5.3. Содержание разделов дисциплины «Физика» , образовательные технологии.
Лекционный курс
№ п/п
|
Наименование темы дисциплины
|
Трудоемкость (часы/
зач. ед.)
|
Содержание
|
Формируемые компетенции
|
Результаты освоения
(знать, уметь, владеть)
|
Образовательные технологии
|
|
|
офо зфо
|
|
|
|
|
Тема 1.
|
Физические основы механики.
|
6/0,17 2/0,05
|
Относительность движения. Системы отсчета. Координатная и векторная формы описания движения материальной точки. Перемещение, скорость, ускорение. Тангенциальное и нормальное ускорения. Кинематика движения по криволинейной траектории. Движение по окружности. Угловая скорость и угловое ускорение и их связь с линейными характеристиками движения.
Понятие замкнутой системы. Импульс материальной точки, системы материальных точек. Закон сохранения и изменения импульса. Центр масс системы материальных точек и закон его движения.
Работа и энергия. Закон сохранения и изменения энергии в механике.
Механика твердого тела. Момент инерции, теорема Штейнера. Момент силы. Кинетическая энергия вращения. Уравнение динамики вращательного движения твердого тела. Момент импульса и закон его сохранения.
Элементы механики жидкости. Давление в жидкости и газе. Уравнение неразрывности. Уравнение Бернулли. Вязкость.
Принцип относительности. Преобразования Галилея. Постулаты СТО. Преобразования Лоренца. Основной закон релятивистской динамики.
|
ОК-10
ОК-12
ПК-20
| Знать: уравнения движения, законы сохранения, основы релятивистической механики и принцип относительности, кинематика и динамика твердого тела, жидкости и газов.
Уметь: организовать свою самостоятельную работу по изучению основной и дополнительной литературы.
Владеть: основными физическими понятиями; приемами и методами решения задач; навыками проведения физического эксперимента по разделу «Механика».
|
Лекции
|
Тема 2.
|
Молекулярная физика и термодинамика. 6/0,17
|
6/0,17 1/0,03
|
Идеальный газ как модельная термодинамическая система. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа. Уравнение Клапейрона-Менделеева. Распределение молекул идеального газа по скоростям (распределение Максвелла) и в поле потенциальных сил (распределение Больцмана). Средняя длина свободного пробега.
Внутренняя энергия идеального газа. Работа термодинамической системы. Количество теплоты. Теплоемкость. Закон равнораспределения энергии по степеням свободы молекул.
Первый закон термодинамики. Работа в изопроцессах. Адиабатический процесс. Уравнение Пуассона. Обратимые и необратимые процессы. Циклические процессы. Цикл Карно. Коэффициент полезного действия тепловых машин. Второй закон термодинамики.
Энтропия и ее статистическая интерпретация. Возрастание энтропии при неравновесных процессах. Границы применимости второго закона термодинамики. Представление о термодинамике открытых систем. Третье начало термодинамики.
Реальные газы, жидкости и твердые тела.
Фазовые переходы, элементы неравновесной термодинамики.
|
ОК-10
ПК-20
|
Знать: законы идеальных газов; три начала термодинамики, термодинамические функции состояния, фазовые равновесия и фазовые переходы, элементы неравновесной термодинамики, классическую и квантовую статистику, кинетические явления, системы заряженных частиц, конденсированное состояние; реальные газы и пары, жидкости; твердые тела.
Уметь: организовать свою самостоятельную работу по изучению основной и дополнительной литературы.
Владеть: основными понятиями; приемами и методами решения задач; навыками проведения физического эксперимента по разделу « Молекулярная физика».
|
Лекции
|
Тема3.
|
Электричество
|
6/0,17 1/0,03
|
Электрический заряд. Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции. Потенциал. Разность потенциалов.
Диэлектрик в электрическом поле. Диполь. Дипольный момент. Вектор поляризации. Электростатическая теорема Гаусса.
