Рабочая программа по дисциплине ЕН. Ф.03 Физика (стр. 1 )

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (ДГТУ)

Факультет «Нанотехнологии и Композиционные материалы»

Кафедра «Физика»

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по МР

____________

«___»___________2010 г.

Рег. № ____________

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

по дисциплине ЕН. Ф.03 Физика

по специальности

261001 – Технология художественной обработки материалов

Форма и срок освоения ООП – очная, нормативный

Всего учебных часов – 220 (час)

Всего аудиторных занятий – 118 (час)

Из них:

Лекции – 68 (час)

Лабораторные занятия – 32 (час)

Практические занятия (семинары) – 18 (час)

Всего часов на самостоятельную работу студента – 102 (час)

ФОРМЫ КОНТРОЛЯ

Экзамен - 3 (семестр)

Зачет – 2 (семестр)

Адреса электронной версии программы

Ростов-на-Дону

2010

Рабочая программа по учебной дисциплине «Физика» составлена на основе

примерной программы УМО и в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности

261001 – Технология художественной обработки материалов

и относится к циклу естественнонаучных дисциплин специальностей.

Шифр дисциплины по стандарту ЕН. Ф.03.

Рабочая программа составлена старшим преподавателем кафедры «Физика»

и рассмотрена на заседании кафедры "Физика"

Протокол № от «___» _________ 2010 г.

Зав. кафедрой «Физика» _______________

Одобрена Советом по базовому образованию

Руководитель секции ЕН ____________________ "___" ___________2010 г.

СОГЛАСОВАНО:

Зав. сектором ОП ЦНМОиТОП "___" ___________2010 г.

Раздел 1. Общие положения

1.1  . Цели и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе.

Курс физики «Физика» относится к естественнонаучным дисциплинам. Этот курс находит свое отражение в профессиональной деятельности инженера по специальности 261001 - Технология художественной обработки материалов.

Основной целью преподавания физики является теоретическая подготовка в различных областях физической науки, позволяющая ориентироваться в стремительном потоке научной и технической информации, характерном для современного этапа научно-технической революции.

Применительно к специализации курс физики естественным образом входит в теоретический базис конкретных технических дисциплин. В этом прикладном плане целью преподавания физики становится формирование современного научного мировоззрения, в основе которого лежит соединение физико-технических эффектов и новых технологий. Курс физики формирует единый язык описания различных физико-технических процессов. Он предоставляет возможность студентам увидеть взаимосвязь между различными областями науки и техники.

Курс «Физика» закладывает современные мировоззренческие концепции, на базе которых формируются квалификационные навыки, необходимые для решения профессиональных задач инженера.

При изучении курса физики ставятся следующие задачи:

- научить студентов использовать теоретические знания в области физики для ориентирования в потоке научной и технической информации с целью использования новых физических принципов в специальных областях техники;

- сформировать у студентов основные элементы научного мышления и материалистического мировоззрения, в частности, понимания границ различных физических понятий, законов, теорий и умения оценить степень достоверности результатов, полученных с помощью экспериментальных и теоретических методов исследования.

1.2. Требования к уровню подготовки студента, завершившего изучение дисциплины «Физика».

Студенты, завершившие изучение физики, должны обладать следующими компетенциями:

з н а т ь :

- основные физические явления, фундаментальные понятия, законы и теории современной и классической физики, а также методы физического исследования;

- приемы и навыки решения конкретных задач из различных областей физики, помогающие студентам в дальнейшем решать инженерные задачи;

- основные элементы научного творчества в физике, начальные навыки проведения экспериментальных научных исследований различных физических явлений и оценки погрешности измерений;

у м е т ь :

- использовать физические знания для ориентирования в потоке научной и технической информации с целью применения новых физических принципов в специальных областях техники;

- анализировать физические явления, определяющие конструкцию и принцип работы технических приборов, аппаратов и машин;

- решать конкретные задачи из различных областей физики, в основе которых лежат фундаментальные физические явления и законы;

- пользоваться измерительной техникой и приборами в рамках физического практикума;

- оценивать относительные и абсолютные погрешности измерений по методу Стьюдента и классу точности электроизмерительных приборов;

- строить графики функциональных зависимостей экспериментально измеренных физических величин и оценивать их погрешности методом наименьших квадратов;

- самостоятельно работать с учебными пособиями и справочной литературой по изучаемой дисциплине;

и м е т ь п р е д с т а в л е н и е:

- о современных тенденциях дальнейшего развития физической науки;

- о возможных путях влияния последних достижений физико-технического прогресса на конкретные отрасли техники.

