Физика. Рабочая программа

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра физики

ФИЗИКА Рабочая программа Факультеты: все Направления подготовки дипломированных специалистов и отнесенные к ним специальности: 650000 – техника и технологии. Направление подготовки бакалавров: 550000 – технические науки

Санкт-Петербург 2002

2

Утверждено редакционно-издательским советом университета УДК 53(07) ФИЗИКА. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА.- СПб.: СЗТУ, 2002, 39 с. Настоящее издание предназначено для студентов первого, второго и третьего курсов всех специальностей. Рабочая программа разработана в соответствии с Государственными образовательными стандартами высшего специального образования по направлениям подготовки дипломированных специалистов и отнесенных к ним специальностям: 650000 - техника и технологии, а также направлениям подготовки бакалавров: 550000 – технические науки. Рецензенты:

кафедра физики СЗТУ (В.А.Подхалюзин, канд.техн.наук, доц.); В.Е.Привалов, д-р физ.-мат.наук, проф. кафедры физики БГТУ «Военмех» им. Д.Ф.Устинова.

Составители:

А.Б.Федорцов, д-р физ.-мат.наук, проф.; Ю.А.Карташов, канд.техн.наук, проф.; Е.А.Лиходаева, канд.техн.наук, доц.; С.В.Михайлова, канд.пед.наук; И.А.Торчинский, д-р.физ.-мат.наук, проф.; В.Б.Харламова, доц.; А.И.Шерстюк, д-р физ.-мат.наук.

© Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2002.

3

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ПРЕПОДАВАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ “ФИЗИКА” Учебная программа по дисциплине “Физика” разработана в соответствие с требованиями Государственных Образовательных Стандартов для всех специальностей, представленных в СЗТУ. Дисциплина “Физика” совместно с дисциплинами “Высшая математика”, “Информатика” и “Теоретическая механика” играет роль фундаментальной базы для теоретической подготовки инженера, без которой невозможна его успешная деятельность в любой области современной техники. С другой стороны, физика составляет фундамент естествознания. В основании современной естественнонаучной картины мира лежат физические принципы и концепции. Общая задача обучения - подготовка квалифицированного инженера по конкретной специальности. Для решения этой задачи необходимо формирование у студентов базы знаний, умений и навыков для изучения специальных дисциплин. Определяющая задача обучения – формирование необходимых методических навыков. В результате обучения по дисциплине “Физика” студенты должны достигнуть следующих уровней подготовленности: 1.Иметь представление: - о фундаментальном единстве естественных наук; - о дискретности и непрерывности в природе; - о соотношении порядка и беспорядка в природе, упорядоченности строения объектов, переходах в неупорядоченное состояние и наоборот; - о динамических и статистических закономерностях в природе; - о вероятности как объективной характеристике природных систем; - о принципах симметрии и законах сохранения; - о Вселенной в целом как физическом объекте и ее эволюции; - о новейших открытиях естествознания, перспективах их использования для построения технических устройств. 2.Овладеть фундаментальными понятиями, законами и теориями современной и классической физики, а также методами теоретического и экспериментального исследования в физике. 3.Уметь: - пользоваться современной научной аппаратурой для проведения физических экспериментов; - оценивать погрешности измерений; - использовать навыки физического моделирования для решения прикладных задач по будущей специальности.

4

Физика – наука, изучающая простейшие, и вместе с тем, наиболее общие законы природы. Понятия физики лежат в основе всего естествознания и являются основой для создания техники. Дисциплина “Физика” базируется на системе прочно вошедших в науку законов и положений физики. Эта система представлена в виде типовых взаимосвязанных разделов физики (“Физические основы механики”, “Молекулярная физика и термодинамика”, “Электричество и магнетизм”, “Колебания и волны”, “Квантовая физика”, “Оптика”, “Атомная и ядерная физика”, позволяющих наиболее логично связать их с основными направлениями развития техники. Основой изучения физики являются знания, полученные в средней школе. Усиление фундаментальных знаний достигается в ВУЗе последовательным изучением всех разделов на новой математической, демонстрационной и экспериментальной основе. Для этого используются все виды учебных занятий: лекции, практические и лабораторные занятия, работа в дисплейном классе. Теоретический материал, изложенный на лекциях, должен сопровождаться рассмотрением приложений физики в современной технике. Практические и лабораторные занятия являются эффективными формами закрепления знаний и проявления творческих способностей студентов. Лабораторные занятия должны дать навыки самостоятельного измерения физических величин, обработки экспериментальных результатов с помощью ЭВМ и оформления отчетов. Особое внимание следует уделить работам с элементами НИРс, развивающими творческие способности студентов. Особое значение в условиях заочного обучения приобретает самостоятельная работа студентов, С этой целью кафедрой физики разработан целый комплекс учебно-методической литературы, включающий письменные тексты лекций по отдельным разделам дисциплины “Физика”, методические указания и контрольные задания, методические указания к проведению лабораторных работ. Задача этой литературы – помочь студенту в усвоении основных законов и понятий физики. Большое внимание должно быть уделено различным формам текущего контроля на всех видах занятий. Итоговый контроль в соответствие с учебным планом осуществляется в форме зачетов или экзаменов.

5

2. СТРУКТУРА ДИСЦИПЛИНЫ Структура учебной дисциплины “Физика” представлена в виде блоксхемы. Структура учебной дисциплины “Физика” Физические основы механики: -кинематика -динамика -законы сохранения

Молекулярная и статистическая физика, термодинамика: -молекулярнокинетическая теория -классическая статистика -термодинамика

Квантовая физика: -квантовая оптика и квантовая механика -строение атома --физика твердого тела -физика атомного ядра.

Электричество и магнетизм: -электростатика -стационарные токи -магнитостатика -электромагнитная индукция

Колебания и волны: -механические колебания и волны -электромагнитные колебания и волны -волновая оптика

6

3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ “ФИЗИКА”. Р А Б О Ч А Я ПРОГРАММА (Объем дисциплины 500 (250*) часов) Студенты инженерно-технических специальностей всех факультетов СЗТУ изучают дисциплину “Физика” в объеме 500 часов. Студенты факультетов радиоэлектроники, информатики и систем управления (кроме специальности 220100) изучают физику в течение четырех семестров, а студенты факультетов МФ, ЭФ, ФТВиМ и ФИСУ (специальность 220100) – в течение трех семестров. Студенты экономических специальностей 060800, 240100 и специальности 121200 изучают физику в течение двух семестров в объеме 250 часов. Поэтому в дальнейшем введены следующие обозначения: физика, ч.1; физика, ч.2; физика, ч.3, физика, ч.4 – в зависимости от того, на сколько частей делится дисциплина “Физика”. В рабочей программе после названия каждой темы в круглых скобках указано число часов на самостоятельную работу для студентов инженерно-технических специальностей, а звездочкой отмечено число часов на самостоятельную работу для студентов экономических специальностей и специальности 121200. ВВЕДЕНИЕ (2 час.); (1* час.) Предмет физики. Роль физики в развитии техники. Методы физического исследования: опыт, гипотеза, эксперимент, теория, физические величины и их измерение. Система единиц физических величин. Мировые постоянные. Размерности физических величин. Виды измерений и типы погрешностей. Основы обработки результатов измерений.

3.1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ 3.1.1. Элементы кинематики материальной точки и вращательного движения твердого тела (8 час.); (6* час.) [1], с.8…17, 39…41; [2] , с.6…14 Механическое движение. Предмет кинематики. Система отсчета. Материальная точка. Траектория. Радиус кривизны траектории. Путь и перемещение. Скалярные и векторные величины. Скорость и ускорение как производные радиус-вектора по времени. Нормальное и тангенциальное ускорения. Поступательное движение твердого тела. Вращательное движение твердого тела. Угол поворота. Угловая скорость и угловое ускорение. Связь между угловыми и линейными характеристиками движения.

