Программа курса (Syllabus). Физика 2 (стр. 1 )

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Некоммерческое акционерное общество

«Алматинский универитет энергетики и связи»

Теплоэнергетический факультет

Кафедра физики

Программа курса (Syllabus)

Физика 2

Специальность 5В071600 - Приборостроение

Курс – 1

Семестр - 2

Всего - 3 кредита

Общее количество часов – 135

Лекции – 2 кредита

Практические занятия – 0,5 кредита

Лабораторные занятия – 0,5 кредита

СРО - 83 часа

в т. ч. СРСП – 30 часов

Экзамен – 2 семестр

Алматы 2012

Программа курса составлена: , кандидатом физико-математических наук, на основании рабочих учебных планов специальности 5В071600— Приборостроение.

Рассмотрена на заседании кафедры физики

«28» июня 2012 г. Протокол № 10

Заведующий кафедрой ____________________проф.

Дисциплина: ФИЗИКА 2

Пререквизиты и постреквизиты курса

Пререквизиты – «Математика 1», «Математика 2», «Математика3» «химия», «физика 1».

Постреквизиты дисциплины – «теория электрических цепей 2», основы электроники, приборостроение.

Описание курса

Курс «Физика 2» является обязательной в цикле базовых дисциплин при подготовке бакалавров по специальности 5В071600 – Приборостроение и формируя их научное мировоззрение и общую культуру, развивая системное мышление и интеллектуальную культуру; в конечном итоге, создает основу профессиональной деятельности бакалавров в области электросвязи и информатизации.

Курс «Физика 2» включает следующие разделы: уравнения Максвелла; физика колебаний и волн; квантовая физика и физика атома; физика твердого тела; атомное ядро и элементарные частицы.

Цели курса - формирование у студентов умений и навыков использования фундаментальных законов, теорий классической и современной физики, а также методов физического исследования; формирование у студентов творческого мышления и научного мировоззрения, навыков самостоятельной познавательной деятельности, умения моделировать физические ситуации с использованием компьютерных технологий; формирование у студентов целостного представления о современной естественно-научной картине мира.

Задачи изучения дисциплины - раскрыть сущность основных представлений, законов, теорий классической и современной физики в их внутренней взаимосвязи; формировать у студентов умения и навыки решения обобщенных типовых задач дисциплины (теоретических и экспериментально-практических учебных задач) из различных областей физики как основы умения решать профессиональные задачи в области радиотехники, электроники и телекоммуникаций, и находить индивидуальные способы самообразования в дальнейшем; способствовать развитию у студентов творческого мышления, навыков самостоятельной, познавательной деятельности, умения моделировать физические явления с использованием компьютера.

В результате изучения курса физики студент должен:

- знать: основные физические теории и принципы, физические методы исследования, основные законы и границы их применимости;

- уметь: применять теоретические знания для решения конкретных физических задач и ситуаций, анализировать результаты физического эксперимента, моделировать физические ситуации с использованием компьютера;

- иметь навыки: проведения физического эксперимента, работы с измерительными приборами, расчета и обработки полученных данных.

Курс «Физика 2» включает в себя некоторые разделы классической и современной физики. Ясная физическая и мировоззренческая интерпретация представлений классической и современной физики формирует у студентов способность перестраивать свое мышление к восприятию неизбежных трансформаций старых научных и технических представлений в принципиально новые.

Контроль текущей работы студентов осуществляется путём проведения контрольных работ, коллоквиумов, защит лабораторных работ, работ с использованием ПС, защит семестровых заданий (расчётно-графических работ). Итоговый контроль – экзамен.

Сведения о преподавателях:

, кандидат физико-математических наук, стаж научно-педагогической работы -30 лет. Имеет свыше 40 публикаций.

Абдалиева Нагима Темирбаевна, ассистент кафедры физики АУЭС, физика, более 10 публикаций.

График занятий:

В течение первой половины семестра: еженедельно лекция – 2 часа (100 минут), через неделю 1 практическое занятие (по 100 минут каждое), через неделю 1 лабораторное занятие (по 100 минут каждое занятие), еженедельно самостоятельная работа под руководством преподавателя (СРСП) – 2 часа (консультации и сдача РГР), еженедельно самостоятельная работа – 4 часа, включающая подготовку к лекциям, практическим и лабораторным занятиям, выполнение РГР и СРО. Схема занятий во вторую половину семестра (после пересмены): еженедельно лекция – по 2 часа (100 минут каждая), еженедельно практическое занятие – по 2 часа (по 100 минут), через неделю 1 лабораторное занятие - 2 часа (100 минут каждое занятие), еженедельно самостоятельная работа под руководством преподавателя (СРСП) – 2 часа (консультации и сдача РГР), еженедельно самостоятельная работа – 4 часа, включающая подготовку к лекциям, практическим и лабораторным занятиям, выполнение заданий РГР и СРО.

