Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный гуманитарный университет имени М. А. Шолохова" I. Рабочая программа модуля «Физика». Направление: 022000 Экология и природопользование (квалификация степень бакалавр) Составители: Терентьева М.А. ст. преподаватель Москва-2013 Пояснительная записка В блоке предметной подготовки по специальностям «Экология и экология и природопользование» и «биология» дисциплина «Физика» является связующим звеном для изучения цикла дисциплин данной специальности и помогает познанию фундаментальных законов и основных понятий химических систем, реакционной способности веществ, их идентификации. Данный модуль служит основой для более глубокого понимания биологических дисциплин. Модуль составлен c учетом современного состояния науки. Он определяет тот объем знаний, который необходим по общей и неорганической химии. Модуль составлен в соответствии с действующим учебным планом для специальностей: «Биология » и «Экология и природопользование». Одной из задач преподавания общей физики студентам данных специальностей является формирование у будущего учителя современной физической картины мира. Это имеет большое значение для общеобразовательной и профессиональной подготовки. Модуль в сжатой форме охватывает вопросы общей физики. Она может быть использована при подготовке как к зачету, так и экзамену, поскольку нацеливает студента на самостоятельную работу и помогает ему про верить знание материала по каждому разделу изучаемого курса. Программа принесет пользу как студентам, так и преподавателям, так как в ней приведено примерное распределение лекционных часов и тематики лабораторных работ, а также перечень рекомендуемой основной и дополнительной литературы. Эта методическая разработка подготовлена в полном соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования. В целом курс физики должен обеспечить подготовку высококвалифицированных специалистов, вооружить их комплексом знаний, практических навыков и умений для плодотворной педагогической деятельности. Дисциплина «Физика» включена в структуру основной педагогической программы бакалавриата по направлению «Гуманитарные науки». Трудоемкость дисциплины: 1 зачётная единица. Место дисциплины в учебном процессе объясняется концептуальной важностью понимания физических явлений и процессов их протекания, что позволяет сформировать в сознании учащихся естественнонаучную картину окружающего мира и дает возможность показать мир во всем его многообразии, что обогащает личность педагога и специалиста естественнонаучных областей. 1.1. Цель и задачи дисциплины Цель дисциплины: является формирование и развитие у студентов научных знаний и умений, необходимых для понимания явлений и процессов, происходящих в окружающем мире. Задачи дисциплины Изучение основных физических явлений, овладение фундаментальными понятиями, законами, теориями классической и современной физики, а также методами физического исследования. воспитание убежденности в познавании окружающего мира в необходимости разумного использования достижений науки и технологий для дальнейшего развития человеческого общества; показать как использовать язык физики для анализа научной информации и изложения основных физических идей в устной и письменной формах; сформировать умения систематизировать наблюдения явлений природы и техники, планировать и проводить экспериментальные исследования; Взаимосвязь с другими дисциплинами: Необходимым условием успешного овладения материалом дисциплины «Физика» является успешное освоение школьных курсов естественнонаучного профиля. В свою очередь знания, составляющие дисциплину «Физика», являются базой для изучения следующих образовательных модулей: «Концепции современного обществознания», «Химия», «История» а также тесно связана с дисциплиной «Безопасность жизнедеятельности». Групповая принадлежность дисциплины: общекультурный ОМ. Кластерная принадлежность дисциплины: мировоззренческий ОМ. Принципы отбора содержания и организации учебного материала Отбор материала основан на принципе системности. Системообразующим при этом является показ возможностей физики для описания окружающего мира. Понятия и законы, используемые в курсе , отбираются таким образом, чтобы наиболее ярко показать возможности физики. Содержание курса, направлено на формирование научного мировоззрения: оно показывает роль физики для описания многих явлений и процессов, способствуя созданию правильной и единой научной картины мира. Дисциплина изучается на лекционных и практических занятиях, а также в процессе самостоятельной работы студентов. Форма итогового контроля - зачет. Программа включает тематику лекций, лабораторных работ, контрольных работ, вопросы к зачету и список рекомендуемой литературы. Дисциплина направлена на формирование следующих компетенций ( развернуто): Обладать базовыми знаниями фундаментальных разделов физики объеме, необходимом для освоения физических и химических основ в экологии и природопользовании идентификации и описания биологического разнообразия, его оценки современными методами количественной обработки информации (ПК-2) Формы освоения дисциплины: аудиторные занятия проводятся в виде лекций, семинаров, практических занятий; самостоятельная работа студентов с теоретическим материалом включает поиск информации, содержательную работу с ней, оформление результатов в виде практических заданий, работы над написанием статей в тезаурусе, доклады на заданную тему; лекционные занятия строятся с преобладанием контекстных форм обучения – проблемная лекция, лекция в диалоговом режиме, чередование сложного теоретического материала с закреплением его в виде кратких тестов по теме; традиционная лекция. практические занятия традиционной формы проходят с обсуждением трудных для самостоятельного усвоения разделов дисциплины, моделирования заданных физических