 часа)

Работа, мощность, энергия. Работа, мощность. Механическая энергия. Кинетическая энергия. Теорема об изменении кинетической энергии. Силовые физические поля. Потенциальная энергия. Полная механическая энергия как функция состояния.

3. Законы сохранения (2 часа).
   

Замкнутые механические системы. Закон сохранения импульса. Закон сохранения момента импульса, консервативные системы. Закон сохранения энергии в механике. Внутренняя энергия и общефизический закон сохранения. Законы сохранения и симметрия пространства и времени.


1.5. Механика твердого тела (2 часа).

Твердое тело как система материальных точек. Поступательное и вращательное движение твердого тела. Динамика поступательного движения твердого тела. Динамика вращательного движения твердого тела вокруг неподвижной оси. Момент инерции. Моменты инерции тел различной формы. Теорема Штейнера. Кинетическая энергия вращающегося тела вокруг неподвижной оси. Плоскопараллельное движение твердого тела. Теорема Кенига.

1.6. Основы релятивистской механики (2 часа).

Основные исходные положения специальной теории относительности. Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца и их инварианты. Классическая и релятивистская теорема сложения скоростей. Промежуток времени между событиями. Одновременность, ее связь с проблемой причинности. Интервал. Пространственно-подобный и времене-подобный интервал. Уравнение движения релятивистской частицы. Кинетическая энергия в релятивистском представлении. Полная энергия.


1.7. Элементы механики сплошных сред (2 часа)

Общие свойства газов и жидкостей. Кинематическое описание движения жидкости. Векторные поля. Поток и циркуляция векторного поля. Уравнения движения и равновесия жидкости. Идеальная жидкость.

Стационарное течение жидкостей и газов. Уравнение неразрывности для несжимаемой жидкости. Давление в текущей жидкости. Уравнение Бернулли и следствие из него. Ламинарный и турбулентный режимы течения.

Вязкая жидкость. Силы внутреннего трения. Стационарное течение вязкой жидкости.

Идеально упругое тело. Упругие деформации и напряжения. Закон Гука. Пластические деформации. Предел прочности.


^ Электричество и магнетизм (20 часов)


Предмет классической электродинамики. Электрический заряд и его дискретность. Идея близкодействия. Границы применимости классической электродинамики.


Электростатика


1.8. Электрическое поле в вакууме (2 часа)

Электрический заряд. Дискретность электрического заряда. Закон сохранения заряда. Закон Кулона. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Поле неподвижного заряда. Принцип суперпозиции электрических полей. Электрическое поле непрерывно распределенных зарядов.

Теорема Гаусса Поток вектора напряженности. Теорема Гаусса в интегральной форме и некоторые ее приложения. Теорема Гаусса в дифференциальной форме. Дивергенция вектора напряженности.


1.9. Потенциальный характер электростатического поля (2 часа)

Потенциальных характер электростатического поля. Работа сил электростатического поля. Потенциал. Градиент потенциала.. Разность потенциалов. Связь напряженности и потенциала. Циркуляция и ротор напряженности. Уравнения Пуассона и Лапласа. Эквипотенциальные поверхности.


1.10. Электрическое поле в диэлектриках (2 часа)

Диэлектрики в электрическом поле. Поляризация диэлектриков. Свободные и связанные заряды. Вектор поляризации. Электрическое поле в диэлектриках. Диэлектрическая проницаемость вещества. Вектор электрического смещения. Теорема Гаусса для поля в диэлектриках. Условия на границе раздела двух диэлектриков.


1.11. Проводники в электростатическом поле (2 часа)

Проводник в электрическом поле собственных зарядов. Условие равновесного распределения зарядов в проводнике. Граничные условия для напряженности и потенциала. Проводник во внешнем электрическом поле. Электроемкость уединенного проводника. Конденсаторы. Электроемкость конденсаторов различной геометрической конфигурации Энергия электрического поля. Объемная плотность энергии.


1.12. Стационарный электрический ток (2 часа)

Постоянный электрический ток. Электрический ток. Характеристики электрического тока. Сила и плотность тока. Стационарный ток. Поле стационарного тока. Уравнение неразрывности. Сторонние силы. Электродвижущая сила. Законы Ома и Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной форме. Разветвленные цепи. Законы Кирхгофа. Работа и мощность тока.


