Программа курса физика

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Якутский государственный университет им.

ПРОГРАММА

курса

ФИЗИКА

Для государственных университетов

Специальность (011000) – ХИМИЯ

Квалификация – химик

Составитель: доцент

Якутск 2001 г

Рабочая программа утверждена на заседании кафедры экспериментальной физики «___»__________200__г. Протокол № ____

Зав. кафедрой //

Рабочая программа утверждена на заседании Методического Совета ФТИ «___»__________200__г. Протокол № ____

Председатель МС ФТИ //

Рабочая программа утверждена на заседании Методической комиссии БГФ «___»__________200__г. Протокол № ____

Председатель методкомиссии БГФ //

Рабочая программа утверждена на заседании Научно-методического Совета ЯГУ «___»__________200__г. Протокол № ____

Председатель Научно-методического

Совета ЯГУ //

Рабочая программа разработана на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности 011000 "Химия", утвержденного 10 марта 2000 г. Номер государственной регистрации 127 ЕН/СП. Специальность утверждена приказом Министерства образования Российской Федерации .

ЕН. Ф. 03. Физика: механика; кинематика и динамика материальной точки, твердого тела; законы сохранения энергии, импульса и момента импульса; колебания и волны; молекулярная физика; молекулярно-кинетическая теория; основы термодинамики; свойства газов, жидкостей и твердых тел; электричество и магнетизм; электростатика; электрические токи в сре-дах; теория электростатического поля Максвелла; оптика; интерферен-ция, дифракция, поляризация и дисперсия света; тепловое излучение; лазер; атомная и ядерная физика; теория атома Бора; квантовомехани-ческое описание атома; элементарные частицы; строение ядра.

ВЫПИСКА

из учебного плана специальности 011000 - ХИМИЯ

Наименов. дисциплин	Форма контроля	Всего часов	Лекции	Практич. Лаборат.	СРС	Недельная нагрузка по семестрам
ФИЗИКА	Экз I, II III, IV	Зач I, II, III, IV	580	216	144	220	I-18 н, 3/2 II-18 н, 3/2	III-18 н, 3/2 IV-18н,3/2

I. ТРЕБОВАНИЯ государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности 011000 - ХИМИЯ

Студент должен:

1. Иметь представление:

1.1. О тесной связи физики с философией и химией.

1.2. О физических методах исследования в различных областях техники и технологии.

1.3. Об основных законах физики и их применении для изучения явлений и процессов, происходящих в окружающем мире.

1.4. О фундаментальных принципах, раскрывающих сущность тех или иных законов природы.

1.5. О атомно-молекулярном строении вещества.

1.6. О мировых константах в естественных науках и их физической интерпретации.

1.7. О постулатах и гипотезах, приведших к дальнейшему развитию физической науки, открытию новых законов в микромире и их пониманию.

1.8. О фундаментальных взаимодействиях, происходящих в области макро - и микромира.

1.9. Об открытиях последнего десятилетия ХХ века, перспективах их применения и использовании в технике развития технологических процессов.

2. Знать и уметь использовать:

2.1. Основные понятия, законы, принципы, постулаты по механике, электричеству и магнетизму, колебаниям и волнам, статистической физике и термодинамике, квантовой физике.

2.2. Методы теоретического исследования в физике и методику проведения физических экспериментов.

2.3. Уметь проводить оценку порядков тех или иных параметров (величин), которые присущи для описания и объяснения физических явлений и процессов.

II. ЦЕЛИ КУРСА

1. Студент в процессе прохождения курса физики должен знать:

1.1. Основные законы и принципы классической и современной (квантовой) физики и их математические (аналитические) выражения.

1.2. Общие положения физических основ нерялитистской и релятивистской механики; физики колебаний и волн; статистической физики и термодинамики; электричества и магнетизма; квантовой физики в объеме, необходимом для выполнения лабораторных работ.

1.3. Основные и производные единицы измерений физических величин в системе СИ.

1.4. Взаимосвязь основных законов физики с химическими.

1.5. Фундаментальные квантво-механические понятия при рассмотрении строения и структуры атома.

1.6. Периодическую повторяемость физических свойств атомов элементов в системе Менделеева.

1.7. Физическую сущность корпускулярно-волнового параллелизма света.

1.8. Классические опыты и эксперименты, подтверждающие справедливость тех или иных законов физики.

2. Уметь:

2.1. Правильно формулировать и выражать физические идеи, количественно оценивать порядки физических величин.

2.2. Представлять границы применимости физических моделей и гипотез.

