физика - Кубанский государственный аграрный университет

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
АННОТАЦИЯ
РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ
по дисциплине
«ФИЗИКА»
(индекс и наименование дисциплины)
Код и направление
подготовки
13.03.02 «Электроэнергетика и
электротехника»
Профиль подготовки
13.03.02 «Электроснабжение»
Квалификация
(степень) выпускника
Бакалавр
Факультет
Энергетики
Кафедра-разработчик
«Физики»
Ведущий
преподаватель
Савенко Алексей Валентинович
г. Краснодар
1. Цели и задачи дисциплины
Цель изучения дисциплины – создание научно-теоретической базы, необходимой для
изучения общетехнических и специальных дисциплин электротехнического профиля необходимых
для освоения общепрофессиональных дисциплин по направлению подготовки 140400.62
«Электроэнергетика и электротехника», а также формирование у них физического мировоззрения
как базы общего естественно – научного знания и развития соответствующего способа мышления
Задачи изучения дисциплины
Задачи изучения дисциплины заключаются в том, чтобы дать основные сведения по
истории развития физической науки и связать их с логическим построением картины
мироздания, наблюдаемой с позиции сегодняшнего дня. Сформировать умения выделить
конкретное физическое содержание в прикладных задачах будущей специальности.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина физика относится к базовой части математического и естественнонаучного
цикла Б2 ООП.
Дисциплина базируется на высшей математике, химии, начертательной геометрии. Знания,
умения и приобретенные компетенции будут использованы при изучении следующих дисциплин ОПП:
теоретические основы электротехники; электрические машины; электроника; прикладная физика;
автоматика; электроснабжение; электротехнология.
3. Требования к формируемым компетенциям
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
а) общекультурные:
– владение культурой мышления, способность к обобщению, анализу, восприятию
информации, постановке цели и выбору пути её достижения;
– стремление к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства, владение
навыками самостоятельной работы;
– владение основными методами, способами и средствами получения, хранения,
переработки информации; навыками работы с компьютером как средством управления
информацией;
б) общепрофессиональные:
- использование основных законов естественно-научных дисциплин в профессии
ональной деятельности, применение методов математического анализа и моделирования;
- способность решать инженерные задачи с использованием основных законов механики,
электротехники, гидравлики, темодинамики и тепломассообмена; знание устройства и правил
эксплуатации гидравлических машин и теплотехнического оборудования;
– способность проводить и оценивать результаты измерений;
2
– готовность к техническому обслуживанию, ремонту электрооборудования, средств
автоматики и связи, контрольно-измерительных приборов, микропроцессорных средств и
вычислительной техники;
– способность обеспечивать выполнение правил техники безопасности, производственной
санитарии, пожарной безопасности и норм охраны труда и природы.
4. Содержание лекций
№
раздела
Содержание лекций
1 семестр
1
2
МЕХАНИКА
Основная задача кинематики. Относительность движения, системы отчета.
Физическая
модель
материальной
точки.
Линейные
кинематические
характеристики движения. Прямолинейное,
вращательное
движение,
криволинейное
движение. Вращательное движение по окружности. Угловые
кинематические характеристики. Основные законы динамики (законы Ньютона).
Закон сохранения количества движения. Виды сил. Кинетическая, потенциальная
энергии, закон сохранения энергии. Понятие элементарной работы, работы на
участке траектории. Положительная, отрицательная, нулевая работа на примере
прямолинейного движения тела. Понятие мощности. Закон сохранения энергии.
Специальная теория относительности. Границы применения классической
механики.
Вращательное движение твердого тела вокруг оси. Момент инерции,
теорема Штейнера. Момент силы относительно неподвижной точки, относительно
неподвижной оси. Уравнение движения.
Элементы механики жидкости. Понятие давления. Гидростатическое
давление, закон Паскаля и Архимеда. Уравнение Бернулли; статистическое,
гидростатическое,
динамическое
давление.
Поверхностное
натяжение,
капиллярные явления, формула Лапласа.
Механика
колебательных
движений.
Гармонические
колебания
материальной точки, уравнение колебаний. Волны в упругих средах; поперечные,
продольные колебания, уравнение бегущей волны; звуковые колебания.
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА, ЭЛЕМЕНТЫ ТЕРМОДИНАМИКИ.
Три состояния вещества: газ, жидкость, твердое тело. Давление, объем,
температура, уравнение состояния вещества. Рассмотрение объекта на основе
молекулярного подхода и на основе термодинамических представлений; основные
задачи молекулярной физики и термодинамики. Температура как статистическая
характеристика движения частиц физического объекта, практическая шкала
температур (шкала Цельсия). Абсолютная шкала температур (термодинамическая
шкала, шкала Кельвина) Абсолютный ноль, физическая трактовка абсолютной
шкалы (необходимость введения).