7

3.1.2. Динамика материальной точки и системы материальных точек (14 час.); (10* час.) [1], с.17…26; [2] , с.14…21 Первый закон Ньютона – закон инерции. Инерциальные системы отсчета. Силы в природе. Поле как материальная причина силового взаимодействия. Сила и масса. Импульс тела. Второй и третий законы Ньютона. Понятие состояния в классической механике. Внешние и внутренние силы. Замкнутые механические системы. Закон сохранения импульса и его связь с однородностью пространства. 3.1.3. Работа и энергия (14 час.); (10* час) [1], с.28…36, 48…52, 55…61; [2] , с.23…33, 46…52 Энергия как универсальная мера различных форм движения и взаимодействия. Механическая энергия и работа. Кинетическая энергия. Потенциальная энергия. Потенциальное поле сил. Консервативные силы и потенциальные поля. Связь между силой и потенциальной энергией. Потенциальная энергия упругих деформаций и поля тяготения. Закон сохранения полной механической энергии. Соударение тел. Космические скорости. 3.1.4. Элементы динамики вращательного движения твердого тела (16 час.); (10*час.) [1], с.41…47, 52…55; [2] , с. 34…41 Понятие абсолютно твердого тела. Момент силы. Момент импульса при вращении вокруг неподвижной оси. Момент инерции материальной точки и твердого тела. Моменты инерции некоторых тел. Основное уравнение динамики вращательного движения. Физический смысл момента инерции. Закон сохранения момента импульса и его связь с изотропностью пространства. Кинетическая энергия вращающегося и катящегося тела. Работа внешних сил при вращении. 3.1.5. Элементы механики жидкости и газа (6 час.); (2* час.) [1], с.36…38; [2] , с.56…66 Давление в жидкостях и газах. Линии и трубки тока. Уравнение неразрывности. Уравнение Бернулли и следствия из него. Вязкость. Ламинарное и турбулентное течение.

8

3.1.6. Элементы релятивистской механики (8 час.); (4* час.) [1], с.69…86; [2] , с.67…80 Преобразования Галилея. Принцип относительности. Постулаты специальной теории относительности. Преобразования Лоренца и следствия из них. Основной закон релятивистской динамики материальной точки. Взаимосвязь массы и энергии. Время в естествознании. Границы применимости классической механики. 3.2. МОЛЕКУЛЯРНАЯ И СТАТИСТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА, ТЕРМОДИНАМИКА 3.2.1. Кинетические явления и теория идеальных газов (8 час.); (3* час.) [1], с.88…94, 106…115, 120…123; [2] , с.81…88, 100…101 Основные положения молекулярно-кинетической теории (МКТ). Состояние системы. Параметры состояния. Равновесные состояния и процессы. Их графическое изображение. Кинетическая теория газов. Опытные законы идеальных газов. Уравнение Менделеева-Клапейрона. Основное уравнение МКТ идеальных газов. Число степеней свободы молекул. Закон Больцмана о равномерном распределении энергии по степеням свободы. Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул. Молекулярно-кинетическое толкование температуры. Связь давления, концентрации и температуры. Внутренняя энергия идеального газа. 3.2.2. Основы классической статистической физики (5 час.); (3* час.) [1], с.89…90, 106…110, 112…115; [2] , с.88…94 Статистический метод исследования. Скорости молекул. Понятие о функции распределения. Закон Максвелла для распределения молекул идеального газа по скоростям. Наиболее вероятная, средняя арифметическая и средняя квадратичная скорости молекул. Распределение Больцмана. Эффективный диаметр молекул и средняя длина свободного пробега. 3.2.3. Явления переноса в неравновесных состояниях (2 час.); (4* час.) [1], с.115…119; [2] , с.95…99 Тепловое движение и связанный с ним перенос массы, импульса и энергии. Обратимые и необратимые процессы. Опытные законы диффузии, теплопроводности и внутреннего трения, их молекулярнокинетическая теория.

9

3.2.4. Основы термодинамики (16 час.); (6* час.) [1], с.95…103, 123…136; [2] , с.101…119 Механическая работа и теплота. Работа, совершаемая газом при изменении его объема. Первое начало термодинамики. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам. Адиабатический процесс. Теплоемкость идеального газа. Макро- и микросостояния. Термодинамическая вероятность. Понятие об энтропии. Термодинамические функции состояния. Второе начало термодинамики. Третье начало термодинамики. Структура тепловых двигателей и второе начало термодинамики. Коэффициент полезного действия идеального теплового двигателя. Цикл Карно и его КПД. 3.2.5. Реальные газы и жидкости (4 час.); (1* час.) [1], с.141…148; [2] , с.119…125, 128…130, 141…146 Межмолекулярные взаимодействия и уравнение Ван-дер-Ваальса. Поправка на собственный объем молекул. Учет притяжения молекул. Экспериментальные изотермы, критическая температура. Пересыщенный пар и перегретая жидкость. Фазовые равновесия и фазовые переходы. Фазовые переходы первого рода. Микроструктура жидкого состояния. Поверхностное натяжение, капиллярные явления. 3.3. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ 3.3.1. Электрическое поле в вакууме и веществе (22 час.) (9* час.) [1], с. 154…169; [2] , с. 148…164 Электрические заряды. Дискретность электрических зарядов. Закон сохранения зарядов в замкнутой системе. Точечные заряды. Сила взаимодействия точечных зарядов в вакууме и веществе. Диэлектрическая проницаемость вещества. Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Графическое изображение электрического поля. Принцип суперпозиции электрических полей. Работа сил электростатического поля. Потенциал электростатического поля. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля. Потенциальный характер электростатического поля. Связь между напряженностью и потенциалом. Поток вектора электрического смещения. Теорема Остроградского-Гаусса для вектора электрического смещения. Применение теоремы для расчета полей.

10

3.3.2. Электрическое поле в диэлектриках (8 час.); (2* час.) [1], с.170…181; [2] , с.152…154, 164…171. Электрический диполь. Диполь во внешнем электрическом поле, как модель молекулы диэлектрика. Типы диэлектриков. Поляризация диэлектриков. Вектор поляризации. Диэлектрическая восприимчивость и ее связь с диэлектрической проницаемостью. Связь векторов электрического смещения, поляризации и напряженности электрического поля. Сегнетоэлектрики. Прямой и обратный пьезоэффект и их применение. 3.3.3. Проводники в электростатическом поле (4 час.); (2* час.) [1], с.182…189; [2] , с.171…177 Носители тока в проводниках. Их распределение по заряженному проводнику. Перераспределение зарядов в проводнике под действием электростатического поля. Напряженность и потенциал электростатического поля в проводнике и на его поверхности. Электростатическая защита (экранирование). Электроемкость уединенного проводника. Конденсаторы. Соединение конденсаторов в батареи. 3.3.4. Энергия электростатического поля (4 час.); (2* час.) [1], с.190…194; [2] , с.177…179 Энергия системы точечных зарядов, уединенного проводника и конденсатора. Энергия электростатического поля и объемная плотность энергии. 3.3.5. Стационарные токи (20 час.); (10* час.) [1], с.195…202, 205…209, 213…225; [2] , с.180…194, 197…203 Постоянный электрический ток, его характеристики и условия существования. Сторонние силы. Классическая электронная теория электропроводности металлов. Концентрация и подвижность носителей заряда. Плотность тока. Закон Ома в дифференциальной форме как следствие электронной теории электропроводности металлов. Удельная проводимость и удельное сопротивление. Сопротивление проводников, его зависимость от температуры. Электродвижущая сила и напряжение. Взаимосвязь напряжения, электродвижущей силы и разности потенциалов. Закон Ома в интегральной форме для однородного и неоднородного участков. Разветвленные цепи и правила Кирхгофа. Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца. Ток в газах. Несамостоятельный и самостоятельные разряды. Вольт-амперная характеристика несамостоятельного разряда. Газоразрядные счетчики. Газоразрядная плазма.

