Робоча навчальна програма кредитного модуля загальна фізика

Ссылка на резервное размещение материала

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

“КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

Фізико математичний факультет

Кафедра загальної фізики і фізики твердого тіла

“Затверджую” Декан фізико-математичного факультету _______________ін “___ “ _______________ 200 р.

РОБОЧА НАВЧАЛЬНА ПРОГРАМА

КРЕДИТНОГО МОДУЛЯ

ЗАГАЛЬНА ФІЗИКА

Для студентів спеціальності 6.051001 - “Метрологія та інформаційно-вимірювальні технології”, 7.100.104 – «Системи керування літальними апаратами і комплексами», та 7.100.101 - «Літаки та вертольоти».

	Програму рекомендовано кафедрою Протокол № від “ “ 2008 р.
	Завідувач кафедри _________________проф.
	“______”_________________2008 р.

Київ - 2008

І. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

Кредитний модуль базується на знаннях з фізики та математики за програмою середньої школи і поряд з курсом математики забезпечує фізико-математичну підготовку і формування світогляду майбутнього спеціаліста.

Викладання кредитного модуля повинно забезпечити глибоке розуміння студентами фізичних законів і загальних методів їх дослідження.

При викладанні даного кредитного модуля значна увага приділяється двом нерозривно зв”язаним аспектам:

-  відображення фізичної суті явищ

-  розгляд аналітичних співвідношень, що описують дані явища.

У відповідності з різноманітністю досліджуваних фізикою форм матерії і руху при викладанні кредитного модуля в певній мірі враховується профіль факультету. В той же час основна роль відводиться загальному науково-технічному та дослідницькому рівню фахівця, який дозволив би йому успішно орієнтуватись в найновітніших галузях техніки.

Засвоївши даний кредитний модуль, студенти повинні з повним розумінням знати фундаментальні закони фізики та методи їх досліджень, а також вміти застосовувати ці знання при розгляді окремих явищ, використовувати їх фізичну суть; вміти поєднувати макроскопічні явища з їх мікроскопічним механізмом; вміти використовувати знання з кредитного модуля при вивченні інших дисциплін як загальних так і за фахом

ІІ. РОЗПОДІЛ НАВЧАЛЬНОГО ЧАСУ

Семестр код к/м	Навчальний час	Розподіл навчальних годин	Контрольні заходи
Кредити	Акад..год	Лекції	Практ	Лаб	СРС	МКР	РР	Іспит
1/НФ-02/1	7	224	54	36	18	114	2	-	1

ІІІ. МЕТА І ЗАВДАННЯ КРЕДИТНОГО МОДУЛЯ

Метою вивчення кредитного модуля є формування у майбутніх фахівців стійких знань та основних понять з фізики. Уміти використовувати отримані знання при подальшому навчанні а також на практиці в своїй роботі.

В результаті вивчення кредитного модуля студенти повинні:

-  знати основні поняття з основних розділів фізики таких як, механіка, молекулярна фізика,

-  вміти розрізнюватити фізичні поняття один від одного;

-  вміти планувати вимірювальний експеримент, обчислювати похибки, вміти записувати результати вимірювань згідно з діючими стандартами;

- вміти розв”язувати елементарні задачі та записувати результат згідно системи вимірювань яка використовується в світі;

