Министерство образования и науки Республики Казахстан Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова Кафедра физика и приборостроение ПРОГРАММА ОБУЧЕНИЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ (Syllabus) для студентов специальности 050701 - «Биотехнология» Павлодар
Декан ФФМиИТ ___________ «___»________2010г. Составитель: доцент, к. ф.-м. н. _______________ Кафедра физика и приборостроениеПрограмма обучения по дисциплине (Syllabus) «Физика 2» для студентов специальности 050701 - «Биотехнология» Программа разработана на основании рабочей учебной программы, утверждённой «____» _________2010г. Рекомендована на заседании кафедры «16» августа 2010 г. Протокол №1 Заведующий кафедрой _________ «____» _________2010г. Одобрена учебно-методическим советом факультета физики, математики и информационных технологий «___»________2010 г. Протокол №___ Председатель УМС ___________ «____» _________2010г. СОГЛАСОВАНО: Заведующий кафедрой БТ _________ ____________________.«___» ___2010г |
1 Сведения о преподавателях и контактная информация
, к. ф.-м. н., доцент кафедры «Физика и приборостроение» – лекции, практические занятия.
, преподаватель – лабораторные занятия и СРСП.
Приёмные часы - на кафедре (А-313) по расписанию консультаций
2 Данные о дисциплине
Дисциплина будет изучаться в 3 семестре продолжительностью в 15 недель. Общая трудоемкость дисциплины 180 часов, из них 60 часов отведено на занятия в аудитории и 120 ч. – на самостоятельную работу студентов (СРС) по изучению дисциплины. Распределение аудиторного времени по видам занятий приведено в календарном плане.
3 Трудоемкость дисциплины
Семестр | Количество кредитов | Количество контактных часов по видам аудиторных занятий | Количество часов самостоятельной работы студента | Формы контроля | ||||
всего | лекции | практ. | лаб. | всего | СРСП | |||
3 | 4 | 60 | 22,5 | 22,5 | 15(30) | 120 | 60 | Экзамен |
4 Цель дисциплины - раскрыть содержание основных принципов, законов и понятий каждого раздела курса; заложить основы естественнонаучного мировоззрения и современные представления о физической картине мира; развить навыки физического мышления для осознанного восприятия и овладения методами физики.
Задачи дисциплины - вооружить студентов знаниями о физических законах, выработать у студентов умение квалифицированно, на глубокой научной основе объяснить явления, происходящие в природе, выработать умение использовать различные приборы и устройства для исследовательских и технологических целей, а также навыки по методам математического описания и анализа явлений природы, опираясь на понимание физических законов.
5 Требования к знаниям и умениям и навыкам
В результате изучения данной дисциплины студенты должны:
знать: основные принципы и законы физики, границы их применимости; закономерности изменения одних физических параметров при изменении других; фундаментальные физические опыты, положенные в основу главных принципов и законов физики
уметь: раскрыть физический механизм явления, анализировать изменения состояний физических систем в конкретных условиях; измерять физические параметры и константы, оценивать погрешность измерения
приобрести практические навыки: экспериментального исследования физических явлений, свойств и процессов, обработки результатов экспериментального исследования, решения физических задач
6. Пререквезиты: Для освоения данной дисциплины необходимы знания, умения и навыки приобретенные при изучении следующих дисциплин: физика, химия, математика, информатика в объеме средней школы.
7 Постреквизиты
Знания, умения и навыки, полученные при изучении дисциплины необходимы для освоения следующих дисциплин: ____________________.
8 Тематический план дисциплины
№ п/п | Наименование тем | Количество контактных часов по видам занятий | |||
лекции | практические | лабораторные | СРС | ||
1 | Введение. Физические основы механики | 4 | 4 | 3 | 20 |
2 | Электромагнетизм | 4 | 4 | 3 | 20 |
3 | Физика колебаний и волновых процессов, распространение волн в различных средах | 4 | 4 | 3 | 20 |
4 | Квантовая физика | 4 | 4 | 3 | 20 |
5 | Статистическая физика и термодинамика | 4 | 4 | 3 | 20 |
6 | Строение и превращение атомных ядер. Элементарные частицы | 2,5 | 2,5 | - | 20 |
ИТОГО : | 22,5 | 22,5 | 15 (30) | 120 |
9 Краткое описание дисциплины
10 Компоненты курса
Содержание тем дисциплины
Тема 1. Введение. Физические основы механики. Материя и движение. Физика как наука, изучающая наиболее общие свойства материи и простейшие формы ее движения. Методы физического исследования (эксперимент, моделирование, наблюдение, опыт, гипотеза, закон, теория). Связь физики с другими науками.
