Учебно-методический комплекс (стр. 2 )

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Южно-Уральский государственный университет»

Кафедра «Общая и экспериментальная физика»

СОГЛАСОВАНО: УТВЕРЖДАЮ:

Зав. кафедрой МиТОМД Декан Механико-технологического факультета

______ ______________г. ______ ______________г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

дисциплины Физика, ЕН. Ф.03

для специальности 170104 – Высокоэнергетические устройства автоматических систем

направление подготовки 652800 – Оружие и системы вооружения

факультет Механико-технологический

кафедра-разработчик «Общая и экспериментальная физика»

Рабочая программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования и примерной программой дисциплины по направлению подготовки 651400 – Машиностроительные технологии и оборудование специальности 150201 – Машины и технология обработки металлов давлением

Рабочая программа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры общей и экспериментальной физики № 1 протокола от 01.01.01 года.

Зав. кафедрой разработчика , проф. д. т.н.

Ученый секретарь кафедры , доц. к. ф.-м. н.

Разработчик программы , доц. к. ф.-м. н.

Челябинск

2007

1. Введение

1.1.Требования к уровню освоения содержания дисциплины.

Курс физики является составной частью фундаментальной физико-математической подготовки, необходимой для успешной работы инженера любого профиля. Дипломированный специалист в результате усвоения этой дисциплины должен знать основные понятия, законы и модели механики, электричества и магнетизма, колебаний и волн, квантовой механики, статистической физики и термодинамики, методы теоретического и экспериментального исследования физики. Уметь использовать и применять физические законы в прикладных задачах будущей специальности, достижения физики в практической деятельности. Овладеть методами физического исследования.

1.2. Требования к уровню подготовки для освоения дисциплины.

Предшествующий уровень образования абитуриента – среднее (полное) общее образование. Он должен иметь документ государственного образца о среднем (полном) общем образовании или среднем профессиональном образовании, или начальном профессиональном образовании, если в нем есть запись о получении предъявителем среднего (полного) общего образования, или высшем профессиональном образовании.

2. Цели и задачи преподавания и изучения дисциплины

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.

3. 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
I	II	Ш	и др.
Общая трудоемкость дисциплины	425
Аудиторные занятия	194	72	68	54
Лекции (Л)	106	36	34	36
Практические занятия (ПЗ)	71	36	17	18
Семинары (С) Лабораторные работы (ЛР) и (или) другие виды аудиторных занятий	17	—	17	—
Самостоятельная работа (СРС)	231	75	81	75
Реферат	60	20	20	20
Подготовка к практ. занятиям и выполнение дом. заданий	84	36	27	21
Подготовка к лаб. занятиям и оформление отчетов	16		16
Работа с конспектом лекций	71	19	18	34
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)		Экз.	Экз., зач.	Экз.

4. 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
1	Физические основы механики	75	20	20	—	—	35
2	Колебания и волны	36	8	8	—	—	20
3	Молекулярная физика и термодинамика	36	8	8	—	—	20
4	Электричество и магнетизм	149	34	17		17	81
5	Оптика	59	16	8			35
6	Атомная физика	70	20	10			40
Итого		425	106	71		17	231