11

3.3.6. Магнитное поле в вакууме и веществе (30 час.); (16* час.) [1], с.226…244, 247…249, 261…274; [2] , с.204…223, 236…247 Магнитное поле. Вектор магнитной индукции. Магнитная проницаемость вещества. Вектор напряженности магнитного поля. Магнитный момент. Закон Био-Савара-Лапласа. Применение этого закона к расчету магнитного поля отрезка прямого провода, кругового тока и длинного прямолинейного проводника с током. Принцип суперпозиции магнитных полей. Вихревой характер магнитного поля. Теорема о циркуляции вектора магнитной индукции (закон полного тока). Сила Ампера. Закон Ампера. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Циклические ускорители заряженных частиц. Эффект Холла. МГД-генератор. Магнитный поток. Теорема Остроградского-Гаусса для магнитного поля. Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле. Магнитные моменты электронов и атомов. Намагниченность. Магнитная восприимчивость, ее связь с магнитной проницаемостью. Типы магнетиков. Природа диа- и парамагнетизма. Ферромагнетизм. Исследования Столетова. Магнитный гистерезис. Домены. Коэрцитивная сила и остаточное намагничение. Точка Кюри. Применение ферромагнетиков. 3.3.7. Электромагнитная индукция (10 час.); (8* час.) [1], с.275…288, [2] , с.223…236 Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея. Его вывод из закона сохранения энергии. Правило Ленца. Вращение проводящей рамки в магнитном поле. Преобразование механической работы в электрическую энергию. Переменная ЭДС и ее амплитуда. Явление самоиндукции. Индуктивность. Токи и напряжения при замыкании и размыкании цепи. Явление взаимной индукции. Принцип действия трансформаторов. Энергия магнитного поля. Объемная плотность энергии. 3.3.8. Уравнения Максвелла (13 час.); (5* час.) [1], с.289…296; [2] , с. 247…255 Вихревое электрическое поле. Ток проводимости и ток смещения. Обобщение теоремы о циркуляции вектора напряженности магнитного поля. Система уравнений Максвелла в интегральной и дифференциальной формах. Электромагнитное поле. Принцип относительности в электродинамике.

12

3.4. КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ 3.4.1. Механические колебания (26 час.); (8* час.) [1], с.298…302, 303…314; [2] , с.255…261, 263…276 Гармонические колебания. Гармонический и ангармонический осцилляторы. Физический смысл спектрального разложения. Характеристики гармонических колебаний: амплитуда, фаза, частота, начальная фаза. Скорость и ускорение точки при гармоническом механическом колебании. Упругие и квазиупругие силы. Колебания под действием этих сил. Пружинный маятник. Физический и математический маятники. Дифференциальное уравнение свободных незатухающих колебаний. Графическое изображение колебаний. Энергия гармонических колебаний. Дифференциальное уравнение затухающих колебаний и его решение. Частота затухающих колебаний. Логарифмический декремент. Добротность. Вынужденные колебания. Амплитуда и фаза вынужденных колебаний. Явление резонанса. Векторное представление гармонических колебаний. Сложение гармонических колебаний. Сложение гармонических колебаний одной частоты и одного направления. Биения. Сложение взаимно-перпендикулярных колебаний. Фигуры Лиссажу. 3.4.2. Электромагнитные колебания и переменный ток (20 час.); (8* час.) [1], с.302…303, 314…317; [2] , с.261…263, 276…283 Электрический колебательный контур. Свободные и затухающие колебания в электрическом контуре. Формула Томсона. Вынужденные колебания в электрическом контуре. Сила тока. Амплитудно-фазовые соотношения между напряжениями на элементах цепи. Активные и реактивные сопротивления. Импеданс цепи. Явление резонанса. Мощность в цепи переменного тока. Действующие значения силы тока и напряжения. 3.5. ВОЛНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ (24 час.); (8* час.) [1], с.318…327, 333…340; [2] , с.284…290, 297…303 Понятие волны. Механизм образования упругих волн. Кинематика волновых процессов. Волны продольные и поперечные. Гармонические волны. Длина волны, волновое число. Волновой фронт, волновая поверхность. Плоские и сферические волны. Уравнение бегущей волны. Фазовая скорость. Волновое уравнение. Принцип суперпозиции волн. Волновой пакет. Групповая скорость. Перенос энергии волной. Поток волновой энергии. Вектор Умова. Физические следствия из уравнений Максвелла. Электромагнитные волны. Возбуждение электромагнитных волн. Дифференциальное уравнение для электромагнитных волн. Свойства электромагнитных

13

волн. Перенос энергии электромагнитной волной. Вектор УмоваПойнтинга. Шкала электромагнитных волн. Применение электромагнитных волн. 3.6. ВОЛНОВАЯ ОПТИКА 3.6.1. Интерференция света (14 час.); (10* час.) [1], с.347…349, 352…357; [2] , с.316…331 Монохроматические и когерентные волны. Явление интерференции волн. Оптическая длина пути и разность хода. Связь разности фаз и разности хода. Условия возникновения интерференционных максимумов и минимумов. Способы получения когерентных волн. Расчет интерференционной картины от двух источников. Интерференция в тонких пленках. Полосы равной толщины. Кольца Ньютона. Просветление оптики. 3.6.2. Дифракция света (10 час.); (10* час.) [1], с.361…375; [2] , с.332…347 Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция Френеля на круглом отверстии в экране. Дифракция Фраунгофера на одной щели и на дифракционной решетке. Дифракция рентгеновских лучей. Понятие о голографии. Элементы Фурье-оптики. 3.6.3. Поляризация света (10 час.); (5* час.) [1], с.387…397; [2] , с.355…361, 364…367 Естественный и поляризованный свет. Закон Малюса. Частично поляризованный свет. Степень поляризации. Поляризация при отражении и преломлении. Закон Брюстера. Двойное лучепреломление в одноосных кристаллах. Обыкновенный и необыкновенный лучи и их свойства. Поляризаторы. Искусственная оптическая анизотропия. Вращение плоскости поляризации. 3.7. КВАНТОВАЯ ФИЗИКА 3.7.1. Квантовая теория излучения (10 час.); (4* час.) [1], с.400…409; [2] , с.367…376 Виды электромагнитного излучения. Равновесное тепловое излучение. Энергетическая светимость и спектральная плотность энергетической светимости. Поглощательная способность. Абсолютно черное тело. Закон Стефана-Больцмана. Законы Вина. Формула Релея-Джинса. Квантовая гипотеза Планка. Формула Планка.

14

3.7.2. Основы квантовой оптики (20 час.); (10* час.) [1], с.410…413, 415…420; [2] , с.376…385 Фотоэлектрический эффект. Опытные законы внешнего фотоэффекта. Квантовая теория фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Фотоны. Импульс и энергия фотона. Эффект Комптона и его теория. Давление света. Опыты Лебедева. Корпускулярно-волновой дуализм излучения. 3.7.3. Элементы квантовой механики (30 час.); (10* час.) [1], с. 422…439; [2] , с.393…410 Корпускулярно-волновой дуализм микрочастиц. Гипотеза де Бройля. Длина волны де Бройля. Экспериментальное обнаружение волновых свойств электронов. Соотношение неопределенностей. Задание состояния микрочастиц. Волновая функция и ее статистический смысл. Условие нормировки. Операторы физических величин. Общее уравнение Шредингера. Стационарные состояния. Уравнение Шредингера для стационарных состояний. Свободная частица. Частица в одномерной потенциальной яме. Прохождение частицы через потенциальный барьер и туннельный эффект. Принцип причинности в квантовой механике. Вероятность как объективная характеристика природных систем. 3.7.4. Элементы атомной физики (20 час.); (10* час.) [1], с.444…454, 480…486; [2] , с.386…393, 412…417, 426…433 Опыты Резерфорда. Ядерная модель атома. Ионизация и возбуждение атомов и молекул. Линейчатый спектр атомов водорода. Формула Бальмера. Постулаты Бора. Объяснение спектра атома водорода по теории Бора. Опыты Франка и Герца. Уравнение Шредингера для атома водорода. Энергетический спектр атомов и молекул. Физическая природа химической связи. Объединение атомов в молекулы. Молекулярные спектры. Спонтанное и вынужденное излучение. Лазеры. 3.7.5. Квантовая статистика носителей в кристаллах и электропроводность (10 час.); (8* час.) [1], 488…490, 494…497, 501…506, 511; [2] , с. 434…441, 418…420, 442…444 Квантовая теория свободных электронов в металлах. Функция распределения Ферми-Дирака. Принцип Паули. Уровень Ферми. Соотношение между квантовой и классической статистикой. Понятие состояния в квантовой и классической механике. Энергетические зоны в кристаллах. Разрешенные и запрещенные зоны. Зонные модели металлов, диэлектриков и