процессов, тестовых заданий, демонстраций материала по разделам дисциплины, разбора учебных ситуаций, студенческих докладов. Формы контрольных и учебных заданий: - задания 1-го уровня сложности нацелены на выявление фактических знаний и предметных понятий и включают тесты с закрытой формой (с однозначным и многозначным выбором ответа), тесты идентификации, устный и письменный опрос по теме, тесты на соответствие, тесты с заданиями на группировку информации, тесты с заданиями установление последовательности; - задания 2-го уровня сложности нацелены на выявление мыслительных операций и включают открытые тесты с заданиями на установление логических связей, классификацию, умение решать типовые учебные задачи; - задания 3-его уровня сложности нацелены на выявление профессиональных компетенций и включают: способность к пониманию и интерпретации изученного материала, умению осмысленно работать со специальной информацией, готовности нести ответственность за состояние окружающей среды и организовывать мероприятия по пропаганде ответственного отношения к жизни и здоровью людей и среды. Процентное соотношение академических и практико-ориентированных форм учебной работы соответствует кластерной принадлежности (мировоззренческий модуль): 70% / 30%. I. Объем дисциплины и виды учебной работы по очной форме обучения Факультет Название специальн дисципли ость ны ФиЕН/э ип БЖ Вид учебной работы Кол-во часов Аудито Самост. рные работа Лекции 6 Практические/семинар 12 ские Лабораторные Консультации Рефераты 18 Контрольные работы Итоговый контроль Зачет Общий объем часов по 18 дисциплине Семес тр 2 18 1.1Содержание дисциплины по очной форме обучения Тематический план Лекции Практические/ Лабора семинарские 1 Физические основы классической механики (кинематика и динамика) 2 Механические колебания и волны 2 3 Основное уравнение молекулярнокинетической теории. Термодинамические системы Обратимые и необратимые процессы. II-е начало термодинамики Тепловые машины. Цикл Карно 2 4 2 4 торные 5 Электромагнитная теория света. 6 Понятие об электромагнитной волне. 7 Основы атомной физики 2 2 2 2 6 12 Организация самостоятельной работы студентов График самостоятельной работы студентов очной формы обучения Факультет экологии и естественных наук Специальность/ направление: экология и природопользование 1 курс бакалавриат Всего часов: 18 Темы, выносимые на Форма отчета по самостоятельную работу самостоятельной работе Работа в механике. Законы конспект сохранения в механике. Уравнение состояние конспект идеального газа. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории. термодинамическое равновесие. Первое конспект начало термодинамики. Термодинамические процессы в природе. Обратимость и необратимость конспект процессов в природе. Электричество и магнетизм. доклад Понятие электрического заряда. Электрического поля. Потенциал. Электроемкость. конспект Конденсаторы Постоянный ток. Работа и доклад мощность постоянного тока. Закон Джоуля-Ленца Понятие о переменном токе. конспект Переменные электрические и магнитные поля. Сила Ампера и Лоренца. Понятие об электромагнитной волне Тепловое излучение. конспект Тепловое излучение и его особенности. Теория фотоэффекта. Основы доклад квантовой механики. строение атомного Модели ядра. конспект Томсона и Резерфорда. Альфа, бета и гамма – доклад излучения Космология; эволюция конспект Вселенной Специальная теория Доклад относительности. Силы в природе реферат Зачет Темы лекционных и практических занятий. 1. Физические основы классической механики (кинематика и динамика). Роль физики в системе наук о природе. Методы физических исследований. Материя и движение. Пространство и время - основные формы существования материи. Напряженность и потенциал гравитационного поля. Потенциальная энергия гравитационного притяжения тел. Зависимость между силой и потенциальной энергией. Неконсервативные системы. Внутренняя энергия. Условия равновесия систем. Понятие кинематика и динамика как составные части механической картины мира. Уравнение движения точки в координатной и векторной форме. Тангенциальное и нормальное ускорения. Равномерное, равномерно-переменное и неравномерное движения. Движение тела по окружности. Элементы кинематики вращательного движения. Связь между линейными и угловыми кинематическими величинами. Относительность движения. Сложение движений в механике Ньютона. Преобразования Галилея 2. Механические колебания и волны. Механические колебания в физике. Гармонические колебания, как простейшие колебания. Амплитуда, частота и фаза колебаний. Смещение, скорость и ускорение при гармоническом колебательном движении. Условия возникновения гармонических колебаний. Свободные колебания линейного гармонического осциллятора. Энергия колебаний. Математический и физический маятники. Апериодическое движение. Вынужденные колебания. Процесс установления колебаний. Резонанс. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории. Термодинамические системы. Термодинамический и молекулярно-кинетический подходы к изучению макроскопических систем. Основные положения молекулярнокинетической теории и её опытное обоснование. Модель идеального газа. Экспериментальные газовые законы. Абсолютная шкала температур. Уравнение состояние идеального газа. Основное уравнение молекулярнокинетической теории ид. газа. Парциальное давление. Закон Дальтона. Понятие о распределении Больцмана. Термодинамическая система. Термодинамическое равновесие. Равновесные и неравновесные процессы. Функция состояния и функция процесса. Внутренняя энергия термодинамической системы и идеального газа. Первое начало термодинамики. 3. Обратимые и необратимые процессы. II-е начало термодинамики Тепловые машины. Цикл Карно. Обратимые и необратимые процессы. II-е начало термодинамики. Энтропия как функция состояния. Различные формулировки II начала термодинамики и их эквивалентность. Циклические процессы. Тепловые 4. двигатели. Тепловые и холодильные машины. Цикл Карно. Работа цикла Карно. КПД цикла Карно. Теорема Карно. 