2.3. Правильно объяснять и интерпретировать с точки зрения законов физики те или иные явления и процессы, происходящие в природе.

2.4. Правильно соотносить содержание конкретных вопросов с общими законами и принципами физики.

2.5. Эффективно применять общие законы физики для решения конкретных задач и проблем в области химии и других технических науках.

2.6. Пользоваться физическими приборами, решить простейшие экспериментальные задачи.

2.7. Обрабатывать, анализировать источники информации по физическим явлениям и процессам.

2.9. Ориентироваться в предметных указателях учебников по физике и составлять конспекты, правильно подбирать соответствующую литературу по вопросам и проблемам физической науки.

III. ПРИНЦИПЫ КУРСА

Курс физики разработан согласно требованиям гос. стандарта к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по специальности 011000. Изучение рассчитано на I-IV семестрах, т. е. на первом и втором курсах обучения.

Физика - фундаментальная наука и тесно связана с химией и дополняющими ее другими дисциплинами, как строение вещества, квантовая химия и др. В силу этих связей физика составляет основу и базу для усвоения лекционных материалов указанных дисциплин.

Принцип изложения курса физики предусматривает связь законов физики с химическими процессами, явлениями, со строением и структурой вещества на молекулярном уровне.

Развитие любой отрасли народного хозяйства, будь то промышленность или сельское хозяйство, связано всегда с законами физики, поэтому специалист любого профиля, в том числе и химик, должен владеть знаниями в области физики и в той степени необходимости, какую требует специальность.

По содержанию программа курса физики придерживается последовательности изучения по разделам: физические основы механики; Электричество и магнетизм; физика колебаний и волн; квантовая физика; статистическая физика и термодинамика.

Так как законы физики сопровождаются аналитическими выражениями в виде формул и уравнений, то математическая подготовленность студентов должна соответствовать уровню знаний, которые получают выпускники физико-математических школ, колледжей, гимназий.

Примерное соотношение между лекционными, лабораторными и СРС согласно учебному плану примерно составляет: 1:0,5:1,1.

IV. СТРУКТУРА КУРСА

I семестр	II семестр	III семестр	IV семестр
Механика, Колебания и волны 54 час	Молекулярная физика 54 час.	Электричество и магнетизм, Оптика 54 час	Атомная и ядерная физика 54 час

V. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

№	Тема занятий	Кол. час	С. Р.С. Содержание	Форма контроля	Примечание
	Лекции 1. Физические основы механики а. Кинематика и основы динамики
1	Скорость и ускорение при поступательном и вращательном движении. Законы Ньютона.	6	1. Единицы и размерности физических величин	а) проверка конспектов
2	Система материальных точек. Центр масс. Момент силы и момент импульса. Момент инерции.	4	2. Практическое применение законов Ньютона	б) кр. беседа
3	Уравнение динамики вращательного движения вокруг неподвижной оси. Моменты инерций некоторых твердых тел.	4	3. Сила тяжести и вес. [1]55-58, 72-73
4	Законы сохранения в механике. Работа. Кинетическая энергия. Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальная энергия.	4	4. Физический маятник. [1]195-197	Ответы на контр. воп росы
5	Механика упругих тел. Упругие свойства твердых тел. Закон Гука. Модуль Юнга. Виды упругих деформаций.	6
	б) Основы релятивистской механики
6	Принцип относительности Галилея и специальная теория относительности. Преобразования Лоренца и их следствия. Преобразование и сложение скоростей. Интервал.	4
7	Релятивистское выражение для импульса и энергии и их преобразования.	4
8	Взаимосвязь массы и энергии. Понятие нулевой массы покоя	2
	в) Динамика жидкостей
9	Закон сохранения энергии и массы в динамике жидкостей. Уравнение Бернулли. Сила внутреннего трения. Вязкость.	4 2
10	Стационарное течение жидкости по прямолинейной трубе. Формула Пуазейля. Уравнение Мещерского. Реактивное движение.	4	5. Средние значения физических величин [1]291-294
	г) Кинематика гармонических колебаний
11	Уравнение свободных колебаний. Гармонические колебания. Гармонический осциллятор и его энергия.	2
12	Сложение колебаний одинакового направления. Векторная диаграмма. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний. Фигуры Лиссажу.	4
13	Затухающие и вынужденные колебания. Параметрический резонанс. Понятие о разложении Фурье.	4
	д) Упругие волны
14	Уравнения плоской и сферической волн. Волновое уравнение. Скорость и энергия упругой волны.	2
15	Интерференция волн. Стоячие волны. Колебания струны. Звук. Скорость звука в газах. Эффект Допплера для звуковых волн.	4
	II. Молекулярная физики
	а) Молекулярно-кинетическая теория
1	Основные положения современного представления о строении вещества: атомы и молекулы. Некоторые физические явления с точки зрения молекулярно-кинетической теории. Модель идеального газа. Основное уравнение кинетической теории газов.	8	6. Средняя длина свободного пробега молекулы [1]404-407, 114-115	Контр. вопросы
2	Уравнение состояния. Распределение энергии по степеням свободы. Средняя энергия молекул. Теплоемкость газов. Понятие статистических ансамблей.	6
3	Функция распределения. Максвелла. Распределение Больцмана. Макро - и микросостояния. Статистический вес.	6
	б) Основные законы термодинамики
4	Термодинамический метод описания явлений. Понятие о состоянии системы, термодинамическом процессе и термодинамическом равновесии. Первый закон термодинамики. Адиабатические процессы. Уравнение Пуассона.	8
5	Обратимые и необратимые процессы. Цикл Карно. Второй закон термодинамики. Основные термодинамические потенциалы.	6
	в) Свойства газов, жидкостей и кристаллов
6	Реальные газы. Понятие о межмолекулярных силах. Потенциальная кривая взаимодействия молекул. Уравнение состояния реального газа Ван-дер-Ваальса.	6	7. Разреженный газ [2]120-121
7	Диффузия в газах. Стационарная и нестационарная диффузия. Определение коэффициента диффузии. Термодиффузия.	6	8. Понятие о низком, высоком и сверхвысоком вакууме [2]120-121
8	Внутренняя энергия газа. Определение коэффициента вязкости газов. Теплопроводность газов.	4	9. Эффективное сечение столкновений [1]373-405
9	Строение жидкостей. Поверхностное натяжение и капиллярные явления. Жидкие кристаллы. Полимеры и аморфные тела.	4
10	Ближний и дальний порядок в расположении атомов. Идеальная кристаллическая решетка. Отличительные черты кристаллического состояния вещества.	2
11	Физические типы кристаллических решеток. Понятие о фононах. Теплоемкость твердых тел. Основные дефекты твердого тела.	4
	III. Электричество и магнетизм
	а) Постоянное электрическое поле
1	Электростатическое поле. Электр. заряды. Закон сохранения зарядов. Напряженность эл. поля. Теорема Остроградского-Гаусса. Уравнение Пуассона.	2	10. Система единиц. Рационализированная запись формул [3]14216	Контр. вопросы
2	Работа в электр. поле. Разность потенциалов и потенциал. Связь потенциала и напряженности.	2	11. Электроемкость. Конденсаторы. [2]187-189, [3]87-91	Ответы на контр. вопросы
3	Электрическое поле диполя. Поляризация диэлектриков. Полярные и неполярные диэлектрики. Формула Клаузиуса-Моссотти-Дебая.	2	12. Энергия электр. поля [2]191, [3]92-97	Конспект
