Технологический институт СГТУ
Кафедра технической физики
“Утверждена” МКС МХП “____”___________1999 г. Протокол № ____________ Председатель ___________ |
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
по дисциплине Физика
для специальности 17.05.00 Машины и аппараты химических производств и предприятий строительных материалов
по направлению 55.18.00 Технологические машины и оборудование
факультет механико-машиностроительный
курс 1,2 | Семестры 2,3,4 |
Виды учебных занятий и объем в часах | Отчетность |
Лекции 68 | Модули 2 , 3 3 , 3 , 4 , 3 (семестр, кол-во) |
Лаборат. занятия 102 | |
Практич. занятия 34 | Зачет 3 |
Самост. работа 196 | Экзамен 2,4 |
Всего 400 |
г. Энгельс, 1999 г.
I. Цели и задачи дисциплины “ФИзика”, ее место в учебном процессе.
1.1 Цель преподавания дисциплины.
Физика составляет универсальную фундаментальную базу науки и техники.
Целью преподавания физики для студентов специальности МХП является изложение физики как единой науки, опирающейся на небольшое количество фундаментальных законов, обобщающих огромное множество опытных фактов и позволяющих эффективно использовать их в конкретных инженерных дисциплинах.
1.2 Задачи преподавания дисциплины.
Задачи преподавания дисциплины формируются на основе требований квалифицированной характеристики инженера-технолога указанных специальностей, в соответствии с которыми студент должен знать:
I) Основные физические законы и их материалистические толкования.
2) Основные принципы и схемы проведения физических измерений.
1.3 Структурно - логическая связь с другими дисциплинами.
Поскольку физика изучает простейшие, наиболее общие виды движения материи, то она является общенаучной основой изучения как общеинженерных дисциплин (теоретическая механика, электротехника, электроника и др.), так и специальных курсов (теплофизика технологических процессов, электрофизические методы обработки и т. д.).
Перечень дисциплин с указанием разделов, усвоение, которых студентами необходимо для изучения физики.
I. Математика.
A. Основы аналитической геометрии на плоскости и в пространстве.
B. Основы дифференциального и интегрального исчисления.
C. Дифференциальные уравнения первого и второго порядков.
D. Элементы теории вероятности и математической статистики.
2.СОДЕРЖАНИЕ Программы.
Введение
Предмет физики и связь физики со смежными науками. Методы исследования физических явлений. Развитие и взаимное влияние физики и техники. Новейшие достижения физики.
1.Физические основы механики.
Кинематика материальной точки
Система отсчета. Способы задания движения. Равномерное и равнопеременное движение. Скорость и ускорение в данный момент времени. Скорость и ускорение при криволинейном движении. Нормальное и тангенциальное ускорение. Вращательное движение точки.
Динамика материальной точки.
Сила и масса. Законы Ньютона. Закон сохранения импульса. Реактивное движение. Работа Постоянной и переменной силы. Энергия. Кинетическая энергия. Потенциальное поле сил и потенциальная энергия. Закон сохранения энергии в механике. Упругий и неупругий удары. Условия равновесия.
Динамика твердого тела.
Поступательное и вращательное движение тела. Момент силы. Кинетическая энергия вращающегося тела. Момент инерции. Основной закон динамики вращательного движения. Закон сохранения момента импульса. Гироскоп.
. Механика сплошных сред
Деформация растяжения и сдвига. Деформация твердого тела. Закон Гука. Энергия упругой деформации. Установившееся течение жидкости. Уравнение Бернулли. Силы внутреннего трения в жидкости.
Элементы специальной теории относительности.
Механический принцип относительности. Преобразования Галилея. Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца и следствия из них. Взаимосвязь массы и энергии.
2.Колебания и волны.
Механические колебания.
Гармоническое колебательное движение и его основные характеристики. Векторная диаграмма. Собственные незатухающие и затухающие колебания. Маятники. Вынужденные колебания. Явление резонанса. Сложение колебаний одинаковой частоты и одного направления. Биения. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний. Фигуры Лиссажу.
Волновое движение.
Волны в упругой среде. Продольные и поперечные волны. Уравнение бегущей волны (плоской и сферической). Волновые поверхности. Энергия, переносимая волной. Интерференция волн. Стоячие волны. Акустические волны. Ультразвук и его применение.
3. Термодинамика и молекулярная физика.
Основы термодинамики.