Магнитостатика


1.15. Магнитное поле в вакууме (2 часа).

Магнитные явления. Магнитное поле. Магнитный момент витка с током.. Вектор магнитной индукции. Принцип суперпозиции магнитных полей. Магнитное поле линейного проводника с током, круговой ток .За­кон Био-Савара-Лапласа. Сила Ампера. Сила Лоренца.


1.14. Вихревой характер магнитного поля (2 часа). Циркуляция и ротор вектора магнитной индукции. Закон полного тока в интегральной и дифференциальной форме. (Теорема о циркуляции вектора напряженности). Магнитный поток и дивергенция вектора индукции. Теорема Гаусса для вектора магнитной индукции. Магнитное поле в веществе


1.15. Магнитное поле в веществе (2 часа).

Магнетики. Намагничение магнетика. Молекулярные токи. Магнитная восприимчивость. Магнитная проницаемость. Виды магнетиков. Условия на границе двух магнетиков. Магнитомеханические явления. Основы теории Максвелла


1.16. Явление электромагнитной индукции (2часа).

Опыты Фарадея. Электромагнитная индукция. ЭДС индукции Закон Фарадея-Ленца. Самоиндукция, ЭДС самоиндукции. Индуктивность длинного соленоида. Токи Фуко. Ток при замыкании и размыкании цепи: включение и выключение стационарной ЭДС в цепи с сопротивлением и индуктивностью, в цени с емкостью и сопротивлением. Взаимная индукция. Взаимная индуктивность. Магнитная энергия тока. Плотность магнитной энергии


1.17. Уравнения Максвелла (2 часа).

Взаимосвязь электрических и магнитных явлений. Обобщение закона Фарадея. Вихревое электрическое поле. Первое уравнение Максвелла. Ток смещения. Обобщение закона полного тока. Второе уравнение Максвелла. Материальное уравнение Максвелла. Полная система уравнений Максвелла.


^ 3 семестр (34 час.)


Физика колебаний и волн (10 часов ).


Общие представления о колебательных и волновых процессах. Единый подход к описанию колебаний и волн различной физической природы.


1.18. Колебания. Гармонический осциллятор (2 часа)

Введение в предмет и задачи теории колебаний. Колебания, типы колебаний. Гармонические колебания и их характери­стики Кинематика и динамика гармонических колебаний. Колебания тела, закрепленного на упругой пружине. Математический маятник. Физический маятник.


1.20. Принцип суперпозиции колебаний и границы его применимости (2 ч.)

Сложение колебаний, направленных по одной прямой. Биения. Сложение взаимоперпендикулярных колебаний. Затухающие колебания. Вынужденные колебания под действием гармонической силы. Резонанс. Ангармонический осциллятор.


1.21. Электромагнитные процессы в колебательном контуре (2 часа)

Свободные, затухающие и вынужденные колебания. Резонанс в последовательном контуре. Добротность контура.


1.22. Волновые процессы (2 часа)

Распространение волны в упругой среде. Волновые процессы в природе. Волны продольные и поперечные. Кинематические уравнения плоской и сферической монохроматической волн. Волновое уравнение, фазовая и групповая скорости. Скорость и энергия упругих волн. Изучение диполя. Шкала электромагнитных волн.


1.23. Электромагнитные волны (2 часа)

Электромагнитное поле открытого колебательного контура. Электромагнитное поле в волновой зоне. Уравнение электромагнитной волны.


Оптика (10 часов)

1.24. Оптика. Интерференция света (2 часа)

Оптика. Цели и задачи оптики. Интерференция света. Оптическая разность хода. Условия максимумов и минимумов. Проблема когерентности. Наблюдение интерференции в акустике и оптике. Когерентность пространственная и временная.

1.25. Дифракция света (4 часа)

Принцип Гюйгенса-Френеля. Законы Френеля. Дифракция Френеля (на непрозрачном диске, на круглом отверстии). Дифракция Фраунгофера от щели. Дифракционная решетка. Голография.

26. Дисперсия (2 часа).
    

Взаимодействие электромагнитных волн с веществом. Отражение и пре­ломление. Нормальная и аномальная дисперсия. Поглощение и рассеяние волн. Закон Релея.

26. Поляризация света (2 часа)
    

Естественный и поляризованный свет. Виды поляризации. Законы Малюса. Поляризация при отражении и преломлении. Поляризация при двойном лучепреломлении. Прохождение плоскополяризованного света через кристаллическую пластинку.