15

полупроводников. Заполнение зон электронами. Динамика электронов в кристаллической решетке и эффективная масса носителя. Элементы квантовой теории электропроводности металлов. Сверхпроводимость. 3.7.6. Проводимость полупроводников (10 час.); (8* час.) [1], с.516…523; [2] , с.443…454 Понятие о полупроводниках. Собственная проводимость полупроводников. Электроны и дырки в полупроводниках. Температурная зависимость собственной проводимости полупроводников. Термисторы. Внутренний фотоэффект и фотопроводимость полупроводников. Фоторезисторы. Примесная проводимость полупроводников. Причины сильного влияния примесей на свойства полупроводников. Полупроводники электронные и дырочные. Зонные модели примесных полупроводников. 3.7.7. Контактные и термоэлектрические явления (10 час.); (5* час.) [1], с.526…530; [2] , с.454…465 Работа выхода электронов. Термоэлектронная эмиссия и электровакуумные приборы. Контактная разность потенциалов. Термоэлектрические явления. Понятие электронно-дырочного перехода. Полупроводниковый диод. Действие освещения на р-n переход. Люминисценция в р -n переходах. 3.8. ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА (30 час.); (10* час.) [1], с.532…540, 542…546; [2] , с.466…475, 481…485, 489…496 Состав и характеристики атомного ядра. Дефект массы и энергия связи. Ядерные силы. Реакции деления и синтеза. Деление тяжелых ядер. Цепная реакция деления. Ядерные реакторы. Термоядерный синтез. Радиоактивность, методы ее измерения. Экологическая опасность ионизирующих излучений. Радиационная защита.

16

3.9. ОБЪЕМЫ АУДИТОРНОЙ РАБОТЫ И ВИДЫ КОНТРОЛЯ

2 курс: спец. 060800,240100 спец.121200 3 курс: спецти ФРЭ, ФИСУ (кроме спец.220100) 3 курс: спец-ти ЭФ,МФ, ФТВиМ (кроме 121200), 220100 3 курс: спец. 150200

Котрольных

16

12

4

1

2

1

32

16

12

4

1

1

240

32

16

12

4

1

300

48

28

12

8

1

2

36

16

12

8

1

250

48

28

12

8

1

2

36

16

12

8

1

250

48

28

12

8

1

36

16

12

8

1

150

32

16

12

4

1

1

200

40

16

12

12

1

2

150

40

16

12

12

1

2

1

1

работ

Зачетов

32

110

работ

Лекций Лаб.работ Практ.зан й Экзаменов

2 курс: спец-ти ФРЭ, ФИСУ (кроме спец.220100) 2 курс: спец-ти ЭФ,МФ ФТВиМ(кроме спец.121200), 220100, 150200

2 семестр Очные часы Контроль

Всего

1 курс: спец-ти ФРЭ, ФИСУ (кроме спец.220100)

Котрольных

Специальности

1 семестр Контроль Очные часы Всего Лекций Лаб.работ Практ.зан Экзаменов Зачетов

Название дисциплины «Физика»

Объем на курс по дневной форме

Форма обучения: очно-заочная. Факультеты – все, специальности - все

17

3.10. ТЕМАТИЧЕСКИЕ ПЛАНЫ ЛЕКЦИЙ. ТЕМЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ (для студентов очно-заочной формы обучения) Тематический план лекций по I части курса общей физики для студентов очно-заочной формы обучения, изучающих физику в объеме 4-х семестров №

Темы лекций

1

Физические основы механики. Кинематика и динамика материальной точки. Законы Ньютона. Закон сохранения импульса. Работа и энергия. Работа постоянной и переменной силы. Кинетическая энергия и ее связь с работой. Потенциальная энергия упругих деформаций и поля тяготения. Закон сохранения полной механической энергии. Упругий и неупругий удар шаров. Механика вращательного движения. Кинематика вращательного движения. Момент силы. Момент инерции и момент импульса твердого тела. Основное уравнение динамики вращательного движения. Закон сохранения момента импульса. Кинетическая энергия вращающегося тела.

2

3

Объем часов 2

3

3 4

Элементы специальной теории относительности. Преобразования Галилея и механический принцип относительности. Постулаты специальной теории относительности. Преобразования Лоренца и следствия из них. Импульс и энергия в релятивистской механике. Взаимосвязь массы и энергии. 2

5

8

Молекулярная и статистическая физика. Идеальный газ. Уравнение состояния идеального газа. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории, следствия из него. Внутренняя энергия идеального газа. Элементы статистической физики. Закон Максвелла распределения молекул по скоростям. Распределение Больцмана. Физические основы термодинамики. Первое начало термодинамики, его применение к изопроцессам и к адиабатическому процессу. Теплоемкость идеального газа. Второе начало термодинамики. Понятие цикла. КПД цикла. Цикл Карно. Понятие энтропии, формулировка второго начала термодинамики в терминах энтропии.

3

3

Итого: 16 часов

18

Темы практических занятий по физике ч.I для студентов, изучающих физику в объеме 4-х семестров. Объем № Темы практических занятий часов

1 2

Физические основы механики Молекулярная физика и термодинамика

2 2 ИТОГО: 4 часа

Тематический план лекций по П части курса общей физики для студентов очно-заочной формы обучения, изучающих физику в объеме 4-х семестров Объем № Темы лекций часов

1

2

3 4

5

Электростатическое поле в вакууме. Закон Кулона. Напряженность и потенциал электростатического поля, связь между ними. Проводники в электростатическом поле. Электроемкость. Энергия электростатического поля. Теорема Остроградского- Гаусса для электростатического поля. Поток вектора напряженности электростатического поля. Теорема Остроградского-Гаусса для напряженности электростатического поля в вакууме. Примеры применения теоремы Остроградского-Гаусса для вычисления напряженности поля различных заряженных тел. Электрическое поле в диэлектриках. Свободные и связанные заряды. Типы диэлектриков. Поляризация диэлектриков. Постоянный электрический ток. Характеристики постоянного тока (сила тока, плотность тока, концентрация носителей. средняя скорость их направленного движения). Законы Ома в интегральной и дифференциальной форме. ЭДС источника. Закон Ома для полной цепи. Закон ДжоуляЛенца. Магнитное поле стационарных токов Вектор магнитной индукции. Закон Био-СавараЛапласа и его применение для вычисления полей прямого и кругового токов. Теорема о циркуляции вектора магнитной индукции. Магнитное поле соленоида.

3

2 2

2

3

19

Продолжение таблицы 6

Движение заряженных частиц в магнитном поле, Закон Ампера. Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле. Сила Лоренца. 2

7

Явление электромагнитной индукции. Закон электромагнитной индукции и его вывод на основе закона сохранения энергии. Явление самоиндукции. Энергия магнитного поля.