ІV. ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН

IV. I. Розподіл навчального часу за темами

Найменування розділів, тем	Розподіл за семестрами та видами занять
	всього	лекц.	практ.	лаб.	CPC
Семестр 1
Вступ. Предмет і метод фізики		2		2
Розділ 1 Фізичні основи механіки	93	34	20	9	30
Тема 1.1 Кінематика поступального та обертального руху		4	4		2
Тема 1.2 Динаміка поступального руху		4	4		4
Тема 1.3 Енергія і робота		4	4		2
Тема 1.4 Динаміка обертального руху		2	4	4	4
Тема 1.5 Момент інерції. Гіроскоп.		2			4
Тема 1.6 Всесвітнє тяжіння		2	2		2
Тема 1.7 Вільні незгасаючі гармонійні коливання		4	2	4	4
Тема 1.8 Складання коливань		2			4
Тема 1.9 Основи спеціальної теорії відносності.		8
Контрольна робота з розділу 1					4
Розділ 2. Молекулярна фізика та термодинамика	73	10	10	9	44
Тема 2.1 Предмет і метод молекулярної фізики та термодинамики. Ідеальний газ		2	2	2	2
Тема 2.2 Перший закон термодинаміки		1	4		2
Тема 2.3 Другий закон термодинаміки		1	2	2	2
Тема 2.4 Термічні потенціали. Теорема Нерста.		2
Тема 2.5 Розподіл молекул газу за енергіями		1		2	2
Тема 2.6 Розподіл енергій по ступенях вільності. Явища переносу в газах.		1	2	2	2
Тема 2.7 Кристали та їх властивості		1			9
Тема 2.8 Рідини та їх властивості		1			9
Тема 2.9 Фазові переходи					8
Контрольна робота з розділу 2					8
Розділ 3. Електростатика.	26	10	6		10
Тема 3.1 Електростатичне поле		2			2
Тема 3.2 Опис векторного поля		2			2
Тема 3.3 Обчислення напруженості поля на підставі теореми Гауса		4			2
Тема 3.4 Діелектрик в зовнішньому електричному полі		2			2
Контрольна робота з розділу 1 та 2			6		2
Підготовка до екзамену					30
Всього за семестр:	222	54	36	18	114

IV.2 Лекції

Вступ

Лекція 1. Предмет і зміст дисципліни. Фундаментальні типи взаємодій в природі. Фундаментальні закони збереження. Основні розділи фізики.

[1] Вступ ´[4] гл.1

Розділ 1 ФІЗИЧНІ ОСНОВИ МЕХАНІКИ

Тема 1.1 Кінематика поступального та обертального руху.

Лекція2. Загальні положення: механіка та її розділи; матеріальна точка; абсолютно тверде тіло. Система відліку. Положення матеріальної точки в просторі. Швидкість, прискорення поступального руху. Закон додавання швидкостей. Кінематичі рівняння поступального руху. [1] §1.1-1.6 [4] §1;3-5

Лекція 3. Кінематика обертального руху. Прискорення, швидкість та переміщення в випадках поступального та обертального руху.Зв’язок між ними. Кінематичі рівняння обертального руху. [1] §1.1-1.6 [4] §1;3-5

Тема 1.2 Динаміка поступального руху

Лекція 4. Класична механіка та межі її використання. Поняття сили, маси та імпульсу. 1-й, 2-й, 3-й закони Ньютона. Закон збереження імпульсу. Реактивний рух. [1] §2.1-2.8, §3.7 [4] §6-12,27

Лекція 5. Сили інерції. Другий закон Ньютона в неінерціальних системах відліку. [1] §2.1-2.8, §3.7 [4] §6-12,27

Тема 1.3 Енергія і робота

Лекція 6. Енергія, робота, потужність. Енергія кінетична і потенціальна. Зв’язок роботі з кінетичною і потенціальною енергіею. Зіткнення двох тіл.. [1] §3.1-3.6;8.1-8.4 [4] §19-24; 28; 32-34.

Лекція 7. Консервативні і неконсервативні сили. Зв’язок консервативної сили з потенціальною енергіею. Закон збереження повної механічної енергії. [1] §3.1-3.6;8.1-8.4 [4] §19-24; 28; 32-34. Завдання на СРС Зіткнення двох тіл

Тема 1.4 Момент сили і момент імпульсу.

Лекція 8. Особливості обертального руху. Момент сили відносно точки та відносно осі. Момент пари сил. Момент імпульсу відносно точки та відносно осі. Моменти інерції відносно точки та відносно осі обертання. Теорема Гюйгенса-Штейнера. [1] §2.9; 4.1-4.3; 4.5 [4] §36-38; 29.

Лекція 9 Основне рівняння обертального руху. Закон збереження моменту імпульсу.[1] §2.9; 4.1-4.3; 4.5 [4] §36-38; 29.

Тема 1.5 Момент інерції. Гіроскоп.

Лекція 10. Вільні осі. Головні осі інерції. Моменти інерції різних тіл. Кінетична енергія обертальногно руху. Гіроскоп, гіроскопічний ефект, прецесія гіроскопа. [1] §4.2;4.4;4.6; [4] §39-44

Тема 1.6 Всесвітнє тяжіння

Лекція 11. Всесвітнє тяжіння. Вільне падіння тіл. Гравітаційне поле та його характеристики. Маса гравітаційна та маса інертна. Космічні швидкості.

