ПРИМЕРНАЯ ПРОГРАММА
Наименование дисциплины - ФИЗИКА
Рекомендуется для направлений подготовки
110100 «Агрохимия и агропочвоведение»
110400 «Агрономия»
110500 «Садоводство»
110900 «Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции»
Квалификация (степень) выпускника - бакалавр
Цели и задачи дисциплины
Цель: формирование представлений, понятий, знаний о фундаментальных законах классической и современной физики и навыков применения в профессиональной деятельности физических методов измерений и исследований
Задачи: изучение законов механики, термодинамики, электромагнетизма, оптики; атомной физики; овладение методами лабораторных исследований; выработка умений по применению законов физики в сельскохозяйственном производстве.
Место дисциплины в структуре ООП
Физика входит в базовую часть математического и естественнонаучного цикла в структуре ООП. Предшествующими курсами, на которых непосредственно базируется дисциплина «Физика» являются: школьный курс физики и математики, высшая математика, векторная алгебра. Курс «Физики» является базовым для всех направлений подготовки агрономического образования. Он позволяет обучающимся получить углубленные знания основных физических явлений, фундаментальных понятий, законов классической и современной физики и навыки для успешной профессиональной деятельности и (или) продолжения профессионального образования в магистратуре.
Требования к результатам освоения дисциплины
Процесс изучения дисциплины физики направлен на формирование следующих компетенций:
- знание основных законов механики, термодинамики, электромагнетизма, оптики и атомной физики;
- владение методами исследований и анализом полученных результатов;
-умение применять законы физики в сельскохозяйственном производстве;
- владение культурой мышления, способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения;
– умение логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь;
- умение использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования;
– способности к обобщению и статистической обработке результатов опытов, формулировать выводы.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Вид учебной работы
|
Всего часов
|
Семестр
|
2
|
Аудиторные занятия (всего)
|
72
|
72
|
В том числе:
|
|
|
Лекции
|
28
|
28
|
Семинары (С)
|
20
|
20
|
Лабораторные работы (ЛР)
|
24
|
24
|
Самостоятельная работа (всего)
|
72
|
72
|
В том числе:
|
-
|
-
|
Подготовка к лабораторным работам и к защите лабораторных работ
|
28
|
28
|
Подготовка к семинарам
|
16
|
16
|
Реферат
|
20
|
20
|
Подготовка к экзамену
|
8
|
8
|
Вид аттестации (экзамен)
|
экзамен
|
экзамен
|
Общая трудоемкость часы
зачетные единицы
|
144
|
144
|
4
|
4
|
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№ п/п
|
Наименование раздела дисциплины
|
Содержание раздела
|
1
|
Механика
|
Кинематика
Кинематика движения материальной точки в пространстве. Система отсчета и система координат. Радиус-вектор. Разложение радиуса-вектора по единичным ортам. Его модуль. Траектория. Вектор перемещения. Средняя скорость. Мгновенная скорость. Проекции вектора скорости на координатные оси. Разложение вектора скорости по единичным ортам. Модуль вектора скорости и его связь с проекциями. Путь как определенный интеграл от модуля вектора скорости.
Равномерное движение. Зависимость координаты от времени при равномерном движении. Равноускоренное движение. Зависимость координаты и скорости от времени при равноускоренном движении.
Вектор ускорения и его модуль. Разложение вектора ускорения по единичным ортам. Центростремительное и касательное ускорения. Центр и радиус кривизны траектории. Вывод формул для центростремительного и касательного ускорений.
Кинематика движения материальной точки по окружности. Угол поворота. Средняя угловая скорость. Мгновенная угловая скорость. Угловое ускорение. Равномерное движение по окружности. Зависимость угла от времени при равномерном движении. Период обращения точки по окружности и его связь с угловой скоростью. Равноускоренное движение по окружности. Зависимость угла и угловой скорости от времени при равноускоренном движении.
Вектор угловой скорости.
Динамика материальной точки
Законы Ньютона. Второй закон Ньютона. Начальные условия. Импульс. Момент импульса. Закон изменения момента импульса с течением времени. Момент силы. Плечо силы. Закон сохранения момента импульса материальной точки.
Работа постоянной силы. Работа как криволинейный интеграл. Кинетическая энергия. Связь приращения кинетической энергии с работой силы. Мощность.
Полная механическая энергия. Закон изменения полной механической энергии с течением времени. Закон сохранения полной механической энергии.