^ Квантовая физика (14 часов)


Противоречия классической физики. Излучение черного тела. Фотоэлектрический эффект. Стабильность и размеры атомов. Принцип минимального воздействия в природе. Открытие постоянной Планка.

26. Корпускулярно-волновой дуализм излучения (2 часа)
    

Равновесное тепловое излучение. Законы теплового излучения. Закон Кирхгофа. Корпускулярно-волновой дуализм излучения. Квантовая гипотеза. Планка. Распределение Планка. Закон Стефана Больцмана. Смещения Вина. Использование законов теплового излучения в технике. Фотон и его свойства. Фотоэффект и его свойства. Фотоэффект и его законы. Эффект Комптона. Квантовые свойства излучения в интерпретации А. Эйнштейна.

26. Корпускулярно - волновой дуализм материи (2 часа)
    

Гипотеза де Бройля. Волны де Бройля. Принцип неопределенности. Границы применимости классической механики. Задание состояния микрочастиц в квантовой механи­ке. Волновая функция, ее статистический смысл. Плотность вероятности. Уравнение Шредингера (нестационарное и стационарное). Стандартные усло­вия, накладываемые на волновую функцию. Собственные значения энергии и собственные функции. Принцип суперпозиции состояний.

30. Стационарные задачи квантовой механики (2 часа). Движение свободной части­цы. Частица в одномерной прямоугольной потенциальной яме с бесконечными стенками. Квантование энергии. Волновые функции. Отражение и прохожде­ние частицы через потенциальный барьер. Туннельный эффект. Линейный гар­монический осциллятор.
    

30. Атом водорода и водородоподобные системы (2 часа).
    

Квантово-механическая модель атома водорода. Частица сферически-симметрическом поле. Квантовые числа электрона в атоме. Квантование энер­гии, квадрата момента. Символ состояния. Диаграмма энергетических уровней. Испускание и поглощение электромагнит­ного излучения в атоме водорода. Правила отбора. Спектральные серии атома водорода. Правила отбора. Спектральные серии атома водорода.

1.34. Многоэлектронные атомы. Структура уровней в многоэлектронном атоме. Результирующий момент атома. Атом в магнитном; поле. Электронный паро-магнитный резонанс. Система микрочастиц. Тождественность микрочастиц. Симметричные и антисимметричные волновые функций. Бозоны и фермионы. Принцип Паули. Числа заполнения уровням в атоме. Оболочка и подоболочка. Особенности периодической системы (2 часа) .

35. Молекула. Двухатомная молекула: ионная и ковалентная связь. Молекула водорода. Обменное взаимодействие. Природа химической связи. Энергетические уровни молекулы: электронные термы, их колебательная и вращательная структура. Молекулярные спектры (2 часа).
    

35. Элементы квантовой электроники. Спонтанное и вынужденное излучение. Когерентное поле излучение. Коэффициенты Эйнштейна. Инверсная населен­ность уровней. Отрицательный коэффициент поглощения. Принципы работы и типы квантовых генераторов (сам.).
    

35. Атомное ядро.
    

Строение атомного ядра. Модели ядра. Ядерные реакции. Радиоактивные превращения ядер. Реакция ядерного деления. Цепная реакция деления. Ядерный реактор. Проблема источников энергии. Термоядерный синтез. Управляемый термоядерный синтез.


^ 4 семестр (42 час.)


Статистическая физика и термодинамика (20 часов).


Динамические и статистические закономерности в физике. Термодинамический и статистический методы.

39. Динамические и статистические закономерности в физике (2 часа).
    

Идеальный газ. Уравнение состояния. Основное уравнение молекулярной кинетической теории газов.

39. Закон равнораспределения энергии по степеням свободы. Внутренняя энергия идеального газа. Распределение молекул идеального газa в поле силы тяжести. Барометрическая формула. Формула Больцмана (2 часа).
    

39. Статистические распределения (2 часа).
    

Понятие о микро- и макросостоянии. Статистический вес и термодинамическая вероятность. Функция статистиче­ского распределения. Эргодическая гипотеза. Статистический ансамбль. Кано­ническое распределение Гиббса. Распределение Максвелла и Больцмана. Сред­ние значения физических величин.

