Рабочая программа учебной дисциплины Физика по направлению подготовки дипломированного специалиста 200501 Метрология и метрологическое обеспечение, квалификация – 65 (инженер) (стр. 1 )

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Сибирская государственная геодезическая академия»

(ФГБОУ ВПО «СГГА»)

Кафедра физики

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе

_______________

« ____ » ____________ 20 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

ФИЗИКА

по направлению подготовки дипломированного специалиста

200501 МЕТРОЛОГИЯ И МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

квалификация – 65 (инженер)

Новосибирск

2011

1  ТРЕБОВАНИЯ К УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ

1.1  Требования к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы по направлению подготовки дипломированного специалиста

Выписка из Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 200501 Метрология и метрологическое обеспечение (квалификация - инженер)

… В результате изучения учебной дисциплины обучающийся должен знать:

… физические основы механики; колебания и волны; молекулярная физика и термодинамика; электричество и магнетизм; оптика; атомная и ядерная физика; физический практикум …».

1.2  Общая характеристика направления подготовки дипломированного специалиста

Квалификация выпускника - инженер.

Нормативный срок освоения основной образовательной программы подготовки инженера по направлению подготовки дипломированного специалиста 200501 Метрология и метрологическое обеспечение при очной форме обучения - 5 лет.

2  ОСОБЕННОСТИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Курс входит в число дисциплин базовой части математического и естественнонаучного цикла.

2.1  Требования к начальной подготовке, необходимые для успешного освоения дисциплины:

Для успешного изучения дисциплины студенту необходимо знать:

- школьный курс физики;

- школьный курс информатики;

- курс высшей математики (дифференциальное и интегральное исчисление, векторную алгебру, основы аналитической геометрии, основы векторного анализа, основы теории дифференциальных уравнений).

2.2  Обеспечение последующих дисциплин образовательной программы (перечень дисциплин, следующих за данной дисциплиной).

Перечень дисциплин, при изучении которых используется знание курса физики:

- физические основы получения информации;

- физическая оптика;

- теоретическая механика;

- электротехника и электроника;

- электроника и микропроцессорная техника;

- основы оптики;

- прикладная оптика;

- основы теплотехники;

- лазерная техника;

- физико-химические измерения;

- теоретические основы спектральных приборов;

- сопротивление материалов.

2.3  Области применения полученных знаний и умений (перечень областей).

Студент, освоивший курс физики, может применять свои знания и умения:

- при объяснении наблюдаемых физических явлений;

- при выполнении экспериментальных измерений, анализе данных и объяснении полученных результатов;

- при дальнейшем углубленном изучении дисциплин, основанных на соответствующих разделах физики;

2.4  Итоговый контроль (зачет, экзамен и форма их проведения)

Оценка знаний и умений студентов проводится с помощью:

- письменного экзамена,

- коллоквиумов;

- контрольных работ;

- проверки умения решать типовые индивидуальные задания;

- защиты лабораторных работ;

- компьютерного тестирования.

2.5  Современные информационные технологии, используемые при чтении дисциплины (современные программные среды как средство выполнения расчетов, анализа, принятия решения и т. п.)

При подготовке и проведении лекционных занятий используются:

- электронная библиотека курсов физики;

- комплекты слайдов для мультимедийного проектора.

При проведении лабораторных занятий:

- компьютерные программы выполнения лабораторных работ;

- компьютерное тестирование при проведении коллоквиумов.

2.6  Выделение современного, нового, проблемного материала

Современные проблемы и новые открытия в физике обсуждаются на студенческих научно-технических конференциях, студенческих научных семинарах, организуемых в конце изучения дисциплины;

3  ЦЕЛИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Студент будет иметь представление:

- о физической картине окружающего мира;

- об основных фиэических моделях, используемых для описания физических явлений;

- о фундаментальных физических открытиях и основных физических экспериментах;

- о методах и способах теоретического и экспериментального исследования и решения физических проблем и задач;

- об основных современных проблемах физики.

Студент будет знать:

- величины, характеризующие физические явления;

- физические законы и закономерности, объясняющие физические явления;

- методы и способы решения типовых физических задач.

