Программы 222x - Высшая школа экономики

Правительство Российской Федерации
Государственное образовательное бюджетное учреждение
высшего профессионального образования
Московский институт электроники и математики
Национального исследовательского университета
"Высшая школа экономики"
Общеинститутские кафедры
Кафедра Физики
Программа дисциплины
"Основы естествознания (физика)"
для направления
"010300.62 Фундаментальные информатика и информационные технологии"
уровень подготовки: бакалавр
Автор программы
Доцент, канд. физ.мат.наук Тяпкин Г.Н.
[email protected]
Одобрена на заседании кафедры физики _______ 2013г.
Зав.кафедрой _____________ Сезонов Ю.И.
Утверждена УС Московского института электроники и математики
НИУ ВШЭ "_____"________20 г.
Ученый секретарь В.П.Симонов __________________(подпись)
Москва, 2013
1. Пояснительная записка
Область применения и нормативные ссылки
Настоящая программа учебной дисциплины "Основы естествознания (физика)"
устанавливает минимальные требования к знаниям и умениям студента и определяет
содержание и виды учебных занятий и отчетности.
Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, и
студентов направления "010300.62 "Фундаментальные информатика и информационные
технологии" с уровнем подготовки
бакалавр, изучающих дисциплину "Основы
естествознания (физика)"
Программа разработана в соответствии с
 образовательным стандартом федерального государственного автономного
образовательного учреждения высшего профессионального образования национального
исследовательского университета "Высшая школа экономики".

Рабочим учебным планом университета по указанному выше направлению
подготовки магистров, утвержденным от 24.06 2011г, №26.
Требования к результатам освоения дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирования следующих
компетенций: (ОНК-1), (ОНК-4), (ОНК-5), (ОНК-6), (ОНК-7), (ОНК-7), (ПК-1), (ПК-3)
Студент должен иметь способность
- к анализу и синтезу на основе системного подхода (ОНК-1);
- использовать основные законы естественнонаучных дисциплин впрофессиональной
деятельности (ОНК-4);
- выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в профессинальной
деятельности (ОНК-5);
- приобретать новые знания с использованием научной методологии (ОНК-6);
- порождать новые идеи (ОНК-7);
- демонстрировать общенаучные базовые знания в области естественных наук (ПК-1);
- общаться с экспертами в других предметных областях (ПК-3);
а также представлять социальную значимость своей будущей профессии, цели и смысл
государственной
службы,
обладать
высокой
мотивацией
к
выполнению
профессиональной деятельности в области обеспечения безопасности и защиты интересов
личности , общества и государства, готовностью и способностью к активной и
состязательной деятельности в условиях развития информатики и вычислительной
техники.
Образовательные результаты обучающегося,
формируемые в результате освоения дисциплины
В результате освоения дисциплины студент должен
Знать:
- основные законы механики, молекулярной физики, электродинамики, оптики, квантовой
физики, примеры практического применения этих законов;
- физические явления и эффекты, используемые при обработке, хранении, передаче
информации и положенные в основу функционирования вычислительной техники.
Уметь:
- на основе законов физики описывать различные виды движения тел, изменения
состояний тела и системы тел;
- строить математические модели физических явлений и процессов;
- решать типовые прикладные физические задачи;
- применять основные законы общей физики при решении практических задач.
Владеть:
- навыками использования стандартных методов и моделей математического анализа и их
применения к решению прикладных задач;
- навыками использования методов аналитической геометрии и векторной алгебры в
смежных дисциплинах и физике; .
- методами теоретического исследования физических явлений и процессов;
- методами проведения физического эксперимента и обработки его результатов.
Место дисциплины в структуре образовательной программы
Дисциплина "Физика" читается студентам бакалавриата программы " Фундаментальная
информатика и информационные технологии" (направление 010300.62) факультета
прикладной математики и кибернетики на кафедре физики МИЭМ НИУ ВШЭ. Она
относится к числу обязательных дисциплин математического и естественнонаучного
цикла базового учебного плана и предлагается студентам с первого по четвертый модули
второго года обучения. Продолжительность всего курса составляет 288 часов. Из них 144 аудиторных учебных часов, в том числе: 72 часа лекций, 36 часов семинары,
лабораторные работы - 36 часов. Помимо этого, 144 часов в курсе отводится на
самостоятельную работу студента, в том числе на промежуточный контроль и итоговый
экзамен - 30 часов.
Предусмотренный учебным планом текущий контроль по дисциплине включает:
домашнее задание (2) , контрольную работу (2), коллоквиум (2). Зачет (Зч) по дисциплине
предусмотрен в первом
модуле 2-го года обучения. Экзамен (Э) проводится в
четвертом модуле 2-го года обучения.
Изучение дисциплины " Физика" основывается на следующих дисциплинах:
- математика. в объеме средней школы и в объеме первого курса обучения;
- физика в объеме средней школы.
