МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Рабочая программа дисциплины
Физика
(с использованием модульной технологии обучения)
Направление подготовки 280700 Техносферная безопасность
Квалификация (степень) бакалавр
Форма обучения очная
Орел 2012 год
Составители: ст. преподаватель кафедры «Физика»_________
«__» __________2011г.
Рецензент: доцент кафедры «Физика», к. п.н., доцент_________
«__» __________2011г.
Программа разработана в соответствии с ФГОС ВПО по направлению 280700 «Техносферная безопасность» и примерной программы дисциплины «Физика», федерального компонента цикла общих математических и естественнонаучных дисциплин для ГОС 3-го поколения, утвержденной научно-методическим советом по физике.
Программа обсуждена на заседании кафедры протокол №_______________
Зав. кафедрой, , к. ф.-м. н., доцент ___________________
«__» __________20__г.
Программа принята учебно-методической комиссией факультета гуманитарных и естественнонаучных дисциплин протокол №__________________
Председатель учебно-методической комиссии факультета гуманитарных и естественнонаучных дисциплин _________________________
«__» __________20__г.
Оглавление
Введение | 5 |
1. Цели освоения дисциплины | 8 |
2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата | 10 |
3.Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины | 10 |
4. Объем дисциплины и виды учебной работы | 13 |
5.Содержание дисциплины | 14 |
5.1. Содержание модулей и разделов дисциплины | 14 |
5.2. Разделы дисциплин и виды занятий | 32 |
5.3. Лекционные занятия | 34 |
5.4. Практические занятия | 36 |
5.5 Лабораторный практикум | 38 |
5.6 Самостоятельная работа студентов | 41 |
5.7 Активные формы внеаудиторных занятий | 43 |
6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов | 43 |
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины | 46 |
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины | 49 |
Введение
Настоящая рабочая программа по дисциплине "Физика" предназначена для подготовки бакалавров в соответствии с требованиями, отраженными в федеральном государственном образовательном стандарте высшего профессионального образования (ФГОС ВПО) для направления подготовки 280700 Техносферная безопасность.
Естественнонаучная составляющая высшего профессионального образования является одной из важнейших при формировании базиса знаний и навыков студентов, обучающихся по инженерным направлениям бакалавриата. То, насколько прочным окажется этот базис, насколько грамотно и творчески смогут применять его будущие профессионалы в своей производственной и научной деятельности, во многом определяется методическими и психолого-педагогическими подходами, используемыми при организации учебного процесса, в том числе самостоятельной и научно-исследовательской работы студентов (особенно на начальных курсах обучения).
В Федеральных государственных образовательных стандартах высшего профессионального образования (3-го поколения) указана необходимость формирования у студентов в результате обучения в вузе определенного набора профессиональных и общекультурных компетенций в целях способствования как высокой конкурентоспособности выпускников на рынке труда в современных условиях развития страны, так и становления гармонично развитой личности с устойчивым мировоззрением.
При подготовке бакалавров техники и технологии особое значение имеет курс физики. В структуре основной образовательной программы он относится к базовым составляющим математического и естественнонаучного цикла.
Физика – наука, изучающая наиболее общие закономерности различных явлений природы, свойства и строение материи. Поэтому понятия и идеи физики, фундаментальные законы, принципы и методы познания лежат в основе всего естествознания. В своей основе физика – экспериментальная наука: её законы базируются на фактах, установленных опытным путём.
При подготовке современных бакалавров на занятиях по физике необходимо развивать индивидуальное творческое мышление студентов, а именно обеспечивать их не только определенной суммой знаний, но и вырабатывать навыки творческого подхода к решению производственных и научных задач.
Для достижения поставленной цели построение курса физики должно базироваться на следующем важнейшем принципе:
интеграция физики как науки (в глубокой взаимосвязи ее различных частей) с будущими профессиональными навыками и умениями студентов.
Данный принцип, уделяя особое внимание не просто изучению основных законов и явлений физики, но и обучению их применения на практике, позволяет заложить прочную основу фундаментальных знаний бакалавра техники и технологии.
На данном принципе основаны рекомендации по построению различных видов учебной аудиторной и самостоятельной работы студентов, изложенные в данной рабочей программе.
В результате проведения всех видов аудиторных и самостоятельных занятий по физике, участия в научно-исследовательской работе студенты должны не только усвоить основные явления и законы классической и современной физики, освоить методы проведения физических измерений и овладеть начальными навыками проведения экспериментальных научных исследований (с использованием современных измерительных приборов и научной аппаратуры), а также методами обработки результатов измерений. Будущие профессионалы должны научиться эффективному использованию полученных знаний и навыков для овладения основами теории и практики инженерного обеспечения современной экономики, грамотному применению их в своей практической деятельности.
