Рабочая программа учебной дисциплины ФИЗИКА Направление подготовки

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ СЛУЖБЫ МЧС РОССИИ
(Дальневосточная пожарно-спасательная академия)
Рабочая программа учебной дисциплины
ФИЗИКА
Направление подготовки
280705.65 «Пожарная безопасность»
квалификация (степень) «специалист»
Санкт-Петербург
2013
1. Цели и задачи дисциплины «Физика»
Цели освоения дисциплины «Физика»:
 формирование целостного мировоззрения и развитие системноэволюционного стиля мышления;
 формирование системы физических знаний как фундаментальной базы
инженерной подготовки;
 формирование навыков по грамотному применению положений фундаментальной физики в процессе научного анализа проблемных ситуаций, которые инженер должен разрешать при создании новой техники и новых технологий;
 ознакомление с историей и логикой основных открытий физики.
В процессе освоения дисциплины «Физика» обучающийся формирует и
демонстрирует
общекультурные компетенции:
 выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлекать для их решения соответствующий физико-математический аппарат (ОК-4);
 способность к познавательной деятельности (к абстрагированию, анализу и синтезу, критическому мышлению, обобщению, принятию нестандартных решений, разрешению проблемных ситуаций, резюмированию и аргументированному отстаиванию своих решений) (ОК-8);
 готовность к саморазвитию, самообразованию (ОК-14);
профессиональные компетенции:
 способность оценить риск и определить меры по обеспечению безопасности разрабатываемой техники и проводимого эксперимента (ПК-2);
 использовать методы определения нормативных уровней допустимых
негативных воздействий на человека и природную среду (ПК-6);
 владеть знанием механизма воздействия опасностей на человека и взаимодействия организма человека с опасностями среды обитания (ПК-8);
 способность ориентироваться в причинно-следственном поле опасностей среды обитания, знанием свойств опасностей, содержания мероприятий и
способов защиты аварийно-химических опасных веществ (ПК-10);
 проводить измерения уровней опасностей на производстве и в окружающей среде (ПК-13);
 способность к самостоятельному решению отдельных инженерных
задач высокого уровня сложности, выдвижению новых инженерных идей
(ПК-17);
профессионально-специальные компетенции:
 прогнозировать во времени и пространстве масштабов загрязнения
окружающей среды при пожарах, токсического действия вредных веществ и их
смесей, образующихся при горении или взрыве (ПСК-6);
4
 владеть знанием основных закономерностей процессов возникновения
горения и взрыва, распространения и прекращения горения на пожарах; особенностей динамики пожаров; механизмов действия. Номенклатуры и способов
применения огнетушащих составов, экологических характеристик горючих материалов и огнетушащих составов на разных стадиях развития пожара (ПСК-8);
 принимать с учетом норм экологической безопасности основные технические решения, обеспечивающие пожарную безопасность зданий и сооружений, технологических процессов производств, систем отопления и вентиляции, применения электроустановок, воздействия молнии и статического электричества (ПСК-20);
 проводить эксперименты по заданным методикам с обработкой и анализом результатов (ПСК-32).
Задачи дисциплины «Физика»:
 изучение: основных законов физики и границ их применимости; фундаментальных физических констант; фундаментальных физических опытов и
их роли в развитии науки;
 овладение фундаментальными принципами и методами решения научно-технических задач;
 формирование представлений о пределах применимости основных физических теорий для решения современных и перспективных технологических
задач.
5
2. Место учебной дисциплины «Физика» в структуре ООП
Дисциплина «Физика» относится к базовой части математического и
естественнонаучного цикла ООП по направлению 280705 «Пожарная безопасность» (квалификация (степень) — специалист) (С2).
Изучение учебной дисциплины «Физика» опирается на учебные курсы
дисциплин гуманитарного, социального и экономического цикла (С1) и на
учебный курс математических дисциплин базовой части математического и
естественнонаучного цикла (С2): «Высшая математика».
Вместе с тем важное значение в формировании естественнонаучной картины мира имеют учебные дисциплины вариативной части математического и
естественнонаучного цикла (Б2): «Дифференциальные и интегральные уравнения», «Теория поля», «Метрология, стандартизация и сертификация».
Изучение учебной дисциплины «Физика» становится фундаментальной
основой изучения
 учебных дисциплин базовой и вариативной части математического и
естественнонаучного цикла (С2);
 учебных дисциплин профессионального цикла (С3);
 учебных дисциплин специализации.