Для освоения дисциплины студент должен владеть следующими знаниями и
компетенциями:
- знать основные законы физики;
- знать простейшие методы решения физических задач;
- знать основные положения высшей математики
Основные положения дисциплины должны быть использованы студентом при
изучении следующих дисциплин:
прикладные задачи математической физики.
II. Тематический план учебной дисциплины
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Название темы
Всего
часов по
дисципл
ине
Аудиторные часы
Лекции
Практические
занятия
Семин Лаборат
ары
орные
работы
Самостоя
тельная
работа
Первый модуль
Лекций - 16 часов. Семинаров - 8 часов. Лабораторных работ - 8 часов.
Самостоятельная работа - 30 часов.
Форма промежуточного контроля- зачет.
Кинематика
12
3
2
2
Динамика
11
3
1
Работа, энергия. Динамика
вращательного
движения
твердого
тела.
Законы
сохранения
Колебания и волны
Специальная
теория
относительности.
5
7
16
4
2
3
7
13
10
3
3
2
1
3
5
6
62
16
8
8
30
Второй модуль
Лекций -16 часов. Семинаров - 8 часов. Лабораторных часов - 8.
Самостоятельная работа - 30 часа.
текущий контроль - коллоквиум, контрольная работа
Молекулярно-кинетическая
7
2
1
2
теория.
Функции
распределения.
Термодинамика.
7,5
2.5
1
2
Формула Больцмана.
8,5
2.5
1
2
2
Реальный газ.
Физическая
кинетика.
Явления переноса в газах.
5
5
8
9
2
3
1
1
-
2
3
11
12
13
Реальные газы
Электростатика.
Теорема
Гаусса в интегральной и
дифференциальной формах.
Потенциальность
электростатического поля.
Проводники.
Энергия
электрического поля.
Итого во втором модуле
8
2
1
-
5
6
1
1
1
3
8
1
1
1
5
62
16
8
8
30
Третий модуль
Лекций - 20. Семинаров -10 часов. Лабораторных работ - 10 часов
Самостоятельная работа - 42
текущий контроль - коллоквиум, домашнее задание
14
15
16
17
18
19
20
21
Диэлектрики.
Постоянный
ток.
Проводимость металлов
Магнитостатика.
Уравнения
Максвелла.
Электромагнитные волны.
Поляризация света.
Дисперсия света.
Волновая оптика
Квантовая оптика
Квантовая механика.
Волновые свойства частиц.
Итого в третьем модуле
5
6,5
2
1.5
1
2
3
2
7,5
6,5
1,5
2
1
0,5
2
2
3
2
13,5
3,5
1
13,5
3,5
2
2
6
17,5
12
3
3
2,5
2
2
10
7
82
20
10
10
42
9
Четвертый модуль
Лекций -20 часов . Семинаров- 10 часов. Лабораторных работ - 10 часов
текущий контроль - домашнее задание, контрольная работа
Форма итогового контроля - экзамен
22
23
24
25
26
Атом Бора.
Уравнение Шредингера.
Применение
уравнение
Шредингера.
Операторный метод.
Атом водорода в общем
случае.
27
Принцип неразличимости.
28
Элементы физики твердого
тела.
29
30
Атомное ядро.
Элементарные частицы.
Итого во четвертом модуле
15,5
8,5
10.5
2,5
3
3
2
2
2
4
11.5
10
3
1
2
3
7
2
11.5
2,5
1
1.5
1.5
20
1
7.5
82
7
3
5
6
6
5
10
3
5
10
5
42
III. Формы контроля студентов
Текущий контроль предусматривает работу на семинарах (Сn) , домашнее задание
(Дn), контрольную работу (Крn), коллоквиум (Колn), выполнение и сдача лабораторных
работ (Лрn). Здесь индекс " n " обозначает номер модуля.
Такие виды контроля как работа на семинарах (Сn), выполнение и сдача лабораторных
работ (Лрn) в обязательном порядке учитываются при выставлении накопленной оценки
каждого модуля.
Остальные виды контроля могут варьироваться по модулям, согласно рабочему
учебному плану.
Промежуточный контроль рабочим учебным планом.
сдача зачета (Зч)/экзамена (Э), предусмотренного
Итоговый контроль - зачет/экзамен
Элементы текущего контроля:
Сn - оценка за работу на семинарах (n- номер модуля). Оценка выставляется как
среднее арифметическое (с учетом правил округления до целого числа баллов) оценок за
каждый семинар Сi , проводимый согласно календарному плану в данном модуле Cn =
∑𝑵
𝒏=𝟏 𝑪𝒊
𝑵
, где N - количество семинаров в модуле.
Оценка за каждый семинар Ci формируется по десятибалльной шкале как взвешенная
сумма (с учетом правил округления до целого числа) полученных оценок за выполнение
текущего домашнего задания Сдз и за активное участие в работе семинаре (решение задач
у доски и проверочные самостоятельные работы) Скл.