С 2000 года на кафедре физики ФГБОУ ВПО Орел ГАУ апробировалась и внедрена модульная технология обучения с балльной оценкой знаний.
Как известно, в данном случае весь учебный материал делится на отдельные логически завершенные блоки – модули. Один из важнейших принципов данной технологии: качество освоения модулей определяется с помощью специальных контрольных мероприятий, которые проводятся в течение семестра.
В рамках внедрения модульной технологии с балльной оценкой знаний при изучении курса физики решаются следующие задачи:
– систематизация построения и определения содержания дисциплины;
– обеспечение методически правильного согласования всех видов учебных занятий между модулями и внутри каждого из них;
– эффективный текущий контроль усвоения знаний студентами;
– дифференцированный подход при оценке знаний студентов, возможность получения дополнительных поощрительных баллов и повышения итоговой оценки при активной самостоятельной и научно-исследовательской работе;
– выявление перспективных направлений научно-методической работы преподавателей.
Студентам уже на первом занятии сообщается полная информации об организации учебного процесса по модульному принципу, которая также отражена в рабочей программе дисциплины и в учебно-методическом комплексе:
– количество модулей в семестре;
– какие разделы дисциплины входят в каждый модуль;
– график и порядок проведения отчета по модулю;
– шкала оценок по отдельным модулям, разделам, заданиям дисциплины;
– распределение рейтинговых баллов по отчетам на контрольных точках, в том числе распределение поощрительных баллов;
– условия получения семестровой оценки без сдачи экзаменов и зачетов;
– вопросы для самоконтроля по теме модуля; методическое обеспечение для подготовки к занятиям в рамках модульного принципа построения дисциплины, а также для подготовки к отчету.
Текущий отчет осуществляется по двум ступеням. Первая ступень – оценка знаний основных положений и понятийного аппарата дисциплины, которая в основном проходит в форме компьютерного тестирования. Вторая ступень – определение степени прочности (полноты и глубины) усвоения студентами полученных знаний по данной теме учебной дисциплины, степени понимания ее логической структуры. Вторая ступень может проводиться в тестовой или письменной форме и предусматривает последующее собеседование.
Для оценки качества полученных знаний используется дифференцированная балльная оценка. Студент может максимально набрать 100 баллов. Шкала пересчета в традиционные оценки приведена в таблице 1.
Таблица 1. Шкала пересчета балльной оценки в академическую.
балльная оценка | от 0 до 54 | от 55 до 69 | от 70 до 84 | от 85 до 100 |
академическая оценка | неудовлетворительно | удовлетворительно | хорошо | отлично |
зачет | не зачтено | зачтено | зачтено | зачтено |
По результатам только текущего контроля студент может набрать в семестре – 60 баллов. Также в течение семестра он может набрать поощрительные баллы: до 25 – за активную аудиторную и самостоятельную работу; до 15 – за участие в научно-исследовательской работе. Если студент не набирает достаточное для него количество баллов, он сдает итоговый экзамен, на котором может набрать 40 баллов. В Университете очень большое внимание уделяется развитию творческого отношения студентов к получению знаний, интеграции науки и образования. Именно с этим связана возможность набрать поощрительные баллы и выйти в конце семестра с оценкой «хорошо» или «отлично» без сдачи итогового экзамена на сессии («автоматом»).
Как показывает опыт, основные результаты внедрения модульной технологии обучения с использованием рейтинговой оценки знаний:
– повышение творческого начала как преподавателей, так и студентов;
– повышение заинтересованности студентов в получении и прочном усвоении знаний;
– усиление индивидуализации обучения;
– интенсификация и активизация самостоятельной работы студентов.
1. Цели и задачи дисциплины
Целями изучения являются:
• изучение основных физических явлений, фундаментальных понятий, законов и теорий классической и современной физики;
• развитие у студентов общего физического мировоззрения, физического и научного мышления;
• способность применять основные законы физики при решении задач, возникающих в их последующей профессиональной деятельности
• умение видеть естественнонаучное содержание проблем, возникающих в практической деятельности специалиста (бакалавра);
• сформировать творческое инженерное мышление;
• подготовить общетеоретическую базу для прикладных и профилирующих дисциплин;
• обеспечить формирование представлений о естественнонаучной картине мира как глобальной модели природы, отражающей целостность и многообразие мира;
• сформировать у студентов научное мировоззрение.
