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

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Некоммерческое АО «Алматинский университет энергетики и связи»

Теплоэнергетический факультет

Кафедра физики

Программа курса (Syllabus)

Физика 2

Специальность 5В070200 – Автоматизация и управление

Курс – 2

Семестр – 3

Всего – 4 кредита

Общее количество часов – 180

Лекции – 2 кредита

Практические занятия – 1,5 кредита

Лабораторные занятия – 0,5 кредита

СРС – 112 часов

В т. ч. СРСП – 30 часов

4 РГР – 3 семестр

Экзамен – 3 семестр

Алматы 2012

Программа курса составлена: доктором педагогических наук, профессором кафедры физики, на основании рабочих учебных планов специальности 5В070200 – Автоматизация и управление.

Рассмотрена на заседании кафедры физики

«28» июня 2012 г. Протокол № 10

Заведующий кафедрой ______________ проф.

Дисциплина: ФИЗИКА 2

Описание курса

Дисциплина «Физика 2» является базовым курсом при подготовке бакалавров по специальности 5В070200 – Автоматизация и управление, создавая основу профессиональной деятельности бакалавров в области энергетики, формируя их научное мировоззрение и компетенцию. В курсе «Физика 2» изучаются разделы: уравнения Максвелла; физика колебаний и волн; квантовая физика и физика атома; физика твердого тела, атомного ядра и элементарных частиц.

Целью курса является формирование у студентов умений и навыков использования фундаментальных законов, теорий классической и современной физики, а также методов физического исследования для решения теоретических и экспериментально-практических учебных задач из различных областей физики; формирование у студентов навыков самостоятельной познавательной деятельности; выработка приемов и навыков проведения экспериментальных научных исследований физических явлений, помогающих в дальнейшем решать конкретные задачи в профессиональной деятельности.

Пререквизиты и постреквизиты курса

Пререквизиты дисциплины – изучению дисциплины предшествует освоение высшей математики, информатики, физика 1..

Постреквизиты дисциплины – знания по дисциплине «Физика 2» необходимы для изучения следующих дисциплин: теоретические основы электротехники, элементы и устройства автоматики, технические средства измерения.,

Сведения о преподавателях:

, профессор, доктор педагогических наук, стаж научно-педагогической работы более 40 лет.

, ассистент, стаж научно-педагогической работы – 5 лет.

, ассистент, стаж научно-педагогической работы – 4 года.

График занятий:

Для БАУ схема занятий в течение первой половины семестра следующая: еженедельно 1 лекция по 2 контактных часа (по 100 минут каждая), еженедельно 1 практическое занятие – по 2 часа (100 минут), 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 – 5 часов, включающая подготовку к лекциям, практическим и лабораторным занятиям, выполнение заданий РГР и СРО. Схема занятий во вторую половину семестра (после пересмены) следующая: еженедельно 1 лекция по 2 контактных часа (по 100 минут каждая), еженедельно 1 практическое занятие – 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 (30 часов, *12 часа):