Студенты, не явившиеся на семинар, получают оценку
Сi = 0
баллов, явившиеся
Сi = 3
балла..
Ci = 0.3 Сдз + 0.7  Скл .
– оценка за домашнее задание (n - номер модуля). Оценка выставляется как среднее
арифметическое (с учетом правил округления до целого числа баллов) оценок за каждую
Дn
задачу Дi : Дn =
∑𝐍
𝐢=𝟏 Д𝐢
.𝐍
,
где N – количество задач в домашнем задании. Оценка за
каждую задачу Дi выставляется по десятибалльной шкале при условии сдачи задания в
срок и по восьмибалльной шкале в ином случае. За несданное домашнее задание за
неделю до зачетно-экзаменационной недели данного модуля выставляется оценка Дn = 0
баллов.
Крn
– оценка за контрольную работу (n - номер модуля).
Оценка выставляется как
среднее арифметическое (с учетом правил округления до целого числа баллов) оценок за
каждую задачу Крi:
∑𝑵 Кр
Крn = 𝒊=𝟏 𝒊, где N – количество задач в контрольной работе.
𝑵
Оценка за каждую задачу Крi выставляется по десятибалльной шкале. Контрольная
работа, написанная на неудовлетворительную оценку (1, 2, 3 балла), может быть
переписана один раз в свободное от занятий время, при согласовании времени
переписывания между преподавателем и студентами группы. При переписывании оценка
за каждую задачу Крi выставляется по восьмибалльной шкале.
Колn - оценка за коллоквиум (n- номер модуля ). Выставляется по десятибалльной шкале
при условии сдачи коллоквиума в срок и по восьмибалльной шкале в ином случае.
Допускается только одна пересдача коллоквиума.
Лрn - оценка за выполнение и сдачу лабораторных работ (n - номер модуля). Оценка
представляет собой среднее арифметическое (с учетом правил округления до целого числа
∑N Лрi
баллов) оценок за каждую лабораторную работу Лрi : Лрn
= i=1
, где N N
количество лабораторных работ, указанных в графике выполнения лабораторных работ,
в течение текущего модуля. Если за одну из лабораторных работ получена
неудовлетворительная оценка (0,1,2,3), то выставляется результирующая оценка за
выполнение и сдачу лабораторных работ Лрn = 0 баллов. График составлен на один
семестр (два модуля).
Если не сданы две лабораторные работы на положительные оценки, то к выполнению
следующей студент не допускается.
Выполнение лабораторной работы состоит их 4-х этапов.
1. Конспект выполняемой лабораторной работы. Конспект должен быть подготовлен
дома и показан преподавателю на занятии до выполнения лабораторной работы.
2. Выполнение лабораторной работы. Работа выполняется только в присутствии
преподавателя в лаборатории. После выполнения необходимо получить подпись
лаборанта о сдаче лабораторного имущества, и подпись преподавателя о выполнении
работы и правильности полученных экспериментальных результатов.
3. Сдача теоретического материала по теме лабораторной работы. Происходит в устной
форме согласно графику выполнения работ, как правило, на следующем занятии после
выполнения лабораторной работы. Если теоретическая часть не сдана в отведенное на
занятии время, то сдача/пересдача этого этапа может происходить в присутственные часы
преподавателя на кафедре в свободное от учебы время.
4. Представление результатов измерений и расчетов. Расчет и обработка результатов
измерения проводится дома и предоставляется преподавателю, как правило, на
следующем занятии после выполнения работы.
Если однн из этапов работы не выполнен, то за данную лабораторную работу ставится
оценка Лрi = 0 баллов. Оценка за каждую лабораторную работу Лрi определяется по
десятичной шкале как взвешенная сумма полученных оценок каждого этапа выполнения
лабораторной работы по формуле:
Лрi = 0,2 Консп + 0,3 Вып + 0,3 Теория + 0,2 Рез ,
где
Консп - оценка за конспект к выполняемой лабораторной работе. Выставляется по
десятибалльной шкале при условии сдачи этого этапа в срок и по восьмибалльной шкале в
ином случае. при получении неудовлетворительной оценки (0,1,2,3) за этот этап к
выполнению следующего этапа студент не допускается.
Вып - оценка за выполнение лабораторной работы. Выставляется по десятибалльной
шкале. Положительная оценка может быть вставлена только в том случае, если
результаты эксперимента занесены в рабочую тетрадь студента ручкой. При получении
неудовлетворительной оценки (0,1,2,3) за этот этап к выполнению следующего этапа
студент не допускается.
Теория - оценка за сдачу теоретического материала по теме лабораторной работы.
Выставляется по десятибалльной шкале при условии сдачи в срок и по восьмибалльной
шкале в ином случае.
Рез - оценка за предоставление результатов измерения и расчетов. Выставляется по
десятибалльной шкале при условии сдачи этого этапа в срок и по восьмибалльной шкале в
ином случае.