[1] §6.1-6.7;[4] §45-48

Тема 1.7 Вільні незгасаючі гармонійні коливання

Лекція 12. Загальні відомості. Вільні незгасаючі гармонічні коливання. Основне рівняння вільних незгасаючих гармонійних коливань. Енергія тіла при гармонійних коливаннях. [1] § 10.1-10.2; [4] § 49;53;54

Лекція 13. Математичний і фізичний маятник. Рівняння малих коливань фізичного маятника. [1] § 10.1-10.2; [4] § 49;53;54

Тема 1.8 Складання коливань

Лекція 14. Поняття векторної діаграми. Складання коливань одного напрямку. Биття коливань. Поняття про згасаючі коливання. Добротність. Логарифмічний коефіцієнт затухання. Резонанс. Вимушені коливання.

[1] § 10.3-10.5; [4] §55-61

Тема 1.9 Основи спеціальної теорії відносності.

Лекція 15. Основні положення спеціальної теорії відносності. Перетворення Лоренца. [4] § 62-65

Лекція 16. Наслідкі з перетворень Лоренца. Відносність одночасності подій в різних системах відліку. Ефект відносності часу, довжини. . [4] § 62-68

Лекція 17. Перетворення швидкостей. Релятивістське правило складання швидкостей. Маса, імпульс. Другий закон Ньютона в релятивістській механіці. [4] § 64-69

Лекція 18 .Співвідношення між імпульсом, енергією та масою. Формула Ейнштейна. [4] § 69-71

РОЗДІЛ 2. МОЛЕКУЛЯРНА ФІЗИКА ТА ТЕРМОДИНАМІКА.

Тема 2.1 Предмет і метод молекулярної фізики і термодинаміки. Ідеальний газ.

Лекція 19. Молекулярна фізика та термодинаміка, їх задачі і методи. Макроскопічні параметри і їх мікроскопічна трактовка. Закони ідеальних газів. Рівняння стану ідеального газу. Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газу. Температура.

[1] §13.1-13.4; § 14.1-14.7; [4] §79;85;86; [7] § 50;53

Тема 2.2 Перший закон термодинаміки

Лекція 20. Внутрішня енергія термодинамічної системи. Теплота, робота, теплоємність. Перший закон термодинаміки. Ізопроцеси ідеального газу: ізохорний, ізобарний, ізотермічний, адіабатний процеси.

[1] § 16.1-16.5; [4] § 82;83;84;88;89

Тема 2.3 Другий закон термодинаміки. Теорема Нерста

Лекція 21. Кругові процеси. Цикл Карно і його ККД. Нерівність Клаузіуса. Ентропія та її властивості. Другий закон термодинаміки.

[1] §16.6-16.8; [4] § 104-108

Тема 2.4 Термічні потенціали. Теорема Нерста.

Лекція 22. Внутрішня енергія, енергія Гальмгольця, потенціал Гіббса, ентальпія. Теорема Нерста. [4] 109,103

Тема 2.5 Розподіл молекул газу за енергіями

Лекція 23. Закони розподілу Больцмана, Максвела і Максвела-Больцмана.

[1] §14.8-14.12; [4] §98;100; [7] §54;55;

Розділ 3 ЕЛЕКТРОСТАТИКА.

Тема 3.1 Електростатичне поле.

Лекція 24. Електростатика Електричний заряд і його властивості. Закон Кулона. Напруженість та потенціал поля і зв”язок між ними. Еквіпотенціальні поверхні. Електричний диполь.

[2] §1.1-1.6; [5] §1-10;

Тема 3.2 Опис векторного поля.

Лекція 25. Потік вектора Е, теорема Гауса. Дивергенція вектора Е, теорема Остроградського-Гауса. Циркуляція вектора Е.

[2] §1.8-1.9; [5] §11-13

Тема 3.3 Обчислення напруженості поля на підставі теореми Гауса.

Лекція 26. Поле зарядженої площини та двох паралельних площин; поле циліндра; поле сферичної поверхні і поле об”ємно зарядженої кулі.

[5] §14;

Тема 3.4 Діелектрик та провідник в зовнішньому електричному полі.

Лекція 27. Діелектрики. Полярні та неполярні молекули. Поляризація діелектриків. Опис електричного поля в діелектриках. Рівновага зарядів на провіднику. Провідник в зовнішньому полі.