Изучение физики проводится в соответствии с требованиями ГОСТ, ЕСКД и системы единиц СИ.

1.3 Связь с предшествующими дисциплинами и последующими дисциплинами.

Изучение курса планируется в 2 и 3 семестрах, когда студентами параллельно осваиваются курсы высшей математики, информатики.

Перечень дисциплин, усвоение которых необходимо для изучения физики

Высшая математика:

-  функции и пределы;

-  дифференциальное и интегральное исчисление;

-  векторный анализ;

-  функции комплексного переменного;

-  дифференциальные уравнения;

-  основы теории вероятности;

-  элементы математической статистики.

Информатика:

-  технические средства обработки информации;

-  основы программирования на основных алгоритмических языках;

-  информационные базы данных и электронные библиотеки;

-  информационные технологии.

Курс физики совместно с курсом высшей математики, теоретической механики, электротехники составляют основу теоретической подготовки инженеров и играет роль фундаментальной базы, без которой невозможна успешная деятельность инженера любого профиля.

Раздел 2. Тематический план и содержание дисциплины

Выписка из ГОС «Требования к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы» по дисциплине ЕН. Ф.03 Физика:

Физические основы механики; колебания и волны; молекулярная физика и термодинамика; электричество и магнетизм; оптика; атомная и ядерная физика; физический практикум.