4	Постоянный электрический ток. Сила и плотность тока. Электродвижущая сила. Закон Ома. Закон Джоуля-Ленца. Правила Кирхгофа.	4
	б) Магнетизм
5	Магнитное поле и его характеристика. Закон Био-Савара-Лапласа. Закон Ампера. Сила Лоренца.	2
6	Магнитный дипольный момент. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость. Диа-, пара - и ферромагнетики. Ферриты.	4	13. Понятие о пьезо и сегнетоэлектриках [2]180, [3]81-83	Проверка конспек тов, проработок
7	Электромагнитная индукция. Правило Ленца. Закон Фарадея.	2	14. Движение заряж. частиц в электр. и магнит. полях [2]248-249, [3] 208-212	Контр. вопросы
8	Самоиндукция. Индуктивность. Энергия магнитного поля. Взаимные превращения электр. и магнитных полей.	2	15. Магнитное поле соленоида и тороида [2]239-242, [3]148-152	Ответы на вопросы
9	Вихревое электр. поле. Токи Фуко. Теорема о циркуляции.	2
10	Общая характеристика теории Максвелла. Уравнения Максвелла. Ток смещения.	2
11	Переменный ток. Закон Ома для переменного тока. Активные и реактивные сопротивления. Работа и мощность переменного тока	4
	в) Электромагнитные волны
12	Волновое уравнение для электромагнитного поля. Плоские электромагнитные волны. Стоячие электромагнитные волны. Образование свободных электромагнитных волн.	4
13.	Свойства электромагнитных волн. Экспериментальное исследование электромагнитных волн. Энергия электромагнитных волн.	2
14	Элементарный диполь и его излучение. Импульс и масса эл. магн. поля. Давление эл. магн. волн. Практическое применение эл. магн. волн.	2
	IV. Оптика
1	Световая волна. Монохроматичность и когерентность света. Световой поток. Фотометрические величины и единицы.	2
2	Принцип Гюйгенса. Интерференция световых волн различных частот и волн, расположенных в различных плоскостях.	2	15. Интерференционные приборы (интерферо метры: Жамена, Майкельсона, Фабри-Перо.)	Контр. вопросы
3	Оптическая длина пути. Таутохронизм. Интерференция в тонких слоях.	2	Микроинтерферометр [2]359-360 [3]371-379
4	Дифракция световых волн. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Графическое вычисление результирующей амплитуды.	4	16. Дифракционная решетка [2]369-370, [3]407-415
5	Дифракция Френеля. Дифракция Фраунгофера на щели и круглом отверстии.	2	17.Дифракция рентгеновских лучей [2]371-373, [3]415-422	Ответы на вопросы
6	Естественный и поляризованный свет. Плоскополяризованные световые волны. Закон Малюса. Двойное лучепреломление.	4
7	Эллиптическая и круговая поляризация. Интеференция поляризованного света. Искусственная оптическая анизотропия. Эффект Керра. Вращение плоскости поляризации.	4
8	Рассеяние света. Закон Рэлея. Молекулярное рассеяние. Угол Брюстера.	2	18. Поглощение света. [2]378-379, [3]461-463	Конспект проработк
9	Дисперсия световых волн. Электронная теория дисперсии.	2	19. Эффект Вавилова-Черенко ва. [2]385, [3]465	Конспекты проработк
	V. Атомная и ядерная физика
	а) Корпускулярно-волновой дуализм частиц
1	Энергия и импульс фотонов. Внешний фотоэффект. Уравнение Эйнштейна. Эффект Комптона.	2
2	Гипотеза Луи де Бройля. Вероятностный смысл волн де Бройля и вероятностная интерпретация квантовых явлений. Дифракция электронов. Опыт Дэвинсона-Джермена.	2	20. Линейный гармонический осциллятор [4] 90-91	Конспект собеседов
3	Понятие квантовых состояний микрочастиц. Стационарные и возбужденные состояния. Соотношения неопределенностей. Квантовые числа.	2
4	Квантование и дискретность энергии излучения. Постулаты Бора. Опыты Франка-Герца.	2	21. Электрон в потенциальном “ящике”. [2]434	Ответы на вопросы
5	Сериальные формулы. Спектральные термы. Постоянная Ридберга. Изотопическое смещение.	2
	б)Электронное строение атомов
6	Атом водорода. Схема уровней энергии водородного атома и спектр излучения. Приближенный метод квантования энергии электрона в атоме водорода	2	22. Прохождение частицы через потенциальный барьер. [2]437-438, [4]85-87
7	Атомы щелочных металлов и их спектр. серии. Спин электрона. Принцип Паули. Распределение электронов по энергетическим уровням атома. Периодическая система элементов.	2
	в) Элементы физики молекулы и теории химической связи
8	Введение. Понятие химической связи и молекулярная орбиталь. Молекулярный ион Н2+ . Метод линейной комбинации атомных орбиталей (метод ЛКАО).	2	23. Энергия молекул [4]135-139
9	Молекула Н2. Ковалентная связь. Ионная связь.	2
10	Метод анализа сложных молекул. Строение и свойства молекул. Сложные молекулы.	2
	г) Электронные свойства твердых тел
11	Возникновение кристаллической структуры. Энергия взаимодействия атомов. Типы связей в твердых телах.	2
12	Ионная, ковалентная, металлическая, водородная, молекулярная типы связей в твердых телах.	2
13	Энергетические зоны в твердых телах и стационарные состояния электронов в кристаллах. Металлы, диэлектрики и полупроводники. Фононы.	2	24. Контактные явления. [4]525-528	Проверка конспекта

