МИНИСТЕРСТВО СПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Российский государственный университет физической культуры, спорта, молодежи и туризма (ГЦОЛИФК)»
Рабочая программа дисциплины
Физика
Направление подготовки
44.03.01 Педагогическое образование
Профиль подготовки
Физическая культура
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр
Форма обучения
Очная и заочная
Москва 2015
Программа утверждена и рекомендована
Экспертно-методическим советом ИТРРиФ РГУФКСМиТ
Протокол №_____от «____» ____________2015г.
Составители: - доктор педагогических наук, профессор, заведующий кафедрой ЕНД РГУФКСМиТ;
Маркарян Вартануш Степаевна – кандидат технических наук, доцент кафедры ЕНД РГУФКСМиТ.
Рецензент: – д. ф.-м. н., профессор кафедры
ИТ РГУФКСМиТ.
Программа дисциплины математического и естественнонаучного цикла вариативной части дисциплины по выбору Б2.В. ДВ.1 составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению подготовки 44.03.01 Педагогическое образование профиль Физическая культура.
Цели дисциплины: ознакомление студентов с основными понятиями физики, современной физической картиной мира и развитием материалистических идей познания природы, а также вооружение их знаниями, умениями, навыками, необходимыми для освоения в последующем курса биомеханики и основных представлений о технике выполнения спортивных упражнений
Задачи дисциплины:
· ознакомить студентов с основными понятиями и методами физики;
· обучить студентов навыкам решения стандартных физических задач путем определения метода их решения и последующей оценкой и интерпретацией полученных результатов;
· сформировать у студентов навыки самостоятельной работы с учебной литературой в области физики;
· обучить студентов навыкам применения законов физики для решения качественных задач как модели природных явлений и явлений, наблюдаемых в физкультурно-спортивной деятельности человека.
Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата. Дисциплина физика относится к математическому и естественнонаучному циклу ООП. “Входными” знаниями, умениями и готовностями обучающихся, необходимыми для освоения данной дисциплины и приобретенными в результате освоения предшествующей дисциплины математика, являются знания по дифференциальному и интегральному исчислениям, дифференциальным уравнениям, аналитической геометрии, линейной алгебре.
Курс «Физика» является предшествующей естественнонаучной дисциплиной, на базе которой студенты могут приобрести начальные знания по целому ряду учебных дисциплин, таких как биомеханика, теория и методика физической культуры и спорта, основы научно-методической деятельности, динамическая анатомия, разделы физиологии, биохимии, спортивной медицины, спортивные сооружения и оборудование.
Компетенции:
Выпускник должен обладать следующими компетенциями:
Общекультурные компетенции:
ОК-4. Способен использовать знания о современной естественнонаучной картине мира в образовательной и профессиональной деятельности, применять методы математической обработки информации, теоретического и экспериментального исследования.
Профессиональные компетенции
ПК - 2. Готов применять современные методики и технологии, в том числе и информационные, для обеспечения качества учебно-воспитательного процесса на конкретной образовательной ступени конкретного образовательного учреждения,
В результате изучения дисциплины обучающийся должен:
Знать:
· основные кинематические, динамические и энергетические характеристики механического движения, необходимые им для описания и анализа двигательных действий человека;
· основные законы классической механики и системы единиц измерения;
· основные закономерности термодинамических процессов;
· об электрических и электромагнитных явлениях в природе, что позволит понять сущность электродинамических процессов, происходящих в клетке, нервах, мышцах и мозге;
· о колебательных и волновых процессах в природе для понимания колебательно-волновых процессов в движениях человека, принципов периодизации спортивной тренировки, цикличность биологических процессов в организме человека;
Уметь:
· формулировать из заданной спортивной ситуации конкретную физическую задачу и решать ее изученными методиками;
· применять теоретические основы курса физики к поставленной спортивной задаче для получения полезного результата;
· сформулировать цель, задачи и методику исследования механических процессов в рамках исследования двигательной деятельности человека.
Владеть:
· основными методами анализа физических процессов, получением и представлением научной и методической информации, связанной с механическими и электромагнитными явлениями, сопровождающими двигательную деятельность человека.
4. Структура и содержание дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы, 72 часа.
