Рабочая программа (стр. 2 )

2.2. Содержание разделов и тем дисциплины

1-й семестр

Раздел 1. Физические основы механики

Тема 1. Введение в курс

Место и роль физики в современном естествознании. Модели в физике и их ограниченность.

Тема 2. Кинематическое описание движения

Механическое движение. Относительность движения. Система отсчета. Траектория, путь, перемещение. Скорость, ускорение. Уравнения поступательного движения материальной точки. Угол поворота, угловые скорость и ускорение. Уравнения вращательного движения. Принцип относительности в механике. Инерциальные и неинерциальные системы отсчета, преобразования Галилея.

Тема 3. Динамика материальной точки, системы точек

Масса. Импульс. Виды сил в механике - сила тяжести, сила упругости, сила трения. Четыре вида взаимодействий в природе. Центр масс системы точек. Замкнутые системы. Закон сохранения импульса. Теорема о движении центра масс системы.

Тема 4. Работа и мощность силы. Энергия

Работа и мощность силы в поступательном и вращательном движениях. Работа упругой, гравитационной сил. Консервативные и диссипативные силы. Кинетическая энергия и работа сил. Потенциальное поле, потенциальная энергия. Полная механическая энергия. Закон сохранения механической энергии.

Тема 5. Динамика вращательного движения

Момент инерции материальной точки, системы, твердого тела. Пример расчета момента инерции симметричного тела (однородный цилиндр). Теорема Штейнера. Центральный момент силы, осевой момент силы. Центральный момент импульса, осевой момент импульса.

Тема 6. Динамика твердого тела

Основное уравнение динамики вращающегося твердого тела. Условия равновесия твердого тела. Движение твердого тела, закрепленного в точке, тензор инерции. Кинетическая энергия вращающегося твердого тела, закрепленного в точке. Прецессия, гироскопы.

Тема 7. Элементы механики жидкостей и газов

Кинематическое описание движения жидкости. Уравнение движения и равновесия жидкости. Идеальная жидкость. Стационарное течение идеальной жидкости. Уравнение Бернулли. Вязкая жидкость. Формула Стокса. Ламинарное и турбулентное течение. Число Рейнольдса. Поверхностная энергия и натяжение. Капиллярные явления.

Раздел 2. Колебания и волны

Тема 8. Кинематика гармонических колебаний

Гармонические колебания и их характеристики. Скорость и ускорение гармонических колебаний. Энергия гармонических колебаний. Способы графического представления колебаний. Сложение гармонических колебаний одного направления, взаимно-перпендикулярных. Фигуры Лиссажу.

Тема 9. Динамика гармонических колебаний

Гармонический осциллятор. Собственные колебания математического, физического пружинного маятников. Затухающие колебания и их характеристики. Вынужденные колебания, дифференциальное уравнение вынужденных колебаний и его решение. Резонанс, резонансные кривые.

Тема 10. Механика волновых процессов

Волны в упругой среде. Поперечные и продольные волны. Уравнение волны и основные характеристики. Фазовая скорость и дисперсия волн. Энергия волны. Вектор Умова. Принцип суперпозиции волн. Стоячие волны. Амплитуда стоячей волны. Узлы и пучности. Длина волны стоячей волны. Основная мода и нормальные колебания.

Раздел 3. Молекулярная физика и термодинамика

Тема 11. Основы молекулярной физики

Статистический и термодинамический методы исследования вещества. Состояние, процесс, термодинамические параметры. Термодинамическое равновесие. Модель идеального газа. Уравнение состояния. Газовые законы. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории.

Тема 12. Статистические законы распределения

Функция распределения. Условие нормировки. Закон Максвелла о распределении молекул идеального газа по скоростям и энергиям теплового движения. Распределение Больцмана. Барометрическая формула. Опытное обоснование молекулярно-кинетической теории.

Тема 13. Первое начало термодинамики

Теплоемкость. Уравнение Майера. Применение первого начала к изопроцессам. Адиабатический процесс. Политропные процессы. Обратимые и необратимые процессы. Энтропия, статистическое толкование и связь с термодинамической вероятностью.

Тема 14. Второе начало термодинамики и тепловые машины

Второе начало термодинамики. Тепловые двигатели и холодильные машины. Цикл Карно и его КПД для идеального газа.

Тема 15. Реальные газы, жидкости

Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы Ван-дер-Ваальса и их анализ. Внутренняя энергия реального газа. Эффект Джоуля-Томсона. Сжижение газов. Фазовые переходы 1 и 2-го рода.

2-й семестр

Раздел 4. Электростатика

Тема 16. Напряженность электростатического поля

Электростатическое поле. Электрический заряд и его свойства. Точечный электрический заряд. Закон взаимодействия точечных зарядов. Напряженность электрического поля. Силовые линии электрического поля. Принцип суперпозиции электрических полей, его применение к вычислению поля электрического диполя.