5. Электромагнитная теория света. Электромагнитная природа света. Методы получения когерентных световых волн. Оптическая разность хода. Интерференция в тонких пленках. Интерферометры. Интерференция многих волн. Принцип Гюйгенса-Френеля. Зоны Френеля. Дифракционные спектры. Дифракция на пространственной решетке. Поляризация света при отражении и преломлении. Прохождение света через анизотропную среду. Двойное лучепреломление. Дихроизм. Поляризационные приборы. Скорость света и методы ее измерения. Абсолютность скорости света в СТО. Принцип Ферма. Законы отражения и преломления света. Показатель преломления. 6. Понятие об электромагнитной волне. Понятие электромагнитная волна. Корпускулярно-волновая двойственность свойств света. Несостоятельность классической физики при объяснении атомных явлений. Гипотеза де-Бройля. Физический смысл волн де-Бройля, их свойства. Опытное обоснование корпускулярно-волнового дуализма свойств вещества. Энергия электромагнитных волн. Применение электромагнитных волн. 7. Основы атомной физики Доказательства сложной структуры атома. Строение атома. Модель Томсона. Модель Резерфорда. Модель Бора. Элементарные частицы и античастицы. Кванты света. Квантовые постулаты Бора. Многоэлектронные атомы. Радиоактивность. Законы радиоактивного распада. Свойства ионизирующих излучений. Виды излучений. Ядерные реакции. Ядерная энергетика. Основные понятия дисциплины. Миф. Понятие «наука». Космогония. Геоцентрическая система мира. Механическая картина мира, квантовая картина мира, полевая картина мира. Законы ньютона, законы Галилея. Законы релятивисткой механики, законы термодинамики. Система отсчета, материальная точка, системы материальных точек, траектория движения, перемещение, скорость, ускорение, инертность, масса, сила, импульс, энергия, работа, мощность, момент силы, момент инерции, момент импульса, амплитуда, фаза, частота, период колебаний, механические волны, фазовые и групповые скорости, длина волны. Молярная масса, количество вещества, давление, объем, температура, идеальный газ, равновесные и неравновесные состояния, фазовые переходы, обратимые и необратимые процессы, число степеней свободы, количество теплоты, энтропия, теплоемкость, круговые процессы, тепловые и холодильные машины, коэффициент полезного действия, реальный газ, межмолекулярные взаимодействия, жидкость, твердое тело, поверхностное натяжение, смачивание, дефекты в кристаллах. Электрический заряд, взаимодействие зарядов, электрическое поле, напряженность и потенциал электростатического поля, принцип суперпозиции полей, эквивалентные поверхности, проводники и диэлектрики, электроемкость, конденсаторы, электрический ток, сила и плотность тока, напряжение, электродвижущая сила, сопротивление, магнитное поле, магнитная индукция, магнитная проницаемость среды, ускорение, эффект Холла, электромагнитная индукция, индуктивность контура, самоиндукция, взаимная индукция, трансформаторы, диа- , параи ферромагнетизм, вихревое электрическое поле, ток смещения, электро – магнитное поле, переменный ток, резонанс токов и напряжений. Световой луч, отражение и преломление светового луча, полное внутреннее отражение, абсолютный и относительный показатели преломления, тонкие линзы, системы линз, оптическая ось, фокусное расстояние, фокальная плоскость, абберации оптических систем, фотометрические величины, интерференция света, когерентность, дифракция света, разрешающая способность, дисперсия света, поляризация света; тепловое излучение, фотоэлектрические эффекты, дуализм света; модели атомов, стационарные состояния, квантовые переходы, дискретные значения момента импульса, квантовые числа, соотношение неопределенностей, принцип причинности; фазовое пространство, функция распределения, квантовая статистика, сверхпроводимость, зонная теория, примесная проводимость, фотопроводимость; размер, состав и заряд атомного ядра, массовое и зарядное числа, ядерные силы, модели ядра, дефект массы, энергия связи, естественная и искусственная радиоактивность, ядерные реакции деления и синтеза, взаимодействие элементарных частиц, частицы и и античастицы, странность и четность, кварки. Тематика рефератов. Тема реферата студентом выбирается самостоятельно, исходя из раздельных и общих контрольных вопросов. 1.Магнитные полюса земли. 2.Влажность воздуха. 3.Возникновение водоворота. 4.Физика Солнца. 5.Тепловые процессы в земной коре. 6.Парниковый эффект. 7.Физика гейзеров. 8.Физика морей и океанов. 9. Вещество в состоянии плазмы 10. Биофизика 11. Взаимосвязь науки и электроэнергии 12. Вода. Тяжелая вода 13. Воздействия электрического тока на организм человека 14. Второй закон термодинамики для замкнутых и незамкнутых систем 15. Защита от радиоактивности 16. Инфра- и ультразвуки и их использование 17. Искусственные спутники Земли 18. История развития электрического освещения 19. Люминесценция и химолюминесценция 20. Мозг и память человека – молекулярный аспект 21. Нобелевские лауреаты в области физики 22. Принцип построения атомной энергетики 23. Сила земного притяжения 24. Тепловые, гидравлические и атомные электростанции 25. Физика и НТР 26. Единая физическая картина мира 27. постижение природы молний. Шаровая молния. 28. Развитие представлений о физике возникновения радуги. 29. Атмосферное электричество. 30. Полярные сияния. Виды, особенности возникновения. 31. Землетрясение с точки зрения физики. 32. Вечный двигатель 33. История открытий в области строения атомного ядра 34. Магнетизм и магниты 35. Радиационный режим в атмосфере Примерный перечень зачету. VI. Примерный перечень вопросов к зачету. 1. Физика и ее связь с другими науками и с техникой. Роль курса физики в подготовке учителя. 