Очная форма обучения
Раздел дисциплины | Семестр | Неделя семестра | Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах) | Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра) Форма промежуточной аттестации (по семестрам) | |||
Аудиторные занятия | Внеаудиторная работа | итого | |||||
лекции | Практические занятия | СРС | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 9 |
Механика. | 3 | 6 | 10 | 12 | 28 | опрос, решение качественных задач | |
Молекулярная физика и термодинамика. | 3 | 2 | 2 | 8 | 12 | Опрос, решение качественных задач | |
Электродина- мика | 3 | 2 | 6 | 8 | 16 | Опрос, решение качественных задач | |
Механические и электромагнитные колебания и волны | 3 | 2 | 6 | 8 | 16 | Опрос, решение качественных задач | |
Итоговая форма контроля | зачет | ||||||
ИТОГО | 12 | 24 | 36 | 72 |
СОДЕРЖАНИЕ КУРСА
1. Разделы курса
Курс «Физика» включает в себя следующие разделы:
1. Механика.
2. Молекулярная физика и термодинамика.
3. Электродинамика.
4. Механические и электромагнитные колебания и волны.
2. Темы и краткое содержание
Раздел 1. МЕХАНИКА
Тема 1.1. Введение. Место физики в современном естествознании
Лекция. Предмет физики. Изучение двух сущностей – вещества и движения. Микро - и макромиры.
Пространство и время. Релятивистские и нерелятивистские движения. Разделы физики: механика, молекулярная физика и термодинамика, электродинамика, атомная и ядерная физика, квантовая механика, теория относительности.
Основополагающие идеи физики: идея строения материи (корпускулярная и континуальная концепции), идея сохранения энергии, идея относительности.
Система единиц СИ.
Тема 1.2. Описание механического движения
Лекция. Механическое движение. Объекты движения: идеализированные (материальная точка, абсолютно твердое тело) и реальные (твердое тело, система материальных точек или твердых тел, сплошные среды).
Тело отсчета. Система отсчета. Системы координат: на прямой и в пространстве. Прямоугольная декартова система координат, полярная система координат. Отсчет времени.
Скаляры и векторы. Элементы векторной алгебры.
Тема 1.3. Кинематика материальной точки и твёрдого тела
Лекция. Кинематика точки. Траектория. Прямолинейное и криволинейное движения. Уравнение движения точки. Закон движения и формы его задания: аналитический, графический и табличный. Кинематические характеристики. Синхронизация графиков координат, пути, скоростей и ускорений.
Классификация механических движений материальной точки по двум признакам: форме траектории и характеру изменения скорости. Типы движения: равномерное прямолинейное, неравномерное прямолинейное, равномерное криволинейное, неравномерное криволинейное.
Поступательное и вращательное движение твердого тела. Вращательное движение вокруг неподвижной оси. Характеристики вращательного движения. Аналогия формул кинематики. точки и вращательного движения тела.
Сложное движение.
Практические занятия. Решение задач
Самостоятельная работа.
Тема 1.4. Динамика материальной точки и твёрдого тела
Лекция. Понятие о зависимости между движением материальных объектов и их взаимодействиями. Сила.
Четыре фундаментальных взаимодействия.
Внутренние и внешние силы в системе взаимодействующих тел. Равнодействующая сила. Принцип независимости действия сил.
I закон Ньютона.
II закон Ньютона. Понятие о массе как о мере инертности. Инерциальные системы отсчёта. Принцип относительности Галилея. Вес тела.
III закон Ньютона. Точки приложения сил действия и противодействия. Два вида взаимодействия тел – непосредственное и на расстоянии (через поля).
Силы в природе (упругости, трения, тяготения).
Количество движения (импульс) материальнеой точки и системы. Импульс силы. Теорема об изменении количества движения материальной точки. Закон сохранения количества движения.
Элементы динамики вращательного движения абсолютно твёрдого тела, имеющего ось вращения. Плечо силы. Момент инерции. Момент импульса точки и тела. Основной закон динамики вращательного движения. Закон сохранения импульса тела.
Обратная задача механики (определение сил или моментов сил при заданном законе движения) и прямая задача механики (определение закона движения при известных силах).
Практические занятия. Решение задач.
Самостоятельная работа. Подготовка к аудиторным занятиям, выполнение письменной контрольной работы, работа с тестовыми тренажерами
Тема 1.5. Статика. Работа, механическая энергия, мощность
Лекция. Три задачи, решаемые в рамках статики. Понятие о равновесии тела. Виды равновесия: устойчивое, неустойчивое, безразличное. Механические связи. Реакции связей. Уравновешенная система, уравновешивающие силы. Линия действия силы. Сложение и разложение сил на составляющие. Условие равновесия произвольной системы сил.