4.2. Содержание разделов и тем дисциплины

Таблица 3 – Содержание разделов дисциплины

№ лекции	Название раздела	Содержание раздела
4.2.1	Раздел 1. Физические основы механики	Введение Предмет физики. Методы физического исследования: опыт, гипотеза, эксперимент, теория, роль физики в развитии техники и влияние техники на развитие физики. Роль физики в становлении инженеров. Задачи курса физики Тема 1. КИНЕМАТИКА МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ Механическое движение как простейшая форма движения материи. Элементы кинематики материальной точки. Скорость и ускорение точки как производные радиуса-вектора по времени. Тангенциальное и нормальное ускорения. Радиус кривизны траектории. Поступательное движение твердого тела
4.2.2 4.2.3		Тема 2. ДИНАМИКА МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ Динамика материальной точки и поступательного движения твердого тела. Закон инерции и инерциальные системы отсчета. Законы динамики материальной точки и системы материальных точек. Внешние и внутренние силы Центр масс (центр инерции) механической системы и закон его движения. Закон сохранения импульса. Движение тел переменной массы
4.2.4 4.2.5		Тема 3. РАБОТА. ЭНЕРГИЯ. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Энергия как универсальная мера различных форм движения и взаимодействия. Работа силы. Кинетическая энергия механической системы и ее связь с работой внешних и внутренних сил Поле как форма материи, осуществляющая силовое взаимодействие между частицами вещества. Потенциальная энергия и ее связь с силой, действующей на материальную точку. Закон сохранения механической энергии
4.2.6 4.2.7		Тема 4. ВРАЩАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ ТВЕРДОГО ТЕЛА Кинематика вращательного движения. Векторы угловой скорости и углового ускорения. Связь между угловыми и линейными скоростями и ускорениями Динамика вращательного движения. Момент силы относительно точки и оси. Момент инерции. Теорема Штейнера Кинетическая энергия вращающегося тела. Уравнение динамики вращательного движения Момент импульса относительно точки и оси. Закон сохранения момента импульса. Плоское движение
4.2.8 4.2.9		Тема 5. ЭЛЕМЕНТЫ СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ Преобразования Галилея. Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца. Следствия из преобразований Лоренца. Пространственно-временной интервал и его инвариантность относительно преобразований Лоренца. Релятивистский закон сложения скоростей Релятивистский импульс. Основной закон релятивистской динамики материальной точки. Релятивистское выражение для кинетической энергии. Взаимосвязь массы и энергии. Энергия связи системы. Соотношение между полной энергией и импульсом частицы
4.2.10 4.2.11 4.2.12 4.2.13	Раздел 2. Колебания и волны	Тема 6. МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ Гармонические колебания и их характеристики. Уравнения гармонических колебаний. Пружинный, физический и математический маятники Сложение гармонических колебаний одного направления и одинаковой частоты. Биения Затухающие колебания. Апериодический процесс. Вынужденные колебания. Амплитуда и фаза вынужденных колебаний. Резонанс Механические волны. Механизм образования механических волн в упругой среде. Уравнение бегущей волны. Длина волны и волновое число. Фазовая скорость. Волновое уравнение. Принцип суперпозиции волн и границы его применимости. Энергия волны
4.2.14 4.2.15 4.2.16 4.2.17 4.2.18	Раздел 3. Молекулярная физика и термодинамика	Тема 7. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА Статистический и термодинамический методы исследования. Термодинамические параметры. Равновесные состояния и процессы, их изображение на термодинамических диаграммах. Уравнение состояния идеального газа. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы молекул. Внутренняя энергия. Работа газа при изменении его объема. Количество теплоты. I начало термодинамики и его применение к изопроцессам Теплоемкость идеального газа. Зависимость теплоемкости от вида процесса. Политропические процессы. Уравнение политропы Обратимые и необратимые процессы. Круговой процесс (цикл). Тепловые двигатели и холодильные машины. Цикл Карно и его КПД. II начало термодинамики. Энтропия. Статистическое толкование II начала термодинамики. Критика теории тепловой смерти Вселенной Распределение Максвелла молекул идеального газа по скоростям и энергиям. Барометрическая формула. Распределение Больцмана частиц идеального газа по энергии во внешнем потенциальном поле Среднее число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул. Явления переноса. Молекулярно-кинетическая теория этих явлений
4.2.19 4.2.20 4.2.21 4.2.22	Раздел 4. Электричество и магнетизм	Тема 8. ЭЛЕКТРОСТАТИКА Два рода электрических зарядов. Закон сохранения заряда. Закон Кулона. Электростатическое поле. Вектор напряженности. Графическое изображение поля. Принцип суперпозиции Поток вектора напряженности. Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме. Применение теоремы Гаусса. Расчет полей с центральной осевой и плоской симметрией Работа по перемещению заряда в электрическом поле. Циркуляция вектора напряженности. Потенциал, разность потенциалов. Связь разности потенциалов и напряженности. Напряженность как градиент потенциала. Эквипотенциальные поверхности. Расчет разности потенциалов полей с центральной, осевой и плоской симметрией Диэлектрики в электростатическом поле. Типы диэлектриков. Поляризация. Электрическое поле в диэлектрике. Вектор электрического смещения. Теорема Гаусса для вектора электрического смещения
4.2.23 4.2.24		Проводники в электростатическом поле. Напряженность и потенциал на поверхности и внутри проводника, распределение зарядов в проводнике. Емкость. Емкость уединенного проводника. Конденсаторы Энергия электростатического поля. Энергия системы зарядов. Энергия проводника. Энергия конденсатора. Плотность энергии электростатического поля. Пример расчета энергии симметричного поля