Термодинамические системы, параметры и процессы. Уравнение состояния идеального газа. Внутренняя энергия, теплота, работа. Понятие о газовых теплоемкостях. Первое начало термодинамики и его применение к изопроцессам. Работа при изопроцессах. Адиабатические процессы. Круговые процессы. Цикл Карно. Второе начало термодинамики. Понятие об энтропии. Теория Нернста. Статистический смысл второго начала термодинамики.
Основы молекулярно-кинетической теории.
Основные положения молекулярно-кинетической теории. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории и следствие из него. Закон распределения молекул по скоростям Максвелла. Барометрическая формула. Распределение Больцмана. Число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул. Распределение энергии по степеням свободы. Внутренняя энергия идеального газа. Теория теплоемкостей идеального газа. Явления переноса и молекулярно-кинетическая теория этих явлений.
Реальные газы.
Силы и потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Экспериментальные изотермы реального газа. Эффект Джоуля-Томсона. Сжижение газов.
Строение твердых тел.
Твердые тела. Структура твердых тел. Тепловое движение в кристаллах. Тепловое расширение твердых тел. Теплоёмкость твердых тел. Закон Дюлонга и Пти. Квантовая теория теплоёмкости.
Строение жидкостей.
Жидкое состояние. Общая характеристика жидкого состояния. Поверхностное натяжение. Давление под изогнутой поверхностью. Явления на границе жидкости и твердого тела. Капиллярные явления.
Фазы и фазовые переходы.
Основные понятия. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Диаграмма состояния. Тройная точка.
4. Электростатика.
Электростатическое поле.
Основные положения электростатики. Закон Кулона. Электростатическое поле. Принцип суперпозиций. Поле диполя. Поток напряженности. Теорема Остроградского-Гаусса и ее применение к расчету полей. Работа по переносу заряда в электростатическом поле. Потенциал и разность потенциалов. Связь между напряженностью поля и потенциалом.
Диэлектрики в электростатическом поле.
Полярные и неполярные диэлектрики. Поляризация диэлектриков. Вектор электрической индукции. Сегнетоэлектрики и пьезоэлектрики.
Проводники в электростатическом поле.
Равновесие электричества в проводниках. Проводники во внешнем электростатическом поле. Электроемкость. Емкость плоского и цилиндрического конденсаторов. Энергия заряженных проводников и электрического поля.
5. Электрический ток.
Законы электрического тока.
Сила тока и плотность тока. Законы Ома для участка цепи и для замкнутой цепи. Работа, мощность и тепловое действие тока. Мощность и к. п.д. источника э. д.с. Правила Кирхгофа и их применение.
Классическая электронная теория электропроводности металлов.
Основные положения классической электронной теории металлов. Законы Ома, Джоуля-Ленца и Видемана-Франца в классической электронной теории металлов. Недостатки классической электронной теории металлов.
Электрический ток в жидкостях и газах.
Электролитическая диссоциация. Электролиз. Законы Фарадея для электролиза. Теория электролитической проводимости. Технические применения электролиза. Электрический ток в газах. Ионизация и рекомбинация. Несамостоятельный и самостоятельный разряд. Плазма.
6. Электромагнитные явления.
Магнитное поле.
Магнитное поле и его характеристики. Закон Био-Савара-Лапласа. Магнитное поле прямого и кругового токов. Циркуляция вектора Н, закон полного тока. Магнитное поле соленоида. Действие магнитного поля на ток. Закон Ампера. Сила Лоренца. Контур с током в магнитном поле. Магнитные моменты атомов и молекул. Вектор намагничивания. Диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики.
Электромагнитная индукция.
Закон Фарадея для электромагнитной индукции. Применение явления электромагнитной индукции. Самоиндукция. Коэффициент самоиндукции соленоида. Явление взаимной индукции. Энергия магнитного поля. Ток смещения. Уравнение Максвелла. Электромагнитное поле.
Электромагнитные колебания и волны.
Апериодический и периодический разряд конденсатора. Собственные колебания в колебательном контуре R, L, C. Вынужденные электрические колебания, резонанс. Электромагнитные волны. Вектор Умова-Пойтинга. Школа электромагнитных волн.
7. Волновая оптика.
Введение в оптику.
Развитие представлений о природе света. Основные фотометрические величины и единицы. Законы геометрической оптики по волновой теории.
Взаимодействие электромагнитного светового излучения с веществом.
