Физика

1. Цели и задачи учебной дисциплины

Целью дисциплины является изучение физики, как одной из основ информационных технологий. Дисциплина входит в базовую часть математического и естественнонаучного цикла образовательной программы бакалавра (индекс в ООП – Б1.Б). Изучение данной дисциплины базируется на курсах «Высшая математика», «Алгебра и геометрия».

Предварительные компетенции, сформированные у обучающегося до начала изучения дисциплины:

OK-1	владение культурой мышления, способность к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения, умение логически верно, аргументированно и ясно строить устную и письменную речь

Изучение дисциплины направлено на формирование следующих компетенций:

ОПК-2 способностью использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования

ПК-5 способностью проводить моделирование процессов и систем

ПК-23 готовностью участвовать в постановке и проведении экспериментальных исследований

ПК-24 способностью обосновывать правильность выбранной модели, сопоставляя результаты экспериментальных данных и полученных решений

В результате изучения дисциплины студент должен

знать:

законы Ньютона и законы сохранения, принципы специальной теории относительности Эйнштейна, элементы общей теории относительности, элементы механики жидкостей, законы термодинамики, статистически распределения, процессы переноса в газах, уравнения состояния реального газа, элементы физики жидкого и твердого состояния вещества, физику поверхностных явлений, законы электростатики, природу магнитного поля и поведение веществ в магнитном поле, законы электромагнитной индукции, уравнения Максвелла, волновые процессы, геометрическую и волновую оптику, взаимодействие излучения с веществом, соотношение Гейзенберга, уравнение Шредингера и его решения для простейших систем, строение многоэлектронных атомов, квантовую статистику электронов в металлах и полупроводниках, физику контактных явлений, строение ядра, классификацию элементарных частиц;

уметь:

решать типовые задачи по основным разделам курса, используя методы математического анализа, использовать физические законы при анализе и решении проблем профессиональной деятельности;

владеть:

методами проведения физических измерений, методами корректной оценки погрешностей при проведении физического эксперимента.

Виды контроля:

текущий (контрольные опросы, сдача допуска к выполнению лабораторной работы, сдача лабораторной работы); промежуточный по результатам выполнения модулей бально-рейтинговой системы (контрольные работы, компьютерное тестирование); итоговый по результатам зимней зачетно-экзаменационной сессии (зачет, экзамен).

Требования к минимальному материально-техническому обеспечению

Реализация учебной дисциплины требует наличия учебного кабинета.

Оборудование учебного кабинета:

- посадочные места по количеству обучающихся;

- рабочее место преподавателя.

2. Структура изучения дисциплины

Всего часов (общая трудоемкость в часах)	360
Аудиторные занятия	204
Лекции (в том числе, на основе интерактивных методов обучения)	68 (20)
Лабораторные занятия (в том числе, на основе интерактивных методов обучения)	68 (20)
Семинарские занятия (в том числе, на основе интерактивных методов обучения)	68 (20)
Самостоятельные занятия	84
Изучение основной и дополнительной литературы	12
Подготовка к выполнению лабораторных работ	48
Курсовая работа по дисциплине	0
Подготовка к контрольным работам	24
Подготовка к экзамену, экзамен	72