Условие равновесия материальной точки.
Условие равновесия абсолютно твёрдого тела, совершающего только поступательное движение.
Условие равновесия абсолютно твёрдого тела, имеющего закреплённую (неподвижную) ось вращения.
Условие равновесия абсолютно твёрдого тела.
Понятие о работе силы. Положительная и отрицательная работа. Потенциальные и непотенциальные силы. Консервативные и неконсервативные системы тел.
Кинетическая энергия материальной точки, системы и твёрдого тела. Кинетическая энергия как мера механического движения, его способности превращаться в другие виды движения. Кинетическая энергия поступательно движущегося тела и тела, вращающегося вокруг оси вращения.
Потенциальная энергия. Потенциальная энергия гравитационного взаимодействия, упругих взаимодействий. Полная энергия тела. Закон сохранения полной энергии в макроскопических процессах.
Мощность: средняя и мгновенная. Коэффициент полезного действия.
Практические занятия. Решение задач.
Самостоятельная работа. Подготовка к аудиторным занятиям, выполнение письменной контрольной работы, работа с тестовыми тренажерами
Тема 1.6. Элементы гидроаэромеханики
Лекция. Понятие о сплошной среде. Понятие о давлении. Текучесть как основное свойство жидкости.
Гидроаэростатика. Закон Паскаля. Гидроаэростатическое давление. Закон Архимеда.
Гидроаэродинамика. Внутренне трение (вязкость). Закон Бернулли. Движение твёрдых тел в жидкостях и газах. Эффект Магнуса.
Практические занятия. Решение задач.
Самостоятельная работа. Подготовка к аудиторным занятиям, работа с тестовыми тренажерами
Раздел 2. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА
Лекция. Основы молекулярно-кинетической теории. Действие сил притяжения и сил отталкивания между молекулами. Средняя кинетическая энергия теплового движения молекул. Потенциальная энергия взаимодействия. Понятие о трёх агрегатных состояниях вещества на основе молекулярно-кинетической теории.
Методы изучения тепловых явлений: статистический и термодинамический. Уравнение Клапейрона. Полная и внутрення энергия тела.
Термодинамические процессы. Три закона термодинамики. Теплота и работа как формы передачи энергии.
Практические занятия. Решение задач.
Самостоятельная работа. Подготовка к аудиторным занятиям, работа с тестовыми тренажерами
Раздел 3. Электродинамика
Тема 3.1. Электричество
Лекция. Электростатика. Электрический заряд. Закон Кулона.
Электрическое поле. Силовые линии. Принцип суперпозиции полей. Напряжённость электростатического поля.
Проводники и диэлектрики в электростатическом поле. Работа сил электростатического поля.
Потенциал электростатического поля. Разность потенциалов.
Постоянный электрический ток. Элементы электрической цепи. Закон Ома для участка цепи, всей цепи.
Практические занятия. Решение задач.
Самостоятельная работа. Подготовка к аудиторным занятиям, выполнение письменной контрольной работы, работа с тестовыми тренажерами
Тема 3.2. Магнетизм
Лекция. Магнитное поле. Магнитная индукция. Магнитные свойства вещества. Сила Лоренца. Закон Ампера. Электромагнитная индукция. Закон Фарадея. Электрические машины.
Практические занятия. Решение задач.
Самостоятельная работа. Подготовка к аудиторным занятиям, выполнение письменной контрольной работы, работа с тестовыми тренажерами
Раздел 4. МЕХАНИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ
Тема 4.1. Механические колебания и волны
Лекция. Понятие о колебательном движении. Характеристики колебательного движения. Свободные и вынужденные колебания. Гармонические колебания. Математический и физический маятник.
Разность фаз колебаний. Биения. Автоколебания. Энергия гармонического колебательного движения. Затухающие колебания. Резонанс. Спектр.
Понятие о волне. Волна как пространственно-временной процесс. Характеристики волнового движения.
Поперечные и продольные волны в сплошной среде. Уравнение плоской волны. Интерференция волн.
Практические занятия. Решение задач.
Самостоятельная работа. Подготовка к аудиторным занятиям, выполнение письменной контрольной работы, работа с тестовыми тренажерами
Тема 4.2. Электромагнитные колебания и волны
Лекция. Электромагнитные колебания. Электрический колебательный контур. Переменный электрический ток. Полное сопротивление цепи переменного тока.
Электромагнитные волны. Диапазон электромагнитных волн. Свет. Корпускулярные и волновые свойства света. Приём и передача радиоволн. Электромеханические аналогии.