2. Материя. Основные представления о строении материи в современной физике. 3. Предмет и задачи механики. 4. Кинематика материальной точки. Понятие материальной точки. Относительность движения. Системы отсчета. 5. Векторы перемещения, скорости и ускорения. 6. Понятие средних и мгновенных значений скорости и ускорения. 7. Тангенциальное и нормальное ускорение. Полное ускорение. 8. Траектория движения и пройденный путь. Принцип независимости движений. 9. Преобразование Галилея для координат и скоростей. 10.Перемещение и путь при равномерном и равноускоренном прямолинейном движении. 11.Движение точки по окружности. Угловые перемещение, скорость и ускорение. 12.Динамика материальной точки. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. 13.Понятие о силе и ее измерении. Силы в природе. Фундаментальные взаимодействия. 14.Масса и ее измерение. Второй закон Ньютона. 15.Импульс. Общая форма второго закона Ньютона. Закон сохранения импульса. 16.Третий закон Ньютона. Движение при наличии силы тяжести, вес и невесомость. 17.Работа постоянной и переменной силы. Силы внутренние и внешние. Мощность. 18.Энергия. Кинетическая энергия. 19.Потенциальная энергия тела в поле силы тяжести и в поле упругих сил. Потенциальные кривые. Закон сохранения и превращения энергии. 20.Гармонические колебания. Амплитуда, частота, фаза колебаний. 21.Смещение, скорость и ускорение при гармонических колебаниях. 22.Связь колебательного и вращательного движений. 23.Движение под действием упругих и квазиупругих сил. Пружинный маятник. 24.Уравнение движения простейшей механической колебательности системы без трения: математический маятник. 25.Физический маятник. Уравнение движения. Приведенная длина физического маятника. 26.Кинетическая, потенциальная и полная энергия колеблющегося тела. 27.Вынужденные колебания. Резонанс. Закон сохранения момента импульса и примеры его проявления.. 28.Всемирное тяготение. Движение планет, законы Кеплера. Закон тяготения Ньютона. Постоянная тяготения. 29.Понятие о поле тяготения. Напряженность поля тяготения. 30.Применение законов сохранения энергии и момента импульса к движению в центральном гравитационном поле. 31.Космические скорости. 32.Распространение колебаний в однородной упругой среде. Волновое движение. Фронт волны. Волновая поверхность. Виды волн. Продольные и поперечные волны. 33.Электромагнитное взаимодействие и его место в ряду других фундаментальных взаимодействий. 34.Электростатика. Электрические заряды и их свойства; закон сохранения электрического заряда; наличие элементарного электрического заряда 35.Закон Кулона. Напряженность электростатического поля. Принцип суперпозиции. Графическое изображение электростатического поля. 36.Вектор электростатической индукции. Поток вектора электростатической индукции. 37.Работа сил электростатического поля.Потенциал поля точечного заряда и системы электрических зарядов. Эквипотенциальные поверхности. Связь потенциала и напряженности электростатического поля. 38.Конденсаторы; соединение конденсаторов; применение конденсаторов. 39.Энергия и плотность энергии электрического поля. 40.Постоянный электрический ток. Движение электрических зарядов в электрическом поле. Сила и плотность тока. Закон Ома для однородного участка цепи. Сторонние силы. Электродвижущая сила. Напряжение. Закон Ома для замкнутой цепи. 41.Работа и мощность в цепи постоянного тока. Закон Джоуля – Ленца. 42.Стационарное магнитное поле в вакууме. Магнитное поле токов. Взаимодействие токов. Индукция и напряженность магнитного поля. Сила, действующая на ток в магнитном поле. Закон Ампера. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца. 43.Электромагнитные колебания. Возникновение электромагнитных колебаний в колебательном контуре. Вихревое электрическое поле. Токи смещения. Действующее и среднее значение переменного тока. Сопротивление, индуктивность и емкость в цепи переменного тока. Закон Ома в цепи переменного тока. 44.Предмет оптики. Эволюция представлений о природе света. Волновые и корпускулярные свойства света. 45.Законы геометрической оптики: законы отражения и преломления света на плоской границе раздела двух сред. 46.Интерференция света. Принцип суперпозиции. Когерентность источников света. Дифракция света. Принцип Гюйгенса – Френеля. Законы Френеля. 47.Дифракция на одной щели. Дифракционная решетка. 48.Поляризация света. Свет естественный и поляризованный. 49. Тепловые излучения и его особенности. Характеристики излучения. 50.Фотоэффект. Законы Столетова. Фотонная теория света. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Давление света. Опыты Лебедева. Рентгеновское излучение. Эффект Комптона. 51.Опыты Резерфорда. Модель атома Резерфорда. Постулаты Бора. Экспериментальные подтверждения модели атома Бора – Резерфорда.(Спектральные серии и уровни энергии водородоподобного атома). 52.Теория Бора. Принцип соответствия. Кризис теории Бора. 53.Гипотеза де – Бройля. Физический смысл волн де – Бройля, их свойства. 54.Основные положения молекулярно – кинетической теории и ее опытное обоснование. 55.Экспериментальные температур. газовые законы. Абсолютная шкала молекулярно – кинетической теории 56.Уравнение состояния идеального газа. 57.Основное уравнение идеального газа. 58.Понятие о распределении Больцмана. 59.Термодинамическая система. Термодинамическое равновесие. Равновесные и неравновесные процессы. Функция состояния и функция процесса. 60.Внутренняя энергия идеального газа. термодинамической 61.Первое начало термодинамики. системы и 62.Равновесное распределение энергии по степеням свободы. 63.Теплоемкость идеального газа. 64.Применение I-го начала термодинамики к изопроцессам. 65.Работа, совершаемая газом при различных процессах. 66.Циклические процессы. Тепловые холодильные машины. двигатели. Тепловые и 67. Цикл Карно. Работа цикла Карно. КПД цикла Карно. Теорема Карно. 