39. Термодинамический метод исследования (4 часа).
    

Термодинамическая система. Термодинамические состояния и процессы. Работа и теплота как форма изме­нения энергии термодинамической системы. Первое начало термодинамики. Теплоемкость газов. Политропические процессы.

39. Второе начало термодинамики (2 часа).
    

Энтропия и ее изменение в самопроиз­вольных процессах. Статистический смысл энтропии. Формула Больцмана. Третье начало термодинамики. Принцип действия тепловой машины. Циклы. Цикл Карно. Термодинамический КПД прямые и обратные циклы. Тепловой насос.

39. Термодинамические потенциалы (2 часа)
    

Свободная энергия. Энтальпия. Потенциал Гиббса. Применение термодинамических потенциалов для описания состояния системы.

39. Реальные газы (2 часа).
    

Уравнение Ван-дер-Ваальса и его анализ. Эксперимен­тальные изотермы реальных газов. Фазовые переходы.

45. Фазовые равновесия и превращения (2 часа).
    

Фазовые переходы первого и второго рода. Условия равновесия в однокомпонентной системе. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Диаграмма давление-температура. Кривая фазового равновесия, тройная точка.

45. Явления переноса (2 часа).
    

Вязкость газов. Теплопроводность газов. Диффузия в газах (самодиффузия). Связь коэффициентов переноса.


^ Конденсированные состояния (22 часов)

49. Общие свойства жидкого состояния и их молекулярно кинетическая ин­терпретация (4 часа).
    

Специфические свойства жидкого состояния. Непрерывность га­зообразного, жидкого и твердого состояний. Понятие о дырочной модели жидкости. Ближний порядок. Физическая природа вязкости, теплопроводности. Термодинамические свойства жидкости. Поверхностное натяжение. Явления на границе жидкость-твердое тело. Капиллярные явления.

49. Твердокристаллические состояния вещества. Тела аморфные и кристаллические. Типы химической связи в твердых телах. Дальний порядок и анизотропия. Кристаллические решетки и типы кристаллических структур(2 часа).
    

51. Структура реальных кристаллов. Типы дефектов и их динамика. Влияние дефектов на свойства твердых тел (2 часа).
    

51. Твердое тело как система многих ядер и электронов. Одноэлектронное приближение. Зонный характер спектра валентных электронов. (2 часа)
    

51. Электрические свойства твердых тел (4 часа).
    

Проводники, полупроводники, диэлектрики. Электрические свойства твердых тел. Принципиальная несостоятельность классической теории электропроводности. Эффективная масса носителя тока. Кинетическое уравнение электропроводности приближении времени релаксации. Электропроводность проводников и металлов.

51. Тепловые свойства твердых тел (4 часа). Теплоемкость твердых тел. Тепловое расширение твердых тел. Квантовомеханическая постановка задачи о кристал­лическом состоянии вещества.
    

51. Магнитные свойства твердых тел (4 часа).
    

Диа-, пара-, ферромагнетизм. Магнитные свойства атомов. Физическая природа диа- и парамагнетизма. Ферромагнетизм. Роль обменного воздействия в воздействии ферромагнетизма. Антиферромагнетизм. Ферримагнетизм. Ферриты.

^ 2. ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ.


2.1. Лабораторные работы


2 семестр (18 час.)


Лаборатория физических основ механики (9 часов).


2.1.1. Знакомство с методами измерения физических величин и методикой оценки по­грешности измерений.

2.1.2. Определение времени и энергии удара.

2.1.3. Исследование упругого и неупругого удара

2.1.4. Исследование законов вращательного движения на маятнике Обербека.

2.1.5. Изучение прецессии лабораторного гироскопа.

2.1.6. Исследование движения тел на наклонной плоскости.

2.1.7. Изучение движения тела относительно главных осей инерции

2.1.8. Определение момента инерции методом крутильных колебаний.


Лаборатория электричества и магнетизма (9 часов)

2.1.9. Исследование электрических полей.

2.1.10. Изучение работы электронного осциллографа.

2.1.11. Опытная проверка законов Кирхгофа.

2.1.12. Зависимость полезной мощности и КПД источника тока от нагрузки.

2.1.13. Определение удельного сопротивления проводника.

2.1.14. Определение диэлектрической проницаемости материалов.


3 семестр (16 часов)


Лаборатория волновой механики (ВМ)(8 часов).