Тема 17. Теорема Остроградского-Гаусса

Поток вектора напряженности и его физический смысл. Теорема Остроградского – Гаусса для электрического поля в вакууме. Применение теоремы к вычислению напряженности электрического поля: 1) бесконечной равномерно заряженной плоскости, 2)двух бесконечных разноименно заряженных плоскостей, 3) сферической заряженной плоскости, 4) бесконечной равномерно заряженной нити.

Тема 18. Потенциал электрического поля

Циркуляция электрического поля. Работа электростатических сил при перемещении точечного заряда. Потенциальная энергия точечного заряда, системы зарядов. Потенциал электрического поля и его связь с напряженностью. Эквипотенциальные поверхности. Вычисление разности потенциалов по напряженности поля.

Тема 19. Диэлектрики в электростатическом поле

Типы диэлектриков. Поляризация диэлектриков. Поляризованность. Диэлектрическая восприимчивость, диэлектрическая проницаемость среды. Электрическое смещение. Теорема Гаусса для электрического поля в диэлектрике. Условия на границе раздела двух диэлектрических сред. Сегнетоэлектрики.

Тема 20. Проводники в электрическом поле

Свободные и индуцированные заряды. Явление электростатической индукции. Электрическая емкость уединенного проводника. Конденсаторы. Расчет электроемкости плоского, цилиндрического, сферического конденсаторов. Параллельное и последовательное соединения конденсаторов. Энергия системы зарядов, уединенного проводника, конденсатора. Энергия электростатического поля.

Раздел 5. Постоянный электрический ток

Тема 21. Основные законы постоянного электрического тока

Электрический ток, сила и плотность тока. Сторонние силы. Электродвижущая сила и напряжение. Закон Ома для однородного участка цепи в интегральной и дифференциальной форме. Сопротивление проводников, электрическая проводимость. Сверхпроводимость. Работа и мощность тока. Закон Джоуля –Ленца. Закон Ома для неоднородного участка цепи в интегральной форме. Закон Ома для замкнутой цепи. Правила Кирхгофа для разветвленных цепей.

Тема 22. Электрические токи в металлах, вакууме и газах

Элементарная классическая теория электропроводности металлов. Вывод закона Ома в классической теории. Закон Видемана-Франца. Работа выхода электронов из металла. Эмиссионные явления и их применения. Ионизация газов.

Тема 23. Магнитное поле в вакууме

Магнитное поле и его характеристики. Силовые линии магнитного поля и его свойства. Закон Био-Савара-Лапласа и его применение к расчету магнитного поля (бесконечного прямого тока, в центре кругового витка с током). Закон Ампера. Взаимодействие параллельных токов. Магнитное поле движущегося заряда.

Тема 24. Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях

Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Период вращения частицы. Шаг винтовой линии. Ускорители заряженных частиц. Циркуляция вектора индукции магнитного поля в вакууме. Закон полного тока для магнитного поля в вакууме. Магнитное поле соленоида и тороида. Потокосцепление.

Тема 25. Электромагнитная индукция

Поток вектора магнитной индукции. Теорема Гаусса для магнитного поля. Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле. Явление электромагнитной индукции (опыты Фарадея). Закон Фарадея и правило Ленца. Вращение рамки в магнитном поле. Индуктивность контура. Самоиндукция. Экстратоки замыкания и размыкания. Взаимная индукция. Трансформаторы. Энергия магнитного поля.

Тема 26. Магнитные свойства вещества

Магнитные моменты электронов и атомов. Гиромагнитное отношение. Диа - и парамагнетизм. Намагниченность. Магнитная восприимчивость вещества. Ферромагнетики и их свойства. Природа ферромагнетизма.

Раздел 7. Теория Максвелла для электромагнитного поля

Тема 27. Уравнения Максвелла

Вихревое электрическое поле. Ток смещения. Уравнения Максвелла для электромагнитного поля в интегральной форме.

Тема 28. Электромагнитные волны

Экспериментальное получение электромагнитных волн. Диапазон электромагнитных волн. Дифференциальное уравнение электромагнитной волны. Поляризация. Энергия электромагнитной волны. Вектор Умова-Пойнтинга. Применение электромагнитных волн.

Тема 29. Переменный ток

Колебательный контур. Свободные и затухающие электромагнитные колебания. Добротность контура. Вынужденные электромагнитные колебания. Резонанс. Преобразование и детектирование электрических колебаний.

Тема 30. Проводимость полупроводников

Элементы зонной теории кристаллов. Собственные и примесные полупроводники. Фотопроводимость полупроводников. Дрейфовый и диффузионные токи. Распределение Ферми-Дирака и Бозе-Эйнштейна. Понятие о р-n переходе. Транзистор.

3-й семестр

Раздел 4. Геометрическая и волновая оптика

Тема 31. Элементы геометрической и электронной оптики

Основные законы оптики. Полное отражение. Изображение предметов с помощью линз. Волоконная оптика Электронные линзы.