Динамика твердого тела
Вращение твердого тела вокруг неподвижной оси. Момент импульса твердого тела. Момент инерции. Основное уравнение вращательного движения. Моменты инерции простых тел. Теорема Штейнера. Статика. Условия равновесия твердого тела.
Колебания
Периодические колебания. Частота. Период. Гармонические колебания. Амплитуда и фаза. Дифференциальное уравнение гармонических колебаний. Определение амплитуды и начальной фазы колебаний из начальных условий.
Пружинный маятник. Сила упругости. Закон Гука. Энергия деформированной пружины. Уравнение движения пружинного маятника. Частота колебаний пружинного маятника. Энергия пружинного маятника. Закон сохранения энергии. Физический и математический маятники. Уравнение движения.
Оборотный маятник. Приведенная длина физического маятника. Центр качания. Измерение ускорения свобод -
ного падения.
Специальная теория относительности
Принцип относительности. Принцип постоянства скорости света. Пространство-время Минковского. Мировая линия частицы. Световой конус. Преобразования Лоренца. Вывод преобразований Лоренца. Интервал. Собственное время. Относительность времени. Время жизни распадающейся элементарной частицы. Парадокс близнецов. Преобразования скоростей.
|
2
|
Молекулярная физика
и термодинамика
|
Кинетическая теория равновесного идеального газа
Концентрация молекул. Функция распределения молекул в пространстве и по скоростям. Средние скорости. Давление газа. Приближенное выражение для среднего числа ударов молекул о стенку. Связь давления со средним значением квадрата скорости молекулы. Основное уравнение кинетической теории газа Распределение Максвелла — Больцмана.
Термодинамика идеального газа
Моль вещества. Число Авогадро. Молярная масса. Уравнение состояния идеального газа. Закон Дальтона. Средняя энергия молекулы. Внутренняя энергия идеального газа. Изохорический процесс. Теплоемкость идеального газа при постоянном объеме. Число степеней свободы молекулы. Равнораспределение энергии ПО степеням свободы. Изобарический процесс. Теплоемкость идеального газа при постоянном давлении. Изотермический процесс. Адиабатический процесс. Энтропия идеального газа. Энтропия идеального газа и второе начало термодинамики.
Явления переноса в газах
Неравновесные состояния газа. Локальное термодинамическое равновесие. Средняя длина свободного пробега молекулы. Плотность потока молекул. Диффузия газов. Закон Фика. Коэффициент диффузии. Вывод закона Фика. Уравнение диффузии. Вязкость газов. Закон Ньютона. Коэффициент вязкости. Вывод закона Ньютона для силы вязкого трения. Теплопроводность газов. Закон Фурье. Коэффициент теплопроводности.
Реальные газы
Межмолекулярное взаимодействие. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Обоснование уравнения Ван-дер-Ваальса. Внутренняя энергия реального газа.
|
3
|
Электричество и
магнетизм
|
Постоянное электрическое поле в вакууме
Элементарные частицы, имеющие электрический заряд. Элементарный электрический заряд. Закон сохранения заряда изолированной макроскопической системы.
Взаимодействие двух точечных зарядов. Сила взаимодействия. Потенциальная энергия взаимодействие двух точечных зарядов. Действие системы заряженных частиц на пробный заряд. Закон Кулона и принцип суперпозиции. Напряженность электрического поля. Закон Кулона и принцип суперпозиции для напряженности. Потенциал электрического поля. Закон Кулона и принцип суперпозиции для потенциала. Соотношение, связывающее напряженность поля и потенциал. Градиент потенциала.
Работа при перемещении заряда в постоянном электрическом поле. Циркуляция вектора напряженности постоянного электрического поля. Силовые линии и эквипотенциальные поверхности. Поток вектора напряженности электрического поля. Поток вектора напряженности поля точечного заряда. Теорема Гаусса. Применения теоремы Гаусса. Электрическое поле бесконечной равномерно заряженной плоскости. Электрические поля заряженных сферы, шара и цилиндра. Основные уравнения электростатики в интегральной форме.
Электрический диполь и создаваемое им электрическое поле. Электрическое поле точечного диполя. Вывод формул для напряженности поля и потенциала. Электрический момент диполя.
Электрическое поле в диэлектриках
Полярные и неполярные молекулы. Электрический момент молекулы. Диполь во внешнем электрическом поле.
Поляризация диэлектрика. Свободные и связанные заряды. Поляризованность. Поверхностная плотность связанных зарядов и ее связь с вектором поляризованности.