Студент будет уметь:

- выделять наиболее важные черты в наблюдаемом физическом явлении и выдвигать гипотезы, объясняющие это явление на основе физических законов;

- применять физические законы и решать типовые практические задачи по всем разделам физики;

- самостоятельно выполнять измерения на лабораторном оборудовании физического практикума, систематизировать и анализировать данные, объяснять полученные результаты, основываясь на физических законах;

- подготавливать рефераты, отчеты, доклады с использованием современных информационных технологий, текстовых и графических компьютерных редакторов.

Задачи воспитательной работы в процессе преподавания дисциплины

В процессе проведения всех видов учебных занятий и руководства самостоятельной работой студентов уделяется внимание воспитательной работе, первостепенными задачами которой являются:

- формирование целостных ориентиров в сфере профессиональной деятельности; интерес к дальнейшему изучению специальных дисциплин;

- содействие формированию общих компетенций: планомерный подход к выполнению работы, умение работать в коллективе, ответственное отношение к делу; умение обосновывать принятые решения и доказывать их эффективность;

- поддержка стремления к изучению дисциплины на продвинутом уровне, стремление к самосовершенствованию;

- содействие сохранению и приумножению нравственных, культурных и научных ценностей общества, повышению общего уровня культуры студентов.

4 ОБЪЕМ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ

Вид занятий	Количество часов
Всего	Семестр
2	3	4
Аудиторная нагрузка, в т. ч.	243	102	90	51
Лекции	121	51	36	34
Лабораторные занятия	70	17	36	17
Практические занятия	52	34	18
Консультации
Самостоятельная работа, в т. ч.	182	98	72	12
Индивидуальные задания	82	48	30	4
Коллоквиумы	64	30	20	4
Лабораторные работы	36	20	22	4
Тестирование
Написание рефератов
Проверка остаточных знаний
Экзамен	108	36	36	36
Прочее
Итого:	533

