№ лекции
|
Название раздела
|
Содержание раздела
|
4.2.1
|
Раздел 1. Физические основы механики
|
Введение
Предмет физики. Методы физического исследования: опыт, гипотеза, эксперимент, теория, роль физики в развитии техники и влияние техники на развитие физики. Роль физики в становлении инженеров. Задачи курса физики.
Тема 1. КИНЕМАТИКА МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ
Механическое движение как простейшая форма движения материи. Элементы кинематики материальной точки. Скорость и ускорение точки как производные радиуса-вектора по времени. Тангенциальное и нормальное ускорения. Радиус кривизны траектории. Поступательное движение твердого тела.
|
4.2.2
4.2.3
|
|
Тема 2. ДИНАМИКА МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ
Динамика материальной точки и поступательного движения твердого тела. Закон инерции и инерциальные системы отсчета. Законы динамики материальной точки и системы материальных точек. Внешние и внутренние силы.
Центр масс (центр инерции) механической системы и закон его движения. Закон сохранения импульса. Движение тел переменной массы.
|
4.2.4
4.2.5
|
|
Тема 3. РАБОТА. ЭНЕРГИЯ. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ
МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Энергия как универсальная мера различных форм движения и взаимодействия. Работа силы. Кинетическая энергия механической системы и ее связь с работой внешних и внутренних сил.
Поле как форма материи, осуществляющая силовое взаимодействие между частицами вещества. Потенциальная энергия и ее связь с силой, действующей на материальную точку. Закон сохранения механической энергии.
|
4.2.6
4.2.7
|
|
Тема 4. ВРАЩАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ
ТВЕРДОГО ТЕЛА
Кинематика вращательного движения. Векторы угловой скорости и углового ускорения. Связь между угловыми и линейными скоростями и ускорениями.
Динамика вращательного движения. Момент силы относительно точки и оси. Момент инерции. Теорема Гюйгенса–Штейнера.
Кинетическая энергия вращающегося тела. Уравнение динамики вращательного движения Момент импульса относительно точки и оси. Закон сохранения момента импульса. Плоское движение.
|
4.2.8
4.2.9
|
|
Тема 5. ЭЛЕМЕНТЫ СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ
ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
Преобразования Галилея. Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца. Следствия из преобразований Лоренца. Пространственно-временной интервал и его инвариантность относительно преобразований Лоренца. Релятивистский закон сложения скоростей.
Релятивистский импульс. Основной закон релятивистской динамики материальной точки. Релятивистское выражение для кинетической энергии. Взаимосвязь массы и энергии. Энергия связи системы. Соотношение между полной энергией и импульсом частицы.
|
4.2.10
4.2.11
4.2.12
|
Раздел 2. Колебания и волны
| Тема 6. МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ
Гармонические колебания и их характеристики. Уравнения гармонических колебаний. Пружинный, физический и математический маятники.
Сложение гармонических колебаний одного направления и одинаковой частоты. Биения.
Затухающие колебания. Апериодический процесс. Вынужденные колебания. Амплитуда и фаза вынужденных колебаний. Резонанс.
Механические волны. Механизм образования механических волн в упругой среде. Уравнение бегущей волны. Длина волны и волновое число. Фазовая скорость. Волновое уравнение. Принцип суперпозиции волн и границы его применимости. Энергия волны.
|
4.2.13
|
Раздел 3. Механика жидкостей и газов
|
Тема 7. ОСНОВЫ МЕХАНИКИ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ
Общие свойства жидкостей и газов. Основные уравнения равновесия и движения жидкостей. Стационарное движение идеальной жидкости. Уравнение Бернулли. Формула Торричелли. Вязкость. Стационарное течение жидкости по прямолинейной трубе. Формула Пуазейля. Потенциальные и вихревые течения. Сила лобового сопротивления и подъемная сила.
|
4.2.14
4.2.15
4.2.16
4.2.17
4.2.18
|
Раздел 4. Молекулярная физика и термодинамика
|
Тема 8. ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКИ
И ТЕРМОДИНАМИКИ
Статистический и термодинамический методы исследования. Термодинамические параметры. Равновесные состояния и процессы, их изображение на термодинамических диаграммах.
Распределение Максвелла молекул идеального газа по скоростям и энергиям. Барометрическая формула. Распределение Больцмана частиц идеального газа по энергии во внешнем потенциальном поле.