Порядок формирования оценок по дисциплине.
Оценки складываются из:
Накопленной оценки (Н), которая формируется по десятибвлльной шкале (с учетом
правил округления до целого числа) как взвешенная сумма полученных оценок всех форм
текущего контроля, предусмотренных рабочим учебным планом данного модуля.
В каждом модуле формулы для расчета накопленной оценки определяются формами
текущего контроля данного модуля.
Оценки за экзамен (Э)/зачет (Зч).
Результирующая оценка (Р) является взвешенной суммой накопленной оценки (Н) и
оценки за экзамен/зачет (Э/Зч): Р = 0.7Н + 0.3(Э/Зч). Если рабочим учебным
планом в данном модуле не предусмотрен экзамен/зачет, то накопленная оценка в этом
модуле входит в результирующую оценку следующего модуля, в котором предусмотрен
экзамен/зачет.
Первый модуль (1-ый курс)
Элементы текущего контроля первого модуля.
C1 - оценка за работу на семинаре.
Лр1 - оценка за выполнение и сдачу лабораторных работ. Количество лабораторных работ
определяется графиком выполнения лабораторных работ и календарным планом. Кол1 оценка за коллоквиум. .
Накопленная оценка Н1 формируется по десятибалльной шкале как взвешенная сумма
полученных оценок текущего контроля по формуле:
Н1 = 0.5С1 + 0,5 Лр1
с учетом правил округления до целого числа баллов при условии , если Лр1 >3. Если это
условие не выполняется, то Н1 = 0.
Промежуточный контроль первого модуля - зачет. Оценка Зч1 выставляется по
десятибалльной шкале по итогам сдачи зачета в устной форме.
Результирующая оценка Р1 формируется по десятибалльной шкале как взвешенная
сумма накопленной оценки и оценки за зачет по формуле:
Р1 = 0,7 Н1 + 0,3Зч1
Второй модуль (1-курс)
Элементы текущего контроля второго модуля.
C2 - оценка за работу на семинаре.
Лр2 - оценка за выполнение и сдачу лабораторных работ.
Кр2 - оценка за контрольную работу. Тематика контрольной работы - молекулярная
физика, основы термодинамики. Контрольная работа проводится на 7-й неделе второго
модуля.
Кол2 - оценка за коллоквиум. Тематика коллоквиума - молекулярная физика, основы
термодинамики. Проводится на 6-й неделе второго модуля.
Накопленная оценка Н2 формируется по десятибалльной шкале как взвешенная сумма
полученных оценок текущего контроля по формуле:
Н2 = 0,2С2 + 0,2Лр2 + 0,3 Кол2 +0,3 Кр2
с учетом правил округления до целого числа баллов при условии , если Лр2 >3, Кр2 >3.
Если это условие не выполняется, то Н2 = 0.
Третий модуль (1 курс)
Элементы контроля третьего модуля.
С3 - оценка за работу на семинаре.
Лр3 - оценка за выполнение и сдачу лабораторных работ.
Кол3 - оценка за коллоквиум. Тематика коллоквиума - электростатика, постоянный ток,
магнитостатика, электромагнитная индукция, уравнения Максвелла, электромагнитные
волны. Проводится на 8-й неделе третьего модуля.
Д3 - оценка за домашнее задание. Тематика домашнего задания - электромагнитная
индукция, уравнения Максвелла, электромагнитные волны, волновая оптика. Срок сдачи 9-я неделя третьего модуля.
Накопленная оценка Н3 формируется по десятибалльной шкале как взвешенная сумма
полученных оценок текущего контроля по формуле:
Н3 = 0,2С3 + 0,2Лр3 + 0,3 Кол3 +0,3Д3
Четвертый модуль (1 курс)
Элементы контроля четвертого модуля.
С4 - оценка за работу на семинаре.
Лр4 - оценка за выполнение и сдачу лабораторных работ.
Кр4 - оценка за контрольную работу. Тематика контрольной работы - квантовая оптика,
волны де Бройля, соотношения неопределенностей, атом Бора, применение уравнения
Шредингера. Проводится на 6-й неделе четвертого модуля.
Д4 - оценка за домашнее задание. Тематика домашнего задания - применение уравнения
Шредингера, атом водорода. Срок сдачи - 8 неделя четвертого модуля.
Накопленная оценка Н3 формируется по десятибалльной шкале как взвешенная сумма
полученных оценок текущего контроля по формуле:
Н4 = 0,2С4 + 0,2Лр4 + 0,3 Кол4 + 0,3Д4
с учетом правил округления до целого числа баллов при условии , если Лр4 >3, Д4 > 3,
Кр4 > 3. Если это условие не выполняется, то Н4 = 0.
Итоговый контроль четвертого модуля - экзамен. Оценка Э4 выставляется по
десятибалльной шкале по итогам сдачи экзамена в устной форме.
