Рабочая программа по физике групп АБ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
Московский государственный институт электроники и математики
(технический университет)
“Утверждаю”
Декан факультета АВТ
_______________ /К.О. Петросянц/
“____” _____________2011 г.
ПРОГРАММА
Дисциплины
"Физика"
Рекомендуется для направления подготовки :
220400
"Управление в технических системах"
Квалификации выпускника: бакалавр
Москва 2011
1. Цели и задачи дисциплины: Основной курс физики
обеспечивает будущему
бакалавру основу его подготовки в различных областях производственной деятельности и
формирование у бакалавра современного научного мировоззрения.
2. Место дисциплины в структуре ООП:
Цикл, к которому относится дисциплина:
Б2 - Математический и естественнонаучный цикл
Б2.Б.2 - Физика
Предшествующие дисциплины:
Математика и физика в объеме средней школы.
Требования к входным знаниям, умениям и компетенциям студента:
знать:
- основные понятия и законы механики, термодинамики, электричества и магнетизма,
оптики и атомной физики;
уметь:
- выявлять физический смысл задач,
- проводить измерения физических величин,
- пользоваться Международной системой единиц;
владеть:
- простейшими методами решения физических задач;
- навыками работы с измерительными приборами.
Дисциплины, для которых данная дисциплина является предшествующей:
теоретическая механика, прикладные задачи математической физики, прикладная
механика, электротехника.
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
ОК-1, ОК-10, ПК-1, ПК-2:
- способностью владеть культурой мышления, способностью к обобщению, анализу,
восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК-1);
- способностью использовать основные законы естественнонаучных
профессиональной
деятельности,
применяет
методы
дисциплин в
математического
анализа
и
моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10);
- способностью представить адекватную современному уровню знаний научную
картину мира на основе знания основных положений, законов и методов естественных
наук и математики (ПК-1);
- способностью выявить естественно-научную сущность проблем, возникающих в
ходе профессиональной деятельности, привлечь для их решения соответствующий
физико-математический аппарат (ПК-2);
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать:
- фундаментальные законы природы и основные физические законы в области
механики, термодинамики, электричества и магнетизма, оптики и атомной физики,
Уметь:
- применять физические законы для решения практических задач,
Владеть:
- методами практического применения законов физики.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Всего
часов /
зачетны
х
единиц
288/8.0
72/2.0
108/3.0
108/3.0
Лекции
108/3.0
36/1.0
36/1.0
36/1.0
Практические занятия (ПЗ)
90/2.5
18/0.5
36/1.0
36/1.0
Семинары (С)
-
-
Лабораторные работы (ЛР)
90/2.5
18/0.5
36/1.0
36/1.0
Самостоятельная работа (всего)
70/1.5
11/0.25
48/1.0
11/0.25
Курсовой проект
-
-
-
-
Расчетно-графические работы
-
-
-
-
Реферат
-
-
-
-
Другие виды самостоятельной работы
70/1.5
11/0.25
48/1.0
11/0.25
-/-
1К
1К
2К
Вид учебной работы
Аудиторные занятия (всего)
Семестры
1
3
2
В том числе:
-
В том числе:
Контрольные работы
Вид
промежуточной
аттестации
(зачет,
108/3
Экзамен Экзамен Экзамен
экзамен)
Общая трудоемкость
часы
зачетные единицы
466
119
192
155
12,5
3.25
5.0
4.25
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№
Наименование раздела Содержание раздела
п/п
дисциплины
1.
Физические
механики.
основы Предмет физики и ее связь с другими науками. Механика
и ее структура. Абстракции классической механики.
Кинематика материальной точки и абсолютно твердого
тела.
Динамика
материальной
точки
и
системы
материальных точек. Законы Ньютона. Импульс точки и
твердого
тела.
Закон
сохранения
импульса.
Инерциальные и неинерциальные системы отсчета. Центр
масс. Законы движения центра масс. Энергия, работа,
мощность.
Кинетическая
Консервативные
и
и
потенциальная
диссипативные
энергия.