VII. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

№	Название работы	Кол. часов
1	Изучение нормального закона распределения случайных величин и его характеристика	4	Лаб. оборудование, принадлежности	Ознакомление с описанием лабор. работ, конспектирование	2	Ответы на контр. вопросы
2	Изучение вращательного движения	4	-”-	-”-	2	Проверка результ. измер
3	Изучение затухающих колебаний	4	-”-	-”-	2	Контр. вопросы, результ. измерен.
4	Измерение коэффициента вязкости жидкости методом Стокса.	4	Описание приборов	Ознакомление с теорией	2	Графические данные
5	Измерение коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом Ребиндера	4	Изм. приборы, принадлежн.	Физика поверхностного натяжения	2	Числ. знач. коэффициента
6	Измерение отношения удельных теплоемкостей воздуха	4	-”-	Теплоемкость газов и твердых тел	2	Результаты измерений
7	Определение ускорения силы тяжести в Якутске	4	-”-	Проработка описания лабор. работы	2	Сравнение с таблич. данными
8	Измерение скорости звука в воздухе	4	Характ-ки измер. приборов	Звуковые волны. Эффект Допплера	2	Контрольные вопросы
9	Определение момента инерции	4	Лаб. оборуд. и принадлежн.	Моменты инерции различ/ тел	2	Проверка числ. значений
10	Изучение зависимости теплопроводности воздуха от давления	4	Приборы и описания	Теплопроводность и определение коэфф.	2	Графич. зависимость
11	Изучение электростатического поля	4	Методика изм. харак-к электрич. поля	Эквипотенц. поверхность. Потенциал	2	Представл. линий равного потенц.
12	Измерение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли.	4	Эксперимен. приборы и принадлежн.	Вектор магнитной индукции. Описание	2	Сравн. с таблич. данными
13	Измерение сопротивления проводников с помощью моста Уитстона.	4	Характерис. и класс точности	Закон Ома для участка и полной цепи	2	Проверка результ. измерений
14	Изучение зависимости сопротивления проводника от температуры	4	Описание приборов	Проработка методич. указаний	1	Ответы на контр. вопросы
15	Определение теплопроводности веществ	4	Методика измерений	Коэффициент электропроводности. Теория электр-ти.	2	Представл. резул. изм/
16	Определение удельной теплоты преобразования воды	4	Харак-ки и класс точности прибор.	Парообразование и коэфф. параобразования	1	Контрольные вопросы
17	Изучение работы ОКГ (газового лазера).	4	Материалы по ОКГ	Возбужденные состояния атомов	3	Ответы на контр. вопросы
18	Изучение селенового фотоэлемента.	4	Справочник по фотоэлементам	Фотометрические величины	2	Результаты измерений
19	Определение показателей преломления жидкости с помощью рефрактометра РДУ	4	Описан. рефрактометра	Законы преломления, дисперсия	2	Сравнение результатов
20	Определение концентрации сахарных растворов при помощи поляриметра	8	Рук-во по примен. поляриметра	Поляризация света. Обыкн. и необыкн. лучи	2	Значение концентрации сахара
21	Определение длины волны света с помощью дифракционной решетки	4	Приборы и оптич. принадл	Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля.	2	Предст-е результатов
22	Определение спектральных линий атома водорода	8	Атлас спектр. линий	Нормальное и возбужденное состояние атома водорода	2	Проверка правильности серий
23	Градуирование спектрального монохроматора	4	Инструкция по использ. монохромат.	Разложение света по спектрам	2	График, знач. постоянных
24	Определение радиусов интерференционных колец Ньютона	4	Инструк. по примен. интерферометров	Интерференция света	2	Проверка найден. значений радиусов
25	Определение числа компонент расщепления энергетических уровней (эффект Зеемана).	8	Метод использ. спектрограмм	Расщепление энергетических уровней атома.	2	Расчетные данные
26	Измерение радиоактивности по g - излучении.	8	Инструк. по применению радиометров	Теория g-излучению.	2	Представление изм. результатов
27	Измерение активности биологических объектов	4	Описание использ. прибора	Активность препаратов	2	График, контр. вопросы
	ИТОГО	120

7. Список литературы

Основная литература

1. Савельев общей физики, т.1. Механика. Молекулярная физика. Москва, “Наука”, 1986 г.

2. , Яворский физики. Москва, Высшая школа, 1989 г.

3. Савельев общей физики, т. II. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. Москва, “Наука”, 1982 г.

4. Савельев общей физики, т. III. Квантовая оптика. Атомная физики. Физика атомного ядра и элементарных частиц. Москва, “Наука”, 1979 г.

Дополнительная литература

5. Калашников . Москва, “Наука”, 1970 г.

6. Матвеев . Москва, “Высшая школа”, 1985 г.

7. Матвеев физика. Москва, “Высшая школа”, 1989 г.

8. , Широков физика. Л., “Наука”, 1983 г.

9. Горяга по атомной физике, ч. II, изд. МГУ, 1984 г.