Проводник в электрическом поле. Распределение зарядов на проводнике. Электрическое поле внутри и вне проводника. Электростатическая защита. Электрическая емкость. Конденсаторы. Энергия электрического поля. Плотность энергии электростатического поля.
Сила и плотность тока. Закон Ома для участка цепи и замкнутого контура. Сторонние силы. Электродвижущая сила. Закон Ома в дифференциальной форме. Сверхпроводимость.
Разветвленные электрические цепи. Правила Кирхгофа.
Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля- Ленца. Превращения энергии в электрических цепях
|
ОК-10
ОК-17
ПК-20
|
Знать: фундаментальные свойства электрического заряда, закон Кулона, теорему Гаусса, циркуляцию вектора напряженности, потенциал, диэлектрики, проводники, постоянный ток и его основные характеристики, закон Ома, правила Кирхгофа, закон Джоуля-Ленца.
Уметь: организовать свою самостоятельную работу по изучению основной и дополнительной литературы.
Владеть: основными понятиями; приемами и методами решения задач; навыками проведения физического эксперимента по разделу «Электричество».
|
Лекции
|
Тема 4.
|
Магнетизм.
|
4/0,1 1/0,03
|
Магнитное поле тока. Законы Био-Савара-Лапласа и Ампера. Сила Лоренца. Вектор магнитной индукции. Поток вектора магнитной индукции через замкнутую поверхность. Теорема о циркуляции вектора индукции магнитного поля.
Магнитные свойства вещества. Молекулярные токи. Диа-, пара- и ферромагнетики. Вектор намагниченности. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость. Представление о ядерном магнитном резонансе и электронном парамагнитном резонансе.
Электромагнитная индукция. Закон Фарадея. Правило Ленца. Индуктивность. Самоиндукция. Плотность энергии магнитного поля. Взаимоиндукция. Трансформатор.
Фарадеевская и максвелловская трактовки явления электромагнитной индукции. Вихревое электрическое поле. Ток смещения. Система уравнений Максвелла в интегральной и дифференциальной формах. Закон сохранения энергии для электромагнитного поля. Плотность энергии электромагнитного поля. Плотность потока энергии электромагнитного поля. Электромагнитные волны. Волновое уравнение. Скорость распространения электромагнитных волн.
Принцип относительности в электродинамике.
Условия малости тока смещения. Токи Фуко. Квазистационарные явления в линейных проводниках. Переходные процессы в электрических цепях. Генератор переменного тока. Импеданс. Цепи переменного тока. Движение проводника в магнитном поле.
|
ОК10
ОК-17
ПК-20
|
Знать: магнитостатика в вакууме и веществе, уравнение Максвелла в интегральной и дифференциальной форме, квазистационарные точки, принцип относительности в электродинамике.
Уметь: организовать свою самостоятельную работу по изучению основной и дополнительной литературы.
Владеть: основными понятиями; приемами и методами решения задач; навыками проведения физического эксперимента по разделу «Магнетизм».
|
Лекции
|
Тема 5.
|
Колебания и волны.
|
4/0,2 1/0,03
|
Свободные и гармонические колебания их характеристики. Механические гармонические колебания. Гармонический осциллятор.
Свободные колебания в идеализированном колебательном контуре. Свободные затухающие колебания. Вынужденные механические и электромагнитные колебания. Резонанс и его применение в технологическом процессе.
Ангармонические колебания. Нелинейный осциллятор. Физические системы, содержание нелинейность. Преобразование и детектирование электрических колебаний. Автоколебания. Обратная связь. Регенерация. Условие самовозбуждения колебаний. Роль нелинейности. Фазовая плоскость генератора. Предельные циклы. Понятие о релаксационных колебаниях.
