Цели и задачи преподавания и изучения дисциплины 1 страница
Целью и задачами преподавания физики являются: изучение основных физических явлений и идей; овладение фундаментальными понятиями, законами и теориями современной и классической физики, а также методами физического исследования; формирование научного мировоззрения и современного физического мышления; овладение приемами и методами решения конкретных задач из различных областей физики; ознакомление с современной научной аппаратурой; формирование навыков физического моделирования прикладных задач будущей специальности.
Объем дисциплины и виды учебной деятельности
Таблица 1 – Состав и объем дисциплины
| Вид учебной работы | Всего часов | Распределение по семестрам в часах | |
| с е м е с т р | |||
| II | III | ||
| Общая трудоемкость дисциплины | |||
| Аудиторные занятия: | |||
| Лекции (Л) | |||
| Практические занятия (ПЗ) | |||
| Семинары (С) Лабораторные работы (ЛР) и (или) другие виды аудиторных занятий | |||
| Самостоятельная работа (СРС) | |||
| Реферат | |||
| Подготовка к практ. занятиям и выполнение дом. заданий | |||
| Подготовка к лаб. занятиям и оформление отчетов | |||
| Работа с конспектом лекций | |||
| Вид итогового контроля (зачет, экзамен) | Экз. | Экз. |
Содержание дисциплины
4.1. Таблица 2 – Разделы дисциплины, виды и объем занятий
| № раздела темы | Наименование разделов, тем дисциплины | Объем в часах по видам | |||||
| Всего | Л | ПЗ | С | ЛР | СРС | ||
| Физические основы механики | — | ||||||
| Колебания и волны | — | ||||||
| Молекулярная физика и термодинамика | — | ||||||
| Электричество и магнетизм | — | ||||||
| Оптика | — | ||||||
| Квантовая физика | — | ||||||
| Атомная и ядерная физика | — | ||||||
| Итого | — |
Содержание разделов и тем дисциплины
Таблица 3 – Содержание разделов дисциплины
| Название раздела | № лекции | Содержание раздела |
| Раздел 1. Физические основы механики | 4.2.1 | Введение Предмет физики. Методы физического исследования: опыт, гипотеза, эксперимент, теория, роль физики в развитии техники и влияние техники на развитие физики. Роль физики в формировании бакалавра техники и технологии. Тема 1. КИНЕМАТИКА МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ Механическое движение как простейшая форма движения материи. Основные понятия и определения механики. Вектор применения материальной точки, траектория и путь. Скорость и ускорение. Ускорение при криволинейном движении. |
| 4.2.2 | Тема 2. ДИНАМИКА МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Второй закон Ньютона. Сила и масса. Единицы измерения, размерности и названия физических величин. Третий закон Ньютона. Сила тяжести и вес тела. Импульс материальной точки и система материальных точек. Центр масс. Закон сохранения импульса системы материальных точек. | |
| 4.2.3 | Тема 3. РАБОТА СИЛЫ. ЭНЕРГИЯ. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ПОЛНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Работа силы. Мощность силы и механического устройства. Кинетическая энергия и ее связь с работой внешних и внутренних сил. Потенциальная энергия и ее связь с силой, действующей на материальную точку. Закон сохранения полной механической энергии. | |
| 4.2.4 4.2.5 | Тема 4. ВРАЩАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ ТВЕРДОГО ТЕЛА Характеристики вращательного движения тела. Связь между векторами угловой и линейной скорости. Плоское движение тела. Движение центра масс абсолютно твердого тела. Динамика вращательного движения тела. Моменты силы и импульса относительно оси вращения. Момент инерции тела. Уравнение динамики вращательного движения тела. Закон сохранения момента импульса. Работа внешних сил и кинетической энергии тела при его вращении. | |
