Программа дисциплины ЕН. Ф.0З – Физика

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Томский государственный педагогический университет»

(ТГПУ)

«УТВЕРЖДАЮ»

Декан физико-математического факультета

___________________

“____”_____________2008 г.

ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

ЕН. Ф.0З – ФИЗИКА

(для специальности: 032100 –математика)

Томск 2008

1.Цели и задачи дисциплины.

Целью обучения физике является формирование у студентов специальности 032100 –Математика – специфического естественнонаучного мышления и образно – категориальных конструктов, описывающих и объясняющих строение материи, простейшие формы её движения и взаимодействия.

К задачам дисциплины относятся также вопросы формирования у студентов, обучающихся по специальности: 032100 –Математика, естественнонаучной картины мира. Необходимо показать всеобщность физических законов и их справедливость в неживой и живой природе. Заложить основы понимания законов функционирования и развития, свойственные всем уровням организации материи. Показать необходимость системного подхода во всех сферах человеческого общества и природы. Развивать способности, интерес к самостоятельному мышлению и творческой деятельности, а также заложить основы профессиональной подготовки выпускников ТГПУ.

2.Требования к уровню освоения содержания дисциплины.

Содержание курса «Физика» полностью соответствует Государственным требованиям к обязательному минимуму содержания и уровню подготовки специалистов по специальности: 032100 –Математика, учитывает материальное и кадровое обеспечение физико-математического обучения в школе, при этом учитывается зарубежный опыт преподавания этого курса, а также научно-методическое его обеспечение.

Специалист – выпускник ТГПУ после изучения данного курса:

осознает значение физики как фундаментальной науки о природе, строении материи и о простейших формах её движения и взаимодействия, понимает взаимосвязь фундаментальных и прикладных проблем физики для развития техники и других областей человеческой деятельности; владеет системой знаний о фундаментальных физических законах и теориях, физической сущности явлений и процессов в природе и технике.

Курса «Физика» изучается студентами в течение 3 и 4-го семестров. Теоретическое изучение сопровождается практикумом по решению физических задач и лабораторными работами.

3.Объем дисциплины и виды учебной работы.

Вид учебной работы	Всего часов (по ГОС)	Семестры
3	4
1	2
Общая трудоемкость дисциплин	324	172	152
Лекции	72	36	36
Практические занятия	54	36	18
Лабораторные работы	72	36	36
Самостоятельная работа	126	64	62
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)		Экз.	Экз.

4.Содержание дисциплины.

4.1. Разделы дисциплины и виды занятий.

№ п/п	Раздел дисциплины	Всего часов	Лекции (час.)	Практич. занятия (час.)	Лаб. работы (час.)	Самост. работа (час.)
1	Физические основы механики, колебания и волны. Молекулярная физика и термодинамика.	172	36	36	36	64
2	Электричество и магнетизм. Оптика. Атомная и ядерная физика.	152	36	18	36	62

4.2.  Содержание разделов дисциплины.