6
3. Требования к результатам освоения дисциплины «Физика»
В результате освоения дисциплины «Физика» обучающийся должен
демонстрировать способность и готовность
в учебно-практической деятельности:
 научно анализировать проблемы, процессы и явления в области физики, умение использовать на практике базовые знания и методы физических исследований;
 приобретать новые знания в области физики, в том числе с использованием современных образовательных и информационных технологий;
 владеть основными теоретическими и экспериментальными методами
физических исследований;
 использовать знания о современной физической картине мира и эволюции Вселенной, пространственно-временных закономерностях, строении
вещества для понимания процессов и явлений природы;
 понимать роли физических закономерностей для активной деятельности по охране окружающей среды, рациональному природопользованию, развитию и сохранению цивилизации;
 применять знания о физических объектах и явлениях на практике,
в том числе выдвигать гипотезы, составлять теоретические модели, проводить
анализ границ их применимости;
 планировать и проводить физические эксперименты адекватными экспериментальными методами, оценивать точность и погрешность измерений,
анализировать физический смысл полученных результатов;
 использовать знания основных физических теорий для решения возникающих фундаментальных и практических задач, самостоятельного приобретения знаний в области физики, для понимания принципов работы приборов и
устройств, в том числе выходящих за пределы компетентности конкретного
направления;
 применять аналитические и численные методы решения физических
задач с использованием языков и систем программирования, инструментальных
средств компьютерного моделирования;
 использовать знания о строении вещества, физических процессов
в веществе, различных классов физических веществ для понимания свойств материалов и механизмов физических процессов, протекающих в природе;
в социально-личностных отношениях:
 обладать математической и естественнонаучной культурой, в том числе в области физики, как частью профессиональной и общечеловеческой культуры;
 обладать способностью проводить доказательства утверждений как
составляющей когнитивной и коммуникативной функции;
 следовать этическим и правовым нормам, принципам толерантности,
социальной адаптации;
7
 работать в коллективе, руководить людьми и подчиняться руководящим указаниям;
в научно-исследовательской деятельности:
 понимать различие в методах исследования физических процессов и
явлений на эмпирическом и теоретическом уровне, необходимость верификации теоретических выводов, анализа их области применения;
 уметь представлять физические утверждения, доказательства, проблемы, результаты физических исследований ясно и точно в терминах, понятных
для профессиональной аудитории, как в письменной, так и в устной форме;
в научно-инновационной деятельности (в соответствии с профилем
подготовки):
 проявлять активность, умение и способность к применению новых
фундаментальных результатов в области физики к созданию новых практических, в том числе технических и технологических, решений объектов;
 знать физический фундамент современной техники и технологий.
8
4. Структура и содержание дисциплины «Физика»
Общая трудоемкость дисциплины составляет 8 зачетных единиц 288 часов.
4.1 Объем учебной дисциплины «Физика» и виды учебной работы
для очной формы обучения
2
102
Семестры
3
84
4
102
198
72
54
72
56
132
16
54
14
36
26
42
6
2
Вид учебной работы
Всего часов
Общая трудоемкость дисциплины в часах
Общая трудоемкость дисциплины в зачетных единицах
Аудиторные занятия (всего)
В том числе:
Лекции
Лабораторно-практические
занятия
(ЛПЗ)
Семинары (С)
Другие виды ауд. занятий (контрольная
работа)
Зачет
Экзамен
Самостоятельная работа (всего)
В том числе:
Курсовой проект
Другие виды самостоятельной работы
Вид аттестации
288
8
4
4
4
90
30
30
30
90
30
Экзамен
30
зачет
30
экзамен
для заочной формы обучения (6 лет)
1
154
Год обучения
2
134
30
12
14
10
16
6
6
4
10
4
258
4
138
120
Вид учебной работы
Всего часов
Общая трудоемкость дисциплины в часах
Общая трудоемкость дисциплины в зачетных единицах
Аудиторные занятия (всего)
В том числе:
Лекции
Лабораторно-практические
занятия
(ЛПЗ)
Семинары (С)
Другие виды ауд. занятий (контрольная
работа)
Зачет
Самостоятельная работа (всего)
288
8
9
В том числе:
Курсовой проект
Другие виды самостоятельной работы
Вид аттестации
258
138
зачет
120
экзамен
Аудиторные занятия учебного курса физики для очной формы обучения
составляют 198 часа, из них лекции — 66 часов (33%), лабораторнопрактические занятия — 90 часов (61%), контрольные работы — 8 часов. Интерактивное обучение составляет порядка 15% от общего числа аудиторных
часов.
Аудиторные занятия учебного курса физики для заочной формы обучения
(6 лет) составляют 30 часов, из них лекции — 10 часов (33%), лабораторнопрактические занятия — 20 часов (67%). Большая часть учебной нагрузки отводится на самостоятельную работу – 258 часов (90%).
В ходе изучения учебной дисциплины «Физика» обучающийся по заочной форме обучения выполняет 3 контрольных работы: одна — на первом году
обучения, две — на втором. Контрольные работы выполняются в соответствии
с требованиями методических рекомендаций по выполнению контрольных работ разработанных кафедрой.
10
4.2 Разделы учебной дисциплины «Физика» и виды занятий
(очная форма обучения)
2 семестр
Лекции
2
3
4
1
Лаб-практич.
занятия раИнтерактив.
боты
занятия
Контрольные
работы
Самостоятельная
работы
работа
Материальнотехническое
обеспечение*
Наименование дисциплины и номера
тем, которые должны быть изучены
до данной
Примечание
Наименование
разделов и тем
Всего часов
№
п.п.
Количество часов
по видам занятий
5
6
7
8
9
10
5
В.матем. т.4 5
11
Раздел 1
Физические основы
механики
1
Кинематика движения тел
9
4
2
Динамика движения тел
32
4
18
10
3
Работа, мощность и энергия
21
4
12
5
ПЛ.4-6
К.Д.1-6
ПЛ.7,8
К.Д.8,9
К.Д.1012
4
Механика движущейся жидкости
21
4
12
5
К.Д.13
5
Измерения физических величин
17
12
5
Всего по разделу
100
54
30
Контрольная работа
16
2
ПЛ.1-3
В.матем. т.4,5
В.матем. т.4 –
6
В.матем. т.4 –
6
В.матем. т.4 - 6
2
Экзамен
Итого по курсу (во 2 семестре)
102
16
54
2
30
3 семестр
1
2
3
4
5
6
7
8
28
6
12
10
Постоянный электрический ток
19
2
12
5
Всего по разделу
47
8
24
15
9
10
Раздел 2
Электричество
6
7
Электростатика
11
ПЛ.9-11 В.матем. т.4,
К.Д.14 5.