Среднее число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул. Явления переноса. Молекулярно-кинетическая теория этих явлений.
Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы молекул. Внутренняя энергия. Работа газа при изменении его объема. Количество теплоты. Первое начало термодинамики и его применение к изопроцессам.
Теплоемкость идеального газа. Зависимость теплоемкости от вида процесса. Политропические процессы. Уравнение политропы.
Обратимые и необратимые процессы. Круговой процесс (цикл). Тепловые двигатели и холодильные машины. Цикл Карно и его КПД. II начало термодинамики. Энтропия. Статистическое толкование II начала термодинамики. Теорема Нернста и ее толкование с применением статистического определения энтропии.
|
4.2.19
4.2.20
4.2.21
4.2.22
4.2.23
4.2.24
|
Раздел 5. Электричество и магнетизм
|
Тема 9. ЭЛЕКТРОСТАТИКА
Электрические заряды. Две модели заряженных тел. Закон Кулона. Электростатическое поле. Напряженность электрического поля. Расчет электрических полей системы зарядов, принцип суперпозиции.
Поток вектора напряженности. Теорема Остроградского–Гаусса для электростатического поля. Применение теоремы Остроградского–Гаусса к расчету полей.
Работа сил поля при перемещении заряда. Признак потенциальности электростатического поля. Циркуляция вектора напряженности.
Потенциальная энергия точечного заряда в электростатическом поле. Потенциал, разность потенциалов.
Связь вектора напряженности и градиента потенциала в электростатическом поле. Вычисление разности потенциалов электростатических полей, обладающих простой симметрией.
Диэлектрики в электростатическом поле. Типы диэлектриков. Поляризация. Электрическое поле в диэлектрике. Вектор электрического смещения. Теорема Остроградского–Гаусса для вектора электрического смещения.
Проводники в электростатическом поле. Поле внутри проводника и у его поверхности. Распределение зарядов в проводнике.
Электроемкость уединенного проводника и конденсатора. Соединения конденсаторов.
Энергия электростатического поля. Объемная плотность энергии.
|
4.2.25
|
|
Тема 10. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
Электрический ток. Сила и плотность тока, условия существования. Электродвижущая сила и напряжение на участке цепи. Закон Ома и Джоуля–Ленца. Закон Ома в дифференциальной форме. Работа и мощность тока.
|
4.2.26
4.2.27
4.2.28
4.2.29
|
|
Тема 11. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ
Магнитное поле. Магнитная индукция. Магнитная проницаемость среды. Напряженность. Закон Био–Савара–Лапласа (Б–С–Л) и его применение к расчету магнитного поля. Магнитное поле прямолинейного проводника с током, кругового тока.
Действие магнитного поля на проводник с током. Закон Ампера.
Магнитный момент витка с током. Вращающий момент, действующий на плоский контур с током в магнитном поле.
Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле.
Циркуляция вектора магнитной индукции в вакууме. Вихревой характер магнитного поля. Закон полного тока в вакууме и его применение к расчету магнитного поля длинного соленоида и тороида.
Поток вектора магнитной индукции. Теорема Остроградского–Гаусса для магнитного поля. Работа перемещения проводника и контура с током в магнитном поле.
|
4.2.30
|
|
Тема 12. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ
Явление электромагнитной индукции. Опыты Фарадея. Закон электромагнитной индукции. Закон Ленца. Закон электромагнитной индукции.
Индуктивность. Явление самоиндукции. Токи при замыкании и размыкании цепи.
Взаимная индукция. Энергия магнитного поля тока. Объемная плотность энергии.
|
4.2.31
|
|
Тема 13. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВЕЩЕСТВЕ
Магнитные свойства вещества. Магнитный момент электронов и атомов. Намагниченность. Микро- и макротоки.
Диамагнетизм и парамагнетизм.
Ферромагнетики. Причины возникновения доменов и доменная структура. Кривая намагничивания. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Спиновая природа ферромагнетизма.
|
4.2.32
|
|
Тема 14. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ
Электромагнитные колебания. Колебательный контур. Затухающие электромагнитные колебания и их характеристики. Незатухающие электромагнитные колебания.
Энергия электромагнитных колебаний.
|
4.2.33
4.2.34
|
|
Тема 15. ОСНОВЫ ТЕОРИИ МАКСВЕЛЛА
ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
Ток смещения. Система уравнений Максвелла в интегральной и дифференциальной форме. Граничные условия и материальные уравнения. Относительный характер электрической и магнитной составляющих электромагнитного поля.