Проводники в постоянном электрическом поле
Носители электрического тока. Электростатическая индукция. Индуцированные заряды. Распределение зарядов в изолированном проводнике. Поверхностная плотность заряда. Постоянное электрическое поле в изолированном проводнике. Граничные условия на поверхности проводника. Электрическая емкость заряженного проводника. Емкость проводящего шара, окруженного однородным диэлектриком. Энергия заряженного проводника.
Конденсаторы. Напряжение. Емкость конденсатора. Плоский конденсатор. Вывод формулы для емкости плоского конденсатора, заполненного однородным диэлектриком. Энергия заряженного конденсатора. Вывод формулы для энергии заряженного конденсатора. Энергия электрического поля в плоском конденсаторе. Плотность энергии. Соединения конденсаторов.
Электрический ток
Ток проводимости и конвективный ток. Вектор плотности тока. Сила тока. Вывод формулы, связывающей плотность тока и среднюю скорость носителей тока. Закон сохранения заряда. Вывод уравнения непрерывности. Закон Ома для участка цепи в дифференциальной и интегральной формах. Вывод закона Ома для участка цепи. Соединения проводников. Плотность конвективного тока в заряженном цилиндре, вращающемся вокруг собственной оси.
Сторонние силы. Работа сторонних сил при переносе носителя тока. Электродвижущая сила. Напряжение на неоднородном участке цепи. Закон Ома для неоднородного участка цепи. Закон Ома для полной цепи. Правила Кирхгофа и пример их применения. Закон Джоуля — Ленца в дифференциальной и интегральной формах. Мощность тока и удельная мощность тока. Вывод закон Джоуля — Ленца.
Цепь, состоящая из конденсатора и проводника. Зависимость от времени тока в цепи и заряда на конденсаторе. Задача о токе утечки конденсатора.
Постоянное магнитное поле в вакууме
Закон Био-Савара-Лапласа и принцип суперпозиции. Магнитное поле кругового тока. Магнитная индукция в центре витка. Расчет индукции магнитного поля кругового тока на оси витка. Расчет индукции магнитного поля на оси соленоида конечной длины. Магнитное поле прямого отрезка с током.
Поток и циркуляция вектора магнитной индукции. Основные уравнения теории постоянного магнитного поля в интегральной форме. Магнитное поле бесконечно длинного соленоида. Магнитное поле прямого тока. Взаимодействие токов. Магнитное поле заряженного цилиндра, вращающегося вокруг собственной оси. Определение единицы силы тока в системе СИ. Вычисления электрической и магнитной постоянных. Их связь со скоростью света. Вывод дифференциальных уравнений теории постоянного магнитного поля.
Действие магнитного поля на заряды и токи
Магнитное поле. Магнитная индукция. Силовые линии магнитного поля. Сила Лоренца. Движение заряженной частицы в однородном и постоянном магнитном поле. Вывод уравнений движения и их решение. Движение вдоль силовой линии. Движение по окружности. Зависимость радиуса окружности от скорости движения частицы. Движение по винтовой линии. Шаг и радиус винтовой линии. Движение заряженной частицы в электрическом и магнитном полях. Эффект Холла. Определение отношения заряда электрона к его массе методом магнетрона.
Действие магнитного поля на проводник с током. Сила Ампера. Контур с током в магнитном поле. Магнитный момент.
Электромагнитная индукция
Магнитный поток через поверхность, натянутую на контур. Закон Фарадея и правило Ленца. Электродвижущая сила индукции. Закон Фарадея и соответствующее ему уравнение Максвелла. Электродвижущая сила в проводнике, движущемся в магнитном поле. Самоиндукция. Электродвижущая сила самоиндукции. Индуктивность контура. Цепь, состоящая из проволочной катушки и проводника. Зависимость силы тока в цепи от времени. Энергия магнитного поля в катушке. Вихревое электрическое поле в соленоиде. Индуктивность соленоида. Энергия магнитного поля в заполненном веществом соленоиде. Плотность энергии магнитного поля. Токи Фуко.
Электромагнитные колебания
Гармонические колебания. Колебательный контур, состоящий из конденсатора и катушки индуктивности. Вывод уравнения колебаний напряжения на обкладках конденсатора. Зависимости от времени силы тока в контуре, напряжения и заряда на обкладках конденсатора. Частота колебаний. Формула Томсона. Энергия колебательного контура. Закон сохранения энергии.