Тема	Число часов	Форма занятий
	Лекции	практические занятия	лаб. работы	самостоят. работа
ФИЗИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА, КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ КИНЕМАТИКА МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ. Основные понятия: материальная точка, система отсчета, радиус - вектор, вектор перемещения, траектория, скорость, ускорение, путь. Зависимость скорости радиус - вектора, пути от времени при постоянном ускорении. Частные случаи.	86 8	18 2	18 2	18 -	32 4
КИНЕМАТИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА. Угловые характеристики движения. Связь между линейными и угловыми характеристиками. Зависимость угловой скорости и угла поворота от времени при постоянном угловом ускорении. Нормальное и касательное ускорения. Связь между линейными и угловыми величинами.	8	2	2	-	4
ДИНАМИКА МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ И МЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ. Силы. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Ускорение свободного падения. Вес тела. Сила упругости. Силы сухого трения и сопротивления. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Масса. Импульс. Второй закон Ньютона. Зависимость массы от скорости. Частный случай постоянства массы. Третий закон Ньютона. Уравнение Мещерского. Принцип относительности Галилея. Преобразования Галилея.	18	4	2	6	6
ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ. Закон сохранения импульса. Работа, мощность. Частные случаи. Потенциальная энергия. Связь между силой и потенциальной энергией. Кинетическая энергия. Закон превращения и сохранения энергии.	6	2	1	2	3
ДИНАМИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА. Момент силы, моменты инерции материальной точки и твердого однородного тела (обруча, цилиндра, стержня). Теорема Штейнера. Момент импульса материальной точки, момент количества движения твердого тела и его связь с моментом инерции. Основное уравнение вращательного движения твердого тела.	8	2	2	2	4
ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ ПРИ ВРАЩАТЕЛЬНОМ ДВИЖЕНИИ ТВЕРДОГО ТЕЛА. Закон сохранения момента количества движения. Работа момента силы. Кинетическая энергия вращающегося твердого тела. Закон превращения и сохранения энергии.	9	2	2	2	3
ДИНАМИКА МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ. Пружинный, математический и физический маятники. Уравнения их движения и их решения. Основные понятия : амплитуда и фаза колебания, период, частота, векторная диаграмма. Приведенная длина физического маятника. Зависимость периода колебания физического маятника от расстояния между точкой подвеса и центром масс. Затухающие колебания. Уравнение движения тела и его решение. Логарифмический декремент и его смысл. Вынужденные колебания. Уравнение движения тела и его решение. Амплитуда колебания. Резонанс. Резонансные амплитуда и частота.	9	2	2	2	3
МЕХАНИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ. Поперечные и продольные волны. Уравнение плоской и сферической волн. Основные понятия : фаза и длина волны, волновое число и волновой вектор, волновая поверхность, фазовая скорость. Интерференция и дифракция волн. Стоячая волна. Принцип Гюйгенса.	7	2	2	-	3
СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ. Постулаты Эйнштейна. Преобразования длительности события и длины тела. Энергия и импульс в теории относительности.	3	2	1	-	-
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА.	86	18	18	18	32
ТЕРМОДИНАМИКА. Введение. Микроскопическое и макроскопическое описание систем с большим числом частиц. Параметры состояния: давление, температура, равновесные и неравновесные состояния и процессы. Основы молекулярно-кинетической теории. Основные положения и уравнение молекулярно-кинетической теории. Уравнения состояния, идеальный газ. Уравнение Клайперона-Менделеева Законы Бойля-Мариотта, Гей-Люссака, Шарля. Графики равновесных процессов. Число степеней свободы молекулы. Энергия идеального газа. Работа термодинамической системы. Частные случаи. Количество тепла. Первое начало термодинамики в интегральной и дифференциальной формах. Адиабатический процесс. Уравнения Пуассона. Теплоемкость. Соотношения Майера. Связь теплоемкости с числом степеней свободы и их зависимости от температуры. Циклы работы различных тепловых машин. Коэффициент полезного действия машины, работающей по циклу Карно. Энтропия. Неравенство Клаузиуса. Различные формулировки второго начала термодинамики. Изменение энтропии при различных условиях. Третье начало термодинамики. Термодинамические функции. Явления переноса. Законы Фурье, Фика. Формула Ньютона для вязкого течения.	35	9	5	5	16