Скорость распространения электромагнитных возмущений. Энергия и поток энергии.
|
4.2.35
|
|
Тема 16. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ
Электромагнитные волны. Уравнение электромагнитной волны. Основные свойства электромагнитных волн. Монохроматическая линейнополяризованная волна.
|
4.2.36
4.2.37
4.2.38
|
Раздел 6. Оптика
|
Тема 17. ЗАКОНЫ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИКИ
Законы отражения и преломления. Оптически однородная среда. Двойственная природа света. Дисперсия света.
Тема 18. ВОЛНОВАЯ ОПТИКА
Интерференция световых волн. Когерентные волны. Оптическая разность хода волн. Получение когерентных волн в оптике. Зеркала Френеля. Зеркало Ллойда. Метод Юнга. Расчет интерференционной картины от двух когерентных источников. Ширина интерференционной полосы.
Интерференция света, отраженного от плоскопараллельной пластинки, пленки неоднородной толщины (клин, кольца Ньютона)
Интерферометры.
Дифракция света. Дифракция Френеля. Принцип Гюйгенса–Френеля. Свободная волна. Зоны Френеля.
|
4.2.39
4.2.40
|
|
Метод зон Френеля. Прямолинейное распространения света. Дифракция на круглом отверстии, диске.
Дифракция Фраунгофера на одной и двух щелях. Дифракционная решетка, ее разрешающая способность. Дифракция на пространственной решетке. Формула Вульфа–Брэггов. Исследование структуры кристаллов.
Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Поляризация света при отражении и преломлении. Закон Брюстера. Двойное лучепреломление. Поляризационные приспособления. Закон Малюса.
|
4.2.41
4.2.42
4.2.43
|
| Тема 19. КВАНТОВАЯ ОПТИКА
Тепловое излучение и его основные характеристики. Черное тело. Законы теплового излучения. Распределение энергии в спектре абсолютно черного тела. Квантовая гипотеза и формула Планка. Серое тело. Оптическая пирометрия. Источники света.
Фотоэффект. Законы внешнего фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна. Масса и импульс фотона. Связь массы и энергии. Внутренний фотоэффект. Фотоэлементы.
Рассеяние света. Комптоновское рассеяние света и его теория. Давление света.
|
4.2.44
4.2.45
4.2.46
4.2.47
4.2.48
|
Раздел 7. Атомная и ядерная физика
| Тема 20. ЭЛЕМЕНТЫ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ Гипотеза де–Бройля. Волны де–Бройля. Дифракция электронов и атомов. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Статистическое толкование волн де–Бройля.
Уравнения Шредингера – временное и стационарное. Движение свободной частицы. Частица в одномерной потенциальной яме. Квантование энергии и импульса частицы. Туннельный эффект.
Теория атома водорода по Бору. Квантование электронных орбит и энергии. Объяснение закономерностей в атомных спектрах. Недостатки теории Бора.
Атом водорода в квантовой механике. Квантование энергии, импульса, момента импульса электрона в атоме водорода. Квантовые числа. Принцип Паули. Правила заполнения электронных орбит.
Понятие об энергетических уровнях молекул. Спонтанное и вынужденное излучение. Лазеры.
|
4.2.49
4.2.50
|
|
Тема 21. ЭЛЕМЕНТЫ КВАНТОВОЙ
СТАТИСТИКИ И ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА
Понятие о квантовой статистике Бозе–Эйнштейна и Ферми–Дирака. Теплоемкость твердых тел. Распределение электронов проводимости в металле по энергиям. Энергия Ферми. Сверхпроводимость.
Энергетические зоны в кристаллах. Распределение электронов по энергетическим уровням. Валентная зона и зона проводимости. Металлы, диэлектрики и полупроводники. Собственная проводимость полупроводников. Квазичастицы: электроны проводимости и дырки. Эффективная масса. Примесная проводимость полупроводников. Электронный и дырочный полупроводник.
|
4.2.51
4.2.52
|
| Тема 22. ЭЛЕМЕНТЫ ФИЗИКИ АТОМНОГО ЯДРА И ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ
Заряд, размер, масса ядра. Массовое и зарядовое число. Состав ядра. Нуклоны. Дефект массы. Энергия связи ядра. Ядерные силы.
Радиоактивность. Альфа-, бета-распад. Превращение ядер.