5 СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

5.1  Лекционные занятия

Номер лекции	Темы лекционных занятий	Часы
	Первый семестр изучения курса (семестр 2 по учебному плану)
	Механика (кинематика)
1	Механика. Разделы механики. Материальная точка. Абсолютно твердое тело. Система отсчета. Инерциальная система отсчета. Траектория, пройденный путь, перемещение. Радиус-вектор, скорость, ускорение материальной точки. Тангенциальное и нормальное (центростремительное) ускорения.	2
2	Угол поворота, угловая скорость, угловое ускорение. Связь линейных и угловых величин. Равномерное, равноускоренное и ускоренное поступательное и вращательное движения. Примеры (движение тела в поле тяжести).	2
	Механика (динамика, статика)
3	Масса, центр масс твердого тела. Центр масс системы твердых тел. Скорость центра масс замкнутой системы. Момент инерции. Момент инерции материальной точки и твердого тела. Теорема Штейнера. Моменты инерции обруча, диска, стержня, шара.	2
4	Сила, момент сил. Плечо момента силы. Принцип суперпозиции сил и моментов сил. Первый закон Ньютона. Статика тел (примеры).	2
5,6	Импульс тела. Момент импульса тела. Импульс и момент импульса системы тел. Второй закон Ньютона. Основной закон динамики (для постоянной и переменной массы (моментов инерций)). Третий закон Ньютона. (Примеры).	4
7	Изолированное тело. Внутренние и внешние силы. Замкнутая (изолированная) система тел. Закон сохранения импульса. Закон сохранения момента импульса. Работа и мощность при постоянной и переменной силе и моменте сил. Консервативные и неконсервативные силы. Примеры консервативных и неконсервативных сил.	2
8	Механическая энергия. Кинетическая энергия. Потенциальная энергия (примеры). Закон сохранения механической энергии. Теорема о кинетической энергии. Типы ударов (абсолютно упругий, неупругий, абсолютно неупругий удары). Применимость законов Ньютона и законов сохранения.	2
9,10	Принцип относительности Галилея, преобразования Галилея. Принципы специальной теории относительности. Преобразования Лоренца и следствия из них. Релятивистские динамические величины.	4
11,12	Основные модели механики жидкостей и газов. Статика идеальной жидкости. Динамика идеальной жидкости. Уравнение непрерывности. Уравнение Бернулли.	4
	Электричество
13	Электрический заряд. Два рода электрических зарядов. Электрически замкнутая система. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона. Электрическое поле. Электростатическое поле. Напряженность электрического поля. Напряженность точечного заряда. Принцип суперпозиции электрического поля. Потенциал электрического поля. Потенциал точечного заряда. Связь потенциала и напряженности. Работа электрического поля.	2
14,15	Графическое изображение электростатического поля: силовые линии, эквипотенциальные поверхности (примеры графического изображение электростатического поля проводника). Поток вектора напряженности электростатического поля. Теорема Гаусса. Применение теоремы Гаусса. Проводник в электростатическом поле. Электростатическая индукция в проводниках. Электроемкость проводника.	4
16	Конденсатор, его электроемкость и энергия. Свободные и связанные заряды. Электрический диполь. Диполь в неоднородном электрическом поле. Поляризация диэлектрика. Полярный, неполярный и ионный диэлектрики. Вектор поляризации диэлектрика. Результирующее поле в диэлектрике. Диэлектрическая проницаемость.	2
117,18	Электрический ток. Сила тока. Плотность тока. Носители электрического тока в проводниках, электролитах и полупроводниках. Сопротивление, удельное сопротивление. Параллельное и последовательное соединения проводников. Зависимость сопротивления проводника и полупроводника от температуры (графики). Сторонние силы. Электродвижущая сила. Коэффициент полезного действия источника тока. Ток короткого замыкания.	4
19	Закон Ома в дифференциальной и интегральной формах. Закон Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной формах. Электрическая цепь. Разветвленная электрическая цепь. Законы Кирхгофа. Примеры расчета.	2
	Магнетизм
20	Магнитное поле. Примеры проявления магнитного поля (компас). Воздействие магнитного поля на проводник с током. Момент сил, вращающий рамку с током в магнитном поле. Магнитный момент рамки с током. Вектор индукции и напряженности магнитного поля. Графическое представление магнитного поля. Принцип суперпозиции магнитного поля. Закон Био-Савара-Лапласа. Магнитное поле прямого и кругового тока. Магнитное поле движущегося заряда.	2