К.Д.15
В.матем. т.4,
5
Химия т.9, 10
11
Раздел 3
Магнетизм
8
Магнитное поле
20
4
6
10
9
Статическое магнитное
поле в веществе
13
2
6
5
Всего по разделу
33
6
12
15
Зачет
4
Итого
по курсу (в 3 семестре)
84
ПЛ1216
К.Д.1618
ПЛ.17
В.матем.
т.4,5, 7
В.матем.
т.4,5, 7
4
14
36
4
30
4 семестр
1
2
3
4
10 Колебания
11
6
11 Переменный электрический
ток
16
2
12 Волновые процессы
13
2
13 Электромагнитные волны
5
2
Контрольная работа
2
Всего по разделу
5
6
7
8
9
10
5
К.Д.20
В.матем. т.9
12
2
К.Д.
21,22
В.матем. т.6,
9
6
5
11
Раздел 4
Колебания и волны
3
ПЛ.18
В.матем. т.6,
9
В.матем. т.6,
9
2
47
12
18
Раздел 5
Волновая оптика
14 Интерференция
2
15
23
6
12
5
15 Дифракция
15
4
6
5
16 Электромагнитные волны в
веществе
15
4
6
5
Контрольная работа
2
Всего по разделу
55
14
24
2
15
102
26
42
4
30
ПЛ.1921
К.Д.23
ПЛ.2225
К.Д.2426
В.матем. т.4,
5
В.матем. т.4,
5
В.матем. т.4,
5
2
Экзамен
Итого
по курсу (в 3 семестре)
Примечание.*
ПЛ – плакат.
Материально-техническое
обеспечение
12
(МТО):
КД
—
компьютерная
демонстрация;
(заочная форма обучения – 6 лет)
1 курс
Наименование
разделов и тем
Лекции
1
2
3
4
1
Лаб-практич.
занятия раИнтерактив.
боты
занятия
Контрольные
работы
Самостоятельная
работы
работа
Материальнотехническое
обеспечение*
Наименование дисциплины и номера
тем, которые должны быть изучены
до данной
Примечание
№
п.п.
Всего часов
Количество часов
по видам занятий
5
6
7
8
9
10
В.матем. т.4 – 6
Раздел 1 Физические основы механики
50
2
2
46
ПЛ.4-6
К.Д.1-13
Раздел 2 Электричество
52
2
4
46
ПЛ.9-11 В.матем. т.4, 5.
К.Д.14 В.матем. т.4, 5
Химия т.9, 10
К.Д.15
Раздел 3 Магнетизм
48
2
46
ПЛ1216
К.Д.1618
ПЛ.17
Зачет
4
Итого по курсу (за 1 год)
11
В.матем. т.4, 5.
В.матем. т.4, 5
Химия т.9, 10
4
154
6
66
2
10
138
2 курс
Раздел 4 Колебания и волны
Раздел 5 Волновая оптика
68
2
4
60
6
60
ПЛ.1921
К.Д.23
ПЛ.2225
К.Д.2426
ПЛ.1921
К.Д.23
ПЛ.2225
К.Д.2426
В.матем.
т.4,5, 7
В.матем.
т.4,5, 7
В.матем. т.4,
5
В.матем. т.4,
5
В.матем. т.4,
5
Экзамен
Итого
по курсу (за 2 год)
Примечание.*
ПЛ – плакат.
134
Материально-техническое
4
10
обеспечение
13
120
(МТО):
КД
—
компьютерная
демонстрация;
4.3 Содержание дисциплины «Физика»
РАЗДЕЛ 1. Физические основы механики
Тема 1. Кинематика движения тел
Материальная точка, абсолютно твёрдое тело, сплошная среда.
Кинематическое описание движения. Элементы векторной алгебры.
Прямолинейное движение точки. Движение точки по окружности. Угловая скорость и угловое ускорение. Скорость и ускорение при криволинейном
движении.
Классическая механика. Понятие состояния в классической механике.
Обобщенные координаты и число степеней свободы. Число степеней свободы абсолютно твердого тела.
Релятивистская механика, принцип относительности.
Самостоятельная работа. Релятивистская механика, принцип относительности.
Рекомендуемая литература:
основная [1, 3, 4];
дополнительная [5, 6].
Тема 2. Динамика движения тел
Основная задача динамики. Уравнения движения. Масса и импульс.
Первый закон Ньютона и понятие инерциальной системы отсчета. Второй
закон Ньютона, как уравнение движения. Третий закон Ньютона и закон сохранения импульса. Момент силы, момент импульса, момент инерции. Теорема
Штейнера. Кинематика и динамика твердого тела. Уравнение динамики вращательного движения. Закон сохранения момента импульса.
Лабораторно-практические занятия. Определение характеристик движения тела вокруг неподвижной оси.
Самостоятельная работа. Неинерциальные системы отсчета.
Рекомендуемая литература:
основная [1, 3, 4];
дополнительная [5, 6].