Поглощение света. Закон Ламберта-Бугера. Спектры поглощения. Дисперсия света. Нормальная и аномальная дисперсии.
Интерференция света.
Условие максимума и минимума при интерференции световых волн. Пространственная и временная когерентность в оптике. Интерференция от двух щелей. Интерференция света в тонких пленках. Применение интерференции.
Дифракция света.
Основные понятия. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция в расходящихся лучах. Зоны Френеля. Дифракционная решетка. Голография.
Поляризация света.
Естественный и поляризованный свет. Методы получения поляризованного света. Оптическая активность. Применение поляризованного излучения.
8. Квантовая оптика.
Тепловое излучение.
Основные понятия определения. Закон Кирхгофа. Законы Стефана-Больцмана и Вина. "Ультрафиолетовая катастрофа" в физике. Квантовая гипотеза Планка. Формула Планка. Применение теплового излучения.
Квантовые оптические явления.
Фотоны, их свойства и параметры. Внешний фотоэффект и его законы. Теория фотоэффекта Эйнштейна. Давление света по квантовой теории. Единство корпускулярных и волновых свойств света.
9. Атомная физика.
Теория атома по Бору.
Спектр атома водорода. Развитие представлений о строении атомов. Планетарная модель атома Резерфорда. Постулаты Бора. Теория Бора для водородоподобных атомов и ее недостатки.
Элементы квантовой механики.
Волновые свойства частиц. Соотношения неопределенностей Гейзенберга. Волновая функция и ее физический смысл. Уравнение Шредингера. Частица в бесконечно глубокой одномерной потенциальной яме. Линейный гармонический осциллятор.
Атом и атомные спектры.
Атом водорода в квантовой механике. Спин электрона. Принцип Паули. Многоэлектронные атомы. Электронные слои и оболочка. Таблица Менделеева. Рентгеновское излучение. Рентгеноструктурный анализ. Спонтанное и вынужденное излучения. Оптические квантовые генераторы. Атомные и молекулярные спектры.
Атомное ядро.
Строение атомного ядра. Энергия связи и дефект массы ядра. Ядерные силы.
Радиоактивность.
Методы регистрации радиоактивного излучения. Правила смещения при радиоактивном распаде. Основной закон радиоактивного распада. Радиоактивные семейства.
Ядерные реакции.
Основные типы ядерных реакций. Получение и использование искусственных радиоактивных изотопов. Деление ядер. Термоядерные реакции.
Элементарные частицы.
Элементарные частицы и их общие свойства, классификация элементарных частиц. Частицы и античастицы.
Зонная теория строения вещества.
Основы квантовой теории вещества. Зонная теория строения вещества: проводники, полупроводники, изоляторы. Распределение Ферми, уровень Ферми. Объяснение основных противоречий классической теории на основе квантовой модели. Полупроводники. Собственная и примесная проводимость полупроводников, Полупроводниковый диод и триод. Электрические явления на границе металла. Работа выхода. Термоэлектронная эмиссия. Термоэлектрические явления : эффект Зеебека, явления Пельтье и Томсона.
3.Организационно-методические указания.
Изучение физики проводиться в виде чтения лекций, проведения лабораторных занятий. Отчетность в виде предварительного отчета при проведении лабораторных работ, проведения рубежного контроля и экзаменов. В предварительном отчете при проведении лабораторных работ и в рубежном контроле используется контролирующие программы на компьютере.