Результирующая оценка Р4 формируется по десятибалльной шкале как взвешенная сумма
полученных оценок текущего контроля и экзамена
Р4 = 0,7 {(Н2 + Н3 + Н4)/3} + 0,3Э4
Правила округления до целого числа баллов при выставлении оценок: средневзвешенная
оценка округляется до большего целого, если дробная часть оценки не ниже 0,5, в
противном случае оценка округляется до меньшего целого.
Результирующая оценка (Р) по результатам текущего контроля и зачета ставится: "зачет" ,
если Р >3 , и "не зачет" , если Р  3.
Таблица соответствия оценок по десятибалльной и пятибалльной системам
По десятибалльной шкале
1 - неудовлетворительно
2 - очень плохо
3 - плохо
4 - удовлетворительно
5 - весьма удовлетворительно
6 - хорошо
7 - очень хорошо
8 - почти отлично
9 - отлично
10 - блестяще
По пятибалльной шкале
неудовлетворительно - 2
удовлетворительно - 3
хорошо - 4
Отлично - 5
IY. Содержание программы
Темы 1-5
1. Кинематика .
1.1 Механическое движение. Материальная точка. Твердое тело.
1.2 Система отсчета. Часы. Синхронизация времени.
1.3. Радиус -векторное и координатное описание положения материальной точки.
1.4. Перемещение. Путь.
1.5 Скорость, ускорение.
1.6. Криволинейное движение. Полное ускорение. Тангенциальное и нормальное
ускорения. .
1.9 Поступательное движение и вращательное движение абсолютно твердого тела
относительно неподвижной оси.
1.10. Вектор элементарного углового перемещения. Угловая скорость, ускорение.
1.11. Связь линейных и угловых характеристик кинематического движения.
1.12. Прямая и обратная задачи кинематики.
2. Динамика.
2.1. 1-й закон Ньютона. Инерциальные и неинерциальные системы отсчета..
2.2. 2- й закон Ньютона. Сила. Масса, ее свойства. импульс. 2-й закон в обобщенном
виде. 3-й закон Ньютона.
2.3. Динамика системы материальных точек. . Импульс системы материальных точек
(тел). Закон изменения импульса системы материальных точек (тел) ( основной закон
динамики системы материальный точек (тел). Закон сохранения импульса системы
материальных точек (тел).
2.4. Центр масс (инерции), его свойства. Уравнение динамики центра масс. Закон
сохранения импульса системы тел в рамках понятия центра масс. Поступательное
движение абсолютно твердого тела.
3. Работа, энергия. Динамика вращательного движения.
3.1. Элементарная работа силы. Работа силы. Мощность. Работа результирующей силы.
Кинетическая энергия материальной точки. связь работы результирующей силы с
приращением кинетической энергии материальной точки. Кинетическая энергия системы
материальных точек.
3.2. Потенциальное поле. Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальная
энергия материальной точки. Потенциальная энергия системы материальных точек.
Механическая энергия материальной точки, системы материальных точек. Закон
сохранения и изменения механической энергии.
3.3. Связь между консервативной силой и потенциальной энергией в интегральной и
дифференциальной формах. Градиент потенциальной энергии. Потенциальные кривые.
Яма, барьер. Условия равновесия материальной точки и их устойчивости.
3.4. Момент импульса материальной точки и момент силы относительно неподвижного
начала. Момент импульса системы материальных точек. Закон сохранения и изменения
момента импульса системы материальных точек.
3.5. Закон динамики вращательного движения абсолютно твердого тела. Момент инерции.
Теорема Штейнера.
3.6. Кинетическая энергия вращательного движения. Работа момента силы. Плоское
движение абсолютно твердого тела. Ц- система. Кинетическая энергия произвольного
плоского движения абсолютно твердого тела.
3.7. Уравнение динамики абсолютно твердого тела. Условия равновесия . Определение
ускорения центра масс однородного шара, скатывающего с наклонной плоскости на
основании законов динамики абсолютно твердого тела.
4. Колебания и волны.
4.1. Свободные колебания в отсутствии сил трения. Гармонический осциллятор.
Дифференциальное уравнение. Анализ его решения. Роль начальных условий. Энергия
колебаний.
4.2. Пружинный, физический. математический маятник.
4.3. Затухающие свободные колебания. Дифференциальное уравнение. Анализ его
решения. Коэффициент затухания. время релаксации, декремент, логарифмический
декремент. Апериодический процесс.
4.4. Вынужденные колебания. Дифференциальное уравнение. Анализ его решения.
Амплитудная резонансная и фазовая резонансная характеристики. Резонанс и его
физический смысл.
4.5. Волны. Уравнение плоской бегущей монохроматической волны. Амплитуда, частота.
период, длина волны. волновой вектор. Фаза. Волновая поверхность. Фазовая скорость.
4.6. Волновое уравнение. Волновой пакет. Групповая скорость.
5. Специальная теория относительности (СТО).