Молекулярная физика. Распределение молекул по проекциям скоростей и значениям модуля скоростей. Зависимость распределения Максвелла от температуры. Средне-арифметическая, средне-квадратичная и наиболее вероятная скорости молекул. Опыт Штерна. Средняя длина свободного пробега молекулы и средняя частота столкновений. Коэффициенты переноса (теплопроводности, диффузии, вязкости). Связь между ними. Барометрическая формула. Распределения Больцмана, Максвелла-Больцмана. Микро и макросостояния системы. Термодинамическая вероятность. Статистический смысл энтропии. Второе и третье начала термодинамики с статистической точки зрения. Газ Ван-дер-Ваальса. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы Ван-дер-Ваальса и реального газа. Критическое состояние. Идеальный газ как предельное состояние газа Ван-дер-Ваальса. Внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса. Жидкости. Поверхностные натяжения. Коэффициент поверхностного натяжения. Формула Лапласа. Краевой угол. Капиллярные явления. Кристаллы. Классификация кристаллов. Дефекты в кристаллах. Закон Дюлонга и Пти. Фазовые превращения. Кристалл, жидкость, жидкость пар. Уравнения Клайперона-Клаузиуса. Диаграмма состояния. Тройная точка. Фаза. Первое начало термодинамики в случае переменного числа частиц. Соотношение Гиббса. Условия равновесия фаз.	33	9	4	4	16
ЭЛЕКТРИЧЕСтво И МАГНЕТИЗМ.	136	36	18	18	64
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ. Введение. Законы Кулона. Напряженность электрического поля. Работа силы Кулона. Энергия взаимодействия зарядов. Потенциал электрического поля. Проводники и диэлектрики в электрическом поле. Вектор поляризации. Вектор электрической индукции. Поток вектора. Теоремы Остроградского-Гаусса и Гаусса. Конденсатор. Электроемкость плоского конденсатора и различных соединений конденсаторов. Энергия конденсатора и плотность электрического поля.	26	6	4	4	12
Электрический ток. Сила тока. Закон Ома для участка цепи без источника. Э. тока. Закон Ома для участка цепи с источником и замкнутой цепи. Правила Кирхгофа. Закон Джоуля-Ленца.	14	4	2	2	6
Магнитное поле. Закон Ампера. Магнитная индукция. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях. Действие магнитного поля на рамку с током. Определение магнитной индукции через момент силы. Закон Био-Савара. Напряженность магнитного поля. Магнитное поле кругового и кругового проводника с током. Магнитный поток. Магнетики: парамагнетики, диамагнетики, ферромагнетики. Физическая природа различия магнетиков. Кривая намагничивания ферромагнетиков. Теорема о циркуляции напряженности магнитного поля. Напряженность магнитного поля соленоида. Закон электромагнитной индукции. Три частных случая: изменение магнитного поля, движение проводника в магнитном поле и вращение рамки в магнитном поле. Явление самоиндукции. Индуктивность соленоида. Энергия магнитного поля. Плотность энергии магнитного поля.	68	18	8	8	34
Переменный электрический ток. Вынужденные электрические колебания. Закон Ома для переменного тока. Реактивные сопротивления, полное сопротивление. Мощность. Эффективные значения тока и напряжения. Коэффициент мощности.	14	4	2	2	6
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ. Уравнения Максвелла. Вихревое электрическое поле. Ток смещения. Уравнения Максвелла. Электромагнитные волны. Вектор Умова-Пойтинга и его смысл.	14	4	2	2	6
ОПТИКА. АТОМНАЯ И ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА.	152	36	36	18	62
ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА. Закон отражения и преломления. Зеркала. Формула зеркала. Полное внутреннее отражение. Прохождение света через призму. Зависимость показателя преломления от длины волны. Спектр. Линзы. Формула тонкой линзы. Оптические приборы.	26	6	4	4	12
ВОЛНОВАЯ ПРИРОДА света. Интенсивность световой волны при наложении двух когерентных волн. Условия максимума и минимума интенсивности света. Способы получения когерентных волн. Интерферометр Майкельсона. Опыт Майкельсона. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Зоны Френеля. Анализ дифракции света с помощью векторной диаграммы (дифракция от круглого отверстия, щели, дифракционной решетки). Поляризация света. Законы Брюстера и Малюса. Тепловое излучение. Испускательная и поглощательная способности. Закон Кирхгофа. Испускательная способность абсолютно черного тела. Формула Планка. Законы Стефана-Больцмана и Вина.	42	14	5	5	20
АТОМНАЯ И ЯДЕРНАЯ физика. Фотоэффект. Теория Бора. Спектры, лазер. Волны Де-Бройля. Соотношение неопределенностей Гейзенберга для двух пар сопряженных величин: импульс - координата, энергия – время. Уравнение Шредингера и его решения для частицы в потенциальной яме. Смысл квадрата модуля волновой функции. Главное и орбитальное квантовые числа. Опыт Штерна-Герлаха. Магнитное квантовое число. Опыт Эйнштейна-де Гааза. Спин. Проекция спина на физически выделенное направление. Принцип Паули. Электронная конфигурация атомов. Основы зонной теории проводимости. Энергетические зоны проводников, диэлектриков, полупроводников. Применение полупроводников-диод, транзистор. Радиоактивность. Закон радиоактивного распада. Строение ядра. Превращение ядра при радиоактивном распаде. Представление об элементарных частицах.	68	18	9	9	32