4.Распредление учебного времени по разделам, темам и видам учебных занятий, формам обучения,
№ раздела, темы | Наименование раздела, темы | Формы обучения | Лекции( час ) | Лабораторные занятия | Практические занятия | Курсовой проект | Самостоят. работа студ | Всего часов | Отчетность | |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
семестр 2 | ||||||||||
1 | 1 | Физические основы механики | Д/о | 14 | 18 | - | - | 28 | 60 | |
2 | 2 | Колебания и волны. | Д/о | 8 | 8 | - | - | 14 | 30 | |
3 | 3 | Термодинамика и мол. физика | Д/о | 12 | 8 | - | - | 14 | 34 | |
Итого : | 34 | 34 | 56 | 124 | ||||||
семестр 3 | ||||||||||
4 | 4 | Электростатика | Д/о | 5 | 18 | 6 | - | 30 | 59 | |
5 | 5 | Электрический ток | Д/о | 6 | 8 | 6 | - | 20 | 40 | |
6 | 6 | Электромагнитные явления | Д/о | 6 | 8 | 5 | - | 20 | 39 | |
Итого : | 17 | 34 | 17 | 70 | 138 | |||||
семестр 4 | ||||||||||
7 | 7 | Волновая оптика | Д/о | 8 | 18 | 6 | - | 30 | 62 | |
8 | 8 | Квантовая оптика | Д/о | 4 | 12 | 6 | - | 20 | 42 | |
9 | 9 | Атомная физика | Д/о | 5 | 4 | 5 | - | 20 | 34 | |
Итого : | 17 | 34 | 17 | - | 70 | 138 | ||||
Всего : | 68 | 102 | 34 | - | 196 | 400 | ||||
5. Содержание учебных занятий и СРС
5.1 Содержание учебных занятий
СРС | ||||||||||
? мо- дуля | ?? темы заня-тия | вид заня-тия | к-во часов | тема и вопросы, изучаемые на занятии | литер | нагл. Посо- бия ТСО | к-во часов | вопросы для сам изучения | литер | форма контроля |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
Семестр 2 | ||||||||||
1 | 1/1 | ЛЗ | 2 | Вводное занятие | ||||||
1 | 1/2-3 | ЛЗ | 4 | Измерения и их погрешности | 1,2 | 6 | Подготовка к работе | 3 | отчёт | |
1 | 1/4-5 | ЛЗ | 4 | Определение коэффициента трения | 1,2 | компьют | 6 | Подготовка к работе | 4 | отчёт |
1 | 1/6-7 | ЛЗ | 4 | Определение модуля Юнга. | 1,2 | компьют | 6 | Подготовка к работе | 4 | отчёт |
1 | 1/8-9 | ЛЗ | 4 | Определение момента инерции маятника Обербека | 1,2 | компьют | 6 | Подготовка к работе | 6 | отчёт |
2 | 2/1-2 | ЛЗ | 4 | Определение ускорения свободного падения при помощи физического маятника | 1,2 | компьют | 6 | Подготовка к работе | 5 | отчёт |
2 | 2/3-4 | ЛЗ | 4 | Определение скорости звука в воздухе | 1,2 | компьют | 6 | Подготовка к работе | 5 | отчёт |
3 | 3/1-2 | ЛЗ | 4 | Определение динамической вязкости методом Стокса | 1,2 | компьют | 6 | Подготовка к работе | 7 | отчёт |
3 | 3/3-4 | ЛЗ | 4 | Определение показателя адиабаты | 1,2 | компьют | 6 | Подготовка к работе | 8 | отчёт |
Семестр 3 | ||||||||||
4 | 4/1 | ЛЗ | 2 | Вводное занятие | ||||||
4 | 4/2-3 | ЛЗ | 4 | Проверка и увеличение пределов измерения электроизмери- тельных приборов. | 1,2 | компьют | 6 | Подготовка к работе | 9 | отчёт |
4 | 4/4-5 | ЛЗ | 4 | Исследование электростатического поля | 1,2 | компьют | 6 | Подготовка к работе | 10 | отчёт |
4 | 4/6-7 | ЛЗ | 4 | Определение электроемкости конденсатора. | 1,2 | компьют | 6 | Подготовка к работе | 10 | отчёт |
5 | 5/1-2 | ЛЗ | 4 | Измерение электрических сопротивлений резисторов | 1,2 | компьют | 6 | Подготовка к работе | 13 | отчёт |
5 | 5/3-4 | ЛЗ | 4 | Определение числа Фарадея и заряда электрона | компьют | 6 | Подготовка к работе | 16 | отчёт | |
6 | 6/1-2 | ЛЗ | 4 | Снятие петли гистерезиса с помощью осциллографа | компьют | 6 | Подготовка к работе | 14 | отчёт | |
6 | 6.3-4 | ЛЗ | 4 | Измерение индуктивности катушки | компьют | 6 | Подготовка к работе | 14 | отчёт | |
Семестр 4 | ||||||||||
7 | 7/1 | ЛЗ | 2 | Вводное занятие | ||||||
7 | 7/2-3 | ЛЗ | 4 | Изучение микроскопа | компьют | 6 | Подготовка к работе | 17 | отчёт | |
7 | 7/4-5 | ЛЗ | 4 | Определение длины световой волны с помощью интерференции | компьют | 6 | Подготовка к работе | 17 | отчёт | |
7 | 7/6-7 | ЛЗ | 4 | Определение длины световой волны с помощью дифракционной решетки. | Компьют | 6 | Подготовка к работе | 18 | отчёт | |