Кинематика материальной точки. Элементы векторной алгебры. Скалярное и векторное произведения векторов. Механическое движение. Модели в механике. Система отсчета. Траектория, длина пути, вектор перемещения. Прямолинейное движение. Средняя и мгновенная скорость. Ускорение. Равномерное и равнопеременное движение, их кинематика. Криволинейное движение, его кинематика. Нормальное и тангенциальное ускорение.
Динамика материальной точки. Классическая механика. Законы Ньютона. Инерционные силы. Силы Кориолиса. Упругие силы. Силы трения. Закон всемирного тяготения. Космические скорости. Сила тяжести и вес. Состояние невесомости. Невесомость и перегрузка, их влияние на живой организм.
Законы сохранения. Импульс. Закон сохранения импульса. Работа. Мощность. Кинетическая энергия. Консервативные силы. Потенциальная энергия. Закон сохранения и превращения механической энергии. Соударение двух тел. Момент импульса и закон его сохранения. Центрифуги, их применение.
Принципы относительности, элементы специальной теории относительности.
Преобразования Галилея. Принцип относительности Галилея. Инвариантность ускорения. Релятивистская механика. Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца. Основной закон релятивистской динамики материальной точки. Взаимосвязь массы и энергии.
Динамика твердого тела, жидкостей и газа. Момент инерции. Момент силы. Уравнение динамики вращательного движения твердого тела. Кинетическая энергия вращающегося твердого тела. Упругие деформации твердого тела.
Движение жидкости. Линии и трубки тока. Уравнение неразрывности. Уравнение Бернулли. Силы внутреннего трения. Ламинарное и турбулентное течение. Течение жидкости в круглой трубе. Работа и мощность сердца. Движение тел в жидкостях и газах. Формула Стокса.
Тема 2. Электромагнетизм
Электростатика. Закон Кулона. Электрическое поле. Напряженность электростатического поля. Теорема Гаусса. Электрический диполь. Диэлектрики в электростатическом поле. Вектор электростатической индукции. Граница двух диэлектриков. Проводники в электрическом поле. Работа кулоновской силы. Потенциальная энергия и потенциал заряда. Электрическая емкость, их соединения. Энергия электрического поля.
Электрический ток. Плотность тока и сила тока. Закон Ома для участка цепи. Сопротивление проводников. Зависимость сопротивления проводников от температуры. Сверхпроводимость. Электродвижущая сила источников тока. Закон Ома для полной цепи. Разветвленные электрические цепи. Правила Кирхгофа. Законы Ома и Джоуля-Ленца в дифференциальной форме.
Магнитостатика. Магнитное поле токов. Магнитный момент. Магнитная индукция. Напряженность магнитного поля. Закон Био-Савара-Лапласа. Сила Ампера. Взаимодействие параллельных токов. Магнитный поток. Работа по перемещению контура с током в магнитном поле. Энергия контура с током в магнитном поле. Магнитное поле движущегося заряда. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца. Эффект Холла. Закон полного тока. Магнитное поле соленоида.
Магнитные свойства вещества. Диамагнетизм, парамагнетизм, ферромагнетизм. Магнитные свойства тканей организма. Физические основы магнитобиологии.
Электромагнитная индукция, уравнения Максвелла. Основной закон электромагнитной индукции. Взаимная индукция. Самоиндукция. Энергия магнитного поля. Ток смещения. Уравнения Максвелла. Импеданс живой ткани. Реография. Эквивалентные электрические схемы тканей организма.
Тема 3. Физика колебаний и волновых процессов, распространение волн в различных средах
Механические колебания и волны. Свободные механические колебания (незатухающие и затухающие). Гармонические колебания. Кинетическая и потенциальная энергии колебательного движения. Сложение гармонических колебаний. Сложное колебание и его гармонический спектр. Вынужденные колебания. Резонанс. Автоколебания. Нелинейный маятник. Понятие о динамическом хаосе. Уравнение волны. Поток энергии волны. Вектор Умова. Интерференция волн. Акустические колебания. Эффект Доплера. Ударные волны и автоволны. Ультразвук и его применение в биологии. Инфразвуки и их действие на живой организм.