Вне зависимости от уровня программы, в результате изучения курса физики студенты должны приобрести следующие знания, умения и навыки, применимые в их последующем обучении и профессиональной деятельности:
знания
· основные понятия, физические явления, основные законы и модели механики, электричества и магнетизма, колебаний и волн, квантовой физики, статистической физики и термодинамики; границы их применимости, применение законов в важнейших практических приложениях;
· основные физические величины и физические константы, их определение, смысл, способы и единицы их измерения;
· фундаментальные физические опыты и их роль в развитии науки;
· назначение и принципы действия важнейших физических приборов;
умения
· использовать основные приемы обработки экспериментальных данных; решать типовые задачи по основным разделам физики;
· объяснить основные наблюдаемые природные и техногенные явления и эффекты с позиций фундаментальных физических взаимодействий;
· указать, какие законы описывают данное явление или эффект;
· истолковывать смысл физических величин и понятий;
· записывать уравнения для физических величин в системе СИ;
· работать с приборами и оборудованием современной физической лаборатории;
· использовать различные методики физических измерений и обработки экспериментальных данных;
· использовать методы адекватного физического и математического моделирования, а также применять методы физико-математического анализа к решению конкретных естественнонаучных и технических проблем;
навыки
· методами экспериментального исследования в физике (планирование, постановка и обработка эксперимента);
· использования основных общефизических законов и принципов в важнейших практических приложениях;
· применения основных методов физико-математического анализа для решения естественнонаучных задач;
· правильной эксплуатации основных приборов и оборудования современной физической лаборатории;
· использования методов физического моделирования в инженерной практике.
После завершения обучения студенты должны демонстрировать компетенции, перечисленные в разделе 3 программы.
2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата.
Физика входит в базовую часть математического и естественнонаучного цикла в структуре ООП. Предшествующими курсами, на которых непосредственно базируется дисциплина «Физика» являются: школьный курс физики и математики, высшая математика, векторная алгебра.
Знания по дисциплине «Физика» являются базовыми для изучения других дисциплин естественнонаучного цикла (химия, теория горения и взрыва, ноксология), а также общепрофессиональных дисциплин (механика, гидрогазодинамика, теплофизика, материаловедение, электроника и электротехника).
Данный курс физики позволяет обучающимся получить углубленные знания основных физических явлений, фундаментальных понятий, законов классической и современной физики и навыки для успешной профессиональной деятельности и (или) продолжения профессионального образования в магистратуре.
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен обладать следующими компетенциями
1. компетенции в области физики
профессиональными компетенциями (ПК)
• способностью ориентироваться в перспективах развития техники и технологии защиты человека и природной среды от опасностей техногенного и природного характера (ПК-1);
• способность разрабатывать и использовать графическую документацию (ПК-2);
• способность принимать участие в инженерных разработках среднего уровня сложности в составе коллектива (ПК-3);
2. Объем дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет 11 зачетных единиц.
Виды учебной нагрузки | Всего час/зач. ед. | Семестры | ||
2 | 3 | 4 | ||
Аудиторные занятия (всего), в том числе | 182/5,05 | 66/1,83 | 48/1,33 | 68/1,89 |
Лекции | 82/2,28 | 34/0,94 | 16/0,44 | 32/0,89 |
Практические занятия (ПЗ) | 48/1,33 | 16/0,44 | 16/0,44 | 16/0,44 |
Лабораторные работы (ЛР) | 52/1,44 | 16/0,44 | 16/0,44 | 20/0,56 |
В том числе, активные формы обучения | 59/1,64 | 17/0,47 | 18/0,5 | 24/0,67 |
Самостоятельная работа | 160/4,44 | 50/1,38 | 41/1,14 | 69/1,92 |
Вид промежуточной аттестации | 54/1,5 | экзамен | экзамен | зачет |
Общая трудоемкость, час /зач. ед. | 396/11 | 116/3,22 | 89/2,47 | 137/3,81 |
5.Содержание дисциплины.
5.1. Содержание модулей и разделов дисциплины.