[2] §1.15-1.24; [5] § 15-17; [18] § 6.5;

Перший семестр 54 години.

IV.3 Практичні заняття

Розділ 1 Фізичні основи механіки

Тема 1. Кінематика.

Практичне заняття 1 та 2. Положення матеріальної точки в просторі. Поняття швидкості, прискорення. Кінематичні рівняння руху. Поняття кутової швидкості та кутового прискорення. Зв”язок між лінійними та кутовими величинами.

Література:[9],[ c.5-18]

Тема 2. Динаміка матеріальної точки та тіла що рухається поступально.

Практичне заняття 3. Рівняння руху матеріальної точки. Різні види сил. Поняття імпульса, роботи, потужності.

Література:[9],[ c.18-39]

Практичне заняття 4. Закон збереження імпульса. Кінетична та потенціальна енергії. Закон збереження енергії.

Література:[9],[ c.18-39]

Тема 3. Динаміка обертального руху.

Практичне заняття 5. Основне рівняння обертального руху. Момент імпульсу та момент сили. Закон збереження моменту імпульсу. Література:[9],[ c.39-57]

Практичне заняття 6. Момент інерції. Моменти інерції різних тіл правильної форми. Теорема Штейнера. Кінетична енергія тіла яке обертається.

Література:[9],[ c.39-57]

Тема 4. Сили в механіці

Практичне заняття 7 та 8. Закон всесвітнього тяжіння. Напруженість гравітаційного поля. Прискорення вільного падіння на певній висоті над Землею. Потенціал гравітаційного поля. Потенціальна енаргія гравітаційної взаємодії. Закон Гука. Робота при деформації тіл.

Література:[9],[ c.57-71]

Тема 5. Механічні коливання.

Практичне заняття 9. Рівняння гармонічних коливань. Період та кутова частота коливань. Швидкість та прискорення при гармонічних коливаннях.

Література:[9],[ c.80-96]

Практичне заняття 10. Складання гармонічних коливань. Диференційні рівняння гармонічних та затухаючих коливань. Енергія матеріальнеої точки що здійснює гармонічні коливання.

Література:[9],[ c.80-96]

Розділ 2. Молекулярна фізика та термодинаміка.

Тема 1.Закони ідеальних газів.

Практичне заняття 11. Рівняння стану ідеального газу. Основні закони ідеального газу.

Література:[9],[ c.109-113]

Тема 2. Молекулярно-кінетична теорія газів.

Практичне заняття 12. Основне рівняння кінетичної теорії газів. Середня кінетична енергія. Залежність тиску від концентрації і температури. Швидкість молекул.

Література:[9],[ c.]

Тема 3. Фізичні основи термодинаміки.

Практичне заняття 13. Молярна і питома теплоємність, рівняння Майєра. Показник адіабати.

Література:[9],[ c.131-146]

Практичне заняття 14 та 15. Робота при різних процесах. Перший закон термодинаміки. Зміна ентропії. Цикл Карно.

Література:[9],[ c.131-146]

Тема 4. Реальні гази. Рідини.

Практичне заняття 16. Рівняння Ван-дер-Ваальса. Внутрішня енергія реального газу. Капіляри. Формула Пуазейля. Формула Стокса. Число Рейнольдса. Література:[9],[ c.146-159]

IV.4 Лабораторні роботи

Лабораторні роботи, перш за все, надають змогу студентам ознайомитись з основними законами фізики та безпосередньо перевірити виконання цих законів в лабораторіях.

Тема 1. Обробка результатів вимірювань в фізичній лабораторії.

Лабораторна робота 1. Математичний маятник. Визначення абсолютної та відносної похибок. Типи вимірювань. Середньо квадратична похибка. Правила побудови гістограми. Запис результата з урахуванням похибок. Література [11],[14].

Тема 2. Вивчення фізичного маятника.

Лабораторна робота 2. Дослідження коливального руху за допомогою фізичного маятника. Дослідження сили тяжіння.Література [12].

Тема 3.Визначення динаміки обертального руху за допомогою маятника Обербека або оборотного маятника.

Лабораторна робота 3. Дослідження коливального руху з джопомогою маятника Обербека. Література [13].

Лабораторна робота 4. Дослідження коливального руху з допомогою оборотного маятника. Література [13].