Интерактивные формы обучения

№	Интерактивная форма занятий	Кол-во часов
Лек.	Сем.	Лаб.
Работа в малых группах (команде) – совместная деятельность студентов в группе под руководством лидера, направленная на решение общей задачи путем творческого сложения результатов индивидуальной работы членов команды с делением полномочий и ответственности.	4	4	4
Проектная технология – индивидуальная или коллективная деятельность по отбору, распределению и систематизации материала по определенной теме, в результате которой составляется проект.	4	4	4
Анализ конкретных ситуаций (case study) – анализ реальных проблемных ситуаций, имевших место в соответствующей области профессиональной деятельности, и поиск вариантов лучших решений.	2	2	2
Ролевые и деловые игры – ролевая имитация студентами реальной профессиональной деятельности с выполнением функций специалистов на различных рабочих местах.
Модульное обучение – использование знаний в виде: а) отдельных модулей, автономных частей курса, интегрируемых с другими частями курса; б) блоков взаимосвязанных курсов, которые можно изучать независимо от другого блока дисциплин.
Контекстное обучение – мотивация студентов к усвоению знаний путем выявления связей между конкретным знанием и его применением.
Развитие критического мышления – образовательная деятельность, направленная на развитие у студентов разумного, рефлексивного мышления, способного выдвинуть новые идеи и увидеть новые возможности.	4	4	4
Проблемное обучение – стимулирование студентов к самостоятельному приобретению знаний, необходимых для решения конкретной проблемы.	4	4	4
Индивидуальное обучение – выстраивание студентом собственной образовательной траектории на основе формировании индивидуальной образовательной программы с учетом интереса студента.
Опережающая самостоятельная работа – изучение студентами нового материала до его изучения в ходе аудиторных занятий.
Междисциплинарное обучение – использование знаний из разных областей, их группировка и концентрация в контексте решаемой задачи.
Обучение на основе опыта – активизация познавательной деятельности студента за счет ассоциации их собственного опыта с предметом обучения.	2	2	2
Информационно-коммуникационные технологии – обучение в электронной образовательной среде с целью расширения доступа к образовательным ресурсам (теоретически к неограниченному объему и скорости доступа), увеличения контактного взаимодействия с преподавателем, построения индивидуальных траекторий подготовки и объективного контроля и мониторинга знаний студентов (вебинары).
Всего по видам занятий в интерактивной форме	20	20	20
Всего аудиторных занятий в интерактивной форме	60

3. Тематический план изучения дисциплины

3.1. Содержание и формы занятий

№ п/п	Тема	Форма занятий	Кол-во часов
Кинематика	Лекции Лабораторный практ. Самост. занятия	4 4 4
Статика	Лекции Лабораторный практ. Самост. занятия	4 4 4
Динамика	Лекции Лабораторный практ. Самост. занятия	4 4 4
Основы теории относительности	Лекции Лабораторный практ. Самост. занятия	4 4 4
Термодинамика	Лекции Лабораторный практ. Самост. занятия	4 4 4
Молекулярная физика	Лекции Лабораторный практ. Самост. занятия	4 4 4
Электрическое поле	Лекции Лабораторный практ. Самост. занятия	4 4 4
Электрический ток	Лекции Лабораторный практ. Самост. занятия	6 6 6
Магнитное поле	Лекции Лабораторный практ. Самост. занятия	4 4 4
Электромагнитная индукция	Лекции Лабораторный практ. Самост. занятия	4 4 4
Уравнения Максвелла	Лекции Лабораторный практ. Самост. занятия	4 4 4
Геометрическая оптика	Лекции Лабораторный практ. Самост. занятия	4 4 4
Законы фотоэффекта	Лекции Лабораторный практ. Самост. занятия	4 4 4
Постулаты квантовой механики и ее интерпретации	Лекции Лабораторный практ. Самост. занятия	6 6 6
Операторы физических величин	Лекции Лабораторный практ. Самост. занятия	4 4 4
Уравнение Шредингера	Лекции Лабораторный практ. Самост. занятия	4 4 4