системы.
Закон
сохранения энергии. Графическое представление энергии.
Потенциальные кривые. Динамика твердого тела. Момент
силы. Момент инерции. Момент импульса. Работа
вращения и кинетическая энергия вращающегося тела.
Основной закон динамики
вращательного движения
твердого тела. Закон сохранения момента импульса.
Элементы теории поля. Гравитационное поле, его
напряженность.
Потенциал
поля
и
его
градиент.
Зависимость между силой и потенциальной энергией.
2.
Физика механических Основное дифференциальное уравнение колебательного
колебаний и волн.
движения и его анализ. Свободные, затухающие и
вынужденные
колебаний
колебания.
одного
перпендикулярных
Резонанс.
направления
колебаний.
Сложение
и
и
взаимно-
Волновые
процессы.
Продольные и поперечные волны. Волновое уравнение.
Бегущие волны. Уравнение плоской и сферической
волны. Перенос энергии. Вектор Умова. Сложение волн.
Стоячие волны.
3.
Статистическая
физика
термодинамика.
Статистический и термодинамический методы изучения
тепловых явлений. Основы классической статистики.
и
Распределение Максвелла по скоростям. Распределение
Больцмана. Уравнение состояния идеального газа.
Основное уравнение молекулярно-кинетической теории.
Явления переноса. Внутренняя энергия. Степени свободы
молекул. Закон о равномерном распределении энергии по
Степеням свободы. Первое начало термодинамики.
Вечный
двигатель
первого
рода.
Молекулярно-
кинетическая теория теплоемкости газа. Изопроцессы
идеального
газа.
изопроцессах.
адиабаты.
Работа,
совершаемая
Адиабатический
Второе
начало
процесс.
газом
в
Уравнение
термодинамики.
Вечный
двигатель второго рода. Цикл Карно и его к.п.д.
Энтропия.
Статистический
смысл
второго
начала.
Энтропия и вероятность. Теорема Нернста (третье начало
термодинамики).
4.
Электростатика.
Электрические заряды. Закон сохранения заряда. Закон
Кулона. Электростатическое поле. Напряженность и
потенциал поля точечных зарядов. Силовые линии и
эквипотенциальные поверхности. Электрический диполь.
Работа сил электростатического поля и энергия системы
зарядов.
Принцип
суперпозиции
электростатических
полей. Вектор электрической индукции. Поток вектора
электрической индукции через охватывающую заряд
поверхность. Теорема Гаусса в интегральной форме.
Понятие дивергенции вектора. Дифференциальная форма
теоремы Гаусса. Некоторые применения теоремы Гаусса.
Работа и энергия в электростатическом поле. Потенциал,
разность потенциалов. Циркуляция напряженности поля.
Ротор
вектора.
Связь
между
напряженностью
электростатического поля и потенциалом. Основные
уравнения электростатического поля. Проводники в
электрическом поле. Поле внутри и вне заряженного
проводника.
Диэлектрики
Явление
в
электрической
электрическом
поле.
индукции.
Полярные
и
неполярные диэлектрики. Вектор поляризации. Связь
между
векторами
индукции,
напряженности
и
поляризации. Диэлектрическая проницаемость. Теорема
Гаусса для диэлектриков. Явления на границе раздела
двух
диэлектриков.
уединенного
конденсаторов.
Электроемкость.
Емкость
проводника.
Конденсаторы.
Энергия
Энергия
электростатического
поля.
Плотность энергии поля.
5.
Постоянный ток.
Электрический
ток.
Уравнение
непрерывности.
Электродвижущая сила. Закон Ома в интегральной и
дифференциальной формах. Работа и мощность тока.
Закон
Джоуля-Ленца.
электропроводности
Электронная
металлов.
теория
Электропроводность
жидкостей и газов.
6.
Магнитное поле. Закон
Магнетизм.
Био-Савара-Лапласа и
его
применение. Напряженность и индукция магнитного
поля. Циркуляция вектора напряженности. Магнитные
поля соленоида и тороида. Вещество в магнитном поле.
