рабочая программа

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
Согласовано
Утверждаю
Руководитель ООП
по специальности 221700
проф. Б.Я. Литвинов
Зав. кафедрой М и УК
проф. Б.Я. Литвинов
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
дисциплины
Физические основы измерений и эталоны
Направление подготовки: 221700 – Стандартизация и метрология
Профиль подготовки: Метрология и метрологическое обеспечение
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная
Санкт-Петербург
2012
3
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
дисциплины
Физические основы измерений и эталоны
Общая трудоемкость дисциплины «Физические основы измерений и эталоны» составляет 3 зачетные единицы или 108 часов.
Цели и задачи дисциплины:
Цель дисциплины - подготовка к изучению общепрофессиональных и специальных дисциплин.
Основная задача дисциплины - углублённое изучение физических понятий,
представлений, закономерностей и явлений в контексте их использования при измерениях и в измерительной технике, для обеспечения единства измерений и метрологического обеспечения различных видов деятельности.
Основные положения дисциплины относятся к фундаментальным проблемам метрологии и измерительной техники: централизованному и децентрализованному воспроизведению единиц физических величин, обеспечению единства,
правильности, достоверности и точности результатов измерений.
Основные дидактические единицы (модули):
Дисциплина «Физические основы измерений и эталоны» состоит из следующих
разделов:
Введение
Предмет, задачи и содержание курса; его роль и место в формировании
метролога с высшим образованием.
Структура курса, его связь с другими дисциплинами. Порядок изучения
предмета и организация учебного процесса.
Тема 1. Физический континуум
1, c. 17...20; 2, с.17... 20
Материя и движение
Формы существования материи. Фундаментальные физические понятия: пространство, время, движение, взаимодействие и др..
Элементы современной физической картины мира
Свойства микромира: дискретность, корпускулярно-волновой дуализм,
неопределённость. Переход от свойств микромира к свойствам макромира.
Стабильность как следствие усреднения. Тепловые, механические, электромагнитные и другие свойства макромира.
Физические величины и их единицы
4
Физические величины как меры свойств объектов и явлений материального мира. Единицы физических величин.
Теория отражения
Отражение реального мира в результатах измерений. Классическая измерительная процедура: сравнение неизвестного размера с известным.
Принципиальная невозможность полного устранения неопределённости
результатов измерений.
Тема 2. Фундаментальные физические константы*)
и их использование при выборе единиц физических величин
2, с. 5...15, 135...137; 3, с. 114...130
Константы макромира
Размеры и параметры движения Земли. Угол 2 радиан. Ускорение
при свободном падении. Скорость света. Нулевая термодинамическая
температура и точки фазовых переходов. Другие константы макромира.
Константы микромира
Масса и заряд электрона. Гиромагнитное отношение электрона и протона. Квант магнитного потока. Постоянная фон-Клитцинга. Постоянная
тонкой структуры. Гравитационная постоянная.
Константы, используемые при переходе от свойств микромира к свойствам макромира
Постоянная Планка. Постоянная Больцмана. Число Авогадро.
Тема 3. Высокостабильные квантовые эффекты
и их использование для воспроизведения единиц
физических величин
2, с. 131...135; 3, с. 123...130
Квантовые переходы
Использование квантовых переходов между энергетическими уровнями электронов для воспроизведения единиц времени, частоты и длины.
Эффекты Холла и Джозефсона
Использование эффектов Холла и Джозефсона для воспроизведения
единиц электрического сопротивления и напряжения.
___________________
*)
Значения основных фундаментальных физических констант приведены в приложении.
5
Тема 4. Некоторые физические явления,
используемые при высокоточных измерениях
Электромагнитные явления
Высокотемпературная сверхпроводимость (4, с. 266...269)
Явление сверхпроводимости. Использование высокотемпературной
сверхпроводимости для реализации переходов Холла и Джозефсона. Использование переходов Холла и Джозефсона в измерительной технике.
Измерение сверхнизких температур сверхпроводящим термошумовым
датчиком на основании уравнения Найквиста.
Интерференция электромагнитных волн (4, с. 178...186)
Интерференция света. Интерферометрический метод измерения линейных размеров: двухлучевой интерферометр Майкельсона; интерферометр с двухчастотным гелий-неоновым лазером. Многоцелевые лазерные
интерферометры. Рентгеновская интерферометрия. Голографическая интерферометрия.
Электромагнитная индукция (4, с. 122...124)
Закон электромагнитной индукции. Измерение параметров постоянных
и переменных магнитных полей.
Эффект Фарадея (4, с. 71...73)
Вращение плоскости поляризации линейно поляризованного света в
оптически активных веществах под действием магнитного поля. Использование эффекта Фарадея для измерения магнитной индукции.
Эффекты Керра и Поккельса (4, с. 73...75)
Квадратичный электрооптический эффект Керра. Линейные электрооптические продольный и поперечный эффекты Поккельса. Использование эффектов Керра и Поккельса для измерения напряжения.
Пьезоэффект (4, с. 190;199)
Прямой пьезоэффект. Использование пьезоэлектрических датчиков
для измерения сил и давлений. Многокомпонентные динамометры.