Тема 3. Работа, мощность, энергия
Работа и кинетическая энергия. Мощность. Силовое поле.
Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальная энергия. Закон сохранения энергии.
Лабораторно практическое занятие. Исследование взаимодействия тел
при соударениях.
Самостоятельная работа. Применение законов сохранения энергии и
импульса в механических системах.
Рекомендуемая литература:
основная [1, 3, 4];
дополнительная [5, 6].
14
Тема 4. Механика движущейся жидкости
Давление в жидкости и газе. Уравнение непрерывности. Уравнение Бернулли и следствия из него. Вязкость. Турбулентный и ламинарный режимы течения жидкости.
Самостоятельная работа. Движение тел в жидкостях и газах.
Рекомендуемая литература:
основная [1, 3, 4];
дополнительная [5, 6].
Тема 5. Физические величины и их измерение
Основные термины и определения. Методы и виды измерений. Погрешность, точность, классификация погрешностей измерений.
Лабораторно-практические занятия. Определение погрешностей при
измерениях.
Самостоятельная работа. Средства измерения: классы точности, классификация, их поверка и проверка.
Рекомендуемая литература:
основная [3];
дополнительная [7].
РАЗДЕЛ 2. Электричество
Тема 6. Электростатика
Закон Кулона. Электрическое поле. Напряженность поля. Теорема Остроградского-Гаусса. Работа электрических сил. Потенциал. Связь потенциала с
напряженностью электростатического поля. Проводники и диэлектрики в электрическом поле. Материальные уравнения. Электроемкость. Конденсаторы.
Энергия электрического поля.
Лабораторно-практическое занятие. Электронный осциллограф. Электростатическое поле.
Самостоятельная работа. Электростатика и электродинамика.
Рекомендуемая литература:
основная [2, 3, 4];
дополнительная [8, 9].
Тема 7. Постоянный электрический ток
Условие существования тока. Законы Ома и Джоуля и Ленца. Сторонние
силы. Э.Д.С. гальванического элемента. Правила Кирхгофа. Электрический ток
в металлах. Классическая теория электропроводности металлов. Квазистационарные токи.
Лабораторно-практическое занятие. Расчет сложных электрических
цепей по правилам Кирхгофа. Процессы зарядки и разрядки конденсатора.
Самостоятельная работа. Сверхпроводимость. Термоэлектрические явления. Электрический ток в газах и жидкостях.
15
Рекомендуемая литература:
основная [2, 3, 4];
дополнительная [8, 9].
РАЗДЕЛ 3. Магнетизм
Тема 8. Магнитное поле
Магнитное поле и его характеристики. Закон Био-Савара-Лапласа. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца. Проводник с током
в магнитном поле. Теорема о циркуляции вектора магнитной индукции. Поток
вектора магнитной индукции. Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея. Правило Ленца. Энергия магнитного поля.
Лабораторно-практическое занятие. Магнитное поле соленоида. Электромагнитная индукция.
Самостоятельная работа. Самоиндукция. Взаимоиндукция.
Рекомендуемая литература:
основная [2, 3, 4];
дополнительная [9, 10].
Тема 9. Статическое магнитное поле в веществе
Молекулярные токи. Намагниченность. Типы магнетиков. Ферромагнетизм. Техническая кривая намагничивания.
Лабораторно-практическое занятие. Исследование петли гистерезиса
ферромагнитных материалов.
Самостоятельная работа. Ферриты.
Рекомендуемая литература:
основная [2, 3, 4];
дополнительная [9, 10].
РАЗДЕЛ 4. Колебания и волны
Тема 10. Колебания
Гармонический осциллятор. Амплитуда, круговая частота, фаза гармонического осциллятора. Сложение колебаний. Векторная диаграмма. Примеры
гармонических осцилляторов. Свободные затухающие колебания. Коэффициент затухания, логарифмический декремент, добротность. Вынужденные колебания осциллятора под действием синусоидальной силы. Амплитуда и фаза при
вынужденных колебаниях. Вынужденные колебания в электрических цепях.
Самостоятельная работа. Резонансные кривые. Ангармонический осциллятор.
Рекомендуемая литература:
основная [3, 4].
16
Тема 11. Переменный электрический ток
Получение и основные параметры. Виды сопротивлений в цепях переменного тока.
Лабораторно-практическое занятие. Затухающие колебания.
Самостоятельная работа. Диаграмма токов и напряжений в цепях переменного тока.
Рекомендуемая литература:
основная [3, 4].
Тема 12. Волновые процессы
Волны. Кинематика волновых процессов. Волновое уравнение. Плоская
синусоидальная монохроматическая волна. Интерференция и дифракция волн.
Лабораторно-практическое занятие. Определение скорости звука в
воздухе.
Самостоятельная работа. Бегущие и стоячие волны.
Рекомендуемая литература:
основная [3, 4].
Тема 13. Электромагнитные волны
Уравнения Максвелла. Принцип относительности в электродинамике.
Система уравнений Максвелла в интегральной и дифференциальной форме.
Скорость распространения электромагнитных возмущений. Плоская электромагнитная волна. Поляризация волн.
Самостоятельная работа. Шкала электромагнитных волн.
Рекомендуемая литература:
основная [3, 4].