5.1. Постулаты СТО..Платформа Эйнштейна. Световые часы. Длина стержня. Формулы
преобразования координат и времени Лоренца.
5.2. Следствия из формул преобразования координат и времени. Относительность
одновременности событий. Причинно-следственная связь событий. Предельная скорость.
Лоренцево сокращение размеров тела. Собственная длина. Относительность временных
промежутков. Собственное время..
5.3. Интервал между событиями. Типы интервалов. Преобразование скорости.
5.4. Основное уравнение релятивистской динамики... Релятивистская кинетическая
энергия. Связь между полной энергией, энергией покоя и импульсам. Инварианты СТО.
Темы 6-10
6. Молекулярно-кинетическая теория (МКТ). Функции распределения.
6.1. Вероятность, плотность вероятности.
6.2. Пространство скоростей. Распределение Максвелла по компоненте скорости молекул
идеального газа.. Нормировка. Среднее значение .
6.3. Распределение Максвелла по вектору скорости, по модулю скорости Характерные
скорости.
6.4. Барометрическая формула. Распределение Больцмана. Распределение МаксвеллаБольцмана.
6.5. Основное уравнение МКТ для температуры, для давление. Теорема о равномерном
распределении энергии по степеням свободы.
7. Основы термодинамики.
7.1.
Основные представления. Макросистема. Макросостояние. Равновесное
макросостояние. Термодинамическая система. Основное положение термодинамики.
7.2. Первый закон термодинамики. Работа, Теплота, Внутренняя энергия
термодинамической системы. Применение первого начала термодинамики к
изопроцессам.
7.3. Теплоемкость. Уравнение Майера. Уравнение адиабаты.
7.4. Циклы. КПД цикла. Тепловая машина. Второй закон термодинамики. Формулировки
Томсона, Клаузиуса.
7.5. Цикл Карно. Его КПД. 1,2 теоремы Карно. Обратимые и необратимые процессы.
Приведенная теплота.
7.6. Равенство и неравенство Клаузиуса для произвольного цикла. Энтропия. Закон
возрастания энтропии. Основное равенство и неравенство термодинамики.
8. Формула Больцмана.
8.1. Микросостояние. Термодинамическая вероятность Формула Больцмана.
8.2. 3-й закон термодинамики.
9. Реальный газ.
9.1. Уравнение Ван-дер-Ваальса.
Физический смысл поправок Ван-дер-Ваальса.
Изотермы Ван-дер-Ваальса.
9.2. Внутренняя энергия реального газа.
10. Явления переноса в идеальных газах.
10.1. Длина свободного пробега. Частота столкновений молекул.
10.2. Самодиффузия. Уравнение Фика. Связь коэффициента диффузии с молекулярными
характеристиками.
10.3. Внутреннее трение. Уравнение Ньютона. Связь коэффициента внутреннего трения с
молекулярными характеристиками.
10.4. Теплопроводность. Уравнение Фурье. Связь коэффициента теплопроводности с
молекулярными характеристиками.
Темы 11-18
11. Электростатика.
11.1. Свойства электрических зарядов. Закон Кулона. Электрическое поле.
Напряженность. Принцип суперпозиции. электрических полей. Поток электрического
поля.
11.2. Теорема Гаусса в интегральной форме. Дивергенция вектора. Теорема Гаусса в
дифференциальной форме.
12. Потенциальность электростатического поля.
12.1 Работа кулоновской силы по перемещению электрического заряда. Потенциальная
энергия парного взаимодействия точечных заряды, энергия взаимодействия системы
точечных зарядов.
12.2. Потенциал. Принцип суперпозиции электрических полей для потенциалов. Теорема
о циркуляции напряженности электростатического поля.
12.3. Применение теорем Гаусса и циркуляции для расчета электростатических полей
плоского, линейного, сферического зарядов, поля равномерно по объему заряженного
шара.
12.4. Градиент потенциала. Связь потенциала и напряженности в дифференциальной
форме. Диполь. Электрическое поле диполя.
13. Проводники.
13.1.
Свободные заряды. Электрическое поле вблизи поверхности проводника.
Электроемкость уединенного проводника.
13.2. Конденсаторы. Электроемкость конденсатора. Плоский и сферический конденсатор.
Энергия заряженного конденсатора. Энергия электрического поля.
14. Диэлектрики.
14.1. Поляризация диэлектрика. Поляризованность (Р). Связь между Р и поверхностной
плотностью связанного заряда. Теорема Остроградского-Гаусса для произвольной
диэлектрической среды.
14.2. Связь между векторами напряженности, поляризованности, электрической
индукции. теорема Остроградского - Гаусса для вектора электрической индукции.
Линейные диэлектрики. Диэлектрическая восприимчивость и проницаемость.
14.3 Явления на границе раздела двух диэлектриков. Граничные условия. Закон
преломления силовых линий.
15.. Электрический ток. Проводимость металлов.