Лекции:

Лек/ нед.	Тема	Источники
1/ 1	Явление электромагнитной индукции. Основной закон электромагнитной индукции. Правило Ленца. Явление взаимной индукции и самоиндукции. Индуктивность и взаимная индуктивность. Магнитная энергия тока. Объемная плотность энергии магнитного поля.	Л.1, 3, 4, 14.
2/2	Уравнения Максвелла. Фарадеевская и максвелловская трактовки явления электромагнитной индукции. Вихревое электрическое поле. Ток смещения. Система уравнений Максвелла. Относительность электрических и магнитных полей.	Л.1, 3, 4, 14.
3/3	Колебательные процессы. Общая характеристика гармонических колебаний. Дифференциальное уравнение гармонических колебаний. Гармонические осцилляторы. Энергия гармонических колебаний. Векторная диаграмма. Сложение колебаний. Биения.	Л.1, 3, 4, 14.
4/4	Затухающие и вынужденные колебания и их характеристики. Амплитуда и частота затухающих колебаний. Коэффициент затухания, логарифмический декремент затухания, добротность. Дифференциальное уравнение затухающих колебаний. Вынужденные колебания. Амплитуда и фаза вынужденных колебаний. Переменный ток как вынужденные электромагнитные колебания. Резонанс.	Л.1, 3, 4, 14.
5/5	Волновые процессы и их основные характеристики. Уравнения плоской и сферической волн. Фазовая скорость. Волновое уравнение. Энергия упругих волн. Вектор Умова. Суперпозиция волн. Волновой пакет. Групповая скорость. Дисперсия волн.	Л.1, 3, 4, 14.
6/6	Волновое уравнение для электромагнитного поля. Свойства электромагнитных волн. Плотность потока электромагнитной энергии – вектор Пойнтинга. Излучение диполя.	Л.1, 3, 4, 14.
7/7	Свет как электромагнитная волна. Интерференция волн. Временная и пространственная когерентность. Методы наблюдения интерференции света (опыт Юнга, интерференция в тонких пленках, кольца Ньютона).	Л.1, 3, 4, 14.
8/8	Дифракция волн. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция на одной щели и многих щелях (дифракционная решетка). Спектральное разложение.	Л.1, 3, 4, 14.
9/9	Тепловое излучение, его свойства и основные характеристики. Законы теплового излучения. Проблема излучения абсолютно черного тела. Квантовая гипотеза и формула Планка. Фотоны. Энергия и импульс световых квантов. Эффект Комптона. Корпускулярно-волновой дуализм электромагнитного излучения.	Л.2, 3, 4, 14.
10/10	Корпускулярно-волновой дуализм вещества. Гипотеза де Бройля и ее экспериментальное подтверждение. Волновые свойства микрочастиц и соотношение неопределенностей Гейзенберга. Принцип неопределенности - фундаментальный принцип квантовой механики. Состояние микрочастицы в квантовой механике. Волновая функция и ее статистический смысл. Временное и стационарное уравнения Шредингера.	Л.2, 3, 4, 14.
11/11	Решение стационарного уравнения Шредингера для простейших квантовых систем. Частица в одномерной прямоугольной потенциальной яме. Принцип соответствия Бора. Движение частицы при наличии потенциального барьера. Туннельный эффект. Атом водорода в квантовой теории. Энергетические уровни. Ширина уровней. Пространственное квантование. Спин электрона. Принцип Паули.	Л.2, 3, 4, 14.
12/12	Элементы квантовых статистик и физики твердого тела. Понятие о квантовых статистиках Бозе-Эйнштейна и Ферми-Дирака. Бозоны и фермионы. Вырожденный электронный газ в металлах. Уровень Ферми.	Л.2, 3, 4, 14.
13/13	Зонная теория твердых тел. Энергетические зоны в кристаллах. Металлы, диэлектрики и полупроводники в зонной теории твердых тел. Собственная и примесная проводимости полупроводников. Фотопроводимость.	Л.2, 3, 4, 14.
14/14	Контактные явления. Работа выхода электрона из металла. Контактная разность потенциалов. Контакт электронного и дырочного полупроводников. Полупроводниковый диод.	Л.2, 3, 4, 14.
15/15	Атомное ядро и элементарные частицы. Состав и характеристики атомного ядра. Дефект массы и энергия связи ядра. Ядерные силы. Обменный характер ядерных сил. Модели ядра. Фундаментальные взаимодействия. Классификация элементарных частиц. Лептоны, адроны, кварки. Понятие об основных проблемах современной физики и астрофизики.	Л.2, 3, 4, 14.

Практические занятия:

прак. зан./ нед	Тема	Источники
1/1	Колебания и волны. Гармонические колебания. Затухающие и вынужденные колебания. Резонанс. Метод векторных диаграмм. Переменный ток. Электромагнитные волны Л. 8, №№ 6-11, 26-18, 26-20; Л. 10, №№ 7.4, , 6-71,6-58, 6-61,	Л. 1, С. 60-78.
2/2	Квантовая природа электромагнитного излучения. 1. Тепловое излучение и его характеристики. Л. 8, №№ 34-2, 34-18, 35-2. 5. Фотоэффект, его закономерности. Уравнения Эйнштейна. 6.Фотоны, энергия и импульс фотонов. 7. Эффект Комптона. 8. Корпускулярно – волновой дуализм электромагнитного излучения. Л. 8, 35-2, 35-6, 35-8, 36-7, 36-10, 37-1, 37-4, 37-7; Л. 10, №№ 23.21, 23.22, 23.23, 23.32, 23.36, 23.43, 23.44	Л. 2, С. 7-27; 4, С.367-373
3/3	Волновые свойства микрочастиц. 1. Волновые свойства микрочастиц. Гипотеза и формула де Бройля. 2. Соотношения неопределённостей Гейзенберга. 3. Волновая функция, её статистический смысл. 4. Стационарное уравнение Шредингера. 5. Частица в одномерной прямоугольной «потенциальной яме». Л. 8, №№ 45-5, 45-11, 45-15, 45-20, 46-14, 46-21, 46-71; Л. 10, №№ 24.2, 24.8, 24.11, 24.19, 24.22, 24.23, 24.29
4/4	Квантовые статистики. Полупроводники. 1. Фермионы и бозоны. Квантовые статистики Ферми-Дирака и Бозе–Эйнштейна.2. Вырожденный электронный газ в металлах. Уровень Ферми. 4. Металлы, диэлектрики и полупроводники в зонной теории твердых Собственная и примесная проводимости полупроводников. 5. Фотопроводимость. Л.8, №№ 51-2, 51-3, 51-4, 51-18, 51-19; Л.8*, №№ 51-50; Л. 10, №№ 25.7, 25.16, 25.18, 25.23, 25.26.	Л. 2, 179-184, 197-210; 4, С. 434-438, 442-452.
СРСП	Контрольная работа

Лабораторные занятия:

№ зан./ нед	Тема	Источ-ники
1 /1-2	3.2 Физика колебаний и волн. Электромагнитные колебания ЭМК-17 Изучение сложения колебаний с помощью осциллографа ЭМК-18 Изучение свободных затухающих колебаний в колебательном контуре ЭМК-19 Изучение вынужденных колебаний на примере цепи переменного тока ЭМК-20 Измерение мощности переменного тока и определение коэффициента мощности ЭМК-21 Изучение гармонических колебаний на примере физического маятника ЭМК-22 Изучение свободных колебаний маятника ЭМК-25 Изучение вынужденных колебаний. Резонанс напряжений	Л. 17
3/5-6	ОТТ-1 Определение радиуса кривизны линзы с помощью колец Ньютона ОТТ- 2 Определение длины волны лазерного излучения ОТТ- 3 Изучение дифракции света по узкой щели ОТТ- 6 Проверка закона Малюса	Л.18
4/7-8	Защита отчетов
5,6/9-12	3.3 Квантовая физика и физика атома ОТТ-8 Исследование характеристик фотоэлемента ОТТ-9 Определение постоянной Стефана-Больцмана ОТТ-10 Проверка закона Стефана-Больцмана ОТТ-11 Определение постоянной Планка по спектру поглощения ОТТ-12 Наблюдение дифракции ионов меди	Л. 19
6,7 /13-14	3.4 Физика твердого тела, атомного ядра и элементарных частиц ОТТ-13 Изучение работы полупроводникового диода ОТТ-14 Изучение явления фотопроводимости полупроводников ОТТ-15 Изучение зависимости сопротивления полупроводников от температуры	Л. 19
8/15	Защита отчетов

Содержание СРО:

№ т./ нед	Тема	Источники
1/1	1.Экстратоки замыкания и размыкания.	Л. 4, С.
2/2	2.Гармонические осцилляторы: математический и физический маятники, колебательный контур.	Л. 4, С.
3/3	3. Переменный электрический ток как вынужденные электромагнитные колебания.	Л. 4, С.
4/4	4. Эффект Доплера.	Л. 4, С. 2
5/5	5. Стоячие волны.	Л. 4, С. 290-291
6/6	6. Интерферометры. Применение интерференции света.	Л. 4, С.328-331
7/7	7. Взаимодействие света с веществом. Дисперсия, поглощение и рассеяние света. Поляризация света. Закон Малюса.	Л. 4, С. 347-349, 351-353, 355-358
8/8	8. Голография.	Л. 4, С. 345-347.
9/9	9. Фотоэффект. Законы фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна. Применение фотоэффекта.	Л. 4, С. 376-381
10/10	10. Линейчатые спектры атомов. Теория Бора для водородоподобных атомов. Опыт Франка и Герца.	Л. 4, С. 386-393.
11/11	11. Квантовая теория взаимодействия электромагнитного излучения с веществом. Спонтанное и вынужденное излучение. Лазеры.	Л. 4, С. 428-433.
12/12	12. Элементы квантовой теории электропроводности металлов. Сверхпроводимость. Эффект Джозефсона.	Л. 4, С. 439-441.
13/13	13. Фононы. Теплоемкость кристаллической решетки по Дебаю.	Л. 4, С. 438-439.
14/14	14. Радиоактивные превращения атомных ядер. Закономерности и происхождение α-, β- и γ-излучения.	Л. 4, С. 255-479.
15/15	15. Взаимодействие радиоактивного излучения с веществом.	Л. 6, С. 246-247.

Темы СРСП