РАЗДЕЛ 5. Волновая оптика
Тема 14. Интерференция
Развитие представлений о природе света. Временная и пространственная
когерентность световых волн. Интерференционная картина от двух когерентных источников света. Опыт Юнга. Интерферометры и их практическое использование. Интерференция в тонких пленках
Лабораторно-практическое занятие. Интерференция света.
Самостоятельная работа. Просветление оптики. Жидкокристаллические
индикаторы температуры.
Рекомендуемая литература:
основная [3, 4];
дополнительная [9,10].
17
Тема 15. Дифракция
Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция Френеля на
круглом отверстии и диске. Дифракция Фраунгофера. Дифракция на прямоугольной щели. Дифракционная решетка. Формула Вульфа-Брэгга. Разрешающая способность оптических приборов.
Лабораторно- практическое занятие. Дифракция света.
Самостоятельная работа. Понятие о голографическом методе регистрации изображения.
Рекомендуемая литература:
основная [3, 4];
дополнительная [9,10].
Тема 16. Электромагнитные волны в веществе
Дисперсия света. Физический смысл спектрального разложения. Электронная теория дисперсии. Поглощение света. Естественный и поляризованный
свет. Поляризация света при отражении и преломлении. Поляроиды и поляризационные призмы. Закон Малюса.
Лабораторно-практическое занятие. Поляризация света.
Самостоятельная работа. Вращение плоскости поляризации.
Рекомендуемая литература:
основная [3, 4];
дополнительная [9,10].
18
4.4 Разделы учебной дисциплины «Физика» и междисциплинарные
связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
РАЗДЕЛЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«ФИЗИКА»
Раздел 1. Физические основы механики
Раздел 2. Электричество
Раздел 3. Магнетизм
Раздел 4. Колебания и волны
Раздел 5. Волновая оптика
ОБЕСПЕЧИВАЕМЫЕ (ПОСЛЕДУЮЩИЕ)
ДИСЦИПЛИНЫ
Философия.
Спецглавы физики.
Высшая математика.
Метрология, стандартизация и сертификация
Теплотехника.
Прикладная механика.
Детали машин.
Опасные природные процессы.
Безопасность жизнедеятельности.
Основы первой помощи.
Высшая математика.
Спецглавы физики.
Спецглавы теплотехники.
Электротехника и электроника.
Детали машин.
Мониторинг среды обитания.
Пожарно-техническая экспертиза.
Безопасность жизнедеятельности.
Пожарная безопасность технологических процессов.
АСУ и связь.
Высшая математика.
Спецглавы физики.
Теплотехника.
Спецглавы теплотехники.
Электротехника и электроника.
Детали машин.
Мониторинг среды обитания.
Пожарно-техническая экспертиза.
Безопасность жизнедеятельности.
Пожарная безопасность технологических процессов.
АСУ и связь.
Высшая математика.
Спецглавы физики.
Теплотехника.
Спецглавы теплотехники.
Безопасность жизнедеятельности.
Опасные природные процессы.
Прикладная механика.
Детали машин.
Высшая математика.
Спецглавы физики.
Пожарно-техническая экспертиза.
Пожарная безопасность технологических процессов.
АСУ и связь.
Безопасность жизнедеятельности.
Мониторинг среды обитания.
19
5. Методические рекомендации по организации изучения
учебной дисциплины «Физика»
5.1 Образовательные технологии
При реализации программы учебной дисциплины «Физика» используется
инновационная образовательная модульная технология, основой которой является модульный принцип построения курса физики. В рамках одного модуля
«Лабораторно-практическое занятие» (ЛПЗ) объединяются лабораторное и
практическое занятия.
Общими дидактическими целями лабораторно-практического занятия являются:
 обобщение, систематизация, углубление, закрепление теоретических
знаний по конкретным темам учебного курса физики;
 формирование умений применять полученные знания на практике, реализацию единства интеллектуальной и практической деятельности;
 выработка при решении поставленных задач профессионально значимых качеств: самостоятельность, ответственность, точность, творческая инициатива.
Регулятивными нормами способов достижения указанных дидактических
целей являются принципы верификации, междисциплинарной интегративности,
единства и многообразия внутрипредметных связей.
Лабораторно-практическое занятие проводится двумя преподавателями
в течение 6 часов и как интегративный вид учебного занятия включает в себя
три взаимосвязанных блока.
1. Контрольно-практический блок: самостоятельное выполнение каждым обучающимся учебной группы в течение 2 часов в процессе активного
взаимодействия с преподавателями индивидуального тестового практического
задания по теме предстоящего экспериментального исследования.
Цель обучения контрольно-практического блока — формирование инструментальной компетенции использовать знания основных физических теорий для решения практических задач, самостоятельного приобретения знаний в
области физики, для понимания принципов работы приборов и устройств в
условиях повышения личностной мотивации выполнения экспериментальной
работы. Образовательными задачами контрольно-практического блока являются:
 глубокое изучение лекционного материала, изучение методов работы
с учебной литературой, получение персональных консультаций у преподавателя;
 решение спектра практических задач, в том числе профессиональных
(анализ производственных ситуаций, решение ситуационных задач и т. п.);
 выполнение вычислений, расчетов;
 работа с нормативными документами, инструктивными материалами,
справочниками.
20
2. Экспериментальный блок: самостоятельное выполнение каждым
обучающимся учебной группы в течение 2 часов в процессе активного взаимодействия с преподавателями экспериментального задания (лабораторной
работы).
