В начале второго модуля, применяя понятия, рассмотренные в механике (работа силы, циркуляция, связь силы с потенциальной энергией и т. д.), изучаются свойства электрического заряда; взаимодействие неподвижных зарядов в вакууме и средах; основные свойства и законы переносчика этого взаимодействия электрического поля; теорема Гаусса и теорема о циркуляции; применение этих законов к расчету характеристик электростатического поля напряженности и потенциала. Излагаются законы постоянного тока. Затем анализируется релятивистская природа магнитного поля. Основываясь на постулатах теории относительности и инвариантности заряда показывается, что взаимодействие движущихся зарядов осуществляется не только кулоновской силой, но и магнитной силой, имеющей релятивистскую природу. Движущийся заряд создает вокруг себя магнитное поле, а на движущийся заряд в магнитном поле действует магнитная сила. Рассматриваются примеры применения закона Био-Савара-Лапласа к расчету магнитных полей простейших систем проводников с токами. Затем из силы Лоренца выводится сила Ампера и рассматривается взаимодействие токов. Изучаются основные свойства и законы магнитного поля в вакууме и веществе: теорема Гаусса для вектора индукции магнитного поля и теорема о циркуляции вектора индукции магнитного поля. После этого обсуждается закон электромагнитной индукции. Показывается, что электрическое и магнитное поля есть проявления единого электромагнитного поля. Завершается изучение электромагнетизма рассмотрением системы уравнений Максвелла для электромагнитного поля в средах, являющейся теоретическим обобщением основных законов электрических и магнитных явлений. Далее излагается единый подход к рассмотрению колебаний и волн различной физической природы. Сначала изучают колебания дискретных маломерных механических и электрических систем, вводится модель гармонического осциллятора, затем - упругие механические волны и электромагнитные волны. Для вывода основных свойств электромагнитных волн, рассмотрения излучения и переноса энергии этих волн используются уравнения Максвелла. Завершается второй модуль изучением явлений связанных с суперпозицией когерентных волн: стоячих волн, явлений интерференции и дифракции.
В начале третьего модуля рассматриваются элементы волновой оптики, явления интерференции и дифракции световых волн. используются уравнения Максвелла. Затем изучается проблема излучения абсолютно черного тела, фотоэффект и эффект Комптона, которые не объясняются на основе волновых представлений об излучении и привели к открытию кванта энергии и корпускулярно - волнового дуализма свойств излучения. В последней части излагается гипотеза де Бройля и её опытное подтверждение о наличии волновых свойств у частиц вещества и универсальности корпускулярно - волнового дуализма свойств материи, на основе которой Шредингер получил уравнение Шредингера – фундамент современной квантовой физики. Разъясняются простейшие применения уравнения Шредингера.
- Для успешного изучения курса студентами необходимо знать элементы линейной алгебры и аналитической геометрии, основы математического анализа функций одной или нескольких переменных и элементы теории функций комплексного переменного, элементы теории обыкновенных дифференциальных уравнений и дифференциальных уравнений в частных производных, элементы теории вероятностей.
В каждом из трех модулей курса студенты самостоятельно выполняют по две контрольные работы, заключающиеся в решении определенных вариантов задач. При выполнении контрольных работ студенты применяют знания основных законов и принципов физики при решении задач в стандартных и сходных ситуациях, осваивают методы, приёмы, общие для решения определенных групп задач. При этом формируются и развиваются различные умения: рассуждать, давать объяснения физических явлений на языке формул, образов (рисунки, графики); выбирать модель физического явления, отделив главное от несущественного; устанавливать связь между физическими величинами, описывающими явление, на основе зависимостей между величинами; производить численные оценки; проводить аналитические вычисления. Решение задач способствует более глубокому пониманию физики и приобретению умений применять физические законы в реальной деятельности будущего инженера.