2

ИТОГО: 16 часов Темы практических занятий по физике ч.II для студентов, изучающих физику в объеме 4-х семестров. № 1 2

Темы практических занятий Электростатика. Постоянный ток Электромагнетизм. Электромагнитные волны

Объем часов 2 2 ИТОГО: 4 часа

Тематический план лекций по Ш части курса общей физики для студентов очно-заочной формы обучения, изучающих физику в объеме 4-х семестров № Темы лекций Объем часов 1 Механические колебания. Гармонические колебания, характеристики гармонического колебания (амплитуда, фаза, период, частота). Физический и математический маятник. Свободные, затухающие и вынужденные гармонические колебания. Понятие резонанса. Сложение одинаково направленных гармонических колебаний. 3 Сложение взаимно-перпендикулярных колебаний. 2

Волны в упругих средах. Дифференциальное уравнение плоской волны. Характеристики волны (длина волны, фазовая скорость, волновая поверхность, фронт волны).

2

20

4

5

6

7

8

Продолжение таблицы Электромагнитные колебания и переменный ток. Свободные и вынужденные колебания в электрическом колебательном контуре. Цепи переменного тока. Фазовые соотношения между силой тока и напряжением на различных элементах цепи. Импеданс цепи. Уравнения Максвелла и электромагнитные волны. Уравнения Максвелла в интегральной форме. Свойства электромагнитных волн. Поток энергии электромагнитного поля. Принцип суперпозиции волн. Когерентность волн. Волновая теория света. Интерференция света. Расчет интерференционной картины от двух когерентных источников. Условия образования максимумов и минимумов освещенности при интерференции. Интерференция в тонких пленках. Полосы равной толщины. Дифракция света. Принцип Гюйгенса Френеля. Принцип действия дифракционной решетки, ее оптические характеристики. Дифракция рентгеновских лучей на кристаллах. Поляризация света. Основные понятия: естественный, частично и полностью поляризованный свет. Закон Малюса. Поляризация света при отражении от диэлектриков. Закон Брюстера. ИТОГО:

3

2

2

2

2 16 часов

Темы практических занятий по физике ч.III для студентов, изучающих физику в объеме 4-х семестров. №

Темы практических занятий

Объем часов 1 Колебания и волны в упругой среде 1 2 Электромагнитные колебания и переменный ток 1 3 Волновая оптика 2 ИТОГО: 4 часов

21

Тематический план лекций по IV части курса общей физики для студентов очно-заочной формы обучения, изучающих физику в объеме 4-х семестров № 1

2

3

4

5

Темы лекций

Объем часов

Квантовая физика. Тепловое излучение (Характеристики теплового излучения. Законы излучения абсолютно черного тела. Гипотеза Планка). Квантовая природа света. Законы фотоэффекта. Эффект Комптона). Корпускулярно-волновой дуализм. 4 Волны де Бройля. Элементы квантовой механики. Соотношение неопределенностей Гейзенберга и его физический смысл. Уравнение Шредингера для стационар4 ных состояний. Физический смысл волновой функции Элементы атомной физики. Ядерная модель атома. Постулаты Бора. Объяснение на основе теории Бора линейчатого характера спектров излучения атома водорода и водородоподобных ионов. 2 Квантовые числа и их физический смысл. Элементы физики твердого тела. Энергетические зоны в кристалле. Деление твердых тел на металлы, полупроводники и диэлектрики. Квантовая теория проводимости металлов. Уровень Ферми. Собственная и примесная проводимость полупроводников. 4 Эффект Холла. Физика атомного ядра. Состав и характеристики атомного ядра. Дефект массы и энергия связи. Реакция деления и синтеза. Радиоактивность. Основной закон радиоактивного распада. Основы 2 радиационной безопасности. ИТОГО: 16 часов

22

Темы практических занятий по физике ч.IV для студентов, изучающих физику в объеме 4-х семестров. № Темы практических занятий Объем часов 1 Квантовая физика. 1 2 Элементы квантовой механики. 1 3 Элементы физики твердого тела 1 4 Элементы атомной физики. Теория Бора для атома водорода. Физика атомного ядра. 1 ИТОГО: 4 часа Тематический план лекций по I части курса общей физики для студентов очно-заочной формы обучения, изучающих физику в объеме 3-х семестров № Темы лекций Объем часов 1 Физические основы механики. Кинематика и динамика материальной точки. Зако2 ны Ньютона. Закон сохранения импульса. 2 Работа и энергия. Работа постоянной и переменной силы. Кинетическая энергия и ее связь с работой. Потенциальная энергия упругих деформаций и поля тяготения. Закон сохранения полной механической энергии. Уп2 ругий и неупругий удар шаров. 3 Механика вращательного движения. Кинематика вращательного движения. Момент силы, момент инерции и момент импульса твердого тела. Основное уравнение динамики вращательного движения. Закон сохранения момента импульса. Ки4 нетическая энергия вращающегося тела. 4 Элементы специальной теории относительности. Преобразования Галилея и механический принцип относительности. Постулаты специальной теории относительности. Преобразования Лоренца и следствия из них. Импульс и энергия в релятивистской 2 механике. Взаимосвязь массы и энергии.

23

Продолжение таблицы 5

6

7

8

9

10

Механические колебания. Гармонические колебания, характеристики гармонического колебания (амплитуда, фаза, период, частота). Физический и математический маятник. Свободные, затухающие и вынужденные гармонические колебания. Понятие резонанса. Сложение одинаково направленных гармонических колебаний. Сложение взаимно-перпендикулярных колебаний. Волны в упругих средах. Дифференциальное уравнение плоской волны. Характеристики волны (длина волны, фазовая скорость, волновая поверхность, фронт волны). Основные положения, молекулярно-кинетической теории. Идеальный газ. Уравнение состояния идеального газа. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории, следствия из него. Внутренняя энергия идеального газа. Физические основы термодинамики. Работа, совершаемая идеальным газом при изменении объема. Первое начало термодинамики, его применение к изопроцессам и к адиабатическому процессу. Теплоемкость идеального газа. Второе начало термодинамики. Циклические процессы. Принцип действия тепловых двигателей. Коэффициент полезного действия идеального теплового двигателя. Понятие энтропии, формулировка второго начала термодинамики в терминах энтропии. Электростатическое поле в вакууме. Закон Кулона. Напряженность и потенциал электростатического поля, связь между ними. Проводники в электростатическом поле. Электроемкость. Энергия электростатического поля. Теорема Остроградского- Гаусса для электростатического поля. Поток вектора напряженности электростатического поля. Теорема Остроградского-Гаусса для напряженности электростатического поля в вакууме. Примеры применения теоремы ОстроградскогоГаусса для вычисления напряженности поля различных заряженных тел.

4

2

2

4

2

2

24

11

Продолжение таблицы Электрическое поле в диэлектриках. Свободные и связанные заряды. Типы диэлектриков. 2 Поляризация диэлектриков. ИТОГО: 28 часов

Темы практических занятий по физике ч.I для студентов, изучающих физику в объеме 3-х семестров. Объем № Темы практических занятий часов

1

Кинематика и динамика поступательного движения. Законы сохранения энергии и импульса 2 Динамика вращательного движения. Элементы теории относительности 2 Гармонические колебания. Волны в упругих средах 1 Основы молекулярной физики 1 Основы термодинамики 2 ИТОГО: 8 часов

2 3 4 5

Тематический план лекций по П части курса общей физики для студентов очно-заочной формы обучения, изучающих физику в объеме 3-х семестров № 1

2

Темы лекций Постоянный электрический ток. Характеристики постоянного тока (сила тока, плотность тока, концентрация носителей. средняя скорость их направленного движения). Законы Ома в интегральной и дифференциальной форме. ЭДС источника. Закон Ома для полной цепи. Закон Джоуля-Ленца. Магнитное поле стационарных токов Вектор магнитной индукции. Закон Био-СавараЛапласа и его применение для вычисления полей прямого и кругового токов. Теорема о циркуляции вектора магнитной индукции. Магнитное поле соленоида.