21,22	Сила Лоренса. Движение заряженной частицы в однородном магнитном поле. Эффект Холла. Контур с током в неоднородном магнитном поле. Взаимодействие контуров с током. Циркуляция вектора индукции магнитного поля. Теорема о циркуляции магнитного поля. Примеры применения теоремы о циркуляции. Поток вектора индукции магнитного поля. Потокосцепление магнитного поля. Теорема Гаусса.	4
23,24	Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея. Правило Ленца. Явление самоиндукции. ЭДС самоиндукции. Индуктивность (примеры). Взаимная индукция, коэффициент взаимной индукции. Трансформатор.	4
25,26	Энергия магнитного поля. Объемная плотность энергии магнитного поля. Диамагнетики, парамагнетики, их поведение в магнитном поле. Вектор намагниченности. Магнитная восприимчивость. Магнитная проницаемость. Ферромагнетики. Зависимость вектора намагниченности от напряженности внешнего магнитного поля (явление гистерезиса). Температура Кюри.	3
	Итого:	51
	Второй семестр изучения курса (семестр 3 по учебному плану)
	Колебания и волны
1	Классификация колебаний. Величины, характеризующие гармонические незатухающие собственные колебания. Вывод дифференциального уравнения колебаний и его решение на примере одного из физических моделей колебаний: пружинный, математический, физический маятники или электрический контур.	2
2	Формулы скорости, ускорения, возвращающей силы маятников. Полная энергия, кинетическая и потенциальная энергии маятников. Формулы колебаний электрического заряда, силы тока и напряжения в электрическом контуре. Энергия электрического и магнитного поля в контуре.	2
3	Векторное и графическое представление колебаний. Сложение двух колебаний с одинаковыми частотами, совершаемых вдоль одной линии. Сложение двух колебаний с близкими частотами, совершаемых вдоль одной линии. Биения. Сложение взаимно-перпендикулярных колебаний с одинаковыми частотами.	2
4	Затухающие колебания. Вывод дифференциального уравнения и его решения на примере одного из моделей. Формула частоты. Апериодическое затухание. Коэффициент затухания, логарифмический декремент затухания, время релаксации. Добротность. Векторное и графическое представление затухающих колебаний.	2
5	Вынужденные колебания. Дифференциальное уравнение и его решение. Амплитуда, частота, начальная фаза. Резонанс. График зависимости амплитуды вынужденных колебаний от частоты внешней силы. Резонансная частота, резонансная амплитуда.	2
6	Классификация волн. Механическая волна. Продольная и поперечная волны. Формулы скорости продольных и поперечных волн. Длина волны, волновой вектор, фронт волны. Амплитуда и фаза волны. Уравнение бегущей плоской волны и бегущей сферической волны. Фазовая скорость волны, групповая скорость волны. Волновое уравнение плоской и сферической волн.	2
7	Когерентные механические волны. Интерференция и интерференционная картина механических волн. Стоячая волна. Вывод уравнения стоячей волны. Формулы положений пучностей и узлов. Энергия и плотность энергии механической волны. Поток и плотность потока энергии. Вектор Умова. Интенсивность механической волны.	2
8	Уравнения Максвелла. Электромагнитная волна. Вывод волнового уравнения плоской электромагнитной волны. Плотность энергии, вектор Пойтинга и интенсивность электромагнитной волны. Излучение электромагнитной волны диполем.	2
	Оптика
9	Световая волна (свет). Диапазон световых волн. Корпускулярное, волновое и квантовое представление о свете. Луч света. Показатель преломления среды. Прямолинейность распространения и скорость света в среде. Независимость световых лучей. Законы отражения и преломления света. Полное внутреннее отражение. Геометрическая длина пути и оптическая длина пути.	2
10	Линза. Собирающие и рассеивающие линзы. Фокус, фокусное расстояние и фокальная плоскость линзы. Оптическая сила. Формула тонкой линзы. Увеличение тонкой линзы. Построение изображений в линзе.	2
11	Монохроматическая волна. Когерентные волны. Интерференция и интерференционная картина. Оптическая разность хода и ее связь с разностью фаз волн. Условия максимума и минимума интерференционной картины. Интенсивность и видность интерференционной картины. Интерференция двух волн в опыте Юнга. Положение светлых и темных полос. Опыты Френеля с зеркалами, бипризмами. Опыт Ллойда.	2
12	Интерференция волн в опыте Ньютона. Условия максимума и минимума колец Ньютона. Интерференция света в плоскопараллельных пленках и пластинках. Полосы равного наклона. Интерференция света на клине. Полосы равной толщины. Многолучевая интерференция. Примеры применения интерференции: а) интерферометры, б) контроль плоских и сферических поверхностей, в) просветление оптических деталей.	2
13	Дифракция и дифракционная картина. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Объяснение прямолинейности распространения света. Дифракция Френеля на круглом отверстии и круглом диске. Условия максимума и минимума.	2