Раздел (название)	Дидактические единицы (название)	Тема, литература	Содержание
Физичес­кие основы механики	ДЕ 1. Механика	1.1. Введение. Предмет физики. Механика. [7.1: (7.1.1, 7.1.4, 7.1.5, 7.1.6, 7.1.8, 7.3.1, 7.3.2, 7.3.4)]	Предмет физики и его связь со смежными науками. Методы физического исследования: опыт, гипотеза, эксперимент, теория. Роль физики в техническом образовании. Общая структура и задачи курса физики. Предмет механики. Механическое движение. Пространство и время в классической и релятивистской механике. Основные физические модели: частица (материальная точка), система частиц, абсолютно твердое тело, сплошная среда.
		1.2. Кинематика материальной точки. [7.1: (7.1.1, 7.1.4, 7.1.5, 7.1.6, 7.1.8, 7.3.1, 7.3.2, 7.3.4)]	Системы отсчета. Материальная точка. Траектория. Перемещение и путь. Скорость и ускорение. Вращательное движение. Связь между линейными и угловыми характеристиками движения. Тангенциальное и нормальное ускорения. Радиус кривизны траектории. Ускорение при криволинейном движении.
		1.3. Динамика материальной точки. [7.1: (7.1.1, 7.1.4, 7.1.5, 7.1.6, 7.1.8, 7.3.1, 7.3.2, 7.3.4)]	Понятие состояния частицы в классической механике. Основная задача динамики. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности Галилея. Масса тела. Сила. Второй закон Ньютона. Третий закон Ньютона. Силы трения. Импульс тела. Изолированная система тел. Закон сохранения импульса. Взаимодействие тел. Динамика криволинейного движения. Пределы применимости классической механики.
		1.4. Работа и энергия. [7.1: (7.1.1, 7.1.4, 7.1.5, 7.1.6, 7.1.8, 7.3.1, 7.3.2, 7.3.4)]	Энергия. Закон сохранения энергии. Работа силы. Кинетическая энергия. Силовое поле. Консервативные силы. Потенциальная энергия. Механическая энергия. Упругое и неупругое соударения тел. Момент силы. Момент импульса. Закон сохранения момента импульса.
		1.5. Динамика твердого тела. [7.1: (7.1.1, 7.1.4, 7.1.5, 7.1.6, 7.1.8, 7.3.1, 7.3.2, 7.3.4)]	Внутренние и внешние силы. Центр масс (центр инерции). Движение центра масс. Момент импульса твердого тела. Момент инерции. Теорема Штейнера. Закон динамики вращения твердого тела относительно неподвижной оси. Кинетическая энергия тела при плоском движении. Момент импульса. Закон сохранения импульса. Свободные оси вращения.
		1.6. Основы релятивисткой механики. [7.1: (7.1.1, 7.1.4, 7.1.5, 7.1.6, 7.1.8, 7.3.1, 7.3.2, 7.3.4)]	Опыты Физо и Майкельсона. Постоянство скорости света в различных системах отсчета. Преобразования Галилея. Постулаты специальной теории относительности. Преобразования Лоренца. Релятивистское изменение длин и промежутков времени. Релятивистский закон сложения скоростей. Основной закон релятивистской динамики. Закон изменения массы со скоростью. Взаимосвязь массы и энергии.
Физика колебаний и волн	ДЕ 2. Колеба­ния и волны	2.1. Собственные колебания. [7.1: (7.1.1, 7.1.4, 7.1.5, 7.1.6, 7.1.8, 7.3.1, 7.3.2, 7.3.4)]	Введение. Классификация колебаний. Сво­бодные колебания. Собственные колебания. Малые собственные колебания в консерва­тивной системе вблизи устойчивого положе­ния равновесия на примере пружинного, математического и физического маятников. Гармонические колебания. Дифференциаль­ное уравнение гармонических колебаний. Энергия гармонических колебаний.
		2.2. Затухающие колебания. [7.1: (7.1.1, 7.1.4, 7.1.5, 7.1.6, 7.1.8, 7.3.1, 7.3.2, 7.3.4)]	Затухающие колебания. Коэффициент затухания. Время релаксации. Период затухаю­щих колебаний. Декремент затухания. Логарифмический декремент затухания. Добротность колебательной системы. Диссипация энергии.
		2.3. Вынужденные колебания. [7.1: (7.1.1, 7.1.4, 7.1.5, 7.1.6, 7.1.8, 7.3.1, 7.3.2, 7.3.4)]	Вынужденные колебания. Процесс уста­новления стационарного режима коле­баний. Установившиеся вынужденные колебания. Амплитудно-частотная и фазово-частотная характеристики вы­нужденных колебаний. Резонанс. Энер­гетические соотношения при вынужден­ных колебаниях.
		2.4. Волны в упругой среде. [7.1: (7.1.1, 7.1.4, 7.1.5, 7.1.6, 7.1.8)]	Волны в упругой среде. Продольные и поперечные волны. Уравнения плоской и сферической волн. Волновое уравнение. Скорость распространения волн в упругих средах. Отражение волн на границе раздела двух сред. Интерференция и дифракция волн. Образование стоячих волн. Перенос энергии и импульса. Плотность потока энергии (вектор Умова). Интенсивность волны.
Молеку­лярная физика и термоди­намика	ДЕ 3. Молеку­лярная физика и термоди­намика	3.1. Физические основы молекулярно-кинети­ческой теории газов. [7.1: (7.1.1, 7.1.4, 7.1.5, 7.1.6, 7.3.5)]	Основные положения молекулярно-кинетической теории. Макроскопические параметры как средние значения. Модель идеального газа. Уравнение состояния идеального газа. Число ударов молекул газа о стенки сосуда. Давление газа на стенки. Средняя энергия молекул, связь ее с температурой.