Объем часов

2

2

25

3

4

5

6

Продолжение таблицы Движение заряженных частиц в магнитном поле, Закон Ампера. Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле. Сила Лоренца. Явление электромагнитной индукции. Закон электромагнитной индукции и его вывод на основе закона сохранения энергии. Явление самоиндукции. Энергия магнитного поля.

2

2

Электромагнитные колебания и переменный ток. Свободные и вынужденные колебания в электрическом колебательном контуре. Цепи переменного тока. Фазовые соотношения между силой тока и напряжением на различных элементах цепи. Им4 педанс цепи. Уравнения Максвелла и электромагнитные волны. Уравнения Максвелла в интегральной форме. Свойства электромагнитных волн. Поток энергии электромагнитного поля. Принцип суперпозиции 4 волн. Когерентность волн. Волновая теория света. ИТОГО: 16 часов

Темы практических занятий по физике ч.II для студентов, изучающих физику в объеме 3-х семестров. № 1 2 3 4

Темы практических занятий Электростатика. Постоянный электрический ток Электромагнетизм. Электромагнитные колебания и перменный ток

Объем часов 3 1 2 2 ИТОГО: 8 часов

26

Тематический план лекций по Ш части курса общей физики для студентов очно-заочной формы обучения, изучающих физику в объеме 3-х семестров № 1

2

3

4

Темы лекций Волновая оптика. Интерференция света. Расчет интерференционной картины от двух когерентных источников. Условия образования максимумов и минимумов освещенности при интерференции. Интерференция в тонких пленках. Полосы равной толщины. Дифракция света. Принцип Гюйгенса Френеля. Принцип действия дифракционной решетки, ее оптические характеристики. Дифракция рентгеновских лучей на кристаллах. Поляризация света. Основные понятия: естественный, частично и полностью поляризованный свет. Закон Малюса. Поляризация света при отражении от диэлектриков. Закон Брюстера.

Квантовая физика. Тепловое излучение (Характеристики теплового излучения. Законы излучения абсолютно черного тела. Гипотеза Планка). Квантовая природа света. Законы фотоэффекта. Эффект Комптона). Корпускулярноволновой дуализм. Волны де Бройля. Элементы квантовой механики. Соотношение неопределенностей Гейзенберга и его физический смысл. Уравнение Шредингера для стационарных состояний. Физический смысл волновой функции Элементы атомной физики. Ядерная модель атома. Постулаты Бора. Объяснение на основе теории Бора линейчатого характера спектров излучения атома водорода и водородоподобных ионов. Квантовые числа и их физический смысл.

Объем часов

3

3

2

2

27

5

6

Продолжение таблицы Элементы физики твердого тела. Энергетические зоны в кристалле. Деление твердых тел на металлы, полупроводники и диэлектрики. Квантовая теория проводимости металлов. Уровень Ферми. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Эффект Холла. Физика атомного ядра. Состав и характеристики атомного ядра. Дефект массы и энергия связи. Реакция деления и синтеза. Радиоактивность. Основной закон радиоактивного распада. Основы радиационной безопасности.

4

2

ИТОГО: 16 часов Темы практических занятий по физике ч.III для студентов, изучающих физику в объеме 3-х семестров. № 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Темы практических занятий

Объем часов 3

Волновая оптика Квантовая теория излучения. Законы излучения абсолютно черного тела 1 Квантовая природа света. Фотоэффект. Фотоны. Эффект Комптона 1 Корпускулярно-волновой дуализм микрочастиц. Волны де Бройля. Соотношение неопределенностей 2 Элементы квантовой механики. Стационарное уравнение Шредингера. Частица в одномерной потенци1 альной яме Элементы атомной физики. Теория Бора для атома водорода 1 Статистика носителей в кристаллах. Уровень Ферми. Квантовая теория электропроводности металлов 1 Зонная модель твердых тел. Проводимость полупроводников. Эффект Холла. p-n переход 1 Физика атомного ядра 1 ИТОГО:12 часов

28

Тематический план лекций по 1 части курса общей физики для студентов очно-заочной формы обучения, изучающих физику в объеме 2-х семестров

№ 1 2

3

4

5

6

7

(спец.060800, 240100, 121200) Темы лекций

Объем часов

Физические основы механики. Кинематика и динамика материальной точки. Закон Ньютона. Закон сохранения импульса. Работа и энергия. Работа постоянной и переменной силы. Кинетическая энергия и ее связь с работой. Потенциальная энергия упругих деформаций и поля тяготения Земли. Закон сохранения полной механической энергии. Упругий и неупругий удар шаров.

2

Механика вращательного движения. Кинематика и динамика вращательного движения. Момент силы, момент инерции и момент импульса твердого тела. Основное уравнение динамики вращательного движения. Закон сохранения момента импульса.

3

Элементы специальной теории относительности. Преобразования Галилея. Постулаты специальной теории относительности. Преобразования Лоренца и следствия из них. Энергия и импульс в релятивистской механике. Закон взаимосвязи массы и энергии.

2

Молекулярная физика. Идеальный газ. Параметры состояния. Уравнение состояния идеального газа. Основное уравнение молекулярнокинетической теории и следствия из него. Внутренняя энергия идеального газа.

2

Физические основы термодинамики. Первое начало термодинамики и его применение к изопроцессам и адиабатическому процессу. Теплоемкость идеального газа. Второе начало термодинамики. Понятие цикла, КПД цикла. Цикл Карно.

3

Электростатическое поле в вакууме. Закон Кулона. Напряженность и потенциал электростатического поля, их взаимосвязь. Проводники в электростатическом поле. Электроемкость. Энергия электростатического поля.

2

3

29

8

9

Продолжение таблицы Поток вектора напряженности электростатического поля. Теорема Остроградского-Гаусса и ее применение для вычисления напряженности поля различных заряженных тел.

2

Постоянный электрический ток. Сила тока и плотность тока. Закон Ома для однородного и неоднородного участка цепи. Закон Ома для полной цепи. Понятие ЭДС. Закон Джоуля-Ленца.

2

10 Магнитное поле стационарных токов.

Закон Био-Савара-Лапласа и его применение для вычисления полей прямого и кругового токов. Сила Ампера. Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле. Сила Лоренца.

3

11 Явление электромагнитной индукции.

Магнитный поток. Закон электромагнитной индукции Фарадея , его вывод на основе закона сохранения энергии. Самоиндукция. Индуктивность. Энергия магнитного поля. Уравнение Максвелла в интегральной форме.

3 ИТОГО: 28 часов

Темы практических занятий по физике ч.I для студентов специальностей 060800 и 240100, 121200, изучающих физику в объеме 2-х семестров № 1 2 3 4 5 6 7 8

Темы практических занятий Кинематика и динамика материальной точки. Динамика твердого тела. Работа и энергия. Законы сохранения. Молекулярно-кинетическая теория. Основы термодинамики. Электростатическое поле в вакууме. Постоянный электрический ток. Магнитное поле постоянных токов.

Объем часов

1 1 1 1 1 1 1 1 ИТОГО: 8 часов

30

Тематический план лекций по II части курса общей физики для студентов очно-заочной формы обучения, изучающих физику в объеме 2-х семестров (спец. 060800, 240100, 121200) Объем № Темы лекций часов

1

2

3

4

5 6 7

8

Физика колебаний и волн. Механические колебания. (Свободные гармонические, затухающие и вынужденные колебания; характеристики гармонических колебаний). Cвободные и вынужденные колебания в электрическом колебательном контуре; переменный ток; фазовые соотношения между силой тока и напряжением на различных элементах цепи. Волновые процессы. Волны в упругой среде. Дифференциальное уравнение плоской волны. Основные понятия: длина волны, волновая поверхность, фронт волны, фазовая скорость. Электромагнитные волны Свойства электромагнитных волн. Принцип суперпозиции, понятие когерентности. Интерференция света. Расчет интерференционной картины от двух когерентных источников. Условия образования максимумов и минимумов освещенности. Интерференция в тонких пленках. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Принцип действия дифракционной решетки и ее оптические характеристики). Поляризация света. (Естественный и поляризованный свет. Закон Малюса. Поляризация света при отражении от диэлектриков. Закон Брюстера. Тепловое излучение. Характеристики теплового излучения. Законы теплового излучения абсолютно черного тела. Гипотеза Планка. Квантовая природа света. Внешний фотоэффект, его закономерности. Эффект Комптона. Строение атома. Ядерная модель атома. Постулаты Бора. Линейчатый характер спектров излучения водородоподобных ионов. Объяснение их на основе теории Бора. Квантовые числа. Элементы ядерной физики.. Состав атомного ядра. Характеристики ядерных сил. Дефект массы и энергия связи. Радиоактивный распад.