5.  Лабораторный практикум.

№ п/п	Раздел дисциплины	Наименование лабораторных работ
1	1.Физические основы механики, колебания и волны. Молекулярная физика и термодинамика.	6.  Изучение вращательного движения с помощью маятника Обербека. 7.  Определение скорости полета пули с помощью баллистического маятника. 8.  Проверка закона сохранения импульса при соударении шаров. 9.  Определение модуля сдвига методом крутильных колебаний. 10.  Определение коэффициента поверхностного натяжения методом отрыва капель. 11.  Определение коэффициента внутреннего трения и длины свободного пробега молекул. 12.  Определение термического коэффициента давления воздуха.
2	2. Электричество и магнетизм. Оптика. Атомная и ядерная физика.	1.  Изучение зависимости сопротивления различных материалов от температуры. 2.  Снятие вольтамперной характеристики полупроводникового диода. 3.  Изучение петли гистерезиса ферромагнетика с помощью электронного осциллографа. 4.  Определение фокусного расстояния тонких линз. 5.  Определение показателя преломления с помощью рефрактометра. 6.  Определение зависимости показателя преломления стекла от длины световой волны. 7.  Изучение дифракционной решетки. 8.  Определение длины волны света с помощью бипризмы Френеля. 9.  Изучение фотоэффекта.

Практические занятия:

Раздел 1- Физические основы механики, колебания и волны.

Практические занятия:

1. Кинематика движения материальной точки.

2. Кинематика вращательного движения твердого тела.

3. Динамика механических систем.

4. Моменты сил, импульса, инерции.

5. Динамика твердого тела.

6. Динамика механических колебаний.

7. Механические волны.

Раздел 2 – Термодинамика и молекулярная физика.

Практические занятия:

1. Уравнения состояния идеального газа.

2. Первое начало термодинамики.

3. Адиабатический процесс. Работа газа. Уравнение Пуассона.

4. Циклы Карно, циклы работы тепловых машин.

Раздел 3 – Электричество и магнетизм.

Практические занятия:

1. Электрическое поле. Закон Кулона. Напряженность электрического поля.

2. Работа электрического поля, потенциал электрического поля.

3. Постоянный электрический ток. Законы Ома. Правила Кирхгофа.

4. Формула Лоренца. Движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях.

Раздел 4 – Оптика. Атомная и ядерная физика.

Практические занятия:

1. Фотометрия.

2. Геометрическая оптика.

3. Интерференция света.

4. Дифракция света.

5. Тепловое излучение

6. Фотоэффект.

7. Модель атома по Резерфорду и Бору. Формула Бальмера.

8. Контрольная работа.

6. 1. Учебно-методическое обеспечение дисциплины:

а) основная литература:

3 семестр

Зеличенко, практикум по физике: учебное пособие: В 3 ч. Ч. 1. Механика. Молекулярная физика. Термодинамика /, , . – Томск: издательство ТГПУ, 2007. –199 с. Зеличенко, в задачах: учебное пособие для вузов: в 5 ч. Ч. 1. Механика/, , . – Томск: издательство ТГПУ, 2006. – 261 с. Зеличенко, в задачах: учебное пособие для вузов: в 5 ч. Ч. 2. Молекулярная физика и термодинамика/, , . – Томск: издательство ТГПУ, 2006. – 178 с. Зисман общей физики. В 3 т. Т. 1. Механика. Молекулярная физика. Колебания и волны / , . – 7-е изд. испр. и доп. – СПб.: Лань, 2007. – 339 с.