2.1.15. Определение силы тяжести с помощью универсального маятника.

2.1.16. Исследование резонансных явлений в электрических цепях.

2.1.17. Изучение электронного осциллографа.

2.1.18. Определение длины световой волны с помощью дифракционной решет­ки.

2.1.19.Определение нормальной дисперсии в жидких средах.

2.1.20. Опытная проверка законов Малюса и Брюстера.

2.1.21. Определение качества обработки поверхности на микроинтерферометре.

2.1.22. Определение концентрации растворов на круговом поляриметре.

2.1.23. Изучение поглощения света в растворах с помощью электрокалориметра.

2.1.24. Изучение дисперсии света


Лаборатория квантовой механики (КМ) (8 часов).

2.1.25. Изучение законов фотоэффекта.

2.1.26. Изучение свойств излучения ОКГ.

2.1.27. Молекулярные спектры поглощения жидкостей

2.1.28. Изучение законов излучения твердого тела.

2.1.29. Изучение законов излучения водорода.

2.1.30. Изучение законов излучения ртути.

4. семестр (14 часов)
   

Лаборатория молекулярной физики и термодинамики (8 часов).


2.1.31. Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкостей.

2.1.32. Определение коэффициента вязкости жидкостей.

2.1.33. Определение соотношения С_Р /С_V - методом адиабатического расшире­ния.

2.1.34. Определение средней длины свободного пробега, эффективного диамет­ра молекул воздуха и динамической вязкости воздуха.

2.1.35. Определение коэффициента теплового расширения твердых тел.


Лаборатория квантовых статистик (6 часов)


2.1.36. Измерение функций распределения электронов вольфрамового термокатода

2.1.37. Изучение распределения частиц в гравитационном поле Земли.

2.1.38. Изучение спектра излучения нагретого вольфрама.

2.1.39.Исследование электропроводности полупроводников.

2.1.40. Статистика электронов и дырок в полупроводниках.

2.1.41. Изучение термоэлектрических явлений при контакте металлов.


2.2. практические занятия


II семестр (18 часов)

Физические основы механики (8 часов)

2.1. Кинематика материальной точки. Динамика материальной точки

2.2. Законы сохранения импульса, энергии, момента импульса.

2.3. Механика твердого тела.

2.4. Специальная теория относительности. Механика жидкостей и газов.


Электродинамика (10 часов)

2.5. Электростатика в вакууме.

2.6. Электростатика в веществе.

2.7. Конденсаторы. Энергия электрического поля.

2.8. Постоянный электрический ток.

2.9. Магнитостатика. Явление электромагнитной индукции.

III семестр (18 часов)


Колебания, волны, оптика (8 часов)

2.10. Механические колебания. Электромагнитные колебания.

2.11. Механические волны. Электромагнитные волны.

2.12. Интерференция света.

2.13. Дифракция света.


Квантовая механика (10 часов)

2.14. Корпускулярно-волновой дуализм света. Фотоэффект. Эффект Комптона.

2.15. Корпускулярно-волновой дуализм частиц материи. Волны де Бройля. Соотношение неопределенностей.

2.16. Микрочастица в потенциальной яме. Потенциальный барьер. Квантовый гармонический осциллятор.

2.17. Атом водорода.


IV семестр (18 часов).


Статистическая физика (12 часов)

2.18. Уравнение состояния идеального газа. Законы равнораспределения энер­гии по степеням свободы. Распределение Максвелла и Больцмана.

2.19. Квантовые статистики.

2.20. Явления переноса.


Термодинамика (6 часов)


2.21. Первое начало термодинамики.

2.22. Второе начало термодинамики. Тепловые машины. Циклические процес­сы.

2.23. Фазовые переходы и фазовые равновесия. Свойства жидкостей. . Реальные газы.


Физика твердого тела (6 часов)

2.24. Электрические свойства твердых тел.

2.25. Тепловые свойства твердых тел.

2.26. Магнитные свойства твердых тел.


3 ПЕРЕЧЕНЬ расчетно-графических работ


2 семестр


3.1.Физические основы механики.

3.2.Электромагнетизм.


3 семестр

3.3. Колебания и волны. Оптика

3.4. Квантовая механика.

4 семестр

3.5. Статистическая физика. Термодинамика.

3.6. Физика твердого тела.