2

2

2

2

2 2

2

2 ИТОГО: 16 часов

31

Темы практических занятий по физике ч.II для студентов специальностей 060800, 240100 и 121200, изучающих физику в объеме 2-х семестров. № Темы практических занятий Объем часов 1 Колебания и волны. 1 2 Интерференция света. 1 3 Дифракция света. 1 4 Поляризация. 1 5 Тепловое излучение. Фотоэффект. Эффект Комптона. 2 6 Физика атома. 1 7 Физика атомного ядра. Радиоактивность. 1 ИТОГО: 8 часов 3.11. ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ №

Темы лабораторных занятий

Раздел: Физические основы механики. Колебания и волны. 1 Определение скорости полета снаряда с помощью баллистического крутильного маятника. 2 Определение ускорения свободного падения при помощи прибора Атвуда. 3 Измерение модуля упругости из прогиба. 4 Определение моментов инерции тел (металлических колец) с помощью маятника Максвелла. 5 Определение коэффициента трения качения методом исследования колебаний наклонного маятника. 6 Определение коэффициента жесткости пружины методом исследования колебаний пружинного маятника. 7 Измерение скорости звука в воздухе путем исследования фазы бегущей звуковой волны. Раздел: Молекулярная физика и термодинамика. 8 Определение плотности воздуха взвешиванием. 9 Определение отношения удельных теплоемкостей воздуха методом адиабатического расширения. 10 Определение изменения энтропии идеального газа при изохорном охлаждении. 11 Измерение вязкости жидкости по методу Стокса.

Объем часов

4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4

32

12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

Продолжение таблицы Измерение коэффициента поверхностного натяжения методом отрыва кольца. Раздел : Электростатика. Измерение электроемкости конденсатора методом баллистического гальванометра. Определение объемной плотности энергии электрического поля. Раздел: Электрический ток. Исследование работы источника постоянного тока. Законы Кирхгофа. Исследование резонансных явлений в струне и длинной линии. Резонанс в последовательном колебательном контуре. Раздел: Магнитное поле стационарных токов. Измерение элементов земного магнетизма. Определение индукции магнитного поля на оси соленоида. Определение индукции магнитного поля при помощи измерения силы Ампера. Определение удельного заряда электрона методом магнетрона. Изучение основной кривой намагничивания ферромагнетика. Исследование поля магнитного диполя. Раздел: Волновая оптика. Наблюдение интерференционной картины, полученной с помощью бипризмы Френеля и определение длины световой волны. Определение радиуса кривизны линзы при помощи колец Ньютона. Определение длины световой волны при помощи дифракционной решетки. Исследование поляризованного света. Закон Малюса. Измерение степени поляризации частично поляризованного света. Вращение плоскости поляризации. Раздел: Квантовая физика. Определение постоянной Стефана-Больцмана и постоянной Планка. Изучение термоэлектронной эмиссии. Изучение внешнего фотоэффекта. Изучение работы газового лазера.

4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4

4 4 4 4 4 4 4 4 4 4

33

Продолжение таблицы Раздел: Физика атома. 36 Определение постоянной Ридберга и вычисление энергии ионизации атома водорода. Раздел: Физика твердого тела. Физика атомного ядра. Радиоактивность. 37 Исследование вольт-амперной характеристики кристаллического диода. 38 Определение периода полураспада радиоактивного изотопа калия. 39 Ознакомление с высокотемпературной сверхпроводимостью. Эффект Мейснера. 40 Исследование эффекта Холла в полупроводниках.

4

4 4 4 4

Описание деятельности студента при выполнении лабораторных работ

По каждой части дисциплины “Физика” студент должен выполнить и защитить 3 лабораторных работы. Продолжительность каждой работы 4 часа (всего 12 часов). Тематика лабораторных работ определяется преподавателем в соответствии с тематическим планом. Перед выполнением лабораторной работы студент должен изучить методические указания по ее выполнению, понять смысл исследуемых физических закономерностей, проработать теоретический материал на заданную тему по учебным пособиям. Перед допуском к работе преподаватель проводит инструктаж по технике безопасности при работе на данной установке. Затем в процессе коллоквиума оценивается понимание студентом природы физических явлений, методики эксперимента, оценки погрешности измерений. После собеседования с преподавателем студент должен провести измерения и обработку экспериментальных данных. Вычисления, результаты обработки измерений и оценка погрешности измерений заносятся в отчет по лабораторной работе. Защита каждой лабораторной работы принимается преподавателем в процессе собеседования. К экзамену студент допускается только после защиты всех лабораторных работ с соответствующей записью преподавателя.

34

4. ЛИТЕРАТУРА Основная: 1. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. - М.: Высш.шк., 1989. 2. Трофимова Т.И. Курс физики. - М.: Высш.шк., 2001 и др. издания. 3. Трофимова Т.И., Павлова З.Г. Сборник задач по курсу физики с решениями. - М.: Высш.шк., 1999 и др. издания. 4. Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике.- М.: Интеграл-Пресс, 1997. Дополнительная: 1. Савельев И.В. Курс общей физики. т.1,2,3. – М.: Наука. 1989 и др.издания. 2. Трофимова Т.И. Физика: 500 основных законов и формул: Справочник. - М.: Высш.шк., 2000. 3. Карташов Ю.А., Попов И.В. Физика: Основные законы и формулы; руководство к решению задач. - СПб.:СЗПИ, 1998. 4. Физика ч.1. Раздел 1 : Физические основы механики : Текст лекций / Орехова И.Г., Лиходаева Е.А., Стабровский К.А.., Цаплев В.М. - СПб.: СЗТУ, 2000. 5. Физика.ч.1. Раздел 2. : Электростатика, постоянный ток : Текст лекций / Орехова И.Г., Лиходаева Е.А., Стабровский К.А., Цаплев В.М. - СПб.: СЗПИ, 1999. 6. Орехова И.Г., Лиходаева Е.А., Цаплев В.М. Физика. Часть 3. Молекулярная физика, термодинамика: Текст лекций.-СПб.: CЗТУ, 2000. 7. Физика ч.1. Раздел 3. Магнитостатика. Электромагнетизм: Текст лекций/ Цаплев В.М., Орехова И.Г., Лиходаева Е.А., Стабровский К.А. – СПб.: СЗПИ, 1999. 8. Федорцов А.Б., Чуркин Ю.В. Волновая оптика. Текст лекций. – СПб.: СЗПИ, 1993. 9. Климчицкая Г.Л., Шабаев В.М. Элементы квантовой механики. – СПб.: СЗПИ, 1992. 10. Иванов В.Г., Торчинский И.А., Харламова В.Б. Основы квантовой оптики. Текст лекций. – СПб.: СЗПИ, 1993. 11. Федорцов А.Б. Радиационная безопасность. Учебное пособие. – СПб.: СЗПИ, 1996. 12. Цаплев В.М., Орехова И.Г. Физика. Часть 3. Раздел 2. Элементы квантовой и атомной физики. Письменные лекции.- СПб.: СЗПИ, 2000.

35

5. ПРИМЕРНЫЕ ТЕМЫ РЕФЕРАТОВ 1. Космические скорости и проблемы космических полетов. 2. Законы сохранения в механике, их связь со свойствами симметрии пространства и времени.