Лек/ нед.	Тема	Источники
1/ 1	V Уравнения Максвелла 4 часов (*2 часа) 1 Явление электромагнитной индукции Основной закон электромагнитной индукции. Правило Ленца. Явление взаимной индукции и самоиндукции. Индуктивность. Экстратоки замыкания и размыкания. Коэффициент взаимной индукции. Магнитная энергия тока. Плотность энергии магнитного поля.	Л. 1, 2, 3, 4, 5, 8, 24
2/2	2 Основы теории Максвелла Фарадеевская и максвелловская трактовка явления электромагнитной индукции. Вихревое электрическое поле. Ток смещения. Система уравнений Максвелла. Относительность электрических и магнитных полей.	Л. 1, 2, 3, 4, 5, 8, 24
3/3	VI Физика колебаний и волн 10 часов (*2 часа) 3 Колебания Общие характеристики гармонических колебаний. Гармонические осцилляторы. Дифференциальные уравнения гармонических колебаний осцилляторов. Пружинный маятник и колебательный контур. Аналогия в описании колебаний любой природы. Энергия гармонических колебаний.	Л. 1, 2, 3, 4, 5, 24
4/4	4. Векторная диаграмма. Сложение колебаний. Затухающие и вынужденные колебания. Амплитуда и фаза вынужденных колебаний. Резонанс. Границы применимости принципа суперпозиции для колебаний. Линейные и нелинейные системы.	Л. 1, 2, 3, 4, 5, 24
5/5	5. Упругие волны. Основные характеристики волнового движения. Уравнение волны. Плоская и сферическая волна. Фазовая скорость. Волновое уравнение. Энергия упругих волн. Вектор Умова. Интенсивность волны.	Л. 1, 2, 3, 4, 5, 24
6/6	6. Электромагнитные волны. Сложение волн: интерференция, дифракция. Волновой пакет. Групповая скорость. Дисперсия волн. Дифференциальное уравнение электромагнитной волны и ее свойства. Волновое уравнение для электромагнитного поля. Энергия и плотность энергии. Вектор Пойнтинга. Излучение диполя.	Л. 1, 2, 3, 4, 5, 24
7/7	7. Волновая оптика. Свет как электромагнитная волна. Интерференция света. Когерентность. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Физические основы взаимодействия света с веществом. Дисперсия света	Л. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 24
8/8	VII Квантовая физика и физика атома - 8 часов (*4 часа) 8. Тепловое излучение. Характеристики и законы теплового излучения. Проблемы излучения абсолютно черного тела. Квантовая гипотеза и формула Планка.	Л. 1, 2, 3, 4, 7, 24
9/9	9 Корпускулярные свойства электромагнитного излучения Фотоны. Энергия и импульс световых квантов. Фотоэффект. Законы фотоэффекта. Гипотеза и уравнение Эйнштейна. Эффект Комптона. Корпускулярно-волновой дуализм электромагнитного излучения.	Л. 1, 2, 3, 4, 7, 24
10/ 10	10. Корпускулярно-волновой дуализм вещества как универсальное свойство материи. Уравнение Шредингера Гипотеза де Бройля и её экспериментальное подтверждение. Волновые свойства микрочастиц и соотношение неопределенностей Гейзенберга. Принцип неопределенности – фундаментальный принцип квантовой механики; решение квантово-механических задач на качественном уровне. Состояние частицы в квантовой механике. Пси – функция. Временное и стационарное уравнения Шредингера.	Л. 1, 2, 3, 4, 7, 24
11/ 11	11 Решение уравнения Шредингера Решение уравнения Шредингера для простейших квантовых систем: частица в одномерной прямоугольной потенциальной яме (принцип соответствия Бора), прохождение частицы через потенциальный барьер, квантовый гармонический осциллятор, атом водорода. Энергетический спектр атома водорода. Пространственное квантование. Спин электрона. Неразличимость одинаковых квантовых частиц. Принцип Паули.	Л. 1, 2, 3, 4, 7, 24
12/ 12	VIII Физика твердого тела, атомного ядра и элементарных частиц 8 часов (*4 часа) 12 Квантовые статистики и их применение Конденсированное состояние. Понятие о квантовой статистике Бозе-Эйнштейна и Ферми-Дирака. Химический потенциал системы (Уровень Ферми). Электроны проводимости в металлах. Вырожденное состояние электронов. Электропроводность металлов.	Л. 1, 2, 3, 4, 7, 24
13/ 13	13 Зонная теория твердых тел Стационарные состояния электронов в кристаллах. Зонная структура электронного энергетического спектра в кристаллах. Металлы, диэлектрики и полупроводники в зонной теории. Носители тока в полупроводниках. Понятие дырочной проводимости. Квазичастицы. Электропроводность собственных и примесных полупроводников. p–n–переход.	Л. 1, 2, 3, 4, 7, 24
14/ 14	14 Элементы квантовой электроники. Квантовая природа взаимодействия электромагнитного излучения с веществом. Свойства спонтанного и вынужденного излучений. Принцип работы квантового генератора. Применения квантовой электроники. Низкоразмерные системы.
15/ 15	15 Ядерная физика. Радиоактивные превращения ядер. Атомное ядро. Энергия связи. Ядерные силы. Обменный характер ядерных сил. Закономерности и происхождение альфа-, бета-, и гамма – излучения и их взаимодействие с веществом. Сильное, электромагнитное, слабое, гравитационное взаимодействия. Понятие об основных проблемах современной физики и астрофизики.