Цель обучения экспериментального блока: формирование инструментальной компетенции планировать и проводить физические исследования адекватными экспериментальными методами; формирование общекультурной компетенции следовать этическим и правовым нормам, умение работать в коллективе, руководить людьми и подчиняться руководящим указаниям; формирование профессиональной компетенции понимать различие в методах исследования физических процессов, необходимость верификации теоретических выводов.
Образовательными задачами экспериментального блока являются:
 формирование практических умений работы с измерительными приборами, установками, лабораторным оборудованием;
 формирование исследовательских умений (наблюдать, сравнивать,
анализировать, устанавливать зависимости, делать выводы и обобщения, самостоятельно вести исследование, оформлять результаты).
 экспериментальная проверка формул, методик расчета, установление и
подтверждение закономерностей, ознакомление с методиками проведения экспериментов, установление свойств веществ, их качественных и количественных
характеристик.
3. Аналитико-обобщающий блок: в процессе активного взаимодействия
с преподавателями в течение 2 часов самостоятельная обработка и представление результатов эксперимента в устной форме и в виде отчета по лабораторной
работе.
Цель обучения аналитико-обобщающего блока: формирование инструментальной компетенции оценивать точность и погрешность измерений, анализировать физический смысл полученных результатов; формирование общекультурной компетенции проводить доказательства утверждений как составляющей когнитивной и коммуникативной функции; формирование профессиональных компетенций: представлять физические утверждения, доказательства,
проблемы, результаты физических исследований ясно и точно в терминах, понятных для профессиональной аудитории, как в письменной, так и в устной
форме; понимать и излагать учебную информацию и представлять результаты
физических исследований в рамках учебного процесса.
В заключительной части лабораторно-практического занятия, которая
проходит в виде семинара, в открытой дискуссии с аудиторией осуществляется
анализ и обобщение учебного материала по теме учебного курса физики.
Структура ЛПЗ является гибкой по содержанию и формам блоков.
На первом и втором курсах обучения (2–4 семестры) группа делится на две
подгруппы, и ЛПЗ одновременно проводится в двух помещениях: в традиционной лаборатории физики и компьютерном классе, в котором обучающиеся выполняют виртуальные лабораторные работы по теме модуля. На следующем
21
ЛПЗ подгруппы меняются, что позволяет с помощью грамотного внедрения
в экспериментальный блок ЛПЗ компьютерных технологий существенно расширить образовательные возможности учебной дисциплины при изучении каждой темы учебного модуля. В 5 семестре ЛПЗ проводится в одном помещении,
где виртуальные лабораторные работы одновременно интегрируются в экспериментальном блоке с традиционными экспериментальными работами по физике.
При выполнении виртуальных лабораторных работ используются специализированные компьютерные пакеты по разделам курса физики: «Физические
основы механики», «Электричество», «Магнетизм», «Физика колебаний и
волн», «Волновая оптика» (2–4 семестры).
На лекционных занятиях используется мультимедийный проектор с комплектом презентаций.
Аудиторные занятия учебного курса физики составляют 162 часа, из них
лекции — 60 часов (37%), лабораторно-практические занятия — 90 часов
(56%), контрольные работы — 8 часов. Интерактивное обучение составляет порядка 15% от общего числа аудиторных часов.
22
5.2 Оценочные средства для текущего контроля успеваемости,
промежуточной аттестации и учебно-методическое обеспечение
самостоятельной работы обучающихся
Примерный перечень вопросов для зачета (2 семестр)
1. Система отсчета. Траектория, путь, перемещение.
2. Линейная скорость.
3. Ускорение. Нормальная и тангенциальная составляющие полного
ускорения.
4. Равномерное и равноускоренное движения.
5. Материальная точка. Абсолютно твердое тело. Поступательное и
вращательное движения.
6. Угловая скорость. Связь линейной и угловой скоростей. Период и частота вращения.
7. Угловое ускорение. Связь между линейными и угловыми характеристиками движения.
8. Инерциальные системы отсчета. Первый закон Ньютона.
9. Масса. Сила. Второй закон Ньютона.
10. Третий закон Ньютона. Закон сохранения импульса.
11. Центр масс и теорема о движении центра масс.
12. Уравнение движения тела переменной массы.
13. Силы трения.
14. Сила тяжести и вес.
15. Работа.
16. Кинетическая энергия.
17. Потенциальная энергия.
18. Закон сохранения механической энергии.
19. Абсолютно упругий и абсолютно неупругий удары.
20. Момент инерции. Теорема Штейнера.
21. Кинетическая энергия вращательного движения
22. Момент силы. Уравнение динамики вращательного движения твердого тела.
23. Момент импульса и закон его сохранения.
24. Законы гидростатики
25. Уравнение Бернулли
26. Вязкость. Закон Стокса.
27. Число Рейнольдса. Ламинарный и турбулентный режимы движения
жидкости и газа.
Примерный перечень вопросов для экзамена (3 семестр)
1. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона.
2. Электростатическое поле. Напряженность и потенциал электростатического поля.
3. Принцип суперпозиции электрических полей.
23
4. Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме и ее применение к простейшим задачам.
5. Циркуляция вектора напряженности электрического поля.
6. Типы диэлектриков. Поляризация диэлектриков. Поляризованность
диэлектриков и напряженность поля в диэлектрике.