Электромагнитные колебания и волны. Свободные электромагнитные колебания. Переменный ток. Электромагнитные волны. Шкала электромагнитных волн. Принципы радиосвязи. Действие электромагнитных волн на ткани организма. Особенности теплового действия высокочастотных электромагнитных полей.
Интерференция света. Когерентные источники света. Интерференция света в тонких пленках. Интерферометры и их применение. Понятие об интерференционном микроскопе.
Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция Френеля на круглом отверстии. Дифракция Фраунгофера на дифракционной решетке. Основы рентгеноструктурного анализа. Понятие о голографии.
Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Закон Малюса. Прохождение света через границу двух диэлектриков. Двойное лучепреломление. Получение поляризованного света.
Геометрическая оптика. Основные законы геометрической оптики. Тонкая линза. Изображение предметов с помощью линз. Лупа. Микроскоп. Волоконная оптика.
Взаимодействие света с веществом. Дисперсия света. Поглощение света. Рассеяние света.
Тема 4. Квантовая физика
Тепловое излучение тел. Характеристики теплового излучения. Черное тело. Закон Кирхгофа. Законы излучения черного тела. Излучение Солнца. Теплоотдача организма. Понятие о термографии.
Квантовые свойства света. Фотоэлектрический эффект. Законы внешнего фотоэффекта. Энергия и импульс фотона. Давление света. Эффект Комптона. Единство корпускулярных и волновых свойств электромагнитного излучения.
Теория атома водорода по Бору. Модели атома Томсона и Резерфорда. Линейчатый спектр атома водорода. Постулаты Бора. Спектр атома водорода по Бору.
Основные представления квантовой механики. Гипотеза о волновых свойствах частиц. Волновая функция и ее физический смысл. Соотношения неопределенностей. Операторы физических величин. Уравнение Шредингера. Электрон в потенциальной яме. Применение уравнения Шредингера к атому водорода. Квантовые числа. Принцип Паули. Электронные оболочки сложных атомов. Периодическая система элементов Менделеева. Химическая связь. Энергетические уровни молекул. Оптические атомные спектры. Молекулярные спектры. Фотобиологические процессы. Лазеры. Нелинейные явления в оптике. Электронный парамагнитный резонанс и его применение для исследования свободных радикалов.
Тема 5. Статистическая физика и термодинамика
Молекулярно-кинетическая теория идеальных газов. Статистический и термодинамический методы исследования. Опытные законы идеального газа. Уравнение состояния идеального газа. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа. Закон Максвелла о распределении молекул идеального газа по скоростям и энергиям. Барометрическая формула. Распределение Больцмана. Атмосферное давление и его влияние на живые организмы. Средняя длина свободного пробега молекулы. Понятие о статистических ансамблях.
Термодинамика. Состояние термодинамических систем. Первое начало термодинамики. Внутренняя энергия системы. Работа газа при изменении его объема. Внутренняя энергия и теплоемкость идеального газа. Применение первого начала термодинамики к различным изопроцессам. Адиабатный процесс. Обратимые и необратимые процессы. Круговые процессы. Энтропия, ее статистическое толкование и связь с термодинамической вероятностью. Второе и третье начала термодинамики. Тепловые двигатели и холодильные машины. Цикл Карно и его КПД для идеального газа. Термодинамические потенциалы. Системы с переменным числом частиц. Химический и электрохимический потенциалы. Понятие о неравновесной термодинамике. Уменьшение энтропии при самоорганизации в открытых системах. Информация и энтропия.
Элементы квантовой статистики. Фазовое пространство. Функция распределения. Понятие о квантовой статистике Бозе-Эйнштейна и Ферми-Дирака.
Явление переноса: диффузия, вязкость, теплопроводность. Виды теплообмена в живых организмах. Физические основы терморегуляции организма.
Вырожденный электронный газ в металле. Понятие о квантовой теории теплоемкости. Фононы. Выводы квантовой теории электропроводности металлов. Сверхпроводимость.
Термоэлектронная эмиссия. Электрический ток в вакууме. Электрический ток в жидкостях и газах. Электрокинетические явления. Электрофорез. Электроосмос.
Понятие о зонной теории твердых тел. Металлы, диэлектрики и полупроводники по зонной теории. Проводимость полупроводников. Контакт двух металлов. Термоэлектрические явления. Полупроводниковые диоды и триоды.