Гипотеза Ампера.
Циркуляция вектора индукции
магнитного поля. Вектор намагничивания. Магнитная
проницаемость. Основные уравнения магнитного поля.
Действие магнитного поля на токи и заряды. Закон
Ампера.
Сила
Лоренца.
Работа
по
перемещению
проводника с током в магнитном поле. Электромагнитная
индукция. Закон Фарадея. Вихревое электрическое поле.
Явление
самоиндукции.
Индуктивность
соленоида.
Энергия магнитного поля. Теория Максвелла. Уравнения
Максвелла в интегральной и дифференциальной формах.
Ток смещения. Электромагнитное поле.
7.
Физика
электромагнитных
колебаний и волн.
8.
Специальная
Электрические колебания. Колебательный контур.
Свободные незатухающие колебания. Формула
Томсона.
Свободные
затухающие
колебания.
Вынужденные электрические колебания. Резонанс.
Понятие переменного тока. Электромагнитные волны
Образование электромагнитных волн и их свойства.
Плоская электромагнитная волна.
теория Постулаты
относительности.
специальной
теории
относительности.
Формулы Лоренца. Кинематические следствия формул
Лоренца:
относительность
длины,
одновременности,
времени. Теорема сложения скоростей. Интервал, его
инвариантность. Причинно-следственная связь между
событиями. Полная энергия тела с ненулевой массой и
энергия покоя. Энергия частиц с нулевой массой.
Кинетическая энергия. Общая формула для полной
энергии. Физическая картина мира и специальная теория
относительности.
Парадоксы
специальной
теории
относительности.
9.
Волновая и квантовая Световая волна. Интенсивность света. Геометрическая
оптика.
оптика,
ее
основные
Когерентность.
законы.
Принцип
Интерференция.
Гюйгенса.
Расчет
интерференционной
картины
от
двух
когерентных
источников. Интерференция в тонких пленках. Кольца
Ньютона. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля.
Зоны Френеля. Дифракция Френеля от простейших
преград.
Дифракция Фраунгофера
от
узкой
щели.
Дифракция от двух и более щелей. Дифракционная
решетка. Дисперсия и разрешающая сила дифракционной
решетки.
Поляризация
света.
Естественный
и
поляризованный свет. Поляризация света при отражении
(закон Брюстера) и двойном лучепреломлении (закон
Малюса).
Фотоны. Внешний фотоэффект. Давление
света. Эффект Комптона. Тепловое излучение. Закон
Кирхгофа. Равновесная плотность излучения. Законы
Стефана-Больцмана и Вина. Формулы Релея-Джинса и
Планка.
10.
Атомная физика.
11.
Квантовая физика.
Закономерности в атомных спектрах. Модели атомов
Томсона и Резерфорда. Постулаты Бора. Опыты Франка и
Герца. Правило квантования круговых орбит. Теория
Бора атома водорода. Спектры водородоподобных ионов.
Волновые свойства вещества. Гипотеза де-Бройля.
Принцип
неопределенности.
Уравнение
Шредингера.
Смысл
Частица
в
пси-функции.
потенциальном
ящике. Потенциальный барьер. Потенциальная яма.
Гармонический осциллятор. Атом водорода в квантовой
механике. Квантовые числа. Спин электрона. Правила
отбора. Эффекты Зеемана и Штарка. Принцип Паули.
Распределение
электронов
Периодическая
система
по
уровням
элементов
энергии.
Менделеева.
Рентгеновские спектры. Молекулярные спектры.
12.
Ядерная
физика
и Состав
и
характеристика
атомного
ядра.
Модели
физика элементарных атомного ядра. Ядерные силы. Радиоактивность. Ядерные
частиц.
реакции. Элементарные частицы.
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми
(последующими) дисциплинами
№
п/п
Наименование обеспе- № № разделов данной дисциплины, необходимых для
чиваемых (последую- изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
щих) дисциплин
1 2
3 4
5
6 7 8
9 10 11 12
1.