Электромагнитное поле
Уравнения Максвелла в интегральной и дифференциальной формах. Плотность тока смещения. Вектор Умова — Пойнтинга.
|
4
|
Оптика
|
ВОЛНОВАЯ ОПТИКА
Интерференция
Сложение волн и колебаний. Амплитуда суммы двух гармонических колебаний. Интенсивность. Когерентность. Интерференция света от двух точечных источников. Интерференционная картина. Распределение интенсивности света на экране. Интерференция двух плоских волн. Интерференция света в тонких пленках. Интерферометры.
Дифракция
Принцип Гюйгенса — Френеля и принцип суперпозиции. Графический метод сложения гармонических колебаний. Дифракция света на круглом отверстии. Зоны Френеля. Дифракция света на диске. Дифракция Фраунгофера. Дифракция света на щели. Дифракционная решетка. Дифракционная решетка как спектральный прибор.
Поляризация света
Эллиптическая и линейная поляризация электромагнитной волны. Волна, поляризованная по кругу. Естественный, поляризованный и частично поляризованный свет. Степень поляризации. Поляризация света при отражении и преломлении. Угол Брюстера. Поляризация света при двойном лучепреломлении. Закон Малюса. Интерференция поляризованных лучей.
КВАНТОВАЯ ОПТИКА
Тепловое излучение
Взаимодействие излучения с веществом и его характеристики. Энергетическая светимость. Испускательная способность. Поглощательная способность. Освещенность поверхности изотропным излучением. Плотность энергии излучения. Законы равновесного теплового излучения. Закон Кирхгофа. Формула Планка. Закон Стефана — Больцмана. Закон смещения Вина.
Фотоны
Фотоны. Импульс и энергия фотона. Фотоэффект. Вольтамперная характеристика вакуумного фотоэлемента. Законы фотоэффекта. Тормозное рентгеновское излучение. Эффект Комптона. Давление света. Опыты Лебедева. Давление пучка света.
|
5
|
Атомная физика
|
Боровская теория атома
Спектр излучения атома водорода. Формула Бальмера. Планетарная модель атома. Опыты Франка и Герца. Теория водородоподобного иона. Постулаты Бора. Скорость и радиус орбиты электрона. Спектр энергий электрона. Уровни энергии. Испускание и поглощение света атомом.
Основы квантовой механики
Корпускулярно-волновой дуализм. Волны де Бройля. Формулы де Бройля. Дифракция электронов и нейтронов в кристаллах. Волновая функция и ее смысл. Уравнение Шредингера. Волна де Бройля как решение уравнение Шредингера для свободной частицы. Неопределенности координаты и импульса. Соотношение неопределенностей. Уравнение Шредингера для стационарных состояний. Спектр энергий.
Строение атома
Атом водорода в квантовой механике. Спектр энергий электрона. Энергетические уровни. Потенциалы возбуждения и ионизации атома. Пространственное квантование. Квантовые числа. Сравнение с теорией Бора. Гиромагнитное отношение. Спин электрона. Многоэлектронные атомы. Электронные конфигурации. Периодическая система элементов Менделеева. Электронные оболочки и слои. Принцип Паули. Опыт Штерна и Герлаха. Эффект Зеемана.
Физика атомного ядра
Состав и характеристики атомных ядер. Самопроизвольный распад частицы. Условие самопроизвольного распада. Энергия связи. Удельная энергия связи. Капельная модель ядра. Вывод формулы, описывающей зависимость удельной энергии связи от массового числа. Радиоактивность. Закон радиоактивного распада. Ядерные реакции.
|
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№ п/п
|
Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин
|
№ № разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
1.
|
Механизация растениеводства и животноводства
|
+
|
+
|
+
|
|
|
2.
|
Основы научных исследований
|
+
|
+
|
+
|
+
|
+
|
3.
|
Земледелие
|
+
|
+
|
|
|
+
|
4.
|
Агрохимия
|
+
|
+
|
+
|
+
|
+
|
4.
|
Растениеводство
|
+
|
+
|
|
|
+
|
6.
|
Безопасность жизнедеятельности
|
+
|
+
|
+
|
+
|
+
|
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий, час
№ п/п
|
Наименование раздела
дисциплины
|
Лекц.
|
ЛР
|
С
|
СРС
|
Всего
|
1.
|
Механика
|
10
|
4
|
6
|
20
|
40
|
2.
|
Молекулярная физика и термодинамика
|
4
|
8
|
6
|
18
|
36
|
3.
|
Электричество и магнетизм
|
8
|
6
|
4
|
18
|
36
|
4.