7 | 7/8-9 | ЛЗ | 4 | Изучение явления поляризации света. | Компьют | 6 | Подготовка к работе | 18 | отчёт | |
8 | 8/1-2 | ЛЗ | 4 | Проверка закона Столетова. | компьют | 6 | Подготовка к работе | 19 | отчёт | |
8 | 8/3-4 | ЛЗ | 4 | Определение постоянной Стефана-Больцмана с помощью оптического пирометра. | Компьют | 6 | Подготовка к работе | 19 | отчёт | |
8 | 8/5-6 | ЛЗ | 4 | Исследование фотопроводимости в полупроводниках | компьют | 6 | Подготовка к работе | 20 | отчёт | |
8 | 8/7-8 | ЛЗ | 4 | Фотогальванический эффект в полупроводниках. | Компьют | 6 | Подготовка к работе | 21 | отчёт | |
5.2 Содержание самостоятельной работы
? модуля | ?раздела (темы) | к-во часов | Раздел, тема, выносимые для СРС | Литер | форма контроля |
Семестр 2 | |||||
1 | 1 | 6 | Решение задач на вращательное движение | 1,2 | модуль |
2 | 2 | 6 | Решение задач на колебания и волны | 1,2 | модуль |
3 | 3 | 6 | Термодинамические процессы | 1,2 | модуль |
Семестр 3 | |||||
4 | 4 | 6 | Решение задач по электростатике | 1,2 | модуль |
5 | 5 | 6 | Применение правил Кирхгофа | 1,2 | модуль |
6 | 6 | 6 | Решение задач на магнетизм | 1,2 | модуль |
Семестр 4 | |||||
7 | 7 | 6 | Решение задач на геометрическую оптику | 1,2 | модуль |
8 | 8 | 6 | Решение задач на тепловое излучение | 1,2 | модуль |
9 | 9 | 4 | Решение задач на ядерные реакции | 1,2 | модуль |
5.3 Содержание спецкурсов
- отсутствуют.
6. Курсовая работа (проект ) -
отсутствует.
7. Литература
Трофимова физики. - М.:Высш. школа, 1990.
Савельев физики. Т.1,2,3. - М.:Наука, 1989.
Измерения и их погрешности. Руководство к лабораторным работам
Механика. Руководство к лабораторным работам 1,2,3,4.
Механика и механические колебания. Руководство к лабораторным работам 5,6,7.
Вращательное движение. Руководство к лабораторным работам
Молекулярная физика и термодинамика. Руководство к лабораторным работам 8,9,10,11.
Молекулярная физика и термодинамика. Руководство к лабораторным работам 12,13,14,15.
Электроизмерительные приборы. Руководство к лабораторным работам
Электростатика. Руководство к лабораторным работам
Исследование диэлектрических свойств титаната бария. Руководство к лабораторным работам
Постоянный ток. Руководство к лабораторным работам
Измерение электрических сопротивлений. Руководство к лабораторным работам
Магнетизм. Методические указания к проведению лабораторных работ 9,10,11.
Переменный ток. Методические указания к лабораторным работам 7,8.
Определение числа Фарадея и заряда электрона. Руководство к лабораторным работам
Оптика. Руководство к лабораторным работам 1,2,3. Руководство к лабораторным работам
Оптика. Руководство к лабораторным работам 4,5,6,7.
Оптика. Руководство к лабораторным работам 9,10,11,12.
Полупроводники. Руководство к лабораторным работам 1,2.
Полупроводники. Руководство к лабораторным работам 3,4.
8.Перечень наглядных пособий
- отсутствуют.
9.Использование вычислительной техники.
Вычислительная техника используется в учебном процессе
a) в физическом практикуме для контроля и оценки знаний при допуске студента к выполнению лабораторных работ;
b) в физическом практикуме для обработки экспериментальных результатов и оценки погрешностей измерений;
c) при проведении модулей для контроля и оценки знаний студента.
Рабочая программа составлена на основании “Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования”
-для специальности 17.05.00 Машины и аппараты химических производств и предприятий строительных материалов,
-по направлению 55.18.00 Технологические машины и оборудование
Рабочую программу составил
Доцент ______________
“_____”________________1999 г.
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры технической физики
“______”__________________1999 г.
Протокол №_____
Зав. кафедрой
проф._____________________