Физический практикум (24 ч.) также является неотъемлемой, очень важной составной частью курса. В каждом из трех модулей курса студенты, в период сессии, выполняют под руководством преподавателей по две лабораторные работы. При выполнении лабораторных работ практикума, студенты изучают конкретные физические явления, формируют умения: строить модель явления, делая при этом необходимые допущения; планировать и проводить простые измерения физических величин и устанавливать зависимости между ними; сопоставлять результаты физического эксперимента с предсказаниями теории; делать выводы о совпадении результата эксперимента с тем, что предсказывает теория. Кроме того, на физическом практикуме студенты знакомятся с некоторыми измерительными приборами и приобретают навыки работы с ними, умения грамотно обрабатывать результаты эксперимента и представлять их в удобной для восприятия форме (таблицы, графики, гистограммы). Особое внимание уделяется освоению студентами методов расчёта погрешностей измерений, так как для получения наиболее полной информации при проведении любых физических экспериментов одинаково важно не только получить значение физической величины, но и оценить погрешность её измерения. Физический практикум способствует также активизации познавательной деятельности студентов при изучении курса физики и создаёт подготовительную основу для выполнения специальных лабораторных практикумов на старших курсах.
- Для проведения лабораторных занятий и выполнения контрольных работ используются методические пособия и указания, составленные по всем модулям курса. Контрольные работы и экзамены проводятся с использованием специально разработанных для этой цели письменных заданий и вопросам к экзамену.
- Оценка качества деятельности, а также знаний и умений студентов осуществляется в семестре с помощью контрольных работ. Итоговые экзамены заключаются в устном ответе на экзаменационные билеты. Билеты содержат два-три вопроса и одну задачу из известных студентам теоретических вопросов, выносимых на экзамен и задач, аналогичных рассмотренным в лекциях и контрольных работах. Проведение устного экзамена обосновывается необходимостью формирования у студентов умений излагать материал на языке слов, чётко формулировать определения физических величин, законов и принципов, применять логические приёмы мышления.
3. Цели курса
Изложенные выше принципы построения курса физики определяют его цели, разработанные и принятые на кафедре Прикладной и теоретической физики.
Студент будет иметь представление
1. о фундаментальном характере физики, структуре ее основных разделов и связи с другими дисциплинами.
2. о соотношении эмпирического и теоретического в познании и роли эксперимента в физике и её развитии.
3. об идеальных моделях, применяемых в различных разделах физики.
4. о границах применимости основных физических теорий.
5. о математическом аппарате, применяемом в различных разделах физики.
6. о новейших открытиях физики, перспективах их использования для создания новых технических устройств и технологий и возможных последствиях их применения с экологической точки зрения.
Студент будет знать
7. определения физических величин и единиц их измерения.
8. методы измерения основных физических величин.
9. фундаментальные физические законы, принципы и модели физики.
10. математические методы, применяемые в различных разделах физики.
Студент будет уметь
11. выделять главное в текстах учебников, лекциях по физике и представлять информацию о физическом явлении на языке знаков и символов (слов, формул и образов).
12. называть основные физические величины, описывающие явления, и устанавливать связь между ними, выражая её аналитически, графически, словами.
13. излагать основной теоретический материал с объяснением и приведением примеров, используя при изложении язык слов, формул и образов (графики, рисунки, схемы, чертежи).
14. применять основные законы и принципы физики в стандартных и сходных ситуациях.
15. решать типовые задачи, делать простейшие качественные оценки порядков физических величин различных физических явлений.
16. строить теоретические модели физических явлений, делать при этом необходимые допущения и оценивать область применимости различных моделей.
17. планировать простые физические эксперименты и выполнять физические измерения.
18. Грамотно обрабатывать полученные результаты измерений, записывать их с учётом погрешности и представлять в удобной для восприятия форме (таблицы, графики, гистограммы).
19. Интерпретировать полученные результаты, делать выводы о совпадении (или несовпадении) результатов эксперимента с тем, что предсказывает теория.
20. Высказывать гипотезы о возможных причинах несовпадения результатов эксперимента с тем, что предсказывает теория.
Принципы построения и цели курса, в свою очередь, определяют структуру курса физики и его содержание.
4. СТРУКТУРА КУРСА ФИЗИКИ.
Модуль 1: Механика, элементы молекулярной физики и термодинамики (семестр2)
|
Модуль 2: Электродинамика, колебания и волны (семестр 3).
|
Модуль 3: Введение в квантовую физику (семестр 4).
|
СОДЕРЖАНИЕ КУРСА.
Модуль 1: МЕХАНИКА, МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