Тема 32. Интерференция света

Принцип Гюйгенса. Когерентность и монохроматичность световых волн. Пространственная и временная когерентность света. Явление интерференции. Методы наблюдения интерференции света ( опыт Юнга, зеркала Френеля, бипризма Френеля).

Тема 33. Интерференция света в тонких пленках

Интерференция от плоскопараллельной пластинки - полосы равного наклона. Интерференция от пластинки переменной толщины - полосы равной толщины. Расчет радиуса колец Ньютона в отраженном и проходящем свете. Применения интерференции света – просветление оптики, многолучевая интерференция, интерференционная спектроскопия, интерферометры.

Тема 34. Дифракция света

Принцип Гюйгенса-Френеля. Явление дифракции света. Метод зон Френеля. Прямолинейное распространение света. Зонные пластинки. Дифракция Френеля на круглом отверстии. Дифракция Фраунгофера на одной щели. Дифракция Фраунгофера на дифракционной решетке. Дифракция на пространственной решетке. Формула Вульфа-Брэггов. Разрешающая способность оптических приборов.

Тема 35. Взаимодействие электромагнитных волн с веществом

Дисперсия света. Электронная теория дисперсии света. Поглощение света. Закон Бугера. Эффект Доплера для электромагнитных волн.

Тема 36. Поляризация света

Естественный и поляризованный свет. Степень поляризации. Закон Малюса. Поляризатор и анализатор. Поляризация света при отражении и преломлении на границе раздела двух диэлектриков. Двойное лучепреломление. Искусственная оптическая анизотропия. Вращение плоскости поляризации.

Тема 37. Квантовая природа излучения

Равновесное тепловое излучение и его характеристики. Закон Кирхгофа. Закон Стефана-Больцмана и смещения Вина. Формулы Рэлея-Джинса и Планка. Квантовая гипотеза Планка.

Тема 38. Экспериментальные доказательства квантовой гипотезы Планка

Фотоэффект. Законы внешнего фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Применение фотоэффекта. Масса и импульс фотона. Давление света. Эффект Комптона и его элементарная теория.

Тема 39. Элементы квантовой физики атомов, молекул и твердых тел

Теория атома водорода по Бору. Линейчатый спектр атома водорода. Постулаты Бора. Опыты Франка и Герца. Спектр атома водорода по Бору.

Тема 40. Элементы квантовой механики

Корпускулярно-волновой дуализм свойств вещества. Волны де Бройля. Соотношение неопределенностей. Волновая функция и ее статистический смысл.

Тема 41. Уравнение движения микрочастиц

Общее уравнение Шредингера. Уравнение Шредингера для стационарных состояний. Движение свободной частицы. Частица в потенциальной яме. Прохождение частицы сквозь потенциальный барьер. Туннельный эффект.

Тема 42. Атом водорода в квантовой механике

Энергетические уровни электрона для атома водорода. Квантовые числа. Основное состояние электрона. Спин электрона. Принцип Паули. Поглощение. Спонтанное и вынужденное излучения. Оптические квантовые генераторы и их применение в полиграфической технологии.

Тема 43. Элементы физики атомного ядра и элементарных частиц

Размер, состав и заряд атомного ядра. Массовое и зарядовое числа. Дефект массы и энергия связи ядра. Радиоактивное излучение и его виды. Закон радиоактивного распада. Ядерные реакции и их основные типы. Реакция деления ядра. Понятие о ядерной энергетике. Проблема управляемых термоядерных реакций.

2.2. Практические занятия, их наименование и объем в часах.

№ п/п	Наименование практических занятий	Объем в часах
Очная форма	Очно-заочнаяая форма
1	2	3	4
1	Кинематика материальной точки.	3	1
2	Динамика материальной точки. Контрольная работа.	4	1
3	Динамика вращательного движения твердых тел. Закон сохранения энергии импульса. Контрольная работа.	4	1
4	Кинематика и динамика гармонических колебаний.	3	1
5	Основы молекулярной физики. Статистические распределения.	3
6	Законы идеальных газов. 1-е начало термодинамики.	3	1
7	2-е начало термодинамики. Контрольная работа.	4	1
8	Электростатика. Закон Кулона. Напряженность электрического поля.	3	1

1	2	3	4
9	Электростатический потенциал, работа электрического поля. Контрольная работа.	4	1
10	Законы электродинамики тока. Постоянный электрический ток.	3	1
11	Расчет электрических цепей. Контрольная работа.	4	1
12	Магнитостатика. Закон Ампера.	3	1
13	Электромагнитная индукция. Контрольная работа.	3	1
14	Электромагнитные волны. Контрольная работа.	3	1
15	Интерференция света.	3
16	Дифракция света. Контрольная работа.	3	1
17	Поляризация света.	3	1
18	Дисперсия света. Контрольная работа.	3	1
19	Тепловое излучение.	3	1
20	Кванты света. Строение атома.	3
21	Элементы квантовой теории твердых тел. Ядерная физика. Контрольная работа.	3
	Всего	68	17