14	Дифракция Френеля и Фраунгофера на щели. Интенсивность, максимумы и минимумы дифракционной картины. Дифракция Фраунгофера на пропускающей и отражательной дифракционной решетке. Интенсивность, условия главных максимумов и локальных минимумов дифракционной картины.	2
15	Дисперсия и разрешение дифракционной решетки. Применение дифракционной решетки в спектральных приборах. Дифракция на объемной решетке. Условие Вульфа-Брэгга. Селективность объемной решетки.	2
16	Естественный и поляризованный свет. Поляризация света. Виды поляризованного света. Поляризация света при отражении и преломлении. Закон Брюстера. Поляризатор, анализатор. Закон Малюса. Двойное лучепреломление. Обыкновенная и необыкновенная волны. Интерференция поляризованных волн. Искусственное двойное лучепреломление. Метод фотоупругости.	2
17	Опыт Керра. Вращение плоскости поляризации. Сахариметр. Нормальная и аномальная дисперсия света. Поглощение света. Закон Бугера. Рассеяние света. Закон Рэлея.	2
18	Голография. Классификация голограмм. Формулы тонкого и объемного голограммного оптического элемента. Методы изготовления голограммных оптических элементов. Расчет схем записи объемного голограммного оптического элемента. Применение голографии.	2
	Итого:	36
	Третий семестр изучения курса (семестр 4 по учебному плану)
	Термодинамика и основы молекулярной физики
1	Основные положения молекулярно-кинетической теории. Основные термодинамические величины. Моль газа. Парциальное давление. Закон Дальтона. Идеальный газ.	2
2	Вывод основного уравнения молекулярно-кинетической теории. Температура. Связь энергии молекулы и температуры. Уравнение состояния идеального газа. Изотермический, изохорический, изобарический процессы. Адиабатический и политропический процессы.	2
3	Распределение Максвелла и вероятность обнаружения молекул с заданными скоростями. Распределение Больцмана и вероятность обнаружения молекул с заданными энергиями. Распределение концентрации (плотности) и давления газа по высоте в поле тяжести.	2
4	Работа идеального газа. Работа при изобарическом, изохорическом, изотермическом, адиабатическом и политропическом процессах. Степени свободы молекул. Закон распределения энергии молекул по степеням свободы.	2
5	Внутренняя энергия одноатомного и многоатомного идеального газа. Теплоемкость. Удельная и молярная теплоемкости. Формула Майера. Первое начало термодинамики.	2
6	Обратимые и необратимые круговые процессы. Энтропия. Второе начало термодинамики. Теорема Нернста. Тепловая машина Карно. Цикл Карно и его к. п.д.	2
7	Уравнение реального газа Ван-дер-Ваальса. Изотермы Ван-дер-Ваальса. Фазовые превращения вещества.	2
8	Длина свободного пробега молекулы. Диффузия. Теплопроводность. Внутреннее трение.	2
	Атомная и ядерная физика
9	Равновесное тепловое излучение. Характеристики теплового излучения. Спектр теплового излучения. Спектр поглощения тел. Закон Кирхгофа. Абсолютно черное тело. Проблемы абсолютно черного тела. Серое тело.	2
10	Гипотеза Планка. Формула Планка (график). Закон смещения Вина. Закон Стефана-Больцмана. Оптическая пирометрия.	2
11	Внешний и внутренний фотоэффект. Законы Столетова. Трудности объяснения фотоэффекта. Фотон. Энергия фотона. Формула Энштейна. Работа выхода. «Красная» граница фотоэффекта. Задерживающее напряжение. Фотоприемники.	2
12	Атом. Модели атомов. Опыт Резерфорда. Планетарная модель атома водорода. Недостатки планетарной модели атома. Состояния атома. Постулаты Бора. Следствия из постулатов Бора (отбор радиусов орбит, скорости и энергии электрона). Спектр излучения водорода. Серия Лаймана, Бальмера, Пашена и Брэкета.	2
13	Волновые и корпускулярные свойства фотона и частиц. Гипотеза де-Бройля. Корпускулярно-волновой дуализм. Волновая функция, ее физический смысл. Соотношение неопределенности Гейзенберга.	2
14	Временное уравнение Шредингера. Решение уравнения Шредингера для свободной частицы. Стационарное уравнение Шредингера. Частица в бесконечной потенциальной «яме». Уровни энергии и соответствующие им волновые функции.	2
15	Атом водорода. Квантовые числа. Квантовые состояния. Принцип Паули. Распределение электронов в атоме. Периодическая таблица Менделеева.	2
16	Зонная теория металлов, полупроводников и диэлектриков. Распределение Ферми-Дирака. Собственная, донорная и примесная проводимости полупроводников. Полупроводниковый диод, транзистор.	2
17	Ядро атома. Ядерные силы. Дефект массы и энергия связи ядра. Ядерные реакции. Естественная и искусственная радиоактивность. Закон радиоактивного распада. Период полураспада.	2
	Итого:	34

5.2  Лабораторные занятия