3.2. Содержание разделов дисциплины

Кинематика. Механическое движение. Система отсчета. Траектория. Скорость. Ускорение. Угловая скорость. Угловое ускорение. Статика. Аксиомы статики. Связи, реакции связи. Системы сил. Равновесие твердого тела. Равновесие системы тел. Динамика. Основная задача динамики. Законы Ньютона. Основы теории относительности. Скорость света. Изменение временных масштабов. Изменение линейных размеров. Изменение массы. Тождественность массы и энергии. Термодинамика. «Нулевое» начало термодинамики. Первое начало термодинамики. Второе начало термодинамики. Третье начало термодинамики. Энтропия. Температура. Внутренняя энергия. Количество теплоты. Теплоемкость. Уравнение состояния идеального газа. Работа. Изопроцессы. КПД. Молекулярная физика. Основное уравнение МКТ. Постоянная Больцмана. Броуновское движение. Распределение Максвелла. Электрическое поле. Электрический заряд, электрическое поле. Теорема Гаусса-Остроградского. Экранирование. Электрический ток. Ток, напряжение, сопротивление. Закон Ома в дифференциальной и интегральной формах. Правила Кирхгофа. Переходные процессы в электрических сетях. Резистор, катушка индуктивности, конденсатор, источник тока, источник напряжения. Проводники, диэлектрики, полупроводники. Магнитное поле. Переменный электрический ток. Взаимодействие проводов с током. Закон Био-Савара-Лапласа. Магнитная проницаемость. Гистерезис. Ферромагнетики, парамагнетики, диамагнетики. Электромагнитная индукция. Опыт Фарадея. Законы ЭМИ в частных и общей формах. Уравнения Максвелла. Токи смещения. Уравнения Максвелла в дифференциальной и интегральной формах. Волновое уравнение. Шкала ЭМ-волн. Геометрическая оптика. Приближение геометрической оптики. Уравнение эйконала. Тонкие линзы. Законы фотоэффекта. Постулаты квантовой механики и ее интерпретации. Постулаты квантовой механики. Волновая функция. Интерпретации квантовой механики. Операторы физических величин. Уравнение Шредингера.

3.3. Лабораторный практикум

№	Наименование лабораторных работ
Изучение законов равноускоренного движения
Изучение законов сухого трения
Маятник Обербека
Физический маятник
Баллистический маятник
Изучение эллипсоида инерции твердого тела с помощью трифилярного подвеса
Измерение постоянных токов, напряжений. и ЭДС
Электронно-лучевая трубка
Исследование цепи постоянного тока
Измерение сопротивлений мостовым методом
Баллистический гальванометр. Определение емкости конденсаторов при помощи баллистического гальванометра
Определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли

4. Минимальный фонд оценочных средств

Контроль изучения дисциплины

Зачет по лабораторному практикуму. Количество баллов за выполнение лабораторных работ учитывается при выставлении итоговой оценки за курс. Экзаменационные вопросы.
Механическое движение. Система отсчета. Траектория. Скорость. Ускорение. Угловая скорость. Угловое ускорение. Аксиомы статики. Связи, реакции связи. Системы сил. Равновесие твердого тела. Равновесие системы тел. Основная задача динамики. Законы Ньютона. Скорость света. Изменение временных масштабов. Изменение линейных размеров. Изменение массы. Тождественность массы и энергии. «Нулевое» начало термодинамики. Первое начало термодинамики. Второе начало термодинамики. Третье начало термодинамики. Энтропия. Температура. Внутренняя энергия. Количество теплоты. Теплоемкость. Уравнение состояния идеального газа. Работа. Изопроцессы. КПД. Основное уравнение МКТ. Постоянная Больцмана. Броуновское движение. Распределение Максвелла. Электрический заряд, электрическое поле. Теорема Гаусса-Остроградского. Экранирование. Ток, напряжение, сопротивление. Закон Ома в дифференциальной и интегральной формах. Правила Кирхгофа. Переходные процессы в электрических сетях. Резистор, катушка индуктивности, конденсатор, источник тока, источник напряжения. Проводники, диэлектрики, полупроводники. Переменный электрический ток. Взаимодействие проводов с током. Закон Био-Савара-Лапласа. Магнитная проницаемость. Гистерезис. Ферромагнетики, парамагнетики, диамагнетики. Опыт Фарадея. Законы ЭМИ в частных и общей формах. Токи смещения. Уравнения Максвелла в дифференциальной и интегральной формах. Волновое уравнение. Шкала ЭМ-волн. Приближение геометрической оптики. Уравнение эйконала. Тонкие линзы. Законы фотоэффекта. Постулаты квантовой механики. Волновая функция. Интерпретации квантовой механики. Операторы физических величин.