Теоретическая
механики
Прикладные задачи
математической
физики
Прикладная
механика
Электротехника
2.
3.
4.
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№
п/п
1.
Наименование
дисциплины
раздела Лекц.
Практ.
зан.
Лаб.
зан.
Физические
основы
6/0.165
8/0.22
12/0.33
Семин СРС
.
Всего
26/0.715
механики.
2.
3.
Физика
механических 6/0.165 2/0.055 2/0.055
колебаний и волн.
Статистическая физика и 18/0.495 10/0.275 8/0.22
10/0.275
11/0.25
47/1.25
термодинамика.
4.
Электростатика
10/0.275 14/0.385 12/0.33
12/0.25
48/1.25
5.
Постоянный ток.
4/0.11
6/0.165
8/0.22
12/0.25
30/0.475
6.
Магнетизм.
12/0.33
8/0.22
8/0.22
12/0.25
40/1.02
7.
6/0.165
6/0.165
8/0.22
12/0.25
32/0.8
4/0.11
2/0.055
-
12/0.33
14/0.385 24/0.66
10.
Физика электромагнитных
колебаний и волн.
Специальная
теория
относительности.
Волновая и квантовая
оптика.
Атомная физика.
4/0.11
6/0.165
11.
Квантовая физика.
14/0.385 14/0.385 -
12.
Ядерная физика и физика 6/0.165
элементарных частиц.
8.
9.
2/0.055
8/0.22
4/0.11
6/0.165
11/0.25
61/1.4
18/0.495
28/0.77
12/0.33
6. Лабораторный практикум
№
п/п
№ раздела
дисципли
ны
Наименование лабораторных работ
Трудоем
кость
(часы/
зачетные
единицы
1
2
1.
1.
3
3
0. Вводная работа. Введение в технику физических 6/0.165
измерений.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
4/0.11
Одна работа из следующего списка:
1. Изучение законов вращательного движения
твердого тела на приборе Обербека.
2. Изучение динамических законов на машине Атвуда.
3. Изучение законов динамики на машине Атвуда.
4. Измерение скорости пули с помощью
баллимстического маятника.
5. Определение момента инерции и проверка теоремы
Штейнера методом крутильных колебаний.
6. Определение ускорения силы тяжести с помощью
маятников.
7. Определение момента инерции махового колеса.
8. Изучение закона сохранения момента импульса
системы тел.
9. Изучение законов механики на приборе маятник
Максвелла.
10. Измерение скорости тела с помощью
баллистического крутильного маятника.
11. Изучение явления центрального удара шаров.
12. Исследование трения скольжения и качения
методом колебаний.
13. Исследование вынужденной прецессии гироскопа.
14. Определение момента инерции и эллипсоида
инерции с помощью крутильных колебаний.
15. Определение момента инерции тел методом
колебаний.
17.
18.
19.
4/0.11
Одна работа из следующего списка:
16. Изучение затухающих колебаний.
17. Изучение вынужденных колебаний.
18. Определение длины волны и скорости звука.
1) Измерение длины волны и скорости звука в воздухе
методом сдвига фаз.
2) Измерение длины волны и скорости звука методом
стоячей волны.
3) Измерение длины волны и скорости звука по
2.
наблюдению собственных колебаний струны.
3.
Одна работа из следующего списка:
60. Определение отношения теплоемкостей воздуха.
61.Определение вязкости жидкостей и газов.
62. Изучение статистических закономерностей на
механических моделях.
63. Определение коэффициента теплопроводности
воздуха.
4.
20. Введение в лабораторный практикум по
электричеству и магнетизму.
21. Измерение емкости конденсаторов с помощью
20.
21.
22.
23.
24.
25.
4/0.11
12/0.33
26.
баллистического гальванометра.
22. Исследование электростатических полей с
помощью электролитической ванны.
23. Изучение электропроводности металлов.
24. Измерение электродвижущей силы и КПД
источников тока.
27.
28.
5.
29.
30.
6.
31. Определение удельного заряда электрона.