		3.2. Физические основы термодинамики. [7.1: (7.1.1, 7.1.4, 7.1.5, 7.1.6, 7.3.5)]	Внутренняя энергия. Первый закон термодинамики и его применение к изопроцессам в идеальном газе. Работа газа при изменении его объема. Число степеней свободы молекулы. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы. Теплоемкость идеального газа. Адиабатический и политропический процессы. Работа, совершаемая идеальным газом при различных процессах. Обратимые и необратимые процессы. Коэффициент полезного действия тепловой машины. Второе начало термодинамики. Цикл Карно. Коэффициент полезного действия цикла Карно для идеального газа
		3.3. Реальные газы. [7.1: (7.1.1, 7.1.4, 7.1.5, 7.1.6, 7.3.5)]	Отклонение газов от идеальности. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Сравнение изотерм Ван-дер-Ваальса с экспериментальными. Критическое состояние. Внутренняя энергия реального газа.
		3.4. Кристаллическое состояние. [7.1: (7.1.1, 7.1.4, 7.1.5, 7.1.6, 7.3.5)]	Дальний порядок. Моно - и поликристаллы. Классификация кристаллических решеток. Дефекты в кристаллах. Теплоемкость твердых тел. Фазовые переходы 1 и 2 рода.
Электри­чество и магнетизм.	ДЕ 4. Электри­чество и магне­тизм.	4.1. Электрическое поле в вакууме [7.1: (7.1.2, 7.1.4, 7.1.5, 7.3.7)]	Элементарный электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции. Силовые линии. Потенциал электрического поля. Эквипотенциальные поверхности. Связь потенциала с напряженностью. Поток вектора напряженности. Теорема Остроградского-Гаусса. Поверхностная и объемная плотности заряда. Поле бесконечной заряженной плоскости. Поле заряженной сферической поверхности. Поле цилиндра и шара.
		4.2. Электрическое поле в диэлектриках [7.1: (7.1.2, 7.1.4, 7.1.5, 7. 3.7)]	Электрический диполь. Полярные и неполярные молекулы. Диэлектрики в электрическом поле. Поляризованность. Поверхностные связанные заряды. Электрическое смещение (электрическая индукция). Сегнетоэлектрики. Пьезоэлектрический эффект.
		4.3. Электроемкость. Конденсаторы. [7.1: (7.1.2, 7.1.4, 7.1.5, 7. 3.7)]	Проводники в электростатическом поле. Электрическая емкость уединенного проводника. Конденсаторы. Электроемкость конденсаторов. Соединения конденсаторов. Энергия заряженных проводника и конденсатора. Энергия электростатического поля. Плотность энергии.
		4.4. Постоянный электрический ток. [7.1: (7.1.2, 7.1.4, 7.1.5, 7. 3.7)]	Постоянный ток. Сила тока. Плотность тока. Сопротивление проводников. Классическая теория электропроводности металлов. Электродвижущая сила. Электрическое напряжение. Закон Ома для участка цепи, содержащего источник тока. Мощность тока. Закон Джоуля-Ленца. Соединения проводников. Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа. Газовый разряд.
		4.5. Магнитное поле в вакууме. [7.1: (7.1.2, 7.1.4, 7.1.5, 7. 3.7)]	Взаимодействие токов. Магнитное поле. Магнитная индукция. Закон Ампера. Магнитное поле прямолинейного проводника с током. Магнитное поле в центре кругового проводника с током. Магнитный момент контура с током. Контур с током во внешнем магнитном поле. Магнитный поток и циркуляция вектора магнитной индукции. Общая теорема для циркуляции (закон полного тока). Магнитное поле соленоида и тороида. Работа перемещения проводника и контура с током в магнитном поле. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Циклотронная частота. Принцип действия циклических ускорителей заряженных частиц.
		4.6. Магнитное поле в веществе. [7.1: (7.1.2, 7.1.4, 7.1.5, 7. 3.7)]	Причины отличия магнитного поля в веществе от магнитного поля в вакууме. Микроскопические токи. Магнитные моменты атомов. Намагниченность. Типы магнетиков. Диа-, пара-, ферромагнетики. Напряженность магнитного поля. Магнитная восприимчивость вещества. Магнитная проницаемость среды. Теория диамагнетизма. Теория парамагнетизма. Доменная структу- ра ферромагнетиков. Явление гистерезиса. Температура Кюри.
		4.7. Электрический колебательный контур. [7.1: (7.1.2, 7.1.4, 7.1.5, 7. 3.7)]	Колебательный контур. Уравнение электромагнитных колебаний в контуре. Собственная частота колебаний. Свободные колебания в колебательном контуре. Добротность контура. Вынужденные колебания в контуре. Резонанс.
		4.8. Электромагнитная индукция. [7.1: (7.1.2, 7.1.4, 7.1.5, 7. 3.7)]	Явление электромагнитной индукции. Опыты Фарадея. Правило Ленца. Закон электромагнитной индукции. Токи Фуко. Взаимоиндукция. Явление самоиндукции. Индуктивность. ЭДС самоиндукции. Индуктивность соленоида. Коэффициенты взаимной индуктивности. Энергия магнитного поля. Плотность энергии магнитного поля.