Геометрическая и волновая оптика.
Практические занятия. Решение задач.
Самостоятельная работа. Подготовка к аудиторным занятиям, работа с тестовыми тренажерами.
5. Образовательные технологии
Формирующаяся педагогика компетенций, основываясь на традиционных видах учебной работы, предусматривает широкое использование в учебном процессе активных и интерактивных форм проведения занятий в сочетании с внеаудиторной работой с целью формирования и развития профессиональных навыков обучающихся. К методам интерактивного обучения относятся те, которые способствуют вовлечению студентов в активный процесс получения и переработки знаний, формирования умений и навыков в естественно-научной области знаний.
На аудиторных занятиях по физике применяются следующие методы интерактивного обучения:
· творческие задания;
· работа в малых группах;
· изучение и закрепление нового материала (интерактивный коллоквиум, работа с наглядными пособиями, видео - и аудиоматериалами, «студент в роли преподавателя», «каждый учит каждого», использование вопросов);
· контрольный тест;
· решение ситуационных (качественных) задач;
· групповые дискуссии.
Удельный вес занятий, проводимых в интерактивных формах, в целом в учебном процессе составит не менее 20% аудиторных занятий.
Основными формами организации аудиторных занятий являются лекции и практические занятия.
На занятиях лекционного типа закладывают знания по разделам и темам учебного материала, формируют фундамент для его последующего самостоятельного усвоения и овладения общекультурными и профессиональными компетенциями, контролируют самостоятельную работу студентов.
На практических занятиях происходит углубление знаний и формирование компетенций их применения в реальной практике, проводят коллективное обсуждение и индивидуальное творческое осмысление теоретического материала на базе самостоятельного изучения рекомендованной литературы, консультируют, обсуждают и оценивают самостоятельную работу студентов, что обеспечивает подготовку выпускника к самостоятельной профессиональной деятельности.
Внеаудиторная самостоятельная работа занимают особое место в овладении изучаемым курсом. Самостоятельная работа проводится по каждому разделу дисциплины и включает самостоятельное выполнение контрольно-тестовых практических заданий, подготовку к проведению контрольных тестирований и зачетных занятий, решение конкретных профессионально-ориентированных задач. Аудиторную самостоятельную работу проводят в виде выполнения контрольного практического задания на компьютере (не более 10% аудиторного времени).
5. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
Изучение курса завершается подсчётом набранных в семестре баллов.
С целью стимулирования учебной деятельности, творческой активности и самостоятельной работы студентов на протяжении всего периода изучения дисциплины, обеспечения систематической аттестации всех видов учебной работы используется балльную систему контроля качества обучения.
Наряду с этим по изучаемой дисциплине студенты самостоятельно выполняют и защищают расчетно-графические работы, которые носят творческий, исследовательский и экспериментальный характер, тем самым демонстрируют практическую реализацию приобретенных в процессе освоения дисциплины компетенций.
Текущий контроль успеваемости представляет собой проверку усвоения учебного материала, регулярно осуществляемую на протяжении семестра, а также дает возможность для балльно-рейтинговой оценки успеваемости студента.
Применяемые формы текущего контроля:
- индивидуальный или групповой устный опрос;
- проведение и проверка выполнения практических заданий;
- компьютерное тестирование.
Промежуточная аттестация осуществляется в конце семестра и может завершать изучение дисциплины. Подобный контроль помогает не только оценить знания и умения, а также сформировать профессиональные компетенции. Промежуточная аттестация проводится по результатам текущего контроля. Формой промежуточной аттестации является – подсчёт количества набранных баллов.
Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины, а также для контроля самостоятельной работы обучающегося по отдельным разделам дисциплины, тематика расчетно-графических работ и примерный перечень вопросов к зачету указаны в данном разделе программы.
Перечень примерных контрольных заданий для самостоятельной работы (рефераты)
1. Кинематика равномерного прямолинейного движения.
2. Кинематика неравномерного прямолинейного движения.
3. Кинематика равномерного криволинейного движения.
4. Кинематика неравномерного криволинейного движения.
5. Кинематика сложного движения.
6. Динамика движения материальной точки.
7. Условия равновесия системы тел.
8. Законы сохранения в физике.
9. Условия равновесия в жидкости.
10. Сопротивления движущейся жидкости.
11. Законы идеального газа.
12. Взаимодействия неподвижных зарядов.
13. Магнитные явления в средах.