Фазовые равновесия и переходы. Силы межмолекулярного взаимодействия в газах. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы реальных газов. Сверхтекучесть гелия. Внутренняя энергия реального газа. Эффект Джоуля-Томсона.
Поверхностное натяжение. Молекулярное явление в жидкостях. Смачивание и несмачивание. Капиллярность. Растворы. Осмотическое давление.
Испарение и конденсация. Равновесие жидкости и насыщенного пара. Критическое состояние. Пересыщенный пар и перегретая жидкость. Плавление и кристаллизация. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Тройная точка. Диаграмма состояния. Фазовые превращения. Понятие о фазовых переходах I и II рода. Самоподобные явления. Понятие о фрактальных объектах.
Тема 6. Строение и превращение атомных ядер. Элементарные частицы
Строение ядер. Энергия связи ядер. Радиоактивность. Ядерные реакции. Цепная реакция деления. Термоядерная реакция. Современное состояние систематики элементарных частиц
Перечень и содержание практических занятий
№ п/п | Наименование тем | Содержание |
1 | Введение. Физические основы механики | Кинематика материальной точки. Динамика материальной точки. Основы специальной теории относительности. Законы сохранения. Механика твердого тела. Гидродинамика |
2 | Электромагнетизм | Электрическое поле. Теорема Остроградского-Гаусса. Электроемкость. Энергия электрического поля. Постоянный ток. Магнитное поле токов. Движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях. Явление электромагнитной индукции. |
3 | Физика колебаний и волновых процессов, распространение волн в различных средах | Колебания и волны. Электромагнитные колебания и волны. Переменный электрический ток. Интерференция света. Дифракция света. |
4 | Квантовая физика | Фотоны. Формула Резерфорда. Атом Бора. Строение и спектры атомов |
5 | Статистическая физика и термодинамика | Молекулярно-кинетическая теория газов. Газовые законы. Основные законы термодинамики. Фазовые равновесия и переходы. Реальные газы. |
6 | Строение и превращение атомных ядер. Элементарные частицы | Атомное ядро и элементарные частицы. |
Перечень и содержание лабораторных занятий
№ п/п | Наименование тем | Содержание |
1 | Введение. Физические основы механики | Инструктаж по ТБ и ПБ Определение объема тела правильной геометрической формы. Определение момента инерции маятника Обербека динамическим методом. Определение коэффициента внутреннего трение по методу Стокса. Определение скорости полета пули с помощью баллистического маятника. Определение ускорения свободного падение с помощью машины Атвуда. |
2 | Электромагнетизм | Изучение электростатического поля. Определение сопротивления методом мостика Уитсона Измерение диэлектрической проницаемости жидких диэлектриков с помощью баллистического гальванометра. Снятие кривой намагничивания и зависимости магнитной проницаемости от индукции внешнего магнитного поля для ферромагнетика. Определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли. Проверка закона Ампера |
3 | Физика колебаний и волновых процессов, распространение волн в различных средах | Определение ускорения свободного падения с помощью оборотного маятника. Изучение вынужденных колебаний крутильного маятника. Определение скорости звука в воздухе методом стоячей волны. Изучение затухающих колебаний в колебательном контуре при помощи осциллографа. Определение длины световой волны с помощью дифракционной решетки. Проверка закона Малюса. |
4 | Квантовая физика | Изучение вакуумного фотоэлемента. Определение постоянной Стефана - Больцмана. Изучение газового гелий - неонового лазера. Изучение сериальных закономерностей в спектре атома водорода и определение постоянных Ридберга и Планка. |
5 | Статистическая физика и термодинамика | Определение средней длины свободного пробега и эффективного диаметра молекул воздуха путем измерения коэффициента динамической вязкости. Определение отношение теплоемкости воздуха при постоянном давлении и постоянном объеме методом Клемана - Дезорма. Определение молярной массы воздуха. Изучение температурной зависимости сопротивления терморезистора (ТР) и определение ширины запрещенной зоны материала терморезистора. Изучение свойств фоторезисторов. Исследование свойств полупроводникового диода. |
6 | Строение и превращение атомных ядер. Элементарные частицы | По данной теме лабораторные занятия не предусмотрены |
Содержание самостоятельной работы студента
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 |