Физическая модель - идеальный газ. Эмпирические законы идеального
газа; изотермический, изобарический, изохорический процессы, графики
процессов, зависимости между физическими характеристиками; вывод уравнения
Клайперона - Менделеева на основе эмпирических законов, уравнение состояния
для моля газа, для произвольной массы газа; количество вещества. Газовая
постоянная. Основное уравнение молекулярно - кинетической теории газов;
вывод.
Распределение молекул по скоростям и энергиям; формула Максвелла,
график, наиболее вероятная скорость, ее связь с термодинамической
температурой. (Распределение Больцмана; зависимость давления газа в атмосфере
от высоты) самостоятельная проработка.
3
Внутренняя энергия тела; поступательная, вращательная колебательная
энергии; степени свободы, закон Больцмана о распределении энергии по степеням
свободы. Первое
начало термодинамики. Адиабатный процесс, уравнение
Пуассона, графическая зависимость давления от объема, охлаждение при
адиабатическом расширении и получение низких температур. Произвольной
массы газа, теплоемкость при постоянном объеме и постоянном давлении,
уравнение Майера, недостатки классической теории теплоемкости. Работа газа при
изменении объема; работа газа при изопроцессах.
Круговые процессы (циклы). Прямой, обратный цикл (положительная,
отрицательная работы). Обратимые, необратимые процессы. Коэффициент
полезного
действия. Цикл Карно, примеры из практики. Второе начало
термодинамики. Приведенное количество теплоты, понятие энтропии.
Реальный газ, уравнение Ван-дер-Ваальса, анализ изотерм реального газа,
критические температур, давление, объем; газ, пар, сжижение газов. Фазовые
переходы 1-го, 2-го рода; тройная точка. Плавление, испарение, обратные
процессы, аморфные тела. Охлаждение. жидкости при испарении, терморегуляция
растений и животных.
2 семестр
3
Закон сохранения заряда. Физическая модель - точечный электрический
заряд, аналогия - материальная точка. Закон Кулона; поле электрических сил электростатическое поле (ЭСП); Принцип суперпозиции ЭСП; электрический
диполь, напряженность ЭСП электрического диполя. Поток вектора
напряженности ЭСП, элементарный поток вектора напряженности, размерность.
Теорема Остроградского – Гаусса. Потенциал ЭСП, физический смысл
потенциала, разность потенциалов, размерность. Связь напряженности и
потенциала ЭСП. Поведение диэлектриков и проводников в ЭСП. Типы
диэлектриков; явление поляризации диэлектриков в ЭСП; диэлектрическая
восприимчивость среды, вектор электрического смещения, размерности. Явление
электрической индукции, индуцированные заряды, ЭСП внутри проводников,
электростатическая защита. Электроёмкость. Электроёмкость уединенного
проводника; конденсатор электроемкость конденсатора, размерность, соединение
конденсаторов. Энергия ЭСП; энергия системы зарядов, энергия поля в
конденсаторе.
Конвекционный ток (движение грозовых туч и др. примеры), ток
проводимости, ток смещения. Сила тока; размерность; приборы для измерения
силы тока; классическая электронная теория; плотность тока, размерность; связь
плотности тока и силы тока. Условие существования тока (электрическое поле и
источники тока). Источники тока, сторонние силы, электродвижущая сила,
неоднородные и однородные участки цепи; напряжение, разность потенциалов,
размерности; графическое изображение. Закон Ома для неоднородного участка
цепи (интегральная форма). Частные случаи: однородный участок цепи, замкнутая
цепь, короткое замыкание (отметить опасность короткого замыкания).
Проводимость участка цепи, удельная проводимость, размерности. Закон Ома в
дифференциальной форме. Зависимость
сопротивления
от
температуры,
низкотемпературная сверхпроводимость.
Последовательное,
параллельное
соединение проводников.
Тепловое действие тока; закон Джоуля – Ленца.
Расчеты электрических цепей; правила Кирхгофа; примеры на применение правил
Кирхгофа.
Причины возникновения магнитного поля (МП). Физическая модель – рамка
с током; провести аналогию с физической моделью – пробным точечным зарядом;
действие магнитного поля на рамку с током; индукция магнитного поля; Закон
Био-Савара-Лапласа; расчет магнитной индукции (МИ) для прямого тока и на оси
4
4
кругового тока. Закон Ампера; взаимодействие двух бесконечных линейных
проводников с током. Магнитное поле движущегося заряда; действие МП на
движущийся заряд (сила Лоренца). Эффект Холла. Напряжённость МП, связь
напряжённости МП и индукции МП; магнитная проницаемость среды, магнитная
восприимчивость среды. Микротоки в среде, их физическая природа;
механический и магнитный момент электрона, их связь. Диамагнетики, их
физическая природа. Парамагнетики, их физическая природа. Ферромагнетики, их
физическая природа, домены. Магнитная восприимчивость среды для диа-, пара- и
ферромагнетиков. Петля гистерезиса. Работа по перемещению проводников с
током в МП, работа по перемещению замкнутого проводника с током в МП.