4 семестр

Зеличенко, практикум по физике: учебное пособие: В 3 ч. Ч. 2. Электричество и магнетизм /, , . – Томск: издательство ТГПУ, 2007. – 230 с. Зеличенко, практикум по физике: учебное пособие: В 3 ч. Ч. 3. Оптика. Атомная и ядерная физика /, , . – Томск: издательство ТГПУ, 2007. – 238 с. Зеличенко, в задачах: учебное пособие для вузов: в 5 ч. Ч. 3. Электростатика. Постоянный ток/, , . – Томск: издательство ТГПУ, 2006. – 210 с. Зеличенко, в задачах: учебное пособие для вузов: в 5 ч. Ч. 4. Электромагнетизм и переменный ток/, , . – Томск: издательство ТГПУ, 2006. – 297 с. Зеличенко, в задачах: учебное пособие для вузов: в 5 ч. Ч. 5. Оптика. Атомная и ядерная физика/, , . – Томск: издательство ТГПУ, 2006. – 280 с. Зисман общей физики. В 3 т. Т. 2. Электричество и магнетизм / , . – 7-е изд. испр. и доп. – СПб.: Лань, 2007. – 352 с. Зисман общей физики. В 3 т. Т. 3. Оптика. Физика атомов и молекул. Физика атомного ядра / , . – 7-е изд. испр. и доп. – СПб.: Лань, 2007. – 512 с.

б) дополнительная литература:

Волькенштейн, задач по общему курсу физики: учебное пособие для втузов/. – 3-е изд., испр. и доп. – СПб.: Книжный мир, 2007. – 327 с. Детлаф, физики: Учебное пособие для вузов/, . – 4-е изд., испр. – М.: Высшая школа, 2002. – 717 с. Иродов, процессы: Основные законы: Учебное пособие для вузов/. – 2-е изд., доп. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2002. – 263 с. Иродов, по общей физике: учебное пособие для вузов/. – Изд. 11-е, стереотип. – СПб.: Лань, 2006. – 416 с. Иродов, физика: Основные законы: Учебное пособие для вузов/. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. – 271 с. Иродов, : Основные законы: Учебное пособие для вузов/. – 5-е изд., испр. – М.: Физматлит, 2001. – 320 с. Квасников, и статистическая физика: Учебное пособие для вузов. В 3 т. Т. 1:Теория равновесных систем: Термодинамика/. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Едиториал УРСС, 2002. – 238 с. Квасников, и статистическая физика: Учебное пособие для вузов. В 3 т. Т. 2. Теория равновесных систем: Статистическая физика /. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Едиториал УРСС, 2002. – 429 с. Квасников, и статистическая физика: Учебное пособие для вузов. В 3 т. Т. 3. Теория неравновесных систем /. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Едиториал УРСС, 2003. – 447 с. Кикоин, физика: учебное пособие для физических институтов и факультетов/, . – Изд. 3-е, стереотип. – СПб.: Лань, 2007. – 480 с. Кириллова, Елена Николаевна. Физика ядра и элементарных частиц: курс лекций/. – Томск: издательство ТГПУ, 2006. – 263 с. Китаева, физика: задачи и их решение: Учебное пособие для вузов. Ч. 1. Механика /, . – Томск: Издательство научно-технической литературы, 2003. – 274 с. Козырев, лекций по физике: учебник для втузов/. – Томск: издательство ТУСУР, 2007. – 421 с. Лабораторный практикум по общей и экспериментальной физике:учебное пособие/ [и др.]; под ред. , . – М.: Академия, 2004. – 460 с. Савельев, общей физики: В 5 кн. Кн. 1. Механика/. – М.: Астрель, 2004. – 336 с. Савельев, общей физики: В 5 кн. Кн. 2. Электричество и магнетизм/. – М.: Астрель, 2004. – 336 с. Савельев, общей физики: В 5 кн. Кн. 3. Молекулярная физика и термодинамика/. – М.: Астрель, 2004. – 208 с. Савельев, общей физики: В 5 кн. Кн. 4. Волны. Оптика /. – М.: Астрель, 2003. – 256 с. Савельев, общей физики: В 5 кн. Кн. 5. Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц/. – М.: Астрель, 2002. – 368 с. Савельев, вопросов и задач по общей физике: учебное пособие для втузов/. – М.: Апрель, 2001. – 319 с. Сборник вопросов и задач по общей физике: Учебное пособие для вузов/ [и др.]; Под ред. . – 2-е изд., испр. – М.: Академия, 2002. – 326 с. Сивухин, курс физики: учебное пособие для вузов: в 5 т. Т. 1. Механика/. – Изд. 4-е, стереотип. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. – 560 с. Сивухин, курс физики: учебное пособие для вузов: в 5 т. Т. 2. Термодинамика и молекулярная физика/. – Изд. 5-е, испр. – М.:ФИЗМАТЛИТ, 2005. – 543 с. Сивухин, курс физики: учебное пособие для вузов: в 5 т. Т. 3. Электричество/. – Изд. 5-е, стереотип. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. – 654 с. Сивухин, курс физики: учебное пособие для вузов: в 5 т. Т. 4. Оптика/. – Изд. 3-е, стереотип. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. – 791 с. Сивухин, курс физики: учебное пособие для вузов: в 5 т. Т. 5. Атомная и ядерная физика/. – Изд. 3-е, стереотип. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. – 782 с. Трофимова, курс физики: учебное пособие для вузов/. – Изд. 5-е., стереотип. – М.: Высшая школа, 2006. – 351 с. Трофимова, физики: задачи и решения : учебное пособие для вузов/, . – М.: Академия, 2004. – 590 с. Трофимова, физики: Учебное пособие для вузов/. – 7-е изд., стереотип. – М.: Высшая школа,2003. – 541 с. Трофимова, задач по курсу физики с решениями: учебное пособие для вузов/, . – 4-е изд, стериотип. – М.: Высшая школа, 2003. – 589 с. Трофимова, 500 основных законов и формул: Справочник для вузов/. 3-е изд., стереотип. – М.: Высшая школа, 2001. – 62 с. Физическая лаборатория. Механика: учебное пособие: В 2 ч. Ч. 1./ [и др.]. – Изд. 2-е. – Томск: издательство ТГПУ, 2003. – 54 с. Физическая лаборатория. Механика: учебное пособие: В 2 ч. Ч. 2./ [и др.]. – Изд. 2-е. – Томск: издательство ТГПУ, 2003. – 61 с. Фриш, общей физики (Классическая учебная литература по физике): Учебник: в 3 т. Т.2. Электрические и электромагнитные явления /, . – Изд. 10-е, стереотип. – СПб.: Лань, 2006.-518 с. Фриш, общей физики (Классическая учебная литература по физике): Учебник: в 3 т. Т. 3. Оптика. Атомная физика/, . – Изд. 8-е, стереотип. – СПб.: Лань, 2006. – 648 с. Фриш, общей физики (Классическая учебная литература по физике): Учебник: в 3 т. Т. 1. Физические основы механики. Молекулярная физика. Колебания и волны/, . – Изд. 11-е, стереотип. – СПб.: Лань, 2006. – 470 с.