7. Проводники в электрическом поле.
8. Энергия системы зарядов.
9. Электрическая емкость. Конденсаторы.
10. Энергия заряженного конденсатора.
11. Объемная плотность энергии электрического поля.
12. Электрический ток. Сила и плотность тока.
13. Закон Ома. Сопротивление проводников.
14. Элементарная классическая теория электропроводности металлов.
15. Вывод основных законов электрического тока.
16. Работа и мощность тока. Закон Джоуля и Ленца.
17. Сторонние силы. Электродвижущая сила и напряжение.
18. Правила Кирхгофа для разветвленных цепей.
19. Мощность в цепи постоянного тока.
20. Работа выхода электрона. Термоэлектронная эмиссия.
21. Ток в газах. Типы газового разряда.
23. Магнитное поле и его характеристики.
24. Закон Био-Савара-Лапласа и его применение к расчету магнитного
поля.
25. Закон Ампера. Взаимодействие параллельных токов.
26. Магнитное поле движущегося заряда. Действие магнитного поля на
движущийся заряд.
27. Движение заряженных частиц в магнитном поле.
28. Эффект Холла.
29. Циркуляция вектора магнитной индукции.
30. Магнитное поле соленоида и тороида.
31. Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном
поле.
32. Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея и его вывод из
закона сохранения энергии.
33. Вращение рамки с током в магнитном поле.
34. Индуктивность контура. Самоиндукция.
35. Экстратоки замыкания и размыкания.
36. Взаимная индукция. Трансформаторы.
37. Энергия магнитного поля.
38. Магнитные моменты электронов и атомов. Диа - и парамагнетики.
39. Намагниченность. Магнитное поле в веществе.
40. Ферромагнетики и их свойства. Петля гистерезиса.
41. Полная система уравнений Максвелла для электромагнитного поля.
24
Примерный перечень вопросов для зачета (4 семестр)
1. Виды колебаний. Свободные собственные гармонические колебания и
их характеристики.
2. Гармонические колебания. Пружинный маятник.
3. Гармонические колебания. Математический маятник.
4. Гармонические колебания. Физический маятник.
5. Свободные гармонические колебания в колебательном контуре.
6. Сложение гармонических колебаний одного направления и одной частоты. Биения.
7. Cложение взаимно перпендикулярных колебаний. Фигуры Лиссажу.
8. Свободные затухающие колебания.
9. Вынужденные колебания. Резонанс.
10. Переменный ток. Получение и основные характеристики.
11. Конденсатор в цепи переменного тока.
12. Индуктивность в цепи переменного тока.
13. Сопротивление, емкость и индуктивность в цепи переменного тока.
14. Мощность, выделяемая в цепи переменного тока.
15. Волновые процессы и их характеристики.
16. Плоские и сферические волны.
17. Электромагнитные волны и их характеристики.
18. Энергия и импульс электромагнитной волны.
19. Геометрическая оптика. Основные понятия и законы.
20. Интерференция света. Когерентные источники в оптике.
21. Интерференция света. Опыт Юнга.
22. Интерференция в плоскопараллельной пластине и тонком клине.
23. Кольца Ньютона
24. Дифракция света. Метод зон Френеля.
25. Дифракция света. Метод зон Френеля. Диск.
26. Дифракция света. Дифракция Фраунгофера на прямоугольной щели.
27. Распределение интенсивности при дифракции Фраунгофера на прямоугольной щели. Метод диаграмм.
28. Поляризация света. Закон Малюса
29. Поляризация света. Угол Брюстера.
30. Поляризация света. Оптическая анизотропия.
31. Электронная теория дисперсии.
32. Зависимость показателя преломления от частоты падающего света.
33. Поглощение света. Закон Бугера.
25
6. Учебно-методическое и информационное обеспечение
учебной дисциплины «Физика»
а) Основная литература:
1. Скребов В.Н., Трубилко А.И. Курс общей физики. Т. 1. Механика. —
СПб: СПбУ ГПС МЧС России, 2011.
2. Скребов В.Н., Трубилко А.И. Курс общей физики. Т. 2. Электричество
и магнетизм. — СПб: СПбУ ГПС МЧС России, 2011.
3. Трофимова Т.И. Курс физики. — М.: Высшая школа, 2003.
4. Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики. — М.:
Наука, 2003.
б) Дополнительная литература:
5. Звонов В.С., Иванов А.Н., Поляков А.С., Скребов В.Н., Трубилко А.И.
Физические измерения. Учебно-методическое пособие — Спб.: СПбИПБ МВД
России, 2004.
6.Звонов В.С., Поляков А.С., Трубилко А.И., Акимов М.Н. Физика для
инженеров пожарной безопасности. Часть 2. Механика. Лабораторный практикум. — СПб.: СПбИПБ МВД России, 1997.
8. Трубилко А.И., Звонов В.С., Поляков А.С., Дятченко А.А. Физика для
инженеров пожарной безопасности. Электричество. — СПб.: СПбИПБ МВД
России, 1998.
9. Трубилко А.И., Звонов В.С., Поляков А.С., Боуш С.И. Физика. Магнетизм. — СПб.: СПбУ МВД России, 2000.
10.Звонов В.С и др. Оптика. Лабораторный практикум. СПб: СПбУ ГПС
МЧС России, 2004.