Примерный перечень вопросов к зачету
1. Основные разделы и основополагающие идеи физики.
2. Системы измерения физических величин. Основные разделы физики с точки зрения изменения представлений о строении вещества.
3. Механическое движение. Его кинематические, динамические и энергетические характеристики.
4. Объекты движения. Особенности их характеристик при поступательном и вращательном движениях.
5. Системы отсчета. Формы задания закона движения.
6. Скалярные и векторные величины и действия над ними.
7. Пространственные, временные и пространственно-временные кинематические характеристики движения.
8. Основные виды и законы механического движения.
9. Понятие о сложном движении. Поступательное и вращательное движения.
10. Кинематические характеристики равномерного движения по окружности.
Типы сил взаимодействия материальных тел и их характеристики.
12. Фундаментальные взаимодействия в природе.
13. Законы механики Ньютона.
14. Инерциальные системы отсчета. Масса тела и ее свойства. Принцип относительности Галилея.
15. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести и вес тела.
16. Виды трения. Коэффициент трения. Работа против сил трения.
17. Упругое взаимодействие тел. Закон Гука. Виды упругой деформации и формулы вычисления. Энергия упругой деформации.
18. Импульс тела и импульс силы. Законы сохранения и изменения импульса.
19. Три задачи статики. Сложение и разложение сил. Условия равновесия тел с закрепленной осью вращения. Рычаги.
20. Момент силы, момент инерции, момент импульса. Основной закон динамики вращательного движения твердого тела.
21. Консервативные и неконсервативные системы взаимодействующих тел.
22. Энергия, работа и мощность поступательного движения.
23. Энергия, работа и мощность вращательного движения.
24. Механические свойства жидкости. Давление жидкости и газа. Закон Паскаля.
25. Гидростатическое и гидродинамическое давление жидкости. Закон Архимеда. Условия плавания тел.
26. Стационарное течение. Два вида течения жидкости. Условия их возникновения.
27. Уравнение Бернулли для стационарного потока жидкости или газа и его следствия.
28. Вязкость жидкости. Силы сопротивления при движении тел в жидкости.
29. Основные положения молекулярно-кинетической теории и их экспериментальное обоснование.
30. Силы притяжения и отталкивания в молекулярных взаимодействиях.
31. Понятие об агрегатных состояниях вещества на основе молекулярно-кинетической теории.
32. Теплота и работа. Начала (законы) термодинамики.
33. Полная и внутренняя энергия материального тела.
34. Составляющие внутренней энергии вещества. Закон сохранения полной энергии в макроскопических процессах.
35. Статистический и термодинамический методы исследования внутренних процессов в веществе.
36. Законы электростатики. Силовые и энергетические характеристики электрического поля.
37. Проводники и диэлектрики. Законы постоянного тока.
38. Закон Кулона. Электроемкость проводника. Элементы электрической цепи.
39. Электрические цепи, их элементы. Прохождение по цепи постоянного и переменного токов.
40. Закон Ома для участка цепи и всей цепи. Физический смысл разности потенциалов.
41. Магнитное поле проводника с током. Магнитная индукция. Вектор магнитной индукции и определение его ориентации в пространстве.
42. Электрический диполь. Магнитные моменты электронов. Образование магнитных свойств вещества.
43. Индуктивность проводника. Явление самоиндукции.
44. Явление электромагнитной индукции. Вихревые электрические и магнитные поля. Принцип действия трансформатора.
45. Законы Лоренца и Ампера для магнитной индукции. Электрические машины.
46. Колебательное движение и его характеристики.
47. Характеристики гармонического колебания. Виды колебаний.
48. Примеры механических колебательных систем. Резонанс, спектр колебаний
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
а) основная литература:
1. , . Физика: учебное пособие.– М.: Физическая культура, 2008. – 240 с.
2. Тимошкин практикум по физике: учебное пособие / - М: СпортАкадем Пресс, 2008. – 180
б) дополнительная литература:
1. Трофимова по физике. - М.: Астрель, 2001.- 400 с.
2. , Детлах по физике. М.: Наука, -1990.-624
в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы
_www. fizika. ru/
www. physics. ru
www. physbook. ru/
www. physics. nad. ru/ -
www. alleng. ru/edu/phys3.htm
www. afizika. ru/
www. /.../index. htm
www. physics. spbstu. ru/lec-ivanov-1.shtml
www. /article/index. php? id_ar
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Персональные компьютеры, мультимедийный проектор.