Энергия МП.
Формулировка явления ЭМИ; закон Фарадея, правило Ленца. Вращение
рамки в МП; генераторы, электродвигатели. Самоиндукция; индуктивность
электрического проводника. Взаимная ЭМИ, плотность потока МИ сцепленного с
контуром, принцип действия трансформатора. Вихревое электрическое поле; токи
смещения; формулировка уравнений в интегральной и дифференциальной формах.
Электромагнитные колебания и волны. Вектор Умова-Пойнтинга.
Колебательный контур; гармонические колебания, свободные затухающие
колебания, автоколебания, вынужденные колебания, электромагнитные колебания
в контуре с конденсатором и катушкой индуктивности. Переменный ток.
Векторная диаграмма; ток в электрической цепи с активным, емкостным и
индуктивным сопротивлениями. Эффективная сила тока – действующая величина.
Оптика, элементы квантовой механики и атомной физики
Геометрическая оптика. Законы отражения и преломления света. Линзы;
формулы тонкой линзы, построения изображений, сферические и хроматические
абберации. Практические приложения.
Волновая оптика. Электромагнитная природа света. Интерференция света.
Дифракция света. Волновой фронт, принцип Гюйгенса – Френеля. Голография.
Дисперсия света; зависимость показателя преломления света от длины волны;
нормальная и аномальная дисперсия; понятие о спектральном анализе.
Поляризация света. Закон Брюстера. Закон Малюса. Анизотропия вещества.
Корпускулярная природа света. Тепловое излучение. Гипотеза Планка,
кванты света, распределение Планка. Закон Стефана-Больцмана, законы Вина.
Фотоэффект. Виды фотоэффекта. Вольт - амперная характеристика внешнего
фотоэффекта; законы фотоэффекта. Невозможность объяснения фотоэффекта на
основе волновой природы света. Физическая природа света на основе теории
Эйнштейна; фотон, импульс фотона, уравнение Эйнштейна. Работа выхода
электрона. Световое давление. формула Эйнштейна. Практическое использование
фотоэффекта. Эффект Комптона.
Планетарная модель атома. Модель Томпсона; электрон, положительные
заряды; опыты Резерфорда. Линейчатый спектр атома водорода. Атом водорода по
Бору; водородоподобные атомы; постулаты Бора. Современные представления о
природе света; дуализм, формула Де- Бройля; проявление корпускулярных и
волновых свойств материи, интерференция электронов на кристаллической
решетке. Взаимодействие света с веществом; закон Бугера; спонтанное
испускание;
вынужденное
поглощение,
коэффициенты
Эйнштейна;
термодинамическое равновесие. Нелинейная оптика; оптические квантовые
генераторы.
Элементы квантовой механики. Уравнение Шреденгера, вероятностное
толкование
энергетических
состояний;
соотношение
неопределенности
Гейзенберга. Главное квантовое число, вращательное квантовое число, магнитное
квантовое число, механический и магнитный спин; принцип Паули.
Многоэлектронные атомы, таблица Менделеева. Молекулы. Физическая природа
химической связи.
5
Элементы физики атомного ядра. Естественный радиоактивный распад;
альфа-, бета-, гамма частица, их свойства; уравнение радиоактивного распада,
период полураспада; прохождение альфа- частиц через потенциальный барьер,
нейтрино. Искусственные ядерные реакции, закон сохранения массы, заряда,
четности частиц, цепная реакция. Критерий биологической активности
радиоактивного излучения. Дефект массы ядра, энергия связи ядра, термоядерный
синтез. Ядерные силы. Элементарные частицы. Практическое применение физики
атомного ядра. Экологические проблемы.
Элементы физической электроники. Электрический ток в вакууме.
Термоэлектронная эмиссия. Виртуальный катод. Электрический ток в газе.
Процессы ионизации, рекомбинации. Понятие дырочной проводимости,
собственный и примесный полупроводники. Использование на практике теории
электроно-дырочного перехода полупроводника. Переход металл-окисел,
структура Шоттки. Явление сверхпроводимости. Тоннельный эффект. Доменная
структура. Основы теории ферромагнетизма.
5. Объем дисциплины и виды учебной работы
Дневная форма обучения
Курс 1,
семестр 1.
Часов / з.е.
Курс 1,
семестр 2.
Часов / з.е.
62 / 1,72
76 / 2,11
30 / 0,83
34 / 0,94
16 / 0,44
16 / 0,44
лабораторные
работы
16 / 0,44
26 / 0,72
Самостоятельная
работа – всего
82 / 2,28
68 / 1,89
нет
нет
Контрольная работа
Контрольная работа
Экзамен
Экзамен
144 / 4,00
144 / 4,00
Вид учебной работы
Аудиторные занятия–
всего
лекции
практические
занятия
Курсовой проект
(работа)
Контрольные (расчётнографические) работы
Вид
промежуточной
аттестации
(зачет,
экзамен)
Всего по дисциплине
6