| Раздел 2. Механические колебания и волны | 4.2.6 | Тема 5. МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ Свободные гармонические колебания. Гармонический осциллятор. Пружинный, физический и математический маятники. Оборотный маятник. |
| 4.2.7 | Сложные колебания одного направления и одинаковой частоты. Биения. Сложение взаимно перпендикулярных направлений. Поляризованные колебания. | |
| 4.2.8 | Свободные затухающие колебания. Апериодический процесс. Вынужденные колебания. Амплитуда и фаза вынужденных колебаний. | |
| 4.2.9 | Тема 6.МЕХАНИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ Механические (упругие) волны и их характеристики. Механизм образования механических волн в упругой среде. Уравнение бегущей волны. Длина волны и волновое число. Монохроматические волны. Фазовая скорость. Волновое уравнение. Интерференция волн. Стоячие волны. | |
| Раздел 3. Молекулярная физика и термодинамика | 4.2.10 | Тема 7. МОЛЕКУЛЯРНО - КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ИДЕАЛЬНЫХ ГАЗОВ Статистический и термодинамический методы исследования. Термодинамические параметры. Равновесные состояния и процессы. Основные законы идеального газа. Уравнение Менделеева – Клапейрона. Основное уравнение молекулярно- кинетической теории идеальных газов. |
| 4.2.11 | Закон Максвелла распределения молекулы идеального газа по скоростям и энергии теплового движения. Закон равнораспределения энергии молекул по степеням их свободы. Внутренняя энергия термодинамической системы. Теплота и работа. Первый закон термодинамики. | |
| 4.2.12 | Тема 8. ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ Теплоемкость вещества. Уравнение Майера. Изобарный процесс. Изохорный процесс. Изотермический процесс. Адиабатический процесс. Круговые процессы (циклы). Обратимые и необратимые процессы. | |
| 4.2.13 | Второй закон термодинамики. Цикл Карно. Энтропия и свободная энергия. Статистические истолкование второго закона термодинамики. Критика теории тепловой системы Вселенной. | |
| Раздел 4. Электростатика | 4.2.14 | Тема 9. ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ В ВАКУУМЕ Электрические заряды. Закон Кулона. Электростатическое поле. Вектор напряженности поля. Теория Острогродского – Гаусса для электростатического поля в вакууме. Расчет полей, создаваемых заряженными телами: плоскость, две параллельные плоскости, сфера, шар, цилиндрическая поверхность. |
| 4.2.15 | Работа сил электростатического поля. Потенциал. Связь между напряженностью электростатического поля и его потенциалом. Вычисления потенциалов различных электростатических полей. | |
| 4.2.16 | Свободные и связанные заряды. Электрический диполь. Типы диэлектриков. Полярные и неполярные молекулы. Поляризованность. Электрическое поле в диэлектрике. Теория Острогродского – Гаусса для электрического поля. Электрическое поле. Сегнетоэлектрики. | |
| 4.2.17 | Проводники в электрическом поле. Электроемкость уединенного проводника. Взаимная электроемкость. Конденсаторы. Соединения конденсаторов. Энергия электростатического поля. | |
| Раздел 5. Электромагнетизм | 4.2.18 | Тема 10. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВАКУУМЕ Магнитное поле. Вектора магнитной индукции. Закон Ампера. Закон Био – Савара – Лапласа. Магнитное поле прямолинейного проводника с током. Взаимодействие прямолинейных проводников с током. |
| 4.2.19 | Магнитное поле кругового тока. Магнитный момент. Закон полного тока. Магнитное поле соленоида. | |
| 4.2.20 | Рамка с током в магнитном поле. Магнитный поток. Работа по перемещению проводника с током и контура с током в магнитном поле. Сила Лоренца. | |