Волновой процесс. Продольные и поперечные волны. Уравнение бегущей волны. Получение электромагнитных волн. Дифференциальное уравнение электромагнитной волны. Вектор Умова- Пойтинга.
|
ОК-10
ОК-17
ПК-20
| Знать: Механические и электрические колебания; электромагнитные волны; гармонические и агрономический осциллятор, физический смысл спектрального разложения, кинематика волновых процессов, интерференция и дифракция волн, элементы Фурье-оптики; основы акустики.
Уметь: организовать свою самостоятельную работу по изучению основной и дополнительной литературы.
Владеть: основными понятиями; приемами и методами решения задач; навыками проведения физического эксперимента по разделу «Колебания и волны».
|
Лекции
|
Тема 6
|
Квантовая физика
|
4/0,2 1/0,03
|
Тепловое излучение и его характеристики. Закон Кирхгоффа, Стефана- Больцмана, Вина. Формулы Релея- Джинса и Планка.
Вольт-амперная характеристика фотоэффекта. Законы фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна. Импульс фотона. Давление света. Эффект Комптона.
Линейчатые спектры атомов. Правило частот Бора. Принцип соответствия. Опыт Франка и Герца. Опыт Штейна и Герлаха. Резонансы во взаимодействии нейтронов с атомами ядрами и пионов с нуклонами.
Корпускулярно- волновой дуализм.
Корпускулярно-волновой дуализм . Формула де Бройля. Экспериментальное подтверждение гипотезы де Бройля. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Уравнение Шредингера. Прохождение частицы сквозь потенциальный барьер. Туннельный эффект.
Частица в сферически симметричном поле. Водородоподобные атомы. Энергетические уровни. Потенциалы возбуждения и ионизации. Спектры водородоподобных атомов. Пространственное распределение плотности вероятности для электрона в атоме водорода. Мезоатомы. Ширина уровней.
|
ОК-10 ОК-17
|
Знать: закон Кирхгофа, Стефана –Больцмана, Вина, формулы Релея-Джинса и Планка, фотоэффект, эффект Комптона. Корпускулярно-волновой дуализм, принцип неопределенности, квантовые состояния, принцип суперпозиции, квантовые уравнения движения, операторы физических величин, энергетический спектр атомов и молекул, природа химической связи, квантовые оптические генераторы.
Уметь: организовать свою самостоятельную работу по изучению основной и дополнительной литературы.
Владеть: основными понятиями; приемами и методами решения задач; навыками проведения физического эксперимента по разделу «Квантовая физика»
|
Лекции
|
Тема 7.
|
Оптика
|
2/0,06 1/0,03
|
Основные законы оптики. Тонкие линзы, их характеристики. Энергетические величины в фотометрии.
Интерференция света. Принцип Гюйгенса. Когерентность волн. Условия интерференционных максимумов и минимумов. Расчет интерференционной картины от двух источников.
Принцип Гюйгенса- Френеля. Дифракция Фраунгофера на дифракционной решетке. Дифракция на пространственной решетке. Формула Вульфа- Брегов. Применение дифракционной решетки при проведении спектрального анализа. Применение спектрального анализа в технологических процессах.
Модель среды с дисперсией. Показатель преломления. Нормальная и аномальная дисперсии. Групповая скорость. Поглощение волн. Поведение волн на границе раздела двух сред. Понятие о волноводах. Анизотропные среды. Элементы кристаллооптики. Электрооптические и магнитооптические явления. Элементы нелинейной оптики: самофокусировка света, генерация гармоники, параметрические процессы, вынужденное рассеяние. Обращение волнового фронта. Получение сверхкоротких световых импульсов.
Естественный и поляризованный свет. Закон Малюса. Поляризация света при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков. Закон Брюстера. Использование явления поляризации при анализе веществ.
|
ОК-10 ОК-17
|
Знать: законы геометрической, волновой, молекулярной оптики; действие света; энергетические величины фотометрии, интерференция, дифракция и дисперсия света.
Уметь: организовать свою самостоятельную работу по изучению основной и дополнительной литературы.