Тема 4. Визначення коефіцієнта в”язкості рідини за методом Стокса.

Лабораторна робота 5. Визначення коефіцієнта в”язкость гліцерину.

Література [14].

Тема 5. Теплоємність газу. Показник адіабати.

Лабораторна робота 6. Визначення відношення теплоємності повітря при сталому тиску до його теплоємності при сталому об”ємі.

Література [14].

Тема 6. Ламінарний та турбулентний рух.

Лабораторна робота 7. Дослідження ламінарного та турбулентного руху газу через тонкі трубки. Література [14].

Тема 7. Розподіл Больцмана.

Лабораторна робота 8. Дослідження закону розподілу Больцмана.

Література [14].

Лабораторна робота 9. Коллоквіум.

ІV.6 ІНДИВІДУАЛЬНІ ЗАВДАННЯ

Під час підготовки до заліку, кожен студент повинен виконати та здати певну кількість задач а також лабораторні роботи. Можливі індивідуальні завдання та методика їх виконання наведені у [7].

IV.7 КОНТРОЛЬНІ РОБОТИ

Студенти денної форми навчання виконують рубіжні контрольні роботи у вигляді тестових завдань згідно з графіком контролю факультету

V. МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

При розробці робочих навчальних програм дисципліни для денної та заочної форм навчання необхідно враховувати різницю в обсязі аудиторних занять та самостійної роботи.

Положення про рейтингову оцінку успішності студентів додається до даної робочої програми. (Додаток 1).

VI. НАВЧАЛЬНО-МЕТОДИЧНІ МАТЕРІАЛИ

VIII.1 Основна література

1.  Кучерук І. М., Горбачук І. Т., Луцик курс фізики. Т.1.- К.; Техніка, 1999 р.

2.  Кучерук І. М., Горбачук І. Т., Луцик курс фізики. Т.2.- К.; Техніка, 2001р.

3.  Кучерук І. М., Горбачук І. Т., Луцик курс фізики. Т.3.- К.; Техніка, 1999 р.

4.  І. В.Савєльєв. Курс загальної фізики. Т.1, Вид.”Наука”,М.1977

5.  І. В.Савєльєв. Курс загальної фізики. Т.2, Вид.”Наука”,М.1978

6.  І. В.Савєльєв. Курс загальної фізики. Т.3, Вид.”Наука”,М.1979

7.  ,, Лифшиц общей физики. Механика и молекулярная физика.- М.,: Наука, 1969

8.  Епифанов твердого тела. – М.,:Вища школа, 1977

9.  , , Задачник по физике.- М., Вища школа 1981.

10.  Иродов по физике. – М.: Наука 1988

11.  Методические указания по обработке результатов измерений в физической лаборатории. – Киев, КПИ, 1984

12.  Методические указания к лабораторным работам по курсу общей физики для студентов заочной формы обучения. Раздел «Механика и молекулярная физика». – Киев, КПИ, 1985.

13.  Методические указания к лабораторным работам по физике. Раздел «Механика». – Киев, КПИ,1986

14.  Методические указания к лабораторным работам по физике. Раздел «Молекулярная физика». – Киев, КПИ,1986

15.  Методичні вказівки до лабораторних робіт з фізики. Частина 1. Електрика і магнетизм. – Київ, КПІ, 1992

16.  Методичні вказівки до лабораторних робіт з фізики. Частина 2. Електрика і магнетизм. – Київ, КПІ, 1993

17.  Методические указания к лабораторному практикуму по физике. Раздел «Оптика» – Киев, КПИ, 1990

18.  Методические указания к лабораторному практикуму по физике. Раздел «Атомная физика» – Киев, КПИ, 1990

Д о п о м і ж н а л і т е р а т у р а

19.  , , Милковская общей физики. Т.1. – М.: Высшая школа. 1973

20.  , , Милковская общей физики. Т.2. – М.: Высшая школа. 1977

21.  , , Милковская общей физики. Т.3. – М.: Высшая школа. 1972

22.  Загальні основи фізики. Механіка. Термодинаміка та молекулярна фізика.- К.: Либідь, 1998

23.  Загальні основи фізики. Електродинаміка. Атомна і субатомна фізика. – К,:Либідь, 1998

Розробник програми:

Доцент кафедри загальної фізики та фізики твердого тіла

_____________________________(Балановська О. Ю. )