15.1. Электрический ток. Уравнение непрерывности в общем случае и в случае
постоянного тока.
15.2 Потенциальность электрического поля в проводниках с постоянным током. Закон
Ома для однородного участка цепи.
15.3. Необходимые условия существования тока. Закон Ома для неоднородного участка.
цепи, замкнутой цепи.
15.4. Закон Джоуля - Ленца в интегральной и дифференциальной форме. Превращение
энергии в цепи постоянного тока.
15.5. Классическая теория электропроводности металлов. Законы Ома и Джоуля - Ленца в
рамках последней.
16. Магнитостатика.
16.1. Магнитное поле. Сила Ампера, Лоренца. Контур с током . Магнитный момент
контура с током. Момент силы Ампера.
16.2 Магнитное поле. закон Био-Савара-Лапласа. Принцип суперпозиции магнитных
полей. Расчет магнитной индукции для длинного прямолинейного тонкого проводника с
током и в случае конечной длины проводника.
16.3. Поток магнитного поля. Теорема Остроградского - Гаусса для магнитного поля в
интегральной и дифференциальной форме.
16.4. Теорема о циркуляции магнитной индукции в интегральной и дифференциальной
формах. Магнитное поле бесконечного соленоида.
16.5. Магнетики. Намагниченность. Теорема
о циркуляции намагниченности в
интегральной и дифференциальной формах.
16.6. Теорема о циркуляции магнитной напряженности
в интегральной и
дифференциальной формах. Связь между магнитной индукцией, магнитной
напряженностью,
магнитной
индукцией.
Линейные
магнетики.
Магнитная
восприимчивость и проницаемость. Диамагнетики, парамагнетики. ферромагнетики.
17. Уравнения Максвелла. Электромагнитные волны.
17.1. Универсальный закон электромагнитной индукции. Вихревое электрическое поле.
Первое уравнение Максвелла в интегральной и дифференциальной формах.
17.2 Явление самоиндукции. Индуктивность бесконечного соленоида. Энергия
магнитного поля, объемная плотность энергии магнитного поля.
17.3. Ток смещения. Теорема о циркуляции магнитной напряженности в интегральной и
дифференциальной формах (2-е уравнение Максвелла ).
17.4. Уравнение Максвелла
в интегральной и дифференциальной формах. Их
характеристика.
17.5. Уравнение Максвелла в случае нейтральной. непроводящей, однородной и
изотропной среды . в дифференциальной форме. Волновое уравнение. Уравнение плоской
бегущей монохроматической волны. Ее свойства.
17.6. Объемная плотность энергии и плотность потока энергии электромагнитной волны.
Вектор Умова - Пойнтинга.
18. Поляризация света.. Закон Малюса. Частичная поляризованный свет. Естественный
свет.
18.1 Дисперсия света. Электронная дисперсия.
Тема 19
19. Волновая оптика.
19.1. Интерференция света. Когерентность волн. Интерференционное слагаемое.
Оптическая разность хода. Максимумы и минимумы интенсивности света при
интерференции.
19.2 Модель длинных цугов. Классический способ получения интерференции. Временная
когерентность , длина когерентности.
19.3. Интерференция тонких пленок. Полосы равной толщины и наклона.
пространственная когерентность.
19.4. Дифракция света. Основные положения принципа Гюйгенса- Френеля. Дифракция
Френеля. Метод зон Френеля.
19.5. Дифракция Фраунгофера ( в параллельных лучах). Дифракция на одной щели.
Дифракционная решетка.
Тема 20,21
20. Квантовая оптика.
20.1. Фотоэффект.
20.2. Эффект Комптона.
20.3. Тепловое излучение.
21. Волновые свойства частиц.
21.1 Свойства волн де Бройля. Опыт Джермера-Дэвиссона.
21.2. Соотношения неопределенностей.
Тема 22 - 26
22. Атом Бора.
22.1. Постулаты Бора. Расчет энергии . радиусов орбит, скорости электрона. Спектры
излучения. Опыт Франка-Герца.
22.2. Опыт Штерна-Герлаха. Пространственное квантование.
23. Уравнение Шредингера.
23.1. Общее уравнение Шредингера.
23.2. Стандартные условия для волновой функции.
23.3. Стационарное уравнение Шредингера. Стационарное квантовое состояние..
24. Применение уравнения Шредингера
24.1. Потенциальный ящик.
24.2. Гармонический осциллятор.
24.3. Потенциальный прямоугольный барьер.
24.4. Туннельный эффект.
24.5 Атом водорода. Основное состояние.
25. Операторный метод..
25.1. Основные положения квантовой механики.
25.2. Условия одновременного измерения физических величин.
25.3. Дифференцирование операторов по времени.
25.4. Теоремы Эренфеста.
26. Атом водорода в общем случае.
26.1. Представление о атомах щелочных металлов.
Темы 27-30
27. Элементы квантовой статистики.