33. Определение индукции магнитного поля на оси
кругового тока и соленоида.
8/0.22
7.
34. Исследование колебательных процессов с
помощью осциллографа:
1) Исследование свободных затухающих колебаний в
контуре.
2) Исследование автоколебаний.
Шесть работ из следующего списка:
411. Определение длины световой волны с помощью
бипризмы Френеля.
412. Определение радиуса кривизны линзы
интерференционным методом.
421. Дифракции на щели и нити.
422.Дифракции Фраунгофера.
423. Измерение длины волны с помощью
дифракционной решетки.
425. Дифракция Фраунгофера на двумерной плоской
решетке.
431. Определение степени поляризации света. Закон
Малюса.
432. Исследование линейно и эллиптически
поляризованного света.
44. Изучение характеристик оптического квантового
генератора (лазера).
45. Изучение законов теплового излучения.
46. Изучение внешнего фотоэффекта.
Две работы из следующего списка:
47. Изучение поглощения жидкостей и окрашенных
стекол.
48. Изучение спектров излучения атомарных газов.
49. Определение работы выхода электронов из
металла.
50. Определение первого потенциала возбуждения
атомов газа.
Одна работа из следующего списка:
52. Поглощения  -частиц в алюминии.
54. Исследование ослабления потока  -лучей в свинце
8/0.22
31.
32.
9.
33.
34.
35.
36.
37.
38.
39.
40.
41.
42.
43.
10.
44.
45.
46.
47.
12.
48.
49.
7. Примерная тематика курсовых проектов:
Курсовой проект не планируется.
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
8/0.22
24/0.66
8/0.22
4/0.11
а) основная литература
1. Савельев И.В. Курс общей физики, книга 1, 2, 3,4,5. Москва, Астрем*АСТ, 2001 г.
2. Трофимова Т.И. Курс физики. Москва , Academa, 2005 г.
3. Трофимова Т.И. Оптика и атомная физика: законы, проблемы, задачи. Москва,
"Высшая школа", 1999 г.
4. Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике, «Высшая школа», Москва, 1988 г.
5. Трофимова Т.И. Сборник задач по курсу физики, Москва, «Высшая школа», 2003 г.
6. Методические пособия к лабораторным работам по курсу общей физики.
б) Дополнительная литература
1. Никеров В.А. Физика: современный курс. Москва, ИТК "Дашков и К0", 2011 г.
2. Трофимова Т.И. Физика: 500 основных законов и формул. Москва: "Высшая
школа", 2007 г.
3. Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики.С.-Питербург,
«Книжный мир», 2003 г.
4. Трофимова Т.И., Фирсов А.В. Курс физики: задачи и решения. Москва: Academa,
2004 г.
5. Никеров В.А. Физиткка для ВУЗов: Механика и молекулярная физика. Москва:
ИТК "Дашков и К0", 2010 г.
в) программное обеспечение:
- программное обеспечение компьютерной обработки результатов измерений.
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
- физические лаборатории: «Механика», «Молекулярная физика»,
«Электричество и магнетизм», «Волновая оптика», «Квантовая оптика и атомная физика»,
«Ядерная физика»,
- кабинет физических демонстраций.
10. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
- методическое освещение порядка проведения лабораторных работ и упражнений,
проведение консультаций;
- проведение контрольных работ коллоквиумов.
Рабочая программа составлена в соответствии с Государственным образовательным
стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки 220400
– Управление в технических системах
Программу составил: Бессонова Л.П., доцент, к.ф.-м.н.
Настоящая рабочая программа рассмотрена на заседании (методическом семинаре)
кафедры «___»____________201__г. протокол № ___ и рекомендована к применению в
учебном процессе.
Зав. Кафедрой
«Общая физика»
________________________ проф. к.ф.-м.н. Сезонов Ю.И.
«____»____________201___г.
Срок действия программы продлен на:
уч.год_______________________________________.
(подпись зав. кафедрой)
201___/201___ уч.год_______________________________________.
(подпись зав. кафедрой)
2012/2013