6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины.

Рекомендуемая литература и учебно-методические пособия по предмету

7. Материально-техническое обеспечение курса.

Занятия по курсу «Физика» проходят в специально оборудованных аудиториях. Имеется оборудованная лекционная аудитория, оснащенная учебно-наглядными пособиями, техническими средствами обучения и другим оборудованием, которое используется при проведении лекционных занятий. Лабораторные занятия проводятся в специализированных лабораториях, в которых и проводятся занятия по различным разделам курса «Физика».

8.Методические рекомендации по организации изучения дисциплины.

8.1. Методические рекомендации преподавателю.

Целью обучения физике является формирование у студентов специальности 032100 –Математика – специфического естественнонаучного мышления и образно – категориальных конструктов, описывающих и объясняющих строение материи, простейшие формы её движения и взаимодействия. Физика – одна из основных естественных наук. В процессе обучения она формирует умения и навыки наблюдать, анализировать и моделировать физические явления и тем самым развивает творческое мышление будущих выпускников ТГПУ по специальности: 032100 –Математика Задачи физики – выявить и понять связи между наблюдаемыми величинами, воссоздать по возможности точную картину мира, используя все известные экспериментальные и теоретические факты, основанные на интуиции догадки, которые в дальнейшем будут проверены на опыте. Количественное совпадение теоретических предсказаний с опытом – наиболее убедительная проверка этого понимания. Математические построения сами по себе не имеют отношения к свойствам окружающего мира, это чисто логические конструкции. Они приобретают смысл физических утверждений только тогда, когда применяются к реальным физическим телам. Убедительность в физике достигается получением одного и того же результата из разных исходных предпосылок, при этом иногда приходится вводить, на первый взгляд казалось бы, лишние, логически необязательные аксиомы, каждая из которых может быть сама по себе не обязательно достоверной. Единственное условие состоит в том, чтобы уметь оценивать степень убедительности того или иного предположения и ясно понимать, какие из них требуют дальнейшей проверки. Студента, обучающегося по специальности: 032100 –Математика будут интересовать не только методы решения, а в основном вопрос о том, насколько законны упрощения, которые пришлось сделать, чтобы получить уравнения, с какой точностью и при каких переменных они правильно описывают явления, и, наконец, самый важный вопрос – от каких предположений придется отказаться и как изменится наш взгляд на все другие известные явления, если результат не подтвердится на опыте.