Семестр II (3 модуля). | |||
Модуль I «Физические основы классической и релятивистской механики». Цель: сформировать у студентов представление об основных понятиях и законах классической и релятивистской механики, возможностями применения этих законов при решении физических задач, и задач профессионально направленного характера; познакомить студентов с фундаментальными опытными фактами, лежащими в основе теории, дать навыки экспериментальной работы; дать практические навыки по обработке и интерпретации результатов экспериментов на основе выполнения лабораторных работ; способствовать расширению научного кругозора и повышения общей культуры будущего специалиста, развитию его мышления и становления его мировоззрения; развивать самостоятельность в мышлении и учебной деятельности; воспитание аккуратности при работе с приборами; умение работать в группах, прислушиваться к мнению других, развивать чувство коллективизма, взаимопомощи. | |||
№ п/п | Наименование раздела дисциплины, входящего в данный модуль. | Содержание раздела | |
аудиторная работа | СРС | ||
1.1 | Введение | Физика в системе естественных наук. Общая структура и задачи дисциплины «Физика». Экспериментальная и теоретическая физика. Краткая история физических идей, концепций и открытий. Физика и научно-технический прогресс. | Физические величины, их измерение и оценка погрешностей. Системы единиц физических величин. |
1.2 | Кинематика материальной точки | Основные кинематические характеристики криволинейного движения: скорость и ускорение. Нормальное и тангенциальное ускорение. Кинематика вращательного движения: угловая скорость и угловое ускорение, их связь с линейной скоростью и ускорением. Пространство и время в механике Ньютона. | Системы координат и их преобразования. Физический смысл производной и интеграла. |
1.3 | Динамика | Инерциальные системы отсчета и первый закон Ньютона. Второй закон Ньютона. Масса, импульс, сила. Уравнение движения материальной точки. Интегрирование уравнений движения, роль начальных условий. Центр масс механической системы, закон движения центра масс. Движение тел с переменной массой. Уравнение Мещерского. Формула Циолковского. | Закон всемирного тяготения. Силы трения. Третий закон Ньютона и закон сохранения импульса. |
1.4 | Момент импульса | Момент импульса материальной точки и механической системы. Момент силы. Уравнение моментов. Закон сохранения момента импульса механической системы. Движение в поле центральных сил. | Законы Кеплера. |
1.5 | Энергия | Сила, работа и потенциальная энергия. Консервативные и неконсервативные силы. Работа и кинетическая энергия. Закон сохранения полной механической энергии в поле потенциальных сил. Связь между силой и потенциальной энергией. Градиент скалярной функции. | Столкновения тел. Абсолютно упругое столкновение. |
1.6 | Динамика вращательного движения | Основное уравнение динамики вращательного движения твердого тела с закрепленной осью вращения. Момент импульса тела. Момент инерции. Теорема Штейнера. Кинетическая энергия вращающегося твердого тела. Гироскопические силы. Гироскопы. | Гироскопы и их применение в технике. |
1.7 | Элементы механики сплошных сред | Общие свойства жидкостей и газов. Стационарное течение идеальной жидкости. Уравнение Бернулли. Кинематическое описание движения жидкости. Векторные поля. Поток и циркуляция векторного поля. Уравнения движения и равновесия жидкости. | Идеально упругое тело. Упругие напряжения и деформации. Закон Гука. Модуль Юнга. Энергия упругих деформаций твердого тела. |
1.8 | Релятивистская механика | Принцип относительности и преобразования Галилея. Неинвариантность электромагнитных явлений относительно преобразований Галилея. Постулаты специальной теории относительности (СТО) Эйнштейна. Относительность одновременности и преобразования Лоренца. Парадоксы релятивистской кинематики: сокращение длины и замедление времени в движущихся системах отсчета. Релятивистский импульс. Взаимосвязь массы и энергии в СТО. | СТО и ядерная энергетика. |
Модуль II. «Термодинамика и статистическая физика.». Цель: ознакомить студентов с основными понятиями и законами молекулярной физики и термодинамики, применения этих законов при решении физических задач, возможностями применения этих законов при решении физических задач, и задач профессионально направленного характера. В данном модуле на примере термодинамики и молекулярной физики студенты знакомятся с двумя методами построения физической теории - с методом принципов и методом модельных гипотез. Термодинамика служит образцом применения метода принципов, молекулярно-кинетическая теория строится на основе гипотез, задающих модель молекулярной системы. Изучение этих взаимно дополняющих теорий в одном курсе способствует глубокому пониманию, как самих теорий, так и закономерностей теплового движения. Способствовать развитию у студентов навыков физического мышления и умения самостоятельно ставить и решать принципиальные вопросы и конкретные физические задачи. | |||
2.1 | Молекулярно-кинетическая теория.
| Давление газа с точки зрения МКТ. Распределение Максвелла для модуля и проекций скорости молекул идеального газа. Экспериментальное обоснование распределения Максвелла. Распределение Больцмана и барометрическая формула. Вывод распределений Максвелла и Больцмана из условия равновесно- го характера движения молекул. Наиболее вероятная, средняя и среднеквадратичная скорости. | Определение числа Авогадро методом Перрена. |
2.2 | Элементы физической кинетики.