Эффект Допплера (4, с. 249...252)
Допплеровское смещение частоты. Доплеровские измерители скорости.
Резонансные явления на квантовом уровне
Магнитный резонанс (4, с. 107...122)
Собственная частота квантовой системы; уравнение Лармора.
Ядерный магнитный резонанс (ЯМР). Измерение магнитной индукции
слабых магнитных полей методом свободной ядерной прецессии. Спиновые генераторы, основанные на методе ядерной индукции. Метод ядерного резонансного поглощения.
6
Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР).
Эффект Зеемана. Сверхтонкая структура энергетического спектра атома. Магниторезонансные методы измерений с оптической накачкой атомов.
Ядерный гамма-резонанс (4, с. 252...253)
Эффект Мессбауэра. ЯГР-виброметры. Использование эффекта Мессбауэра для измерения малых скоростей и расходов жидких веществ.
Ядерный квадрупольный резонанс (4, с. 271...273)
Зависимость частоты прецессии атомных ядер, обладающих электрическим квадрупольным моментом, от температуры. ЯКР-термометры.
Тема 5. Фундаментальные физические законы,
используемые в измерительной технике
4, с. 260…280; 6, с. 50…60, с. 211…228; 7, с. 146…167, 229
Использование в измерительной технике законов механики
Использование второго закона Ньютона в различных конструкциях весов; приёмы взвешивания. Использование первого и второго законов Ньютона в акселерометрах и деселерометрах. Ареометры, основанные на законе Архимеда. Манометры и барометры, принцип действия которых основан на законе Паскаля.
Другие средства измерений, основанные на законах механики.
Использование в измерительной технике законов электромагнетизма
Электроскоп, основанный на законе Кулона; принцип действия осциллографа. Использование закона Ампера в приборах магнитоэлектрической
системы. Приборы электромагнитной, электродинамической, ферродинамической и электростатической систем.
Использование в измерительной технике тепловых законов
Газовый и шумовой термометры. Тепловое расширение термометрических жидкостей. Термометры сопротивления и термопары. Излучение
нагретых тел: законы излучения Планка, Вина, Стефана-Больцмана. Радиационные, яркостные и цветовые пирометры.
Заключение
Краткое обобщение основных вопросов курса. Направления дальнейшей работы над углублением и расширением полученных знаний в процессе изучения общепрофессиональных и специальных дисциплин.
В результате изучения дисциплины «Физические основы измерений и эталоны» студент должен:
 Иметь представление:
7
- о перспективных для метрологии и измерительной техники направлениях
развития физической науки, последних достижениях в этой области;
 Знать и уметь использовать:
- фундаментальные физические законы, свойства и явления, используемые в
метрологии и измерительной технике;
- физические знания при решении измерительных задач, конструировании измерительных приборов, обеспечении единства измерений;
В результате изучения дисциплины выпускник должен обладать следующими
профессиональными компетенциями: ОК5, ОК13, ПК4, ПК18.
Виды учебной работы:
Лекции;
Практические занятия;
Контрольная работа.
Основной формой изучения материала является самостоятельная работа над
рекомендованной литературой. По всем определяющим темам программы читаются обзорные и установочные лекции, проводятся групповые и индивидуальные
консультации. Практические навыки приобретаются на практических занятиях и
при выполнении контрольной работы.
Изучение дисциплины заканчивается зачетом.
Курс основывается на учебных дисциплинах “Философия”, “Физика”,“Метрология, стандартизация и сертификация”(часть I) и используется при
изучении общепрофессиональных и специальных дисциплин, выполнении курсовых и дипломных работ и проектов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Основной:
1. Савельев И.В. Курс общей физики в 3-х т.т. - М.: Наука, 1982, 1989.
2. Шишкин И.Ф. Метрология, стандартизация и управление качеством: Учеб.
для вузов /Под ред. акад. Н.С. Соломенко. - М.: Изд-во стандартов, 1990.
3. Шишкин И.Ф. Теоретическая метрология: Учеб. для вузов. - М.: Изд-во
стандартов, 1991.
4. Спектор С.А. Электрические измерения физических величин: Методы измерений: Учеб. пособие для вузов. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние,
1987.
Дополнительный:
5. Боднер В.А. Физические основы измерений. - М.: Машиностроение, 1995.
6. Измерение электрических и неэлектрических величин: Учеб. пособие для
вузов. / Под общ. ред. Н.Н. Евтихиева. -М.: Энергоатомоиздат, 1990.
7. Измерение в промышленности. Справ. изд. В 3-х кн. Кн 2. Способы измерения и аппаратура./ Под ред. П. Профоса. -М.: Металлургия, 1990.
8
Средства обеспечения освоения дисциплины (ресурсы Internet):
На сайте дистанционного обучения (http://www.spmi.ru) в разделе «Учебные
материалы» имеется:
1. Рабочая программа. Задания на контрольную работу. (14,2 КБ).
2. Спектр С.А. «Электрические измерения физических величин». (2,44 МБ).
3. И.Ф. Шишкин «Теоретическая метрология». (5,83МБ).