Владеть: основными понятиями; приемами и методами решения задач; навыками проведения физического эксперимента по разделу «Оптика» |
Лекции
|
Тема 8.
|
Атомная и ядерная физика.
|
2/0,6
|
. Состав атомного ядра. Дефект масс. Энергия связи ядра. Ядерные силы. Закон радиоактивного распада. Прохождение заряженных частиц и гамма-излучения через вещество. Ядерные реакции. Физические основы ядерной энергетики. Элементарные частицы. Типы взаимодействий элементарных частиц. Классификация.
|
ОК-10 ПК-20
|
Знать: состав ядра; ядерные силы; магнитные и электрические свойства ядер; ядерные модели, радиоактивный распад и законы сохранения; ядерные реакции; элементарные частицы.
Уметь: организовать свою самостоятельную работу по изучению основной и дополнительной литературы.
Владеть: основными понятиями; приемами и методами решения задач; навыками проведения физического эксперимента по разделу «Атомная и ядерная физика».
|
Лекции
|
|
Итого
|
34/0,9 8/0,22
|
|
|
|
|
5.4. Практические и семинарские занятия, их наименование, содержание и объем в часах
№
п/п
|
№ раздела дисциплины
|
Наименование практических и семинарских занятий
|
Объём в часах/ трудоемкость в з.е
|
1 семестр
|
ОФО
|
ЗФО
|
1.
|
Классическая механика.
Тема: кинематика материальной точки.
|
Прямолинейное равномерное и
равнопеременное движение.
Криволинейное движение.
Вращательное движение. Связь
угловых и кинематических величин.
|
2/0,055
|
1/0,027
|
2.
|
Классическая механика.
Тема: динамика материальной точки, законы сохранения механики.
|
Законы Ньютона. Импульс.
Механическая энергия. Работа.
Мощность. Закон сохранения энергии.
|
4/0,1
|
|
3.
|
Классическая механика.
Тема: механика твердого тела.
|
Механика твердого тела.
|
2/0,055
|
1/0,027
|
4.
|
Молекулярная физика и термодинамика.
Тема: основные представления молекулярно-кинетической теории.
|
Законы идеального газа и уравнение
состояния. Внутренняя энергия и
работа расширения газов.
|
2/0,055
|
1/0,027
|
5.
|
Молекулярная физика и
термодинамика.
Тема: основы термодинамики.
|
Теплоемкость. Количество теплоты.
КПД тепловых и холодильных
машин.
|
2/0,055
|
|
6.
|
Молекулярная физика и термодинамика.
Тема: основы термодинамики.
|
Первое начало термодинамики.
Энтропия и ее поведение в разных
изопроцессах.
|
2/0,055
|
|
7.
|
Электричество и
магнетизм.
Тема : электростатика.
|
Закон Кулона. Электрическое поле и
его характеристики. Принцип
суперпозиций. Работа электрических
сил
|
2/0,055
|
1/0,027
|
8.
|
Электричество и магнетизм.
Тема: постоянный электрический ток.
|
Постоянный электрический ток.
Закон Ома для участка цепи.
Сопротивление проводников. Закон Ома для полной цепи. Правила Кирхгофа.
|
2/0,055
|
|
Итого:
|
|
|
18/0,5
|
4/0,11
|
2 семестр
|
1.
|
Магнетизм.
Тема: магнитное поле.
|
Магнитное поле тока, его индукция и напряженность. Принцип суперпозиции магнитных полей. Применение закона Био-Савара-Лапласа к расчету магнитных полей.
|
2/0,055
|
1/0,027
|
2.
|
Магнетизм.
Тема: магнитное поле.
|
Электромагнитная индукция. Энергия магнитного поля. Магнитные свойства вещества.
|
2/0,055
|
|
3.
|
Колебания и волны.
Тема: механические и электромагнитные колебания.
|
Механические гармонические колебания. Сложение гармонических колебаний.
|
2/0,055
|
1/0,027
|
4.
|
Колебания и волны.