| Число столкновений и длина свободного пробега молекул идеального газа. Эмпирические уравнения переноса: Фика, Фурье и Ньютона. Релаксация к состоянию равновесия. | Явления переноса. Диффузия, теплопроводность, внутреннее трение. Броуновское движение. |
2.3 | Феноменологическая термодинамика. | Термодинамическое равновесие и температура. Нулевое начало термодинамики. Эмпирическая температурная шкала. Квазистатические процессы. Уравнение состояния в термодинамике. Обратимые и необратимые процессы. Энтропия. Связь теплоемкости идеального газа с числом степеней свободы молекул. Политропический процесс и его частные случаи. Термодинамические потенциалы и условия равновесия. Фазовые превращения. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Критическая изотерма. Эффект Джоуля-Томсона. Классическая теория теплоемкости твердых тел. Закон Дюлонга и Пти. | Первое начало термодинамики. Изохорический, изобарический, изотермический, адиабатический процессы в идеальных газах. Теплоемкость. Уравнение Майера. Преобразование теплоты в механическую работу. Цикл Карно и его коэффициент полезного действия. |
2.4 | Макроскопические системы вдали от теплового равновесия.
| Открытые диссипативные системы. Самоорганизация в открытых системах, роль нелинейности. Флуктуации. Бифуркации и катастрофы. Идеи синергетики. Примеры самоорганизации в живой и неживой природе. Динамический хаос. | |
Модуль III. «Электростатика. Постоянный электрический ток» Цель: ознакомить студентов с понятиями, характеристиками и законами электростатики и постоянного электрического тока; возможностями применения этих законов при решении физических задач, и задач профессионально-направленного характера. Этот раздел физики является первым в теме электромагнетизм. В нем начинается изучение электромагнитного взаимодействия, на примере взаимодействия неподвижных зарядов. В данном модуле закладывается база для дальнейшего изучения всего курса теории электромагнетизма. Познакомить студентов с фундаментальными опытными фактами, лежащими в основе теории, дать навыки экспериментальной работы. Дать практические навыки по обработке и интерпретации результатов экспериментов на основе выполнения лабораторных работ. Способствовать расширению научного кругозора и повышения общей культуры будущего специалиста, развитию его мышления и становления его мировоззрения; развивать самостоятельность в мышлении и учебной деятельности; продолжить воспитание аккуратности при работе с приборами; умение работать в группах, прислушиваться к мнению других, развивать чувство коллективизма, взаимопомощи. | |||
3.1 | Электростатика | Напряженность и потенциал электростатического поля. Теорема Гаусса в интегральной форме. Теорема Гаусса в дифференциальной форме. Дивергенция векторного поля. Теорема Стокса в интегральной и дифференциальной форме. Циркуляция и ротор векторного поля. Уравнения Пуассона и Лапласа для потенциала. Теорема Ирншоу. | Закон Кулона. Применение теоремы Гаусса для расчета электрических полей. |
3.2 | Проводники в электрическом поле.
| Равновесие зарядов в проводнике. Основная задача электростатики проводников. Эквипотенциальные поверхности и силовые линии электростатического поля между проводниками. Электростатическая защита. Энергия взаимодействия электрических зарядов. Энергия системы заряженных проводников. Объемная плотность энергии электростатического поля. | Емкость проводников и конденсаторов. Энергия заряженного конденсатора. |
3.3 | Диэлектрики в электрическом поле.
| Поляризация диэлектриков. Ориентационный и деформационный механизмы поляризации. Вектор электрического смещения (электрической индукции). Диэлектрическая проницаемость вещества. Разложение поля системы электрических зарядов по мультиполям. Дипольный момент системы зарядов. Вектор поляризации (поляризованности) диэлектрика и его связь с объемной и поверхностной плотностью связанных зарядов. Вектор электрического смещения (электрической индукции). Диэлектрическая восприимчивость и диэлектрическая проницаемость. Объемная плотность энергии электрического поля в диэлектрике. | Электрическое поле диполя. Диполь во внешнем электрическом поле. Электрическое поле в однородном диэлектрике. Подключение и отключение конденсатора от источника постоянной эдс. |
3.4 | Постоянный электрический ток. | Сила и плотность тока. Уравнение непрерывности для плотности тока. Закон Ома в интегральной и дифференциальной формах. Закон Видемана-Франца. Правила Кирхгофа. Классическая теория электропроводности металлов (теория Друде-Лоренца), условия ее применимости и противоречия с экспериментальными результатами. Максвелловская релаксация неоднородности заряда в проводнике. | Закон Джоуля- Ленца. Электродвижущая сила источника тока. |
Семестр III (2 модуля). | |||