в) Программное обеспечение и Интернет-ресурсы:
Сотрудниками кафедры физики и теплотехники СПб УГПС МЧС России
разработаны вычислительные и логические компьютерные программы, а также
компьютерные демонстрации по всем темам учебного курса.
В локальной сети создан сайт, предоставляющий обучающимся возможность ознакомиться с нормативным и дидактическими материалами методического сопровождения учебного курса физики.
В Глобальной сети создан сайт, предоставляющий обучающимся возможность ознакомиться с контрольно-измерительными и дидактическими материалами методического сопровождения учебного курса физики.
26
7. Материально-техническое обеспечение учебной дисциплины «Физика»
Для материально-технического обеспечения дисциплины используются:
лабораторное помещение (проведение лабораторных работ по разделам «Физические основы механики», «Электричество», «Магнетизм», «Колебания и волны», «Волновая оптика»); компьютерный класс.
Материально-техническими средствами обучения дисциплины являются:
1. Технические средства обучения (мультимедийный проектор, видеомагнитофон, графопроектор, телевизор, ПЭВМ, видеофильмы, интерактивная
доска).
2. Лабораторное оборудование.
3. Наглядные пособия, иллюстрированные стенды, плакаты.
4. Учебный компьютерный курс «Физика в картинках» (рекомендовано
ГУРОСО Министерства образования России, 1995):
1) Траектория движения.
2) Законы сложения скоростей.
3) Неравномерное движение.
4) Равномерное движение.
5) Равноускоренное движение.
6) Движение тела брошенного под углом к горизонту.
7) Вес тела при движении в лифте.
8) Падение тел.
9) Наклонная плоскость.
10) Движение ракеты.
11) Соударение шаров.
12) Упругие и неупругие соударения.
13) Течение жидкости.
14) Электрическое поле.
15) Закон Ома.
16) Магнитное поле.
17) Движение частиц в электрическом поле.
18) Движение частиц в магнитном поле.
19) Опыты Фарадея.
20) Свободные и вынужденные колебания.
21) Свободные колебания в RLC контуре.
22) Вынужденные колебания в RLC контуре.
23) Интерференция.
24) Зоны Френеля.
25) Дифракция в фокусе линзы.
26) Дифракционная решетка как спектральный прибор.
27) Поляризация света.
27
5. Современные виртуальные работы, разработанные с использованием
среды Adobe Flash, что обеспечивает реалистичный интерфейс:
1) Определение показателя преломления вещества с помощью рефрактометра.
2) Определение радиуса кривизны линзы интерферометрическим
методом.
3) Определение длины волны при помощи дифракционной решетки.
4) Определение концентрации раствора при помощи сахариметра.
5) Изучение зависимости показателя преломления воздуха от давления с помощью интерференционного рефрактометра.
6) Изучение кинематики движения тела в поле силы тяжести в отсутствии силы вязкого трения.
7) Изучение динамики вращательного движения на маятнике
Обербека.
8) Изучение колебаний пружинного маятника.
9) Изучение свободных затухающих колебаний физического маятника.
10) Изучение колебательного движения математического маятника.
11) Определение скорости полета пули с помощью баллистического
маятника.
12) Определение плотности тел правильной формы.
13) Изучение законов вращательного движения на маятнике
Обербека.
14) Изучение распределения Максвелла.
15) Изучение электрического сопротивления металлических проводников.
16) Изучение магнитного поля Земли.
17) Сложение электрических колебаний.
18) Изучение затухающих колебаний.
19) Изучение колец Ньютона.
20) Изучение явления поляризации света.
21) Изучение дифракционных решеток. Определение длины световой
волны с помощью дифракционной решетки.
Работы обладают рядом преимуществ:
1) Сочетание фотографий реальных физических приборов и их реального
поведения во времени и пространстве обеспечивает эксперимент, визуально не
отличающийся от реального аналога.
2) Ход работы и обработка результатов не отличаются от соответствующих для реальной работы: студенты производят калибровку установки и т. д.
3) Как и при работе с настоящей установкой, в виртуальной работе студенты сталкиваются с переходными процессами, необходимостью временной
выдержки перед снятием показаний.
28
4) В моделях учтена случайная ошибка, вносящая погрешность в результат, благодаря чему результаты, полученные разными студентами отличны друг
от друга, как и при проведении работы на реальных установках.
6. Плакаты (Учтехприбор, 1989).
1) Классификация и область применения физических методов исследования.
2) Принципиальная схема передачи размеров единиц от эталона к
рабочим приборам.
3) Оценка погрешности измерений.
4) Структура механики и системы координат.
5) Модели кинематики поступательного движения.
6) Модели кинематики вращательного движения.
7) Модели динамики поступательного движения.
8) Модели динамики вращательного движения.
9) Электростатическое поле.
10) Электростатическое поле диполя.
11) Блок схема электронного осциллографа С1-17.
12) Магнитное поле соленоида.
13) Движение заряженных частиц в магнитном поле.
14) Эффект Холла.
15) Цилиндрический магнетрон.
16) Правило Ленца.
17) Опыт Эйнштейна-де-Гааза.
18) Плоские электромагнитные волны.
19) Интерференция.
20) Интерференция двух когерентных источников.
21) Кольца Ньютона.
22) Принцип Гюйгенса-Френеля.
23) Дифракция Френеля на круглом отверстии.
24) Дифракция Фраунгофера.
25) Дифракционная решетка.
29
30