Практические занятия (22 часа, *10 часов):

прак. зан./ нед	Тема	Источники
1/1	Явление электромагнитной индукции. *Работа перемещения проводника и контура с током в магнитном поле. *Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея-Максвелла. *Самоиндукция и взаимная индукция. *Индуктивность и взаимная индуктивность, их физический смысл. *Экстратоки замыкания и размыкания. *Энергия и плотность энергии магнитного поля. //11, 25.4, 25.11, 25.18, 25.28, 25.45, 26.11//	Л. 1, стр. 181-195; Л.2, стр. 328-343; Л.8, стр. 176-178, 241-270
2/2	Уравнения Максвелла. * Вихревое электрическое поле. *Ток смещения. *Система уравнений Максвелла. *Относительность электрических и магнитных полей. //10, 18.41, 18.46, 18.48// Проведение миниконтроля №1	Л. 1, стр. 199-208; Л.2, стр.346-358; Л.8, стр. 283-293
3/3	Свободные гармонические колебания. * Дифференциальное уравнение свободных гармонических колебаний. *Осцилляторы: физический и математический маятники, колебательный контур. *Графическое представление гармонических колебаний. *Метод векторных диаграмм. *Сложение одинаково направленных и взаимно перпендикулярных колебаний. Биения. //11, 6.11, 6.19, 6.23, 6.35//10.19.5//	Л. 1, стр.259-262; Л.2, стр. 358-371; Л.8, стр. 311-335
4/4	Затухающие и вынужденные колебания. Энергия колебаний. *Уравнения затухающих и вынужденных колебаний. *Амплитуда, коэффициент затухания, логарифмический декремент затухания, добротность. *Резонанс. *Резонансные кривые. *Энергия гармонических колебаний. //10, 19.14, 19.15, 19.21// //11, 6.57, 6.66//	Л. 1, стр. 262-270; Л.2, стр.371-385
5/5	Упругие волны. *Упругая волна и её характеристики. *Энергия и плотность энергии упругой волны. *Вектор Умова. //10, 7.49, 19.41, 19.45//	Л. 1, стр. 274-289, 302-310,347-360, 381-407;
6/6	*Электромагнитная волна, ее свойства и характеристики. *Энергия, плотность энергии электромагнитной волны. Вектор Пойнтинга. *Свет как электромагнитная волна. *Интерференция и дифракция света. //11, 7.3, 7.8, 30.29, 31.16// Проведение мини - КР №2	Л.2, стр. 385-397, 402-408, 420-431, 436-447; Л.8, стр. 293-310
7/7	Квантовые свойства излучения. Тепловое излучение. * Тепловое излучение и его характеристики. * Абсолютно чёрное тело, его модель. Законы излучения абсолютно черного тела. *Гипотеза и формула Планка. *Фотоны, энергия и импульс фотонов. //11, 34.11, 34.18, 34.21, 34.22, 36.7//	Л. 1, стр. 7-27, 40-44; Л.2, стр. 478-488
8/9	Фотоэффект и эффект Комптона. * Фотоэффект, его закономерности. Уравнения Эйнштейна. * Эффект Комптона. *Корпускулярно – волновой дуализм электромагнитного излучения. //11, 35.2, 35.8, 37.6, 37.5//	Л. 1, стр. 35-40, 44-48; Л.2, стр. 491-504
9/11	Волны де Бройля. Волновые свойства микрочастиц. Соотношения неопределённостей Гейзенберга. Уравнение Шредингера. * Волновые свойства микрочастиц. Гипотеза и формула де Бройля. *Соотношения неопределённостей Гейзенберга. *Волновая функция, её статистический смысл. *Стационарное уравнение Шредингера. *Частица в одномерной прямоугольной «потенциальной яме». //11, 45.3, 45.25, 46.8, 46.19, 46.71//	Л. 1, стр. 50-69, 71-76; Л.2, стр. 504-529
10/13	Элементы квантовой статистики и физики твердого тела. * Понятие о квантовой статистике. Функция распределения. * Статистика Ферми-Дирака и Бозе-Эйнштейна. Уровень Ферми. *Электронный газ в металлах. Электропроводность металлов. Полупроводники. Собственная и примесная проводимость полупроводников. //11, 51.4, 51.6, 51.9, 51.18, 51.22// //11, 40.7, 40.46, 41.6, 41.18, 44.7, 44.18// Проведение мини - КР №3	Л. 1, стр.157-167, 179-184, 186-189, 197-227; Л.2, стр. 578-588, 607-623
11/15	Физика ядра. * Радиоактивность. *Закон радиоактивного распада. Ядерные реакции. Энергия связи ядра. //11, 41.6, 41.18, 44.7, 44.18//	Л. 1, стр.197-227; Л.2, стр. 607-623

Лабораторные занятия (14 часов, *14 часов):