68.Обратимые и термодинамики. необратимые процессы. II-е начало 69.Энтропия как функция состояния. Возрастание энтропии в изолированной системе. Формула Клаузиуса. (Неравенство Клаузиуса). 70.Различные формулировки II – го начала термодинамики и их эквивалентность. Список рекомендуемой литературы. Основная литература: 1. Лаврова И.В. Курс физики. -М. :Просвещение,1981.- 256 с. 2. Грабовский Р.И. Курс физики. - М.: Высшая школа,1980.-607 с Дополнительная литература: 1. Концепция современного естествознания»(хрестоматия). – М., 2004 2. Семке А.И. Нестандартные задачи по физике(для естественнонаучного профиля). –Яр., 2007 3. Бармосов А.В., Холмогоров В.Е. Курс общей физики для природопользователей. «Колебания и волны».-С-П., 2009 4. Бармасов А.В. Холмогоров В.Е. Курс общей физики для природопользователей. «Молекулярная физика». – С-П., 2009 5. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика 10.-М:2007г. 6. Рымкевич А.П. Задачник «Физика 9-11кл».-М:2004г. 7. Физика 10. Под ред. Пинского А.А.-М: Просвещение. 2005г. 8. Физика 11. Под ред. Пинского А.А.-М: Просвещение.2005г. 9. Гершензон Е.М., Малов Н.Н., Мансуров А.Н. Курс общей физики. Механика. –М.: Академия, 2001. 10.Гершензон Е.М., Малов Н.Н., Мансуров А.Н. Курс общей физики. Оптика и атомная физика. –М.: Академия, 2000. 11.Гершензон Е.М., Малов Н.Н., Мансуров А.Н. Курс общей физики. Электродинамика. –М.: Академия, 2001. 12.Калашников С.Г. Электричество. –М.: Физматлит, 2004. 13.Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 1. –М.: Физматлит, 2001. 14.Гольденбург В.Б., Миллер М.А. Сборник задач по электродинамике. –М.: Физматлит, 2001. 15.Стрелков С.П., Сивухин Д.В., Угаров В.А., Яковлев И.А. Сборник задач по общему курсу физики. –М.: Физматлит, 2005. 16.Иродов И.Е. Задачи по общей физике. –М.: Лань, 2009. 17.Савельев И.В. Курс общей физики (в трех томах). –М.: Лань, 2008. 18.Фриги С.Э., Тиморева А.В. Курс общей физики (в трех томах). –М.: Лань, 2008. 19.Трофимова Т.И. Курс физики. –М., 2003. 20.Дмитриев В.Ф., Прокофьев В.Л. Основы физики. –М.: Высшая школа, 2003. 21.Калашников Н.П., Кожевников Н.М. Физика. Интернет – тестирование базовых знаний. –М.: Лань, 2009. 22.Старовиков М.И. Введение в экспериментальную физику. –М.: Лань, 2008. 23.Хайкин С.Э. Физические основы механики. –М.: Лань, 2009. Интернет-ресурсы: Виртуальные лабораторные работы http://barsic.spbu.ru/www/lab_dhtml/ http://www.all-fizika.com/article/index.php?id_article=110 http://www.levpi-kt.narod2.ru/virt_lab.htm Интерактивные тесты. Интерактивные задачи по общей физике. http://school-collection.edu.ru Электронный учебник по всем разделам физики http://www.mibif.ru/library/ph.shtml Электронный учебник по физики ( основные понятия разделов) http://bobych.ru/lection/fizika/ Лекционный материал по физике. http://top.msu.ru Электронные сборники задач по физике. http://nenaidesh.ru/lib/Book-5-94.html Интернет ресурсы по физике. http://www.gomulina.orc.ru/index1.html Лекции по физике 9-11 класс. http://www.astronom-ntl.narod.ru/physmain.htm#Лекции Материально-техническое обеспечение учебной дисциплины аудиовизуальные и компьютерные средства обучения - компьютер и мультимедийный проектор; - телевизор и DVD-плеер; -Интернет Задания 1-ого уровня сложности: Тесты 1. Назовите векторные величины из предложенных: а) путь б) перемещение в) скорость г) скорость и перемещение. 2. В космическом пространстве вблизи поверхности Земли телу сообщается в горизонтальном направлении первая космическая скорость. Определить траекторию движения тела: а) гипербола б)окружность в) эллипсоид г) парабола 3. Как изменится температура идеального газа, если увеличить его объем в 2 раза при осуществлении процесса, описываемого формулой PV2=const а) не изменится б) уменьшится в 2 раза в) увеличится в 2 раза г) нет правильного ответа. 4. Назовите частицы, которые находятся в узлах кристаллической решетки льда. а) нейтральные атомы б) молекулы в) ионы г) электроны 5. Определить, какая из формул выражает закон Гука: а) F=ma б) F=µN в)F=-kx г) F=G(mM/R2) 6. Подумайте, какая часть периода требуется для, того чтобы при гармонических колебаниях тело прошло первую половину пути от среднего положения к крайнему. а) Т/2 б) Т/4 в) Т/6 г) Т/12 7. Тело, подвешенное на пружине, совершает свободные колебания с частотой ω0, определить частоту, с которой происходит изменение кинетической энергии тела. а) ω0/2 б)ω0 в)2ω0 г) 4ω0 8. Определите направления колебаний в продольной волне а) во всех направлениях б) по направлению распространения волны в) по направлению перпендикулярному распространению волны. г) по направлению распространения волны и перпендикулярно этому распространению 9. Отметьте формулу, описывающую зависимость силы тяготения от расстояния, при котором тело удерживалось бы на круговой орбите при условии, что период Т обращения тела пропорционален R а) F~1/R б)F~1/R2 в)F~1/R3 г)F~1/R4 10 В комнате, при температуре 250 С создается высокая влажность воздуха. Определите, изменится ли влажность воздуха в комнате и как, если открыть форточку, а за окном холодно и идет дождь. а) увеличится б) уменьшится в) не изменится ( динамическое равновесие) г) сначала увеличится, потом уменьшится. 11. Наименование единицы кинетической энергии Международную систему единиц выглядит следующим образом: а) 1 кг*м б) 1 кг*(м/с) в) 1 кг *(м2/с) г) 1 кг* (м2/с2) через 12. Определите суждение, являющееся справедливым: а) Аморфное тело со может со временем превратиться в кристаллическое б) Кристаллическое тело может превратиться в аморфное в) Аморфное тело никогда не может превратиться в кристаллическое г) Между аморфными и кристаллическими телами нет принципиальной разницы. 