| 4.2.21 | Движение заряженных частиц в однородном магнитом поле. Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея. Электромагнитная индукция в движущемся проводнике. ЭДС индукции в проводящей рамке, вращающаяся в магнитом поле. Токи Фуко. Скин – эффект. | |
| 4.2.22 | Индуктивность проводящего контура. Самоиндукция. Ток при замыкании и размыкании цепи с постоянными L и R. Энергия магнитного поля. | |
| 4.2.23 | Тема 11. ПОЛЕ В ВЕЩЕСТВЕ Магнитные моменты электронов и атомов. Диа- и парамагнетики. Намагниченность. Магнитное поле в веществе. Ферромагнетики. Природа ферромагнетизма. | |
| Раздел 6. Электромагнитные колебания и волны | 4.2.24 | Тема 12. ОСНОВЫ ТЕОРИИ МАКСВЕЛЛА Основы теории Максвелла электромагнитного поля. Первое уравнение Максвелла. Второе уравнение Максвелла. |
| Тема 13. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ Электромагнитные колебания. Колебательный контур. | ||
| 4.2.25 | Вынужденные электромагнитные колебания. Амплитуда и фаза вынужденных колебаний. Резонанс токов. Резонанс напряжений. Превращения энергии в колебательном контуре. | |
| 4.2.26 | Тема 14. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ Уравнение электромагнитной волны. Опыты Герца. Шкала электромагнитных волн. Свойства электромагнитной волы. Энергия электромагнитных волн. Вектор – Умова Пойнтинга. Измерение диполя. | |
| Раздел 7. Волновая и квантовая оптика | 4.2.27 | Тема 14. ВОЛНОВАЯ ОПТИКА Основные законы оптики. Принцип Ферма. Уравнение световой волны. Интерференция света. Расчет интерференциальной картины от двух источников. |
| 4.2.28 | Дифракция света. Принцип Гюйгенса – Френеля. Дифракция Френеля на круглом отверстии. Дифракция Фраунгофера на щели. Дифракционная решетка. Дифракция рентгеновских лучей. | |
| 4.2.29 | Естественный и поляризованный свет. Закон Малюса. Поляризация света при отражении и преломлении. Закон Брюстера. Двойной луч преломления. Вращение и плоскость поляризации. | |
| 4.2.30 | Тема 16. КВАНТОВАЯ ОПТИКА Тепловое излучение и его основные характеристики. Законы теплового излучения: Квантовая гипотеза и формула Планка. Оптическая пирометрия. | |
| 4.2.31 | Внешний фотоэффект и его законы. Уравнение Эйнштейна. Эффект Комптона. Давление света. Масса и импульс фотона. Корпускулярно – волновой … электромагнитного излучения. | |
| 4.2.32 | Гипотеза де–Бройля. Волновые свойства вещества. Дифракция электронов. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Уравнение Шредингера. Свойства волновой функции. Квантование энергии и импульса. | |
| Раздел 8. Атомная и ядерная физика | 4.2.33 | Микрочастица в потенциальной яме. Квантовые числа. Квантование энергии частицы. Принцип Паули. Квантово механическая модель атома водорода. |
| 4.2.34 | Основное состояние электрона в атоме водорода. Спин электрона и спиновое квантовое число. Распределение электронов в атоме по энергетическим уровням. Таблица Д.И. Менделеева. Квантовомеханическая модель молекулы. | |
| 4.2.35 | Состав и характеристика атомного ядра. Масса и энергия связи. Ядра. Радиоактивность. Закон радиоактивного распада. | |
| 4.2.36 | Фундаментальные взаимодействия. Природа ядерных сил. Ядерные реакции. Деление ядер. Термоядерные реакции синтеза. |
Лабораторные работы
Таблица 4 – Состав и объем лабораторных работ
| № раздела | № лаб. работы | Наименование и краткое содержание лабораторной работы | Количество часов |
| 1. Определение погрешностей физических измерений. Изучение закона сохранения импульса. Проверка закона сохранения импульса. Определение коэффициента восстановления механической энергии при упругом и неупругом ударах 2. Определение скорости пули с помощью крутильно-баллистического маятника. Закон сохранения момента импульса. Статистическая оценка случайной погрешности прямых измерений. Оценка погрешности косвенных измерений | |||