		4.9. Электромагнитные волны. [7.1: (7.1.2, 7.1.4, 7.1.5, 7.3.6)]	Уравнение электромагнитной волны. Общее решение волнового уравнения. Плоская электромагнитная волна. Основные свойства электромагнитных волн. Монохроматическая волна. Энергия электромагнитных волн. Поток энергии. Вектор Пойнтинга.
Оптика. Атомная и ядерная физика	ДЕ 5. Волновая оптика и квантовая физика. Физика атома. Элементы ядерной физики и физики элементарных частиц.	5.1. Основы геометрической оптики. [7.1: (7.1.3, 7.1.4, 7.1.5, 7.1.7, 7.3.6)]	Развитие учения о свете. Основные законы геометрической оптики. Принцип Ферма. Световой поток. Центрированная оптическая система. Сложение оптических систем. Преломление света на сферической поверхности. Формула тонкой линзы. Погрешности оптических систем. Оптические приборы. Геометрическая и оптическая длина пути. Полное отражение. Отражение света от плоских и сферических поверхностей. Преломление света на плоских поверхностях. Призмы.
		5.2. Интерференция света. [7.1: (7.1.3, 7.1.4, 7.1.5, 7.1.7, 7. 3.6)]	Интерференция световых волн. Когерентность. Опыт Юнга. Оптическая разность хода, разность фаз. Условия интерференционного максимума и минимума. Ширина интерференционной полосы. Линии равной толщины и равного наклона. Интерференция на клине. Кольца Ньютона. Способы наблюдения интерференции. Практическое применение интерференционных явлений. Просветление оптики.
		5.3. Дифракция света. [7.1: (7.1.3, 7.1.4, 7.1.5, 7.1.7, 7. 3.6)]	Дифракция света. Принцип Гюйгенса. Метод зон Френеля. Дифракция Френеля и дифракция Фраунгофера. Дифракция на щели. Дифракция на двух щелях. Дифракционная решетка. Спектральное разложение. Дифракция рентгеновских лучей.
		5.4. Поляризация света. [7.1: (7.1.3, 7.1.4, 7.1.5, 7.1.7, 7. 3.6)]	Поляризация света. Плоско поляризованный свет. Способы получения плоско поляризованного света. Призма Николя. Закон Малюса. Поляризация света при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков. Угол Брюстера. Двойное лучепреломление. Явление дихроизма. Поляроиды и поляризационные призмы.
		5.5. Дисперсия и поглощение света в веществе. [7.1: (7.1.3, 7.1.4, 7.1.5, 7.1.7, 7. 3.6)]	Взаимодействие света с веществом. Классическая электронная теория дисперсии. Способы наблюдения дисперсии. Нормальная и аномальная дисперсии.
		5.6. Тепловое излучение. Основные законы. [7.1: (7.1.3, 7.1.4, 7.1.5, 7.1.7, 7. 3.6)]	Тепловое излучение и люминесценция. Лучеиспускательная и поглощательная способности тел. Абсолютно черное тело. Энергетическая светимость. Закон Кирхгофа. Закон Стефана-Больцмана. Закон смещения Вина. Формула Планка для испускательной способности абсолютно черного тела. Оптическая пирометрия. Радиационная, цветовая и яркостная температуры.
		5.7. Фотоэлектрический эффект. [7.1: (7.1.3, 7.1.4, 7.1.5, 7.1.7, 7.1.9)]	Фотоны, их основные характеристики. Внешний, внутренний, вентильный фотоэффект. Опыты Герца. Опыты Столетова. Основные законы фотоэффекта. Красная граница фотоэффекта. Элементарная теория фотоэффекта. Формула Эйнштейна. Задерживающий потенциал. Зависимость граничной частоты от величины задерживающего потенциала. Давление света.
		5.8. Электронная оболочка атома и теория Бора. [7.1: (7.1.3, 7.1.4, 7.1.5, 7.1.7, 7.3.8)]	Классическая модель атома и ее недостатки. Опыты Резерфорда по рассеянию a-частиц. Постулаты Бора. Опыты Франка и Герца. Элементарная Боровская теория водородного атома. Полная энергия атома. Разрешенные уровни энергии. Постоянная Ридберга.
		5.9. Корпускулярно-волновой дуализм. Уравнение Шредингера. [7.1: (7.1.3, 7.1.4, 7.1.5, 7.1.7, 7.3.8)]	Гипотеза Луи де Бройля. Формула де Бройля. Соотношение неопределенностей. Уравнение Шредингера. Волновая функция и ее свойства. Квантование. Интерпретация волновой функции.
		5.10. Физика атомного ядра и элементарных частиц. [7.1: (7.1.3, 7.1.4, 7.1.5, 7.1.7, 7.3.8)]	Состав и характеристика атомного ядра. Энергия связи. Удельная энергия связи. Ядерные силы. Естественное и искусственное радиоактивное излучение. Законы радиоактивного распада. Период полураспада. Правила смещения. Закономерности a и распада, излучение и его свойства. Методы наблюдения и регистрации радиоактивных излучений и частиц. Ядерные реакции и их основные типы. Реакция деления ядра. Цепная реакция деления. Реакция синтеза. Энергия солнца и звезд. Искусственная радиоактивность. Методы ускорения частиц.
		5.11. Современная физическая картина мира. [7.1: (7.1.3, 7.1.4, 7.1.5, 7.1.7, 7.3.8)]	Научная картина мира с точки зрения физики на структуру Вселенной и материи. Эволюционно-синергетическая парадигма современного естествознания. Физико-технический аспект информационных технологий.

Раздел 3 Распределение бюджета времени по видам занятий