Изучение данного курса проводится в течение 3 и 4 семестров.

Изучение курса включает в себя чтение лекций, проведение практических и лабораторных занятий. Рекомендуется применение компьютеров, моделирующих различные физические явления и процессы, изучаемые в данном курсе.

8.2. Методические указания для студентов.

Студентам предлагается использовать рекомендованную литературу для более прочного усвоения учебного материала, изложенного в лекциях, а также для изучения материала, запланированного для самостоятельной работы. Студентам необходимо выполнить индивидуальные задания по основным темам курса, оценки за которые учитываются при выставлении оценок на экзамене. Выполнение заданий, вынесенных на самостоятельную работу, проверяются преподавателем в течении семестра, по ним выставляются оценки, которые учитываются при выставлении оценок на экзаменах.

Контрольные вопросы:

Раздел 1 – Физические основы механики, колебания и волны.

1.Основные понятия кинематики: материальная точка, система отсчета, радиус - вектор, вектор перемещения, траектория, скорость, ускорение, путь.

2. Зависимость скорости радиус - вектора, пути от времени при постоянном ускорении. Частные случаи.

3.Угловые характеристики движения. Связь между линейными и угловыми характеристиками.

4.Зависимость угловой скорости и угла поворота от времени при постоянном угловом ускорении.

5.Нормальное и касательное ускорения. Связь между линейными и угловыми величинами.

6.Силы. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести.

7.Ускорение свободного падения. Вес тела.

8. Сила упругости. Силы сухого трения и сопротивления.

9.Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Масса. Импульс.

10.Второй закон Ньютона.

11.Зависимость массы от скорости. Частный случай постоянства массы.

12.Третий закон Ньютона.

13.Уравнение Мещерского.

14. Принцип относительности Галилея. Преобразования Галилея.

15. Закон сохранения импульса.

17. Работа, мощность. Частные случаи.

18. Потенциальная энергия. Связь между силой и потенциальной энергией.

19. Кинетическая энергия. Закон превращения и сохранения энергии.

20.Момент силы, моменты инерции материальной точки и твердого однородного тела (обруча, цилиндра, стержня).

23.Основное уравнение вращательного движения твердого тела.

24.Закон сохранения момента количества движения.

25.Работа момента силы. Кинетическая энергия вращающегося твердого тела.

26.Закон превращения и сохранения энергии.

26. Математический и физический маятники. Основные понятия : амплитуда и фаза колебания, период, частота.

27.Приведенная длина физического маятника.

31.Поперечные и продольные волны.

33.Специальная теория относительности. Постулаты Эйнштейна.

34.Пространство Минковского. Интервал.

35. Энергия и импульс в теории относительности.

Раздел 2 – Термодинамика и молекулярная физика.

1.Микроскопическое и макроскопическое описание систем.

2.Параметры состояния.

3.Основы молекулярно-кинетической теории.

4.Уравнения состояния .Графики равновесных процессов.

5.Количество тепла. Работа термодинамической системы.

6.Первое начало термодинамики.

7.Адиабатический процесс. Уравнение Пуассона.

8.Теплоемкость.

9.Циклы работы различных тепловых машин.

10.Второе начало термодинамики.

11.Коэффициент полезного действия машины, работающей по циклу Карно.

12.Энтропия.

13.Неравенство Клаузиуса.

14.Изменение энтропии при различных условиях.

15.Третье начало термодинамики.

15.Термодинамические функции.

16.Явления переноса. Законы Фурье, Фика.

17.Распределение молекул по проекциям скоростей, скоростям и энергиям.

18.Зависимость распределения Максвелла от температуры.

19.Опыт Штерна.

20.Средняя длина свободного пробега молекулы и средняя частота столкновений.

21.Коэффициенты переноса.