| 3. Изучение закона динамики вращательного движения с помощью маятника Обербека. Проверка законов вращательного движения. Графическое представление результатов и их обработка Определение моментов инерции тел. Проверка теоремы Штейнера. Графическое представление результатов и их обработка | |||
| 4. Изучение затухающих колебаний. Изучение механических колебаний: собственных, затухающих 5. Изучение собственных колебаний струны. Изучение волнового процесса | |||
| 7. Определение показателя адиабаты. Изучение изопроцессов, протекающих в газе. Адиабатический процесс, условие его протекания. Определение постоянной адиабаты и сравнение ее с вычисленной на основе МКТ. 8. Изучение процесса теплопроводности в газах. Определение коэффициента теплопроводности в воздухе и сравнение его с рассчитанным на основе молекулярно-кинетической теории | |||
| 9. Изучение электростатического поля методом электростатического моделирования. Построение картины эквипотенциальных поверхностей и силовых линий электростатического поля. Приближенное вычисление напряженности электростатического поля | |||
| 10. Измерение емкости конденсатора методом баллистического гальванометра. Ознакомление с работой зеркального гальванометра. Соединение конденсаторов | |||
| 11. Изучение свойств сегнетоэлектриков. Ознакомление с методом вычисления поляризованности и диэлектрической проницаемости сегнетоэлектриков с помощью петли гистерезиса | |||
| 12. Определение ЭДС источника методом компенсации и определение КПД источника тока. Ознакомление с одним из методов измерения ЭДС и КПД источника. Представление результатов в виде таблиц. Обработка результатов. Вычисление погрешностей | |||
| 13. Изучение магнитного поля соленоида. Ознакомление с методом измерения магнитной индукции с помощью датчика Холла. Экспериментальное исследование распределения индукции вдоль оси соленоида | |||
| 14.Определение удельного заряда электрона методом магнетрона. Изучение движения заряженной частицы в магнитном и электрическом полях. Определение удельного заряда электрона и сравнение со справочным значением | |||
| 15. Изучение свойств ферромагнетиков с помощью петли гистерезиса. Изучение свойств ферромагнетиков. Оформление результатов измерений в виде таблицы и графиков зависимости магнитной индукции поля в магнетике от напряженности намагничивающего поля | |||
| 16. Определение длины световой волны с помощью колец Ньютона. Изучение явления интерференции 17. Исследование зависимости показателя преломления воздуха от давления с помощью интерферометра. Применение явления интерференции для определения показателя преломления воздуха с помощью интерферометра | |||
| 18. Измерение длины световой волны с помощью дифракционной решетки. Изучение дифракции света | |||
| 19. Изучение поляризации света. Определение угла полной поляризации. Проверка. Изучение поляризации света | |||
| 20.Определение поглощательной способности вольфрама. Ознакомление с одним из оптических методов измерения температуры. Изучение характеристик излучения | |||
| 21. Снятие спектральной характеристики фотоэлемента и определение работы выхода электрона. Изучение законов фотоэффекта | |||
| 22. Изучение a-распада. Проверка закона радиоактивного распада | |||
| Зачет |
Контрольные вопросы по лабораторным работам
№1 – «Изучение закона сохранения импульса»
1. Импульс силы – это ...
2. Система тел замкнута, если ...
3. Двигающийся со скоростью бильярдный шар ударяется о такой же массы неподвижный шар. Какой из рисунков, приведенных в ответах, соответствует движению шаров после удара?
4. Чему равен коэффициент восстановления энергии для удара, указанного в предыдущем вопросе?
5. Систематическая погрешность измерения угла отклонения равна …
Выберите правильные ответы.