Модуль I. «Электромагнетизм». Цель: ознакомить студентов с понятиями, принципами, законами и методами классической макроскопической электродинамики Дж. К. Максвелла, возможностями применения этих законов при решении физических задач, и задач профессионально-направленного характера; рассмотреть электромагнитные явления и примеры их использования в технике; дать основу для развития навыков математического мышления, научить конструировать упрощённые модели материальных объектов; дать представление об одной из полевых форм материи – электромагнитном поле; развивать интеллектуальные способности студентов через умение решать задачи, анализировать полученный результат, делать выводы; уметь излагать в доступной научной форме свои мысли; уметь обобщать материал. Способствовать расширению научного кругозора и повышения общей культуры будущего специалиста, развитию его мышления и становления его мировоззрения; развивать самостоятельность в мышлении и учебной деятельности; продолжить воспитание аккуратности при работе с приборами; умение работать в группах, прислушиваться к мнению других, развивать чувство коллективизма, взаимопомощи. | |||
4.1 | Магнитостатика
| Вектор магнитной индукции. Закон Ампера. Сила Лоренца. Движение зарядов в электрических и магнитных полях. Закон Био-Савара-Лапласа. Теорема о циркуляции (закон полного тока). Магнитное поле движущегося заряда. Поток и циркуляция магнитного поля. Дивергенция и ротор вектора магнитной индукции. Движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях. | Магнитное взаимодействие постоянных токов. Эффект Холла и его применение. |
4.2 | Магнитное поле в веществе | Магнитное поле и магнитный дипольный момент кругового тока. Намагничивание магнетиков. Напряженность магнитного поля. Магнитная проницаемость. Классификация магнетиков. Вектор намагниченности и его связь с плотностью молекулярных токов. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость. Диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики. | Объемная плотность энергии магнитного поля в веществе. Граничные условия на поверхности раздела двух магнетиков. |
4.3 | Электромагнитная индукция | Феноменология электромагнитной индукции. Правило Ленца. Уравнение электромагнитной индукции. Индуктивность соленоида. Энергия магнитного поля. Физика электромагнитной индукции. Вихревое электрическое поле. Ток смещения. | Самоиндукция. Включение и отключение катушки от источника постоянной эдс. |
4.4 | Уравнения Максвелла | Система уравнений Максвелла в интегральной форме и физический смысл входящих в нее уравнений. Система уравнений Максвелла в дифференциальной форме. | |
Модуль II. «Колебания и волны». Цель: ознакомить студентов с понятиями и методами описания колебаний (в механических и электромагнитных системах) и волн (упругих и электромагнитных); обобщить и систематизировать основные теоретические вопросы темы; используя электромеханические аналогии изучить электромагнитные колебания с точки зрения общих признаков колебаний, объединяя поведение механических и электромагнитных систем. Изучение колебаний начинается с изучения механических колебаний в различных механических колебательных системах. Волны на воде, сейсмические, звуковые, световые, радиоволны – это далеко не все волновые процессы в природе. Главная цель является ознакомление студентов с основными идеями, общими для всех волновых явлений, т. е. и для электромагнитных, и для упругих волн. Рассмотреть возможностями применение законов описания колебательных и волновых процессов при решении физических задач, и задач профессионально направленного характера. Познакомить студентов с фундаментальными опытными фактами, лежащими в основе теории, дать навыки экспериментальной работы. Дать практические навыки по обработке и интерпретации результатов экспериментов на основе выполнения лабораторных работ. Способствовать расширению научного кругозора и повышения общей культуры будущего специалиста, развитию его мышления и становления его мировоззрения; развивать самостоятельность в мышлении и учебной деятельности; продолжить воспитание аккуратности при работе с приборами; умение работать в группах, прислушиваться к мнению других, развивать чувство коллективизма, взаимопомощи. | |||
5.1 | Гармонические колебания.
| Идеальный гармонический осциллятор. Уравнение идеального осциллятора и его решение. Амплитуда, частота и фаза колебания. Свободные затухающие колебания осциллятора с потерями. Вынужденные колебания. Разложение и синтез колебаний, понятие о спектре колебаний. Связанные колебания. Комплексная форма представления гармонических колебаний. Векторное описание сложения колебаний. Нормальные моды связанных осцилляторов. Время установления вынужденных колебаний и его связь с добротностью осциллятора. | Примеры колебательных движений различной физической природы. Сложение колебаний (биения, фигуры Лиссажу). |
5.2 | Волны | Волновое движение. Плоская гармоническая волны. Длина волны, волновое число, фазовая скорость. Уравнение волны. Одномерное волновое уравнение. Плоские и сферические электромагнитные волны. Поляризация волн. Волновое уравнение в пространстве. Волновой вектор. Волновое уравнение для электромагнитного поля. Основные свойства электромагнитных волн. Энергетические характеристики электромагнитных волн. Вектор Пойнтинга. | Упругие волны в газах жидкостях и твердых телах. |
Семестр IV (3 модуля). | |||