13. Назовите обратимые процессы. Верный из них: 1. Расширение в пустоту 2 Неупругий удар. а) 1 б) 2 в) 1 и 2) г) ни 1 ни 2 14 Больше молекул в 1 моле Н2 или 1 моле Н2О а) Одинаково б) в 1 моле Н2 в) в 1 моле Н2О г) ответ не однозначен 1. Темлоемкость идеального одноатомного газа при V=const есть: а) 1/2 (R) б)3/2 ( R ) в) 5/2 ( R) г) 3 R 2. Силы, преобладающие в межмолекулярном взаимодействии при деформации сжатия, являются: а) силами отталкивания б) силами притяжения в) силами и притяжения и отталкивания г) отсутствие таких сил 3. Эффект Доплера для звуковой волны наблюдается: 1) при движении источника звука относительно среды 2) при движении приемника звука относительно среды а) 1 б) 2 в) 1 и 2 г) ни 1 ни 2 4. Процесс испарения или конденсации преобладает вблизи свободной поверхности воды при температуре 300 С , если парциальное давление пара 1, 23 к ПА. а) испарение над конденсацией б) конденсация над испарением в) оба процесса происходят с одинаковой силой г) только конденсация 19. Длина электромагнитной волны, распространяющейся в воздухе с периодом Т=0, 03 мкс, равна: а) 100м б) 1м в) 9м г) 3м 20 Функцию выполняет колебательный контур радиоприемника: а) выделять из электромагнитной волны модулирующий сигнал; б) усиливает сигнал одной избранной частоты в) выделяет из всех электромагнитных волн совпадающие по частоте собственным колебаниям г) принимает все электромагнитные волны 21. Упругие продольные волны распространяются: а) только в газообразной среде б) только в жидкой среде в) в твердой среде г) во всех выше перечисленных Теоретические задания и задачи. Для поверки теоретических знаний по теме Кинематика. ( уровень А). 1. Какие величины называются скалярными?! Приведите примеры. 2. Какие величины называются векторными?! Приведите примеры. 3. Как производятся вычитания и сложения векторов?! Приведите примеры. 4. Чему равна проекция на ось, если вектор направлен так же, как и ось проекции?! 5. Чему равна проекция вектора на перпендикулярную ему ось?! 6. Что называется перемещением точки?! Каков смысл модуля перемещения?! 7. Чем отличается понятие пути от понятия перемещения?! 8. Что называется мгновенной скоростью и как она будет направлена в данной точке траектории?! 9. Точка движется по криволинейной траектории так, что модуль ее скорости не изменяется. Означает ли это, что скорость точки постоянна?! Что называется ускорением?! 10.Куда направлено ускорение при прямолинейном движении точки, если модуль ее скорости увеличивается?! уменьшается?! 11.Может ли иметь точка ускорение, если ее скорость в данный момент времени =0?! 12.Чем объяснить разные значения линейной скорости точек земного шара на разных широтах?! Графические задачи. 1. Точка движется равномерно и прямолинейно в положительном направлении по оси ОХ. В начальный момент времени точка имела координату х0= - 10 м. Найдите координату точки через 5 с после начала отсчета времени, если модуль ее скорости равен 2 м/с. Чему равен путь пройденный точкой за это время. Сделайте чертеж. 2. какую скорость относительно воды должен сообщить катеру мотор, чтобы при скорости течения реки 2 м/с, катер двигался перпендикулярно к берегу со скоростью 3,5 м/с относительно берега?! 3. движение 2-х велосипедистов заданы уравнениями: x1=5t, x2=15010t.Построить графики зависимости x(t). Найти и показать время и место встречи. 4. Движение материальной точки в данной системе отсчета описывается уравнением: y=1+2t , x=2+t найти уравнение траектории. Построить траекторию на плоскости ХОY. Указать положение точки t=0, направление и скорость движения. 5. Уравнение движения материальной точки имеет вид x=0,4t2. написать формулу зависимости vx (t) и построить график.. Показать на графике штриховкой площадь, численно равную пути, пройденный точкой за 4 с. 6. движение 4-х материальных точек заданы уравнениями: x1=10t+0,4t2 ;x2=2t-t2 ; x3=-4t+2t2 ; x4=-t-6t2. Написать уравнение v(t) для каждой точки; построить графики этих зависимостей, описать движение каждой точки. Расчетные задачи . 1. Расстояние между двумя станциями поезд прошел со средней скоростью vср=72км/ч за время t=20 мин. Разгон и торможение вместе длились t1= 4мин, а всё остальное время поезд двигался равномерно. Какой была скорость поезда при равномерном движении?! 2. Каково центростремительное ускорение поезда, движущегося по закруглению радиусом 800 м со скоростью 20 м/с?! 3. Скорость точек экватора солнца при его вращении вокруг своей оси равна 2 км/с. Найти период вращения Солнца вокруг своей оси и центростремительное ускорение точек экватора. 4. Рабочее колесо турбины ГЭС имеет диаметр 7, 5 м и вращается с частотой 93, 8 об/мин. Каково центростремительное ускорение концов лопаток турбины?1 5. Длина минутной стрелки часов на Спасской башне Московского Кремля 3, 5 м. Определите модуль и направление линейной скорости конца стрелки через каждые 15 минут в течение часа. 1. Рассчитайте радиус кривизны траектории точки колеса радиусом R в ее верхней точке. 2. Каким должен быть радиус круговой орбиты искусственного спутника Земли, чтобы спутник всё время находился над одной и той же точкой земной поверхности на экваторе?! 3. Почему на скользкой дороге при резком торможении автомобиль заносит?! 4. От поезда идущего с постоянной скоростью 54 км/ч по горизонтальному участку пути оцепляют 1/3 состава. Коэффициент трения равен 0,1. Какова скорость отцепившихся вагонов через время равное 5с?! Сила трения не зависит от скорости. 5. Шар массой 5 кг прикреплен к концу невесомого стержня длиной 2,5м, который равномерно вращают в вертикальной плоскости. Стержень разрывается при силе натяжения Т=100Н. При какой минимальной угловой скорости произойдет разрыв?! 6. Какую форму имеет поверхность жидкости во вращающемся цилиндрическом сосуде?! 7. На наклонной плоскости лежит брусок. Начертите график зависимости ускорения бруска от угла наклона плоскости к горизонту для коэффициента трения равного 0,6. 