5. Учебно-методическое и программно-аппаратное обеспечения программы

5.1. Список литературы

Базовый учебник:

Леденев, . М.: ФИЗМАТЛИТ. 2005 (ЭБС «Айбукс»)

Основная литература:

Запороцкова, физика и термодинамика. 2010 (74 экз.) Михайлов, физика и физика элементарных частиц. 2010 (ЭБС «Айбукс»)

Дополнительная литература:

раткая история времени: от Большого взрыва до чёрных дыр. Пер. с англ. . — СПб.: «Амфора», 2001. — 268 с. Эллис Дж. Крупномасштабная структура пространства-времени. Пер. с англ. . Под ред. . — М.: Мир, 1977. — 432 с. ёрные дыры и молодые вселенные. Пер. с англ. . — СПб.: «Амфора», 2001. — 189. Стивен Хокинг и Роджер Пенроуз. Природа пространства и времени. Пер. с англ. А. Беркова, В. Лебедева. — СПб.: «Амфора», 2007. — 171 с. еория всего. Пер. с англ. . Под ред. . — СПб.: «Амфора», 2009. — 160. Д. Дойч. Структура реальности. Издательство: НИЦ "Регулярная и хаотическая динамика", 2001 г. 400 с.

Перечень учебно-методического обеспечения для самостоятельной работы обучающихся

№	Ссылка	Наименование и назначение ресурсов
http://www. edu. ru	Федеральный портал «Российское образование»
http://www. intuit. ru	Портал Национального открытого университета ИНТУИТ
http://lib. volsu. ru	Электронная библиотека Волгоградского государственного университета
http://www. volsu. ru/umnik/.	Образовательный портал Волгоградского государственного университета «УМНИК ВолГУ»
	http://ibooks. ru/	ЭБС: IBooks. ru

5.2. Программно-аппаратное обеспечение

Средства обеспечения освоения дисциплины.

Локальная сеть.

Материально-техническое обеспечение дисциплины.

Персональные ЭВМ, подключенные к сети Интернет. Лаборатории, обеспечивающие возможность выполнения указанных лабораторных работ.

5.3. Электронные ресурсы

Федеральный образовательный портал. Библиотека. Единое окно доступа к образовательным ресурсам:

http://window. edu. ru/library

Сайт кафедры информационных систем и компьютерного моделирования:

http://www. infomod. ru/

ФГУП НТЦ Информрегистр - Государственная регистрация обязательного экземпляра электронных изданий:

http://www. inforeg. ru/depoz

Информационный ресурс «Хабрахабр»:

http://habrahabr. ru/info/agreement/

Научная электронная библиотека:

http://elibrary. ru

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Самостоятельная работа является одним из видов учебных занятий, она в значительной мере определяет успех обучения в университете. Самостоятельная работа способствует приобретению глубоких и прочных знаний по изучаемым дисциплинам, вырабатывает умение ориентироваться в огромном потоке информации и дает навыки работы с учебной и научной литературой. Самостоятельная работа приучает делать обобщения и выводы, вырабатывает умение логично излагать изучаемый материал, формирует творческий подход, способствует использованию полученных знаний для разнообразных практических задач, развивает самостоятельность в принятии решений.

Необходимо помнить, что начинать самостоятельные занятия следует с начала семестра и проводить их регулярно. Очень важно приложить максимум усилий, чтобы заставить себя работать с полной отдачей. Необходимо помнить, что время учебы крайне ограничено, его нельзя растрачивать понапрасну. Следует осознать, что, если не использовать для занятий всего лишь один вечер в неделю, то за год их наберется не менее 40, т. е. полтора учебных месяца окажутся потерянными.

Успеху в самостоятельной работе способствует соблюдение некоторых правил. Прежде всего, следует приучить себя начинать работу немедленно, как только сели за стол. Надо работать сосредоточенно и все доводить до конца. Необходимо определить реальный объем работы и продумать последовательный план ее выполнения. Работать следует не спеша, но аккуратно, точно. Излишняя поспешность влияет на качество самостоятельной работы.