Модуль I. «Основы волновой и квантовой оптики». Цель: сформировать у студентов представление об основных понятиях и законах волновой и квантовой оптики, возможностями применения этих законов при решении физических задач, и задач профессионально направленного характера; познакомить с основными этапами развития оптики как науки и ее создателями; оценить исторический характер становления знаний о природе света; обосновать суть и место корпускулярно-волновой природе света в современной физической картине мира; развивать способность наблюдать оптические явления в атмосфере, объясняя их суть; научить пользоваться оптическими приборами, соблюдая правила их эксплуатации, а так же приводить примеры применения оптических явлений в технике и производстве; Способствовать расширению научного кругозора и повышения общей культуры будущего специалиста, развитию его мышления и становления его мировоззрения. Воспитание обучающихся на основе разъяснения роли физики в ускорении научно-технического прогресса, раскрытия достижений науки и техники и перспектив их развития, ознакомления с вкладом отечественных и зарубежных ученых в развитие физики и техники. Формирование умений самостоятельно приобретать и применять знания, наблюдать и объяснять физические явления, а также умений пользоваться учебником, справочной и научной литературой. Формирование умения работать в коллективе, где развиваются чувства товарищества, доброжелательности и требовательности к себе и своему товарищу. | |||
6.1 | Интерференция волн | Интерференционное поле от двух точечных источников. Опыт Юнга. Интерференция в тонких пленках. Многолучевая интерференция. Основное уравнение интерференции, роль когерентности. Временная (продольная) когерентность. Пространственная (поперечная) когерентность. | Интерферометр Майкельсона. Интерферометр Фабри-Перо. |
6.2 | Дифракция света | Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция Френеля на простейших преградах. Дифракция Фраунгофера. Дифракционная решетка как спектральный прибор. Метод зон Френеля. Амплитудные и фазовые зонные пластинки Френеля. Дифракция Фраунгофера на щели. Дифракция на многих беспорядочно расположенных преградах. Разрешающая способность дифракционной решетки. Дифракция Брэгга. | Понятие о голографическом методе получения и восстановления изображений. Голограммы Лейта- Упатниекса, Денисюка. |
6.3 | Поляризация волн. | Форма и степень поляризации монохроматических волн. Получение и анализ линейно-поляризованного света. Линейное двулучепреломление. Прохождение света через линейные фазовые пластинки. Искусственная оптическая анизотропия. Фотоупругость. Циркулярная фазовая анизотропия. Брюстеровское отражение. | Отражение и преломление света на границе раздела двух диэлектриков. Формулы Френеля. Полное отражение и его применение в технике. Электрооптические и магнитооптические эффекты. Волноводы и световоды. |
6.4 | Поглощение и дисперсия волн | Феноменология поглощения и дисперсии света. Модель среды с дисперсией. Нормальная и аномальная дисперсия. | Фазовая и групповая скорость волны. |
6.5 | Нелинейные процессы в оптике
| Нелинейно-оптические эффекты: самофокусировка света, генерация гармоник, параметрические процессы, вынужденное рассеяние. | |
6.6 | Квантовые свойства электромагнитного излучения. | Излучение нагретых тел. Спектральные характеристики теплового излучения. Законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана и Вина. Абсолютно черное тело. Формула Релея-Джинса и «ультрафиолетовая катастрофа». Гипотеза Планка. Квантовое объяснение законов теплового излучения. Корпускулярно-волновой дуализм света. Эффект Комптона. Опыт Боте. | Фотоэффект Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. |
Модуль II. «Элементы квантовой физики атомов, молекул и твердых тел».Цель: ознакомить студентов с основными понятиями и законами квантовомеханической теории, со способами описания и законами движения микрочастиц (элементарных частиц, атомов, молекул, атомных ядер) и их систем. Законы квантовой механики составляют фундамент изучения строения вещества, они позволяют выяснить строение атомов, установить природу химической связи, объяснить периодическую систему элементов, изучить свойства элементарных частиц. Рассмотреть применение этих законов квантовой физики при решении физических задач и задач профессионально направленного характера; способствовать развитию у студентов навыков физического мышления и умения самостоятельно ставить и решать принципиальные вопросы и конкретные физические задачи; формировать навыки экспериментальных умений: умений пользоваться приборами и инструментами, обрабатывать результаты измерений и делать выводы на основе экспериментальных данных, соблюдать правила техники безопасности; развивать познавательный интерес к физике и технике, творческие способности; формировать осознанных мотивов учения; развивать мышление; формировать умений самостоятельно приобретать и применять знания и умения. | |||
7.1 | Планетарная модель атома | Ядерная модель атома. Эмпирические закономерности в атомных спектрах. Формула Бальмера. Линейчатые спектры атомов. Комбинационный принцип Ритца. | Модель атома Томсона. Опыты Резерфорда по рассеянию альфа- частиц. |