8. Грузы массами 1 и 1,5 кг связаны невесомой и нерастяжимой нитью. Нить перекинута через блок. Найдите силу давления нити на ось блока, если силой трения между нитью и блоком, а также его массой можно пренебречь. 9. Брусок массой m1=0,3 кг лежит на наклонной плоскости, угол при основании которой равен 300. коэффициент трения бруска о плоскость равен 0,2 . К бруску привязана невесомая и нерастяжимая нить, другой конец которой перекинут через неподвижный блок. К этому концу нити прикреплен груз. Определите ускорение бруска при значениях массы m2 груза 0,05 кг, 015кг. При каком значении массы брусок будет покоиться?! Напишите релятивисткий закон преобразования скоростей. Какие частицы называют безмассовыми и почему?! В чем состоит смысл Эффекта Доплера в релятивисткой механике?! Дайте определение принципу соответствия. Напишите формулу Эйнштейна для энергии. Напишите фундаментальное соотношение релятивисткой механики 1. В сосуде неизменного объема находится идеальный газ в количестве 2 моль. Как надо изменить абсолютную температуру сосуда с газом после выпуска из сосуда 1 моль газа, чтобы давление газа на стенке сосуда увеличилось в 2 раза?! 2. Красная граница фотоэффекта, исследуемого металла соответствует длине волны 600нм. Чему равна длина волны света, выбирающего из него фотоэлектроны, максимальная кинетическая энергия которых в 3 раза меньше энергии падающего излучения?! 3. Как изменится сила кулоновского взаимодействия двух точечных зарядов, если расстояние между ними уменьшить в 3 раза?! 4. Отец везет сына на санках с постоянной скоростью по горизонтальной заснеженной дороге. Сила трения санок о снег равна 30 Н. Отец совершил механическую работу, равную 3000Дж. Определите пройденный им путь. 5. Если и длину математического маятника, и массу его груза увеличить в 4 раза, то период свободных гармонических колебаний маятника будет составлять ( решите задачу). 6. Что происходит в процессе перехода вещества из жидкого состояния в кристаллическое?! 7. В результате охлаждения одноатомного идеального газа его давление уменьшилось в 4 раза, а концентрация молекул газа не изменилось. Чему будет равна кинетическая энергия теплового движения молекул газа?! 8. Какое количество теплоты необходимо для нагревания 100г свинца от 300К до 320 К?! 9. Атом испустил фотон с энергией 6 * 10-19Дж. Чему равно изменение импульса атома?! 10.Период полураспада ядер активного изотопа висмута 19 мин. Через какое время распадется 75% ядер висмута в исследуемом образце?! 11.Чему равен импульс, полученный атомом при поглощении фотона частотой 1,5* 1014 Гц?! 12.К потолку вагона подвешен шар. Как он будет вести себя, если вагон начнет двигаться ускоренно?! Равномерно?! Замедленно?! влево, вправо?! 13.Бегущий человек, споткнувшись, падает вперед, а поскользнувшийся назад. Почему?! 14.Какие превращения энергии происходят при колебаниях маятника?! 15.Почему шофёр не может мгновенно остановить движущуюся автомашину?1 16.Какие превращения энергии происходят при стрельбе из воздушного пистолета?1 17.Почему тяжелая автомашина должна иметь более мощные тормоза, чем легкая?! 18.На одной и той же высоте находятся кусок алюминия и кусок свинца одинакового объема. У какого тела больше запас потенциальной энергии?! 19.За счет какой энергии « автоматически» открываются и закрываются двери трамвайных вагонов?1; идут часы-ходики; работает механическая бритва?! 20.Является ли инерциальной системой отсчета вагон, движущийся равномерно?! Неравномерно?! Является ли инерциальной системой отсчета искусственный спутник Земли?! Карусель?! 21.Изобразите графики скорости движения электровоза в следующий случаях: 1) сила тяги двигателей больше силы трения; 2) сила тяги = силе трения; 3) сила тяги меньше силы трения. Силу тяги считать постоянной. Задания 2-ого уровня сложности. (аналитические задачи) 1. Сайрес Смит предсказывал : « …когда каменноугольные залежи иссякнут, человек превратит в топливо воду, люди будут обогреваться водой. Вода- это уголь грядущих веков». Оцените, какая энергия выделиться в результате синтеза ядер дейтерия в гелий. 2. А. Р. Беляев. Звезда КЭЦ. « У моего провожатого портативная ракета-ранец для недалеких перелетов в межпланетных пространствах. Ловко стреляя то задними, то боковыми, то верхними, то нижними «револьверами» ранца, он увлекал меня все дальше и дальше по дуге над поверхностью шара». Как с точки зрения физики объяснить вышеописанный способ перемещения? 3. Жюль Верн. Дети Капитана Гранта. «в пять часов утра барометр показал, что путешественники достигли высоты в семь тысяч пятьсот футов. Таким образом, они находились на вторичных плоскогорьях, там, где уже кончалась древесная растительность». Какое давление показал барометр. Проанализируйте характеристики давления, температуры и состояния людей на такой высоте. 4. Жюль Верн. Робур-Завоеватель. «Пусть те, кто плавал в бурю на корабле, идущем против ветра, припомнит свои ощущения, и они поймут, какой страшной силы может достигнуть встречный поток воздуха. Только теперь давление воздуха создавалось не ветром, а неимоверной скоростью самого «Альбатроса». Объясните явление. 5. Л.Н. Толстой. Рассказ аэронавта. Герой рассказа поднялся на воздушном шаре. «Весело и легко было дышать и хотелось петь. Я запел, но голос мой был такой слабый, что я удивился и испугался своему голосу» Объясните явление. Подтвердите объяснение, используя математический аппарат в работе. 6. Дж. Свифт. Путешествия Гулливера. «Остров был весь скалистый; однако мне посчастливилось найти много яиц, и, добыв кремнем огонь, я развел костер из вереска и сухих водорослей, на котором испек яиц». О каком разделе физики идет речь. Какие преобразования энергии происходят при добывании огня с помощью кремния. Опишите все сопутствующие физические процессы в результате добывания огня. 7. Ж. Верн. Робур-Завоеватель. «Около полуночи тьму озарило южное сияние. Окруженное серебристой бахромою, оно походило на гигантский раскрытый веер, занимающий половину небосклона…» Как возникает полярное сияние? 