1. ; 2. ; 3. ;
4. ... характеристика взаимодействия тел, равная ;
5. ... характеристика движения тел, равная ;
6. ... характеристика взаимодействия тел, равная ;
7. ... механическая энергия тел сохраняется при отсутствии внешних сил;
8. ... суммарный импульс тел сохраняется;
9. ... внутренние силы взаимодействия тел попарно равны;
10. ; 11. ;
12. ; 13. ;
14. ... половине цены деления шкалы; 15. ; 16. .
№ 2 – «Определение скорости пули с помощью крутильно-баллистического
маятника»
1. Момент импульса материальной точки относительно оси равен...
2. Угловая скорость маятника после попадания пули в мишень (см. рис.) сонаправлена с вектором...
3. Момент импульса крутильно-баллистического маятника относительно оси после удара равен ...
4. Если уменьшить расстояние между подвижными цилиндрами на крестовине маятника, то уменьшится величина ...
5. Какие из перечисленных величин: подвергаются при выполнении работы прямым измерениям?
Выберите правильные ответы.
1. ... угловой скорости маятника после удара;
2. ... момента инерции маятника;
3. ... скорости пули;
4. ; 5. ; 6. ; 7. ; 8. ; 9. ;
10. ; 11. ; 12. 0; 13. ; 14. ; 15. ; 16. .
№ 3 – «Изучение закона динамики вращательного движения
с помощью маятника Обербека»
1. Согласно основному закону динамики вращательного движения угловое ускорение есть …
2. Момент инерции тела, по определению, равен ...
3. Если увеличить массу груза в чашке маятника, то угловое ускорение ...
4. Если раздвинуть подвижные цилиндры от оси маятника, то угол наклона прямой на рисунке ...
5. Случайную погрешность измерения момента инерции рекомендуется оценить ...
Выберите правильные ответы.
1. ... увеличится; 2. ... уменьшится; 3. ... не изменится;
4. ... векторное произведение радиуса-вектора точки приложения силы на вектор силы;
5. ... отношение вектора момента силы к моменту инерции;
6. ... первая производная по времени от угловой скорости;
7. ... произведение силы на время ее действия;
8. ... не определяют, так как измерения однократные;
9. ... по формуле ;
10. ... графически по отклонению точек от экспериментальной прямой;
11. ; 12. ; 13. ;
14. ; 15. .
№ 4 – «Определение моментов инерции тел»
1. Как изменится момент инерции крутильного маятника, если массу цилиндра уменьшить в 2 раза, а расстояние до оси – увеличить в 2 раза?
2. Маятник совершает гармонические колебания по закону ...
3. Момент инерции цилиндра относительно оси симметрии можно определить по формуле:
4. Цилиндр разрезан на две части, чтобы ...
5. Случайная погрешность измерений уменьшится, если ...
Выберите правильные ответы.
1. ... не изменится;
2. ... уменьшится на величину ;
3. ... увеличится на величину ;
4. ; 5. ;
6. ; 7.
8. ; 9. ; 10. ;
11. … определить момент инерции маятника;
12. … определить момент инерции цилиндра;
13. … избежать перекоса маятника;
14. … увеличить число опытов;
15. … измерить время как можно большего числа колебаний.
№ 5 – «Изучение затухающих колебаний»
1. Гармоническими называются колебания, при которых ...
2. Как записывается уравнение движения тела, совершающего затухающие колебания?
3. Амплитуда затухающих колебаний уменьшается по экспоненциальному закону, если ...
4. По какой формуле определяется логарифмический декремент затухания для любой колеблющейся системы?
5. Приведенный график построен по результатам измерений в данной работе. Прямая проводится так, чтобы по обе стороны от нее ...
Выберите правильные ответы.
1. ... сумма отклонений точек в одну сторону была бы равна сумме отклонений в другую;
2. ... находились все экспериментальные точки;
3. , где и – амплитуды колебаний, измеренные через период колебаний;
4. , где и – амплитуды колебаний, измеренные через колебаний;
5. ; 6. ; 7. ;