27.1. Принцип неразличимости. Принцип Паули.
27.2 Распределение Ферми-Дирака.
27.3 Распределение Бозе-Эйнштейна.
27.4. Характеристическое рентгеновское излучение.
28..
Элементы физики твердого тела.
28.1. Приближение слабой связи.
28.2. Приближение сильной связи.
28.3. Динамика электрона в кристаллической решетке. Квазиэлектроны и дырки.
29. Атомное ядро
29.1 Характеристики атомного ядра
29.2 Радиоактивность. Закон радиоактивного распада. -распад, - распад. Нейтрино.
- излучение.
30.
Элементарные частицы.
30.1. Фундаментальные взаимодействия.
30.2. Систематика элементарных частиц. Фотоны, лептоны, адроны. Законы сохранения.
30.3. Кварковая модель адронов
Лабораторные работы по темам 1-5.
1. Вводная лабораторная работа. Физические измерения и обработка результатов
изменения.
2. № 1. Изучение законов вращательного движения твердого тела на приборе Обербека.
3. № 2. Изучение динамических законов на машине Атвуда.
4. № 3. Изучение законов динамики на машине Атвуда.
5. № 5. Определение момента инерции и проверка теоремы Штейнера методом
крутильных колебаний.
6. № 7. Определение момента инерции махового колеса.
7. № 15. Определение момента инерции методом колебаний.
8. № 16. Изучение затухающих колебаний.
9. № 18. Определение длины волны и скорости звука.
Лабораторные работы по темам 6 - 10.
1. № 60. Определение отношения теплоемкостей воздуха.
2. № 61. Определение вязкости жидкостей и газов.
3. № 62. Изучение статистических закономерностей на механических моделях.
4. № 63. Определение коэффициента теплопроводности воздуха.
Лабораторные работы по темам 11 - 18.
1. № 20. Введение в лабораторный практикум по электричеству и магнетизму.
2. № 21. Измерение емкости конденсаторов с помощью баллистического конденсатора.
3. № 22. Исследование электростатических полей с помощью электролитической ванны.
4. № 23. Изучение электропроводности металлов.
5. № 24. Измерение электродвижущей силы и кпд источников тока.
6. № 31. Определение удельного заряда электрона.
7. № 33. Определение индукции магнитного поля на оси кругового тока и соленоида.
8. № 34. Исследование колебательных процессов с помощью осциллографа.
9. № 431. Определение степени поляризации света. Закон Малюса.
10. № 432. Исследование линейно и эллиптически поляризованного света.
Лабораторные работы по теме 19.
1. № 411. Определение длины световой волны с помощью бипризмы Френеля.
2. № 412. Определение радиуса кривизны линзы интерференционным методом.
3. № 421. Дифракция на щели и нити.
4. № 422. Дифракция Фраунгофера.
5. № 423. Дифракция Фраунгофера на двумерной плоской решетке.
Лабораторные работы по теме 20.
1. № 45. Изучение законов теплового излучения.
2. № 46. Изучение внешнего фотоэффекта.
3. № 49. Определение работы выхода из металла.
Лабораторные работы по теме 21 -26.
1. № 50. Определение первого потенциала возбуждения атомов газа.
2. № 48. Изучение спектров излучения атомарных газов.
Лабораторные работы по теме 27 -29.
1. № 52. Поглощение бета-частиц в алюминии.
2. №54. Исследование ослабления потока гамма-лучей в свинце.
Информация о лабораторных работах, выполняемых в ходе учебного процесса, указана в
графиках лабораторных работ..
Литература
1. Трофимова Т.И. Курс физики. М., Academa, 2005г. (или другие издания).
2. Савельев И.В. Курс общей физики (в пяти книгах).М., Астрель. АСТ, любой год
издания.
3. Тяпкин Г.Н. Квантовая механика (курс лекций), МИЭМ, 2013.
4. Трофимова Т.И. Сборник задач по курсу физики. М., "Оникс 21 век" "Мир и
Образование" 2005г. (возможны более последние изд).
5. Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике, любой год издания любого
издательства.
Методические указания к лабораторным работам.
1. Лабораторный практикум по механике, колебаниям и волнам. МИЭМ, М , 2010 г.
2. Молекулярная физика. МИЭМ, М., 2011г.
3. Лабораторный практикум по электричеству и магнетизму. МИЭМ.М., 2006г.
4. Лабораторный практикум по волновой оптике. МИЭМ, М. 2006г.
5. Методические указания к лабораторным работам по квантовой оптике, атомной и
ядерной физике. МИЭМ, М., 2008г.
Материально-техническое обеспечение дисциплины
Физические лаборатории:
"Механика",
"Молекулярная физика",
"Электричество и магнетизм",
"Волновая оптика",
"Квантовая оптика и атомная физика"
"ядерная физика"
Кабинет физических демонстраций.
Автор программы ______________________Тяпкин Г.Н.