4. ЛИТЕРАТУРА


1. Иродов, И. Е. Волновые процессы. Основные законы: учебное пособие для вузов [Текст] / И. Е.Иродов. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001. – 256 с.

2. Иродов, И. Е. Квантовая физика. Основные законы: учебное пособие для вузов [Текст] / И. Е.Иродов. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001. – 272 с.

3. Иродов, И. Е. Механика. Основные законы: учебное пособие для вузов [Текст] / И. Е.Иродов. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2002. – 312 с.

4. Иродов, И. Е. Физика макросистем. Основные законы: учебное пособие для вузов [Текст] / И. Е.Иродов. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2002. – 208 с.

5. Иродов, И. Е. Электромагнетизм. Основные законы: учебное пособие для вузов [Текст] / И. Е.Иродов. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001. – 256 с.

6. Иродов, И. Е. Задачи по общей физике: учебное пособие для вузов [Текст] / И. Е.Иродов. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2002. – 432 с.

7. Савельев, И.В. Курс общей физики: Т.1. Механика, колебания и вол­ны, молекулярная физика. [Текст] / И.В. Савельев. - М.: Наука, 1973. - 496 с.

8. Савельев, И.В. Курс общей физики: Т.2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. [Текст] / И.В. Савельев. - М.: Наука, 1988. - 496 с.

9. Савельев, И.В. Курс общей физики: Т.3. Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц. [Текст] / И.В. Савельев. - М: Наука, 1982. - 304 с.

10. Савельев, И.В. Сборник задач по общей физике [Текст] / И.В. Савельев. – М.: Наука, 1988. - 365 с.

11. Пиралишвили, Ш.А. Механика. Электромагнетизм. Учебное пособие по решению задач в курсе физики [Текст] / Ш.А. Пиралишвили, Н.А. Мочалова, З.В. Суворова, Е.В. Шалагина, В.В. Шувалов. – М.: Машиностроение, 2006 г. – 336 с.

12. Пиралишвили, Ш.А. Механика. Электромагнетизм. Учебное пособие по решению задач в курсе физики [Текст] / Ш.А. Пиралишвили, Н.А. Мочалова, З.В. Суворова, Е.В. Шалагина, В.В. Шувалов. – М.: Машиностроение, 2006 г. – 336 с.

13. Пиралишвили, Ш.А. Учебное пособие по решению задач в курсе физики [Текст] / Ш.А. Пиралишвили, Н.А. Мочалова, З.В. Суворова, Е.В. Шалагина, В.В. Шувалов. – Рыбинск: ГОУ ВПО РГАТА, 2007 г. – с.

14. Пиралишвили, Ш.А. Учебное пособие по решению задач в курсе физики [Текст] / Ш.А. Пиралишвили, Н.А. Мочалова, З.В. Суворова, Е.В. Шалагина, В.В. Шувалов. – М.: Машиностроение, 2007 г. – с.

4. ^ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ СТУДЕНТАМ ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ.
   

Предлагаемая рабочая программа по курсу физики призвана отразить статус физической науки как лидера современного естествознания и как теоретической основы новейших промышленных технологий. Научно-техническая революция, которую переживает человечество, прежде всего, обусловлена дос­тижениями физики нашего времени. Поэтому, сохраняя общую ретроспективу курса, необходимо дать представление о достижениях физики последнего вре­мени. Это предполагается сделать, в частности, за счет исключения излишней детализации сведений из классической физики, а также исключения паралле­лизма школьного и вузовского курсов.

Настоящая программа составлена с учетом реального объема учебного лекционного времени в строгом соответствии с действующими нормативными документами Госкомитете РФ по высшему образованию. Программа включает в себя 6 разделов, изучаемых в последовательности:

1. Физические основы механики.
   
2. Электричество и магнетизм.
   
3. Физика колебаний и волн.
   
4. Квантовая физика.
   
5. Статистическая физика и термодинамика.
   
6. Конденсированные состояния вещества.
   

В разделе «Физические основы механики» представлены общие задачи кинематики и динамики материальной точки и системы материальных точек и некоторые частные задачи твердого тела. Важное место в интерпретации физи­ческих движений должен занять философский аспект: от античного антропо­центризма к ньютоновской и эйнштейновской концепциям релятивизма. Раздел завершается изучением элементов механики жидкости и газов. Здесь следует подчеркнуть как специфику движущегося объекта, так и специфику его движе­ния в сравнении с движением материальной точки и физических тел.