Тема: механические и электромагнитные колебания.
|
Электромагнитные колебания. Переменный ток.
|
2/0,055
|
|
5.
|
Колебания и волны.
Тема: упругие волны.
|
Волновой процесс. Уравнение бегущей волны. Принцип суперпозиции. Интерференция волн. Импульс электромагнитного поля.
|
|
|
6.
|
Элементы квантовой механики.
Тема: квантовая природа излучения.
|
Тепловое излучение и его характеристики. Законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина.
|
2/0,055
|
1/0,027
|
7.
|
Элементы квантовой механики.
Тема: квантовая природа излучения
|
Формула де Бройля. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Уравнение Шредингера. Туннельный эффект.
|
2/0,055
|
|
8.
|
Оптика.
Тема: интерференция света, дифракция света, поляризация света.
|
Интерференция света. Дифракция света. Поляризация света. Закон Малюса. Двойное лучепреломление.
|
2/0,055
|
1/0,027
|
9.
|
Атомная и ядерная физика.
Тема: Физика атомного ядра.
|
Атомные ядра. Дефект массы.
Энергия связи ядер. Радиоактивный распад
|
2/0,055
|
|
Итого
|
|
|
16/0,4
|
4/0,11
|
Всего
|
|
|
34/0,9
|
8/0,22
|
5.5. Лабораторные занятия, их наименование и объем в часах
№ п/п
|
№ раздела дисциплины
|
Наименование лабораторных работ
|
Объем в часах/трудоемкость в з.е.
|
1 семестр
|
|
ОФО
|
ЗФО
|
1
|
Физические основы механики.
|
Изучение зависимости пути и скорости при равномерном и равноускоренном движении.
|
2/0,06
|
|
2
|
Физические основы механики.
|
Определение ускорения свободного падения.
|
2/0,06
|
2/0,06
|
3
|
Физические основы механики.
|
Определение скорости полета пули кинематическим методом.
|
2/0,06
|
|
4
|
Физические основы механики.
|
Изменение потенциальной и кинетической энергии падающего шарика.
|
2/0,06
|
|
5
|
Физические основы механики.
|
Определение скорости полета пули баллистическим методом.
|
2/0,06
|
|
6
|
Молекулярная физика и термодинамика.
|
Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости.
|
2/0,06
|
|
7
|
Молекулярная физика и термодинамика.
|
Определение теплоемкостей воздуха и их отношения методом Клемана - Дезорма.
|
2/0,06
|
|
8
|
Электричество.
|
Изучение зависимости сопротивления проводника от его длины методом амперметра и вольтметра
|
2/0,06
|
2/0,06
|
9
|
Электричество.
|
Исследование электростатического поля.
|
2/0,06
|
|
Итого:
|
18/0,5
|
4/0,12
|
2 семестр
|
1
|
Магнетизм.
|
Измерение индуктивности катушки.
|
2/0,06
|
2/0,06
|
2
|
Магнетизм.
|
Определение удельного заряда электрона с помощью электронно-лучевой трубки.
|
2/0,06
|
|
3
|
Колебания и волны.
|
Определение скорости звука методом резонанса.
|
2/0,06
|
|
4
|
Оптика.
|
Определение радиуса кривизны линзы с помощью колец Ньютона.
|
2/0,06
|
|
5
|
Оптика.
|
Определение длины световой волны с помощью дифракционной решетки.
|
2/0,06
|
|
6
|
Оптика.
|
Качественный и полукачественный спектральный анализ.
|
2/0,06
|
|
7
|
Квантовая физика.
|
Изучение законов внешнего фотоэффекта.
|
2/0,06
|
2/0,06
|
8
|
Квантовая физика.
|
Опытная проверка закона Стефана- Больцмана
|
2/0,06
|
|
Итого:
|
16/0,4
|
4/0,12
|
Всего:
|
34/0,9
|
8/0,24
|
|