Необходимо самостоятельно планировать свое рабочее время, исходя из своих возможностей и приоритетов. Это создает более спокойную обстановку, что в итоге положительно сказывается на усвоении материала. Важно полнее осознать цели своей работы, уяснить, что является главным на данном этапе, какую последовательность работы выбрать, чтобы выполнить ее лучше и с наименьшими затратами времени и энергии.

Продуктивность работы зависит от правильного чередования труда и отдыха. Поэтому каждые час или два следует делать перерыв на 10-15 минут. Выходные дни лучше посвятить активному отдыху, занятиям спортом, прогулками на свежем воздухе и т. д. Даже переключение с одного вида умственной работы на другой может служить активным отдыхом.

В процессе обучения важнейшую роль играет самостоятельная работа с литературой. Без навыка правильного использования источников будет чрезвычайно трудно изучать программный материал, и много времени будет потрачено нерационально. Работа с книгой складывается из умения подобрать необходимые книги, разобраться в них, законспектировать, выбрать главное, усвоить и применить на практике.

Работу с книгой следует начать с беглого ознакомления, чтобы решить, есть ли там материал, необходимый для самостоятельной работы. В первую очередь, ознакомиться с титульной страницей, на которой указаны автор, название и год издания. На обороте титульной страницы обычно помещена аннотация, в которой дается сжатая характеристика книги с указанием, для какого круга читателей она предназначена. Особое внимание следует обратить на оглавление, так как оно раскрывает содержание книги. Предисловие позволит узнать, с какой целью книга написана, каким вопросам посвящена. В заключении книги подводятся итоги, делаются выводы. Чтение книги может быть сплошным и выборочным (чтение отдельных глав или разделов). Чтение должно быть вдумчивым, внимательным, при чтении не следует торопиться.

При чтении могут встретиться непонятные слова, термины и определения. В этих случаях следует обратиться к справочнику или соответствующему словарю. Не следует при чтении пропускать сноски и примечания, т. к. в них разъясняются отдельные места, дополняются сжато изложенные в тексте положения.

При чтении необходимо выделить основную мысль, представить прочитанное как единое целое. Это легче сделать, если  при чтении каждого параграфа (раздела) самому себе отве­тить на вопросы, о чем говорится в данной части текста, чем сказанное подтверждается или поясняется.

Заключительным этапом изучения книги, статьи является запись, конспектирование прочитанного. Конспект - это сжатое логически связанное изложение прочитанного. В конспекте помещаются не только главные положения книги, но и аргументы (цифры, примеры, таблицы и т. д.). Конспект позволяет быстро восстановить в памяти содержание прочитанной книги. Кроме того, процесс конспектирования организует мысль, побуждает читающего к обдумыванию, к активному мышлению, улучшает качество усвоения и запоминания. Запись способствует выработке ясно, четко и лаконично формулировать и излагать мысль. Запись следует вести сжато и обязательно своими словами.

Помимо сказанного следует иметь в виду, что научиться извлекать из книги все полезное, овладеть рациональными методами чтения и конспектирования можно только на основании практического опыта регулярной работы с книгой.

Изучение дисциплины предусматривает (при необходимости) обеспечение обучающихся инвалидов и лиц с ограниченными возможностями здоровья учебно-методическими ресурсами в формах, адаптированных к состоянию их здоровья: полнотекстовые лекции, презентации в ПТК «УМКа», альтернативные индивидуальные задания в приемлемых формах, адаптированных к ограничениям здоровья (аудио-материалы, в письменной форме), выбор методик обучения  с учетом их доступности для лиц с ограниченными возможностями и инвалидов.

В целях реализации индивидуального подхода к обучению студентов, осуществляющих учебный процесс по индивидуальной траектории в рамках индивидуального рабочего плана, изучение данной дисциплины базируется на следующих возможностях:

- индивидуальные консультации преподавателя (очно, в часы консультаций, по электронной почте, а также с использованием программ Skype, Wiber, TeamViewer, DropBox, а также возможностей социальных сетей);

- максимально полная презентация содержания дисциплины в ПТК «УМНИК» (см., в частности, полнотекстовые лекции, презентации, аудиоматериалы, тексты для перевода и анализа и т. п.).