7.2 | Квантовая механика | Гипотеза де Бройля. Принцип неопределенности Гейзенберга. Волновая функция, ее статистический смысл и условия, которым она должна удовлетворять. Уравнение Шредингера. Квантовая частица в одномерной потенциальной яме. Одномерный потенциальный порог и барьер. Состояние микрочастицы в квантовой механике. Понятие о вырождении энергетических уровней. Гармонический осциллятор. Фононы. | Опыты Дэвиссона и Джермера. Дифракция микрочастиц. |
7.3 | Квантово-механическое описание атомов. | Стационарное уравнение Шредингера для атома водорода. Волновые функции и квантовые числа. Правила отбора для квантовых переходов. Эффект Зеемана. Ширина спектральных линий атома водорода. Собственный механический и магнитный моменты электрона в атоме. Спин- орбитальное взаимодействие. Строение атомов и периодическая система химических элементов . | Опыт Штерна и Герлаха. Периодическая система химических элементов . Порядок заполнения электронных оболочек. |
7.4 | Оптические квантовые генераторы | Спонтанное и индуцированное излучение. Инверсное заселение уровней активной среды. Основные компоненты лазера. Условие усиления и генерации света. Особенности лазерного излучения. Модовая структура оптических резонаторов. | Основные типы лазеров и их применение. Спектральный состав излучения лазеров. Когерентность лазерного излучения. |
7.5 | Квантовая статистика | Квантовые системы из одинаковых частиц. Принцип тождественности одинаковых микрочастиц. Симметричные и антисимметричные состояния (волновые функции) тождественных микрочастиц. Бозоны и фермионы. Принцип Паули. Квантовые статистические распределения Бозе-Эйнштейна и Ферми-Дирака. Плотность числа квантовых состояний. Энергия Ферми. | |
7.6 | Элементы физики твердого тела | Движение электронов в периодическом поле кристалла. Структура зон в металлах, полупроводниках и диэлектриках. Проводимость металлов. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Уровень Ферми в чистых и примесных полупроводниках. Фотопроводимость полупроводников. Процессы генерации и рекомбинации носителей заряда. | Температурная зависимость проводимости полупроводников. Эффект Холла в металлах и полупроводниках. |
Модуль III. «Основы физики атомного ядра и элементарных частиц». Цель: получение студентами базовых знаний по физике элементарных частиц и атомного ядра; овладение представлениями о структурной организации микромира, механизме фундаментальных взаимодействий; умение применять усвоенные принципы и методы для анализа отдельных явлений и процессов физики элементарных частиц; понимание роли принципов симметрии, причинности, квантовой механики, законов сохранения в физике элементарных частиц; формирование у студентов представлений о физической картине мира, важнейшей составляющей научного мировоззрения современного образованного человека. Способствовать расширению научного кругозора и повышения общей культуры будущего специалиста, развитию его мышления и становления его мировоззрения; развивать самостоятельность в мышлении и учебной деятельности; воспитание аккуратности при работе с приборами; умение работать в группах, прислушиваться к мнению других, развивать чувство коллективизма, взаимопомощи. | |||
8.1 | Основы физики атомного ядра. | Состав атомного ядра. Характеристики ядра: заряд, масса, энергия связи нуклонов. Радиоактивность. Виды и законы радиоактивного излучения. Ядерные реакции. Деление ядер. Синтез ядер. Детектирование ядерных излучений. Понятие о дозиметрии и защите. Спин и магнитный момент ядра. Свойства и обменный характер ядерных сил. Экспериментальные методы ядерной физики. | Естественная и искусственная радиоактивность. Источники радиоактивных излучений. Радиоизотопный анализ. Законы сохранения в ядерных реакциях. |
8.2 | Элементарные частицы. | Фундаментальные взаимодействия и основные классы элементарных частиц. Частицы и античастицы. Лептоны и адроны. Кварки. Электрослабое взаимодействие. Стандартная модель элементарных частиц. | Проблема объединения фундаментальных взаимодействий. |
8.3 | Космические лучи | Первичное и вторичное излучение. Интенсивность, состав, энергетический спектр. Высотный ход интенсивности космических лучей. | Взаимодействие первичного космического излучения с магнитным полем Земли. Широтный эффект. Радиационные пояса. Происхождение космических лучей. |
8.4 | Физическая картина мира
| Особенности классической, неклассической и постнеклассической физики. Физическая картина мира как философская категория. Парадигма Ньютона и эволюционная парадигма. | Методология современных научно-исследовательских программ в области физики. Основные достижения и проблемы субъядерной физики. Попытки объединения фундаментальных взаимодействий и создания «теории всего» (Theory of everything). Современные космологические представления. Достижения наблюдательной астрономии. Теоретические космологические модели. Антропный принцип. Революционные изменения в технике и технологиях как следствие научных достижений в области физики. |
5.2. Разделы дисциплин и виды занятий.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