3. Эффект Допплера и его применение в науке и технике. 4. Интерференция света. Просветление оптики. Интерферометры. 5. Дифракция, ее исследования в технике (дифракционная решетка; рентгено-структурный анализ); голография. 6. Поляризация. Искусственная оптическая анизотропия и ее применение в технике. 7. Тепловое излучение. Оптическая пирометрия. 8. Газовые лазеры. 9. Полупроводниковые лазеры. 10. Ускорители элементарных частиц. 11. Термоядерный синтез – новый источник энергии. 12. Ядерные реакторы на тепловых нейтронах. 13. Ядерные реакторы на быстрых нейтронах. 14. Физические основы МГД-генераторов. 15. Световоды и их применение. 16. Будущее ядерной энергетики. 17. Сверхпроводимость. Эффект Джозефсона и его применение в технике. 18. Высокотемпературная сверхпроводимость. 19. Применение эффектов Зеебека, Пельтье и Томсона в энергетических системах космических аппаратов. 20. Применение жидких кристаллов в технике. 6. ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ Допуском к зкзамену (зачету) по физике служат зачтенные лабораторные и проверенные контрольные работы. В качестве материала для защиты контрольных работ кафедрой физики используются тестовые задания. Ниже в качестве примера приведены тестовые задания по 1 и II частям 3-х частной дисциплины “Физика”.

36

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ ПО ФИЗИКЕ, Ч.1∗ 1. Импульс тела массой 2 кг равен 72 кг ⋅ м / с . Найти скорость тела: а) 14; б) 3,6; в) 0,3; г) 9 м / с . 2. Какое из приведенных ниже выражений является формулировкой II закона Ньютона: G dp G =F; а) dt G dL G =M; dt G G в) p = mv ; G G G г) M = r ⋅ F .

б)

[

]

3. Из приведенных ниже физических величин скалярными являются: а) работа; б) энергия; в) импульс; г) ускорение. 4. Как изменится кинетическая энергия вращения маховика, если частоту вращения увеличить в 3 раза: а) увеличится в 3 раза; б) увеличится в 9 раз; в) увеличится в 6 раз. 5. Какую скорость получит тело массой 4 кг , прикрепленное к пружине, которую сжимают на 0,1 м , а затем отпускают, в результате чего тело движется по горизонтали. Жесткость пружины 400 Н / м . 6. Работа при переносе заряда 0,2 мкКл из бесконечности в некоторую точку электростатического поля равна 0,8 мДж . Определить потенциал электростатического поля в этой точке. 7. Разность потенциалов двух точек однородного электростатического поля, находящихся на расстоянии 10 см друг от друга, равна 1000 В . Определить силу, действующую на заряд в 100 мкКл , помещенный в это поле. ∗

В задачах, где приведены несколько вариантов ответов, следует учесть, что правильными могут быть, как один, так и несколько приведенных ответов.

37

8. Как изменится емкость плоского воздушного конденсатора при увеличении площади его пластин в 2 раза и уменьшении зазора между ними в 2 раза: а) увеличится в 2 раза; б) уменьшится в 2 раза; в) увеличится в 4 раза; г) не изменится. 9. Определить ЭДС источника, если при перемещении заряда 0,2 Кл сторонние силы совершают работу 2 Дж . 10. Три источника с ЭДС 12 В и внутренним сопротивлением 3 Ом каждый включены параллельно и замкнуты на резистор сопротивлением 59 Ом . Определить силу тока в резисторе. 11. Какая величина является силовой характеристикой магнитного поля? G а) вектор напряженности Н ; G б) вектор магнитной индукции В ; в) магнитный поток Ф ; г) вектор намагниченности. 12. По двум концентрическим виткам c радиусами R1 = 5 cм и R 2 = 10 cм , лежащим в одной плоскости, текут в противоположных направлениях токи силой I 1 = 10 A и I 2 = 20 A . Найти индукцию магнитного поля в центре витков (центры витков совпадают). 13. По прямому проводнику длиной 5 см , расположенному перпендикулярно силовым линиям однородного магнитного поля, течет ток силой 0 ,2 А.При перемещении проводника на расстояние 10 см совершается работа 60 мкДж . Найти индукцию магнитного поля. 14. Магнитный поток, пронизывающий плоский контур, помещенный в однородное магнитное поле, силовые линии которого перпендикулярны плоскости контура, равен 0,1 Вб . Определить изменение магнитного потока (по модулю) при повороте контура на 1800. 15. Внутри соленоида, присоединенного к источнику постоянного тока, находится железный сердечник. Как изменится ток в соленоиде во время удаления сердечника: а) увеличится; б) уменьшится; в) останется без изменений.

38

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ ПО ФИЗИКЕ, Ч.II 1. Какое из приведенных утверждений справедливо для случая вынужденных установившихся колебаний: а) амплитуда колебаний постоянна; б) амплитуда колебаний убывает с течением времени по экспоненциальному закону; в) амплитуда и фаза колебаний изменяются в зависимости от частоты. Укажите номер правильного ответа. 2. Под действием каких сил происходят затухающие колебания: а) квазиупругой силы; б) квазиупругой силы и силы сопротивления; в) квазиупругой силы, силы сопротивления и внешней периодической силы. Укажите номер правильного ответа. 3. Период вертикальных колебаний груза, подвешенного к пружине, равен 0,25 с. Чему равна жесткость пружины, если масса груза 200 г ? 4. Во время грозы человек услышал гром через 15 с после вспышки молнии. Как далеко от него произошел разряд? Скорость звука в воздухе 340 м / с . 5. Длина волны 60 см . На каком расстоянии друг от друга находятся точки с разностью фаз π / 4 . 6. В результате интерференции света минимум освещенности наблюдается, если оптическая разность хода равна: а) ∆ = (2m + 1)λ / 2 ; б) ∆ = mλ ; в) ∆ = (2m + 1)λ ; 7. Разность хода двух когерентных волн монохроматического света 0,4λ . Определить разность фаз колебаний. 8. В центре интерференционной картины от двух узких когерентных щелей в опыте Юнга наблюдается: а) светлая полоса; б) темная полоса. Указать номер правильного ответа. Дать пояснения. 9. На дифракционную. решетку с периодом 4,65 мкм по нормали падает монохроматический свет с длиной волны 0,5 мкм . Определить общее число дифракционных максимумов, даваемых данной решеткой. 10. В каких единицах измеряется интенсивность света: а) 1 Вт ; б) 1 Дж ; в) 1 Вт / м 2 . Укажите номер правильного ответа.

39

СОДЕРЖАНИЕ 1.Цели и задачи преподавания дисциплины “Физика” 2. Структура дисциплины “Физика” 3. Содержание дисциплины “Физика”. Рабочая программа Введение 3.1.Физические основы механики 3.2. Молекулярная и статистическая физика, термодинамика 3.3. Электричество и магнетизм 3.4. Колебания и волны 3.5. Волновые процессы 3.6. Волновая оптика 3.7. Квантовая физика 3.8. Физика атомного ядра 3.9. Объемы аудиторной работы и виды контроля 3.10. Тематические планы лекций. Темы практических занятий 3.11. Перечень тем лабораторных занятий 4. Литература 5.Темы рефератов 6. Тестовые задания

3 5 6 6 6 8 9 12 12 13 13 15 16 17 31 34 35 36

ЛР N 020308 от 14.02.01. Редактор А.В.Алехина Сводный темплан 2002 г. Лицензия ЛР N 020308 от 14.02.97. Подписано в печать .2002. Б. Кн. - журн. П. л. , Тираж Заказ .

Формат 60 х 84 1/16 Б.л. , РТП РИО СЗТУ.

Северо-Западный государственный заочный технический университет РИО СЗТУ, член Издательско-полиграфической ассоциации вузов Санкт-Петербурга 191186, Санкт-Петербург, Миллионная, 5