В разделе «Электричество и магнетизм» изучаются в соответствии с ис­торически сложившейся педагогической практикой вопросы магнетостатики и электростатики в вакууме и в веществе. При изложении материала акцент делается на концепции поля, которая закрепляется знакомством с математическим аппаратом его описания.

Изучение колебательных и волновых движений любой природы сосредо­точено в одном самостоятельном разделе «Физика колебаний и волн».. Вместе с тем, считаем целесообразным познакомить студентов с элементами теории нелинейных колебаний, т.к. в сфере интересов современной физики она зани­мает важное место.

Раздел «Квантовая физика» строится в соответствии с традиционными схемами вузовской методики. Считаем целесообразным дополнить этот раздел вопросами квантовой макрофизики и общими вопросами физики атомного яд­ра и элементарных частиц.

Изучение курса завершается разделом «Статистическая физика и тер­модинамика». В начале раздела предполагается ознакомить студентов с общей характеристикой статистических закономерностей при сопоставлении послед­них с динамическими закономерностями. В философском плане необходимо подчеркнуть, что статистические закономерности определяют реализацию не­обходимого через фактор случайного. Формирование аппарата статистической физики предполагает осознание студентом области возможного применения принципов физической статистики. Студенты знакомятся с основными поня­тиями и принципами термодинамического метода исследования. В заключение раздела рассматриваются общие основные свойства конденсированных состоя­нии, что важно в разных приложениях инженерной практики.

Из всех общенаучных дисциплин физика занимает ключевое место в подготовке будущего инженера. Без глубокого систематического изучения физики нельзя понять ни одной технической дисциплины. Кроме того, физика – мировоззренческая наука. Она формирует у человека правильное видение окружающего мира.

Изучение физики должно быть комплексным – теоретический курс, практические занятия, лабораторные работы, домашние задания. Изучать теоретический материал нужно систематически, после каждой лекции закрепляя услышанное и записанное. Существенно облегчает работу в этом направлении электронный конспект.

Важное значение имеет подготовка к практическим занятиям и выполнение домашних работ.

Самостоятельная работа студентов является важной частью учебного процесса. Она позволяет студенту осмыслить и закрепить пройденный материал, применить полученные физические умения к другим наукам.

Согласно рабочей программе по курсу физики, самостоятельная работа для студентов специальности 151002 - ^ Металлообрабатывающие станки и комплексы очной формы обучения составляет часов ( часа во втором семестре, часа в третьем семестре и часа в четвертом семестре). Она включает в себя подготовку к практическим занятиям, лабораторным работам и к контрольным работам, а также выполнение расчётно-графических работ .

1. ^

   Требования к выполнению домашних работ

Домашнее задание призвано закрепить и расширить знания, полученные в теоретическом курсе и на практическом занятии.

1. При подготовке к практическому занятию студент обязан выучить теоретический материал по данной теме.
   
2. При выполнении домашнего задания необходимо еще раз внимательно просмотреть задачи, которые были разобраны на практическом занятии, и только после этого приступать к решению заданных на дом задач.
   
3. Домашнее задание включает в себя 8-10 задач из “Учебного пособия по решению задач в курсе физики ” [], и оценивается на следующем занятии в процентах ( по выполнению ).
   
4. Студент, получивший за домашнее задание менее 60%, считается неуспевающим по данному разделу и получает дополнительную задачу по этому разделу на рейтинговом контроле. Студент, пропустивший практическое задание, обязан в недельный срок представить домашнее задание, в противном случае он так же считается неуспевающим по данному разделу.
   
5. Решение задачи должно начинаться с ее анализа, сопровождаться рисунком и всеми необходимыми пояснениями. Вся задача должна быть решена аналитически, ответ записан в символьном виде. После этого обязательным этапом является проверка размерности и подстановка численного результата.
   
6. Домашнее задание по физике выполняется в тетради для практических работ.
   

5.2. Методические указания к решению задач

1. Решение конкретных физических задач является необходимой практической основой при изучении курса физики. Оно способствует приобщению студентов к самостоятельной творческой работе, учит анализировать изучаемые явления, выделять главные факторы, обуславливающие то или иное явление, отвлекаясь от случайных и несущественных деталей. Благодаря этому решение задач приближается к модели научного физического исследования.
   