4.2.25		Тема 9. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК Электрический ток. Сила и плотность тока. Сторонние силы. Электродвижущая сила и напряжение. Закон Ома для однородного и неоднородного участков цепи и замкнутой цепи. Закон Ома в дифференциальной форме. Работа и мощность тока. Закон Джоуля – Ленца
4.2.26 4.2.27 4.2.28 4.2.29		Тема 10. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ Магнитное поле. Вектора магнитной индукции и напряженности. Графическое изображение магнитного поля. Закон Био – Савара – Лапласа (Б – С – Л), его применение к расчету полей. Принцип суперпозиции. Применение закона Б – С – Л для расчета магнитного поля прямолинейного и кругового токов, движущегося заряда Поток вектора магнитной индукции. Теорема Гаусса для магнитного поля. Циркуляция вектора магнитной индукции в вакууме. Закон полного тока в вакууме и его применение для расчета поля прямого тока и длинного соленоида Действие магнитного поля на проводник с током. Закон Ампера. Контур с током в однородном и неоднородном магнитном поле. Работа по перемещению проводника с током и контура с током в магнитном поле Действие магнитного поля на движущиеся заряды. Сила Лоренца. Практическое использование действия электрического и магнитного полей на движущиеся заряды
4.2.30		Тема 11. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ Явление электромагнитной индукции. Опыты Фарадея. Закон электромагнитной индукции, его вывод из закона сохранения энергии. Правило Ленца. Явление самоиндукции. Индуктивность соленоида. Токи замыкания и размыкания. Энергия магнитного поля
4.2.31		Тема 12. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВЕЩЕСТВЕ Диа - и парамагнетики. Магнитное поле в веществе. Закон полного тока для вектора напряженности магнитного поля. Условия на границе раздела магнетиков. Ферромагнетики, их отличительные свойства. Природа ферромагнетизма
4.2.32		Тема 13. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ Обобщение закона электромагнитной индукции. Первое уравнение Максвелла. Ток смещения. Второе уравнение Максвелла. Система уравнений Максвелла в интегральной форме
4.2.33 4.2.34 4.2.35		Тема 14. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ Энергия электромагнитного поля. Свободные незатухающие электромагнитные колебания Затухающие колебания. Вынужденные электромагнитные колебания. Резонанс Электромагнитные волны. Уравнение волны. Волновое уравнение. Фазовая и групповая скорости. Свойства электромагнитных волн. Перенос энергии электромагнитной волной
4.2.36 4.2.37 4.2.38 4.2.39 4.2.40	Раздел 5. Оптика	Тема 15. ВОЛНОВАЯ ОПТИКА Световые волны и их свойства. Скорость распространения световых волн в веществе. Показатель преломления. Отражение и преломление световых волн Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Поляризация света при отражении и преломлении. Законы Брюстера и Малюса Интерференция света. Пространственная и временная когерентность. Способы наблюдения интерференции. Интерференция на тонких пленках. Интерферометры Дифракция света. Принцип Гюйгенса – Френеля. Зоны Френеля. Дифракция Френеля на круглом отверстии. Дифракция Фраунгофера на щели Дифракционная решетка. Разрешающая способность дифракционной решетки. Отражательная решетка. Пространственная решетка. Дифракция рентгеновских лучей. Голография
4.2.41 4.2.42 4.2.43		Тема 16. КВАНТОВАЯ ОПТИКА Тепловое излучение и его основные характеристики. Законы теплового излучения: Кирхгофа, Стефана – Больцмана, Вина. Формула Рэлея – Джинса Формула Планка. Оптическая пирометрия. Энергия и импульс световых квантов. Фотоэффект. Виды фотоэффекта. Законы внешнего фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна Эффект Комптона. Давление света. Двойственная корпускулярно-волновая природа света
4.2.44 4.2.45 4.2.46 4.2.47 4.2.48	Раздел 6. Атомная и ядерная физика	Тема 17. ЭЛЕМЕНТЫ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ Гипотеза де–Бройля. Волны де–Бройля. Дифракция электронов и атомов. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Статистическое толкование волн де–Бройля Уравнения Шредингера – временное и стационарное. Движение свободной частицы. Частица в одномерной потенциальной яме. Квантование энергии и импульса частицы. Туннельный эффект Теория атома водорода по Бору. Квантование электронных орбит и энергии. Объяснение закономерностей в атомных спектрах. Недостатки теории Бора Атом водорода в квантовой механике. Квантование энергии, импульса, момента импульса электрона в атоме водорода. Квантовые числа. Принцип Паули. Правила заполнения электронных орбит Понятие об энергетических уровнях молекул. Спонтанное и вынужденное излучение. Лазеры
4.2.49 4.2.50		Тема 18. ЭЛЕМЕНТЫ КВАНТОВОЙ СТАТИСТИКИ И ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА Понятие о квантовой статистике Бозе – Эйнштейна и Ферми – Дирака. Теплоемкость твердых тел. Распределение электронов проводимости в металле по энергиям. Энергия Ферми. Сверхпроводимость Энергетические зоны в кристаллах. Распределение электронов по энергетическим уровням. Валентная зона и зона проводимости. Металлы, диэлектрики и полупроводники. Собственная проводимость полупроводников. Квазичастицы — электроны проводимости и дырки. Эффективная масса. Примесная проводимость полупроводников. Электронный и дырочный полупроводники
4.2.51 4.2.52		Тема 19. АТОМНОЕ ЯДРО Строение атомных ядер. Модели ядра: газовая, капельная, оболочечная. Ядерные силы. Энергия связи ядра. Дефект массы. Естественная радиоактивность. Закон радиоактивного распада. Типы радиоактивного распада Ядерные реакции. Цепные реакции. Ядерный реактор. Термоядерный синтез. Ядерный реактор

5. Лабораторные работы