22. Распределения Больцмана, Максвелл-Больцмана. Барометрическая формула.

23.Статистический смысл энтропии.

24.Второе итретье начало термодинамики со статистической точки зрения.

25.Газ Ван-дер-Ваальса.

26.Изотермы Ван-дер-Ваалса.

27.Жидкости. Капиллярные явления.

28.Кристаллы. Закон Дюлонга-Пти.

29.Фазовые превращения.

30.Соотношение Гиббса.

Раздел 3 – Электричество и магнетизм.

1.Закон Кулона.

2.Напряженность электрического поля.

3.Энергия взаимодействия зарядов.

4.Проводники и диэлектрики в электрическом поле.

5.Теоремы Остроградского-Гаусса и Гаусса.

6.Конденсатор. Электроемкость .

7. Энергия конденсатора и плотность электрического поля.

8.Электрический ток. Сила тока.

9.Закон Ома для участка цепи без ЭДС.

10 .Источники тока и ЭДС.

11.Закон Ома для участка цепи с ЭДС.

12.Правила Кирхгофа.

13.Закон Джоуля-Ленца.

14.Магнитное поле. Закон Ампера.

15.Магнитная индукция.

16.Сила Лоренца.

17.Двиение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях.

18.Действие магнитного поля на рамку с током.

19.Закон Био-Савара.

20.Магитное поле кругового проводника с током.

21.Магнитный поток.

22.Магнетики: парамагнетики, диамагнетики и ферромагнетики.

23.Теорема о циркуляции напряженности магнитного поля.

24. Закон электромагнитной индукции.

25.Явление самоиндукции.

26. Энергия электромагнитного поля.

27.Переменный электрический ток. Вынужденные электрические колебания.

28.Закон Ома для переменного тока.

29.Реактивные сопротивления, полное сопротивление.

30.Эффективные значения тока и напряжения.

31.Мощность, коэффициент мощности.

32.Электромагнитное поле. Уравнения Максвелла.

33.Вихревое электрическое поле. Ток смещения.

34.Электромагитные волны.

35.Вектор Умова-Пойтинга и его смысл.

Раздел 4 – Оптика. Атомная и ядерная физика.

1.Световой поток, сила света, освещенность, светимость.

2.Закон отражения и преломления света.

3.Зеркала. Формулы зеркал.

4.Полное внутреннее отражение.

5.Прохождение света через призму.

6.Зависимость показателя преломления от длины волны. Спектр.

7.Линзы. Формулы различных видов линз.

8.Волновая природа света. Интенсивность световой волны при наложении двух когерентных волн.

9.Условия максимума и минимума интенсивности света.

10.Интенферометр Майкельсона.

11.Дифракция света.

12.Принцип Гюйгенса – Френеля. Зоны Френеля.

13.Анализ дифракции света с помощью векторной диаграммы.

14.Поляризация света.

15.Законы. Брюстера и Малюса.

16.Тепловое излучение.

17.Закон Кирхгофа.

18.Формула Планка.

19.Законы Стефана-Больцмана и Вина.

20.Фотоэффект.

21.Теория Бора.

22.Волны Де Бройля.

23.Соотношение неопределенностей Гейзенберга.

24.Уравнение Шредингера.

25.Опыт Штерна-Герлаха.

26.Кватовые числа.

27.Опыт Эйнштейна – де Гааза.

28.Принцип Паули.

29.Электронная конфигурация атомов.

30.Основы зонной теории проводимости.

31.Энергетические зоны проводников, диэлектриков и полупроводников.

32.Радиоактивность.

33.Закон радиоактивного распада.

34.Строение ядра.

35.Превращение ядра при радиоактивном распаде.

36.Представление об элементарных частицах.

Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по специальности 032100 - Математика.

Программу составил:

д. ф.-м. наук, профессор каф. общ. физ. ______________

(подпись)

Программа утверждена на заседании кафедры общей физики ТГПУ протокол № от

“ 2008 г.

Зав. кафедрой _____________________

(подпись)

Программа дисциплины одобрена метод. комиссией физико-математического факультета ТГПУ.

Председатель метод. комиссии

физико-математического факультета, профессор ____________

(подпись)

Согласовано:

Декан физико — математического факультета ____________