2. Практически любая задача по физике содержит описание одного или нескольких процессов (либо описание равновесного состояния некоторой системы). Поэтому анализ задачи следует, как правило, начинать с выяснения того, что является объектом изучения. Далее необходимо выяснить, какие тела или системы охватывает исследуемый процесс, какие величины его определяют, каково направление процесса и т.д. Только после этого можно установить, каким физическим законам подчиняются описываемые явления. Такой анализ, в конечном счете, позволит выбрать оптимальный метод решения поставленной задачи.
   
3. Приступая к решению задачи, хорошо вникните в её смысл и постановку вопроса. Установите, все ли данные, необходимые для решения задачи, приведены. Если позволяет характер задачи, обязательно сделайте схематический рисунок, поясняющий её сущность, - это во многих случаях резко облегчает как поиск решения, так и само решение.
   
4. Каждую задачу решайте в общем виде (т.е. в буквенных обозначениях), так чтобы искомая величина была выражена через заданные величины. Решение в общем виде придает окончательному результату особую истинность, ибо позволяет установить определенную закономерность, показывающую, как зависит искомая величина от заданных величин.
   
5. Получив решение в общем виде, проверьте, правильную ли оно имеет размерность. Неверная размерность есть явный признак ошибочного решения. Если возможно, исследуйте поведение решения в предельных частных случаях. Например, какой бы вид не имело выражение для силы гравитационного взаимодействия между двумя протяженными телами, с увеличением расстояния между телами оно должно непременно переходить в известный закон взаимодействия точечных масс. В противном случае можно сразу утверждать – решение неверное.
   
6. Приступая к вычислениям, помните, что числовые значения физических величин всегда являются приближенными. Поэтому при расчетах руководствуйтесь правилами действий с приближенными числами. В частности, в полученном значении вычисленной величины нужно сохранить последним тот знак, единица которого ещё превышает погрешность этой величины. Все следующие цифры нужно отбросить.
   
7. Получив числовой ответ, оцените его правдоподобность. Такая оценка может в ряде случаев обнаружить ошибочность полученного результата. Так, например, дальность полета, брошенного человеком камня, не может быть порядка 1 км, скорость тела не может оказаться больше скорости света в вакууме, и т.д.
   

5.3. Требования к выполнению расчетно-графических работ

1. Расчетно-графическая работа по физике (РГР) содержит 5-8 задач одного раздела курса физики и выполняется на листах формата А4 с обязательным оформлением титульного листа, нумерацией страниц и указанием списка используемой литературы.
   
2. Выполнение каждого задания начинается с новой страницы, включает в себя текст задачи, исходные данные в системе СИ, анализ и решение задачи, рисунок и проверку размерности. Ответ.
   

5.4. Пример решения и оформления задач

ЗАДАЧА 1. Радиус-вектор точки А относительно начала координат меняется со временем по закону , где α и β – постоянные, ,- орты осей X и Y. Найти: а) уравнение траектории точки, изобразить ее график; б) зависимость от времени угла φ между векторами и .

АНАЛИЗ и РЕШЕНИЕ. Предлагаемая задача – прямая задача кинематики. Принцип её решения основан на исключении времени из уравнения движения. Для этого напишем компоненты радиус-вектора:

x(t)=αt; y(t)=βt²; z(t)=0 (1)

Из этих выражений видно, что движение материальной точки происходит в плоскости XOY, из первого уравнения выражаем t=x/α и подставляем его во второе, имеем:

y=βx²/α²

-это искомое уравнение траектории. Точка движется по параболе, график которой представлен на рисунке.

Дифференцируя систему уравнений (1), находим компоненты вектора скорости:

V_x=α, V_y=2β, V_z=0

,

его модуль



Вектор ускорения равен:

• частица движется с постоянным ускорением, направленным по оси Y, модуль которого а=2β.
  

Найдем угол φ между векторами и . Из рисунка видно, что это угол между вектором скорости и осью ^ Y, следовательно, tgφ=V_x/V_y. Подставив значения V_x и V_y, получаем: tgφ=α/(2βt).

Размерность этой формулы очевидна.

Из последней формулы видно, что угол между векторами и с течением времени уменьшается.

Ответ: y=βx²/α²; tgφ=α/2βt.