|
Оптика
|
4
|
6
|
2
|
10
|
22
|
5
|
Атомная физика
|
2
|
-
|
2
|
6
|
10
|
Всего
|
28
|
24
|
20
|
72
|
144
|
6. Лабораторный практикум
№ п/п
|
№ раздела дисциплины
|
Наименование лабораторных работ
|
Трудо-емкость,
часы
|
1
|
1
| Измерение линейных размеров и массы тел и определение их плотности |
2
|
2
|
1
| Исследование колебательных движений |
2
|
3
|
2
| Изучение газовых законов |
2
|
4
|
2
| Изучение удельных теплоемкостей |
2
|
5
|
2
| Определение коэффициентов внутреннего трения жидкостей |
2
|
6
|
2
| Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкостей |
2
|
7
|
3
| Градуировка термопары |
2
|
8
|
3
| Определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли |
2
|
9
|
3
| Изучение законов постоянного тока |
2
|
10
|
4
| Изучение законов геометрической оптики |
2
|
11
|
4
| Определение показателей преломления веществ |
2
|
12
|
4
| Исследование явления поляризации |
2
|
7. Семинары
№ п/п
|
№ раздела дисциплины
|
Наименование семинаров
|
Трудо-емкость, часы
|
1
|
1
| Методы измерений и обработки результатов измерений (теория ошибок) |
2
|
2
|
1
| Кинематика, динамика материальной точки |
2
|
3
|
1
| Динамика вращательного движения твердого тела. Законы сохранения. |
2
|
4
|
2
| Молекулярно-кинетическая теория |
2
|
5
|
2
| Законы термодинамики |
2
|
6
|
2
| Электростатика |
2
|
7
|
3
| Постоянный ток |
2
|
8
|
3
| Магнетизм |
2
|
9
|
4
| Волновая оптика |
2
|
10
|
5
| Атомная физика |
2
|
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
а) основная литература:
А.А. Детлаф, Б.М. Яворкий. Курс физики. «Высшая школа», М., 2008.
Т.И. Трофимова. Курс физики. «Высшая школа», М., 2008.
В.С. Волькенштейн. Сборник задач по общему курсу физики. «Спецлит» - СПб., 2004
В.Е. Литвинов и др. Сборник лабораторных работ. Части 1 и 2. М.: МСХА, М., 2001.
Б.В. Пронин. «Механика» Лекции по физике. МСХА – М., 2008.
Б.В. Пронин. «Электричество и магнетизм» Курс лекций. МСХА – М., 2009.
Б.В. Пронин. «Молекулярно-кинетическая теория и термодинамика» Курс лекций по физике. МСХА – М., 2009.
В.Е. Литвинов, Б.В. Пронин. Учебное пособие и руководство к практическим занятиям. Части 1 и 2. МСХА – М., 2005.
б) дополнительная литература:
А.И. Ремизов, А.Я. Потапенко. Курс физики. Дрофа. М., 2005.
Р.И. Грабовский. Курс физики. «Высшая школа», М., 2009.
Т.И. Трофимова, З.Г. Павлова. Сборник задач по курсу физики с решениями. «Высшая школа», М., 2008.
А.Д. Полянин. Справочник для студентов. «Астрель», М., 2008.
Р. Фейнман, Р. Лейтон, М. Сендс. Фейнмановские лекции по физике. Т. 1-9. М., 2009.
Б.М. Яворский и А.А. Детлаф. Справочник по физике. Наука, М.2009
в) программное обеспечение: программа подготовки бакалавра по физике включает в себя учебный план, рабочую программу курса физики, календарный учебный график и методические материалы.
г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы:
Rambler.ru, Yandex.ru, Google.com.ru, Nigma.ru, Wikipedia.ru.
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины: для проведения лабораторного практикума по дисциплине «Физика» необходимы лаборатории, оснащенные современным оборудованием и приборами, компьютерные классы, мультимедийное оборудование для демонстрации учебных материалов.
10. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины
1. Применение интерактивных лекций.
2. Применение индивидуальных заданий и рефератов.
3. Использование программы презентаций: Microsoft Office Power Point при заслушивании рефератов.
4. Применение электронных средств для тестирования и контроля знаний студентов.
Разработчик:
РГАУ-МСХА
имени К.А.Тимирязева зав. кафедрой физики Б.В. Пронин
Эксперт:
Московский профессор
энергетический кафедры
институт - МЭИ (ТУ) физики Б.С. Ренкевичус
|