1. Извержение гейзеров не имеет ничего общего с извержением вулканов. Однако для извержения гейзеров необходима теплота, поступающая от вулканов. Поэтому гейзеры принято рассматривать как вторичные вулканы. Сделайте сравнительный анализ процессов извержения гейзеров и вулканов. Подтвердите правильность выделенного утверждения. 2. Пылевые бури сродни низовым метелям. С точки зрения физики объясните схожесть этих явлений. 3. Опишите процесс образование лавин: После снегопада с сильным ветром Наследующий день после метели ( учесть, что день ясный) В результате подземных толчков Во время оттепели. При объяснениях опирайтесь на раздел физики ДИНАМИКА. 4. И скрылся день; клубясь, туманы Одели темные поляны Широкой белой пеленой. (Объясните процесс зарождения вечерних туманов). 5. Кучевое облако образуется в результате конвекционных потоков, способных подниматься значительно выше нижней границе облака. Почему? 6. Расскажите о физике светящихся морских организмов. Графические задачи. К бруску массой 10 кг, находящемуся на горизонтальной поверхности, приложена сила. Учитывая, что коэффициент трения равен 0,7, определите: cилу трения для случая, если F = 50 Н и направлена горизонтально. cилу трения для случая, если F = 80 Н и направлена горизонтально. построить график зависимости ускорения бруска от горизонтально приложенной силы. с какой минимальной силой нужно тянуть за веревку, чтобы равномерно перемещать брусок? Многоступенчатые задачи. Небольшому шарику, который находился на поверхности горизонтально расположенной тонкой собирающей линзы с оптической силой D = 0,5 дптр, сообщили вертикальную начальную скорость vo = 10 м/с. Вопросы: 1. Сколько времени будет существовать действительное изображение шарика в этой линзе? 2. Сколько времени будет существовать мнимое изображение шарика в этой линзе до первого отскока? 3. Сколько времени будет существовать действительное изображение в линзе, если при ударе о линзу шарик теряет 25% от своей первоначальной скорости? 4. Сколько времени будет существовать мнимое изображение в линзе, если при ударе о линзу шарик теряет 25% от своей первоначальной скорости? Сопоставьте закон Кулона с законом всемирного тяготения. Какие выводы можно сделать? Проведите аналогию. F = kQq/D2- закон Кулона тяготения F = GMm/D2 –закон всемирного Табличные задачи (составить и решить задачи по имеющимся величинам). Тема КИНЕМАТИКА. Движение по окружности. ЗАДАНИЯ № Период, Частота, с Гц 1 Радиус окружности, м 0,2 16 20 0,2 800 30 5 15,7 6 2,5 60 1,25 0,04 0,6 8 40 9 0,05 10 0,1 Нормальное ускорение, м/с2 10 3 7 Циклическая частота, рад/с 4 2 4 Линейная скорость, м/с 10 12 0,2 ОТВЕТЫ № Период, Частота, с Гц 1 0,25 2 5 3 250 4 5 0,4 6 0,4 7 8 9 12,56 Линейная скорость, м/с Циклическая частота, рад/с 15,7 1,57 1,26 4 10-3 0,025 5 31,4 2,5 3,8 Радиус окружности, м Нормальное ускорение, м/с2 24,65 13 20 0,5 100 900 0,24 20 16 320 25 94 157 5,3 103 0,08 20 0,5 20 127 0,1 1440 10 10 12,56 63 790 Тема ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ. ЗАДАНИЯ Число витков в № первич ной обмотк е 1 Напряж ение в первичн ой обмотке ,В 100 2 80 4 300 400 1200 76 450 220 2 1200 500 550 700 300 0,03 1 600 4 2200 0,8 0,5 90 9 Число Напряж Сила Мощн витков ение во тока во ость во во вторичн вторич вторич вторич ой цепи, ной ной ной цепи, цепи, В обмотк А Вт е 5 8 7 1 0 Коэффиц иент трансфор мации 400 5 8 Мощн ость в первич ной цепи, Вт 0,5 400 3 6 Сила тока в первич ной цепи, А 606 100 0,09 800 0,2 45 11 400 0,25 1500 200 40 3 ОТВЕТЫ Число витков в № первич ной обмотк е 1 2 3 4 Напряж ение в первичн ой обмотке ,В Сила тока в первич ной цепи, А 380 150 Мощн ость в первич ной цепи, Вт 190 3 120 Коэффиц иент трансфор ма-ции 5 Число Напряж Сила Мощн витков ение во тока во ость во во вторичн вторич вторич вторич ой цепи, ной ной ной цепи, цепи, В обмотк А Вт е 20 1/3 600 440 0,2 2,5 190 1 1200 8 440 600 75 55 5 70 220 6 7 1 0 10 0,6 18 8 9 1760 0,5 800 45 0,18 220 200 300 1760 320 0,4 120 0,3 300 0,33 6,6 500 50 0,8 1000 20 1600 7,5 320 120 Задачи 3-его уровня сложности. Ситуационные задачи. Оцените, насколько градусов нагреют атмосферу Земли автомобили в крупных городах, таких, как Москва, за один год, если их средний коэффициент полезного действия составляет 30 %. Какие последствия могут быть? ( Cчитайте, что за одну секунду топливо в цилиндре при сгорании выделяет 1000 Дж. Массу атмосферы рассчитайте самостоятельно, используя табличные значения. Количество автомобилей города взять из табличных источников). Метеороид – ледяная глыба – влетела в атмосферу Земли при температуре минус 270 град.С. В результате трения о воздух при большой скорости он нагрелся, расплавился, полученная вода закипела, и образовавшийся пар создал взрыв. Мощность взрыва была оценена в 100 млн. МВт. по разрушительному эффекту. Оцените массу влетевшего метеороида, считая длительность всего процесса в 1 секунду. Предложите идеи защиты человечества от метеоритной и астероидной опасности. Изобразите электрическую схему электропроводки вашей квартиры и перечислите устройства, входящие в квартирную электропроводку. Подумайте, что может являться причиной неисправности электропроводки. Напишите формулу короткого замыкания и сделайте соответствующие выводы по ней. Как избежать короткого замыкания. Опишите процесс. Как вести себя в ситуации, когда произошло короткое замыкание? Опишите ( смоделируйте) процесс взрыва ядерного реактора. ----Укажите возможные причины взрыва. -Укажите изотопы каких веществ попадут в атмосферу. -Проанализируйте период полураспада этих веществ. -Определите характер заражения местности. -Опишите возможные последствия взрыва и места накопления радиоактивных веществ. -Сделайте прогноз.