Закон радиоактивного распада. Период полураспада. Активность радиоактивного вещества.
Ядерные реакции. Энергия ядерной реакции. Законы сохранения в ядерных реакциях.
Реакции деления тяжелых ядер. Цепная реакция деления. Понятие о ядерной энергетике.
Реакции синтеза легких ядер.
Элементы дозиметрии ионизирующих излучений.
|
№ лаб. работы
|
№ раздела
|
Наименование и краткое содержание
лабораторной работы
|
Количество часов
|
1
|
1
|
Изучение явления удара тел. Проверка выполнение закона сохранения импульса при ударе тел, определить коэффициент восстановления энергии при упругом и неупругом ударах.
|
2
|
2
|
1
|
Определение скорости пули. Ознакомление с баллистическим методом измерения скорости пули, с методом измерения момента инерции, с законом сохранения момента импульса.
|
2
|
3
|
1
|
Изучение законов вращательного движения. Воспользоваться основным законом динамики вращательного движения и ознакомиться с динамическим методом определения момента инерции тел.
|
2
|
4
|
1
|
Определение момента инерции тел. Экспериментальное определение момента инерции исследуемого тела, проверить теорему Гюйгенса–Штейнера.
|
2
|
5
|
1, 2
|
Определение ускорения свободного падения. Ознакомиться с закономерностями колебаний физического маятника, определение ускорение свободного падения с помощью переворотного маятника.
|
2
|
6
|
2
|
Изучение затухающих колебаний. На практике познакомиться с затухающими колебаниями, определить коэффициент затухания, логарифмический декремент затухания.
|
2
|
7
|
2
|
Изучение вынужденных колебаний. Снятие зависимости амплитуды вынужденных колебаний от частоты внешней силы, изучение явления резонанса. Определить коэффициент затухания собственных колебаний.
|
2
|
8
|
4
|
Изучение звуковых волн в воздухе. Определение скорости распространения звука в воздухе методом стоячих волн, расчет показателя адиабаты для воздуха на основе экспериментальных данных.
|
2
|
9
|
4
|
Определение показателя адиабаты. Ознакомиться с адиабатическим процессом, определение показателя адиабаты методом Клемана–Дезорма.
|
2
|
10
|
5
|
Изучение электростатического поля методом моделирования. Построение картины эквипотенциальных и силовых линий электростатического поля. Вычисление напряженности электростатического поля в выбранной точке.
|
2
|
11
|
5
|
Измерение емкости конденсатора методом баллистического гальванометра. Определение емкости батареи двух конденсаторов при их параллельном и последовательном соединениях.
|
2
|
12
|
5
|
Изучение свойств сегнетоэлектриков. Вычисление поляризованности и диэлектрической проницаемости сегнетоэлектриков с помощью петли гистерезиса. Графическое представление результатов.
|
2
|
13
|
5
|
Определение ЭДС источника тока компенсационным методом и определение КПД источника тока. Построение зависимости полезной мощности и КПД источника от внешней нагрузки. Оптимальный режим работы источника тока.
|
2
|
14
|
5
|
Изучение магнитного поля соленоида. Ознакомление с методом измерения магнитной индукции с помощью датчика Холла. Исследование распределения индукции вдоль оси соленоида.
|
2
|
15
|
5
|
Определение удельного заряда электрона методом магнетрона. Изучение движения электрона в магнитном и электрическом полях. Сравнение экспериментального удельного заряда электрона со справочным значением.
|
2
|
16
|
5
|
Изучение свойств ферромагнетиков с помощью петли гистерезиса. Снятие основной кривой намагничивания, определение характеристик ферромагнетиков. Построение зависимости магнитной проницаемости от напряженности намагничивающего поля.
|
2
|
17
|
5
|
Изучение затухающих электромагнитных колебаний. Определение экспериментальных и расчетных значений периода колебаний, логарифмического декремента затухания, критического сопротивления.
|
2
|
18
|
6
|
Определение радиуса кривизны линзы с помощью колец Ньютона. Наблюдение интерференционных полос равной толщины. Определение радиусов колец Ньютона.
|
2
|
19
|
6
|
Определение длины световой волны с помощью дифракционной решетки. Наблюдение явления дифракции излучения ртутной лампы.
|
2
|
20
|
6
|
Исследование зависимости показателя преломления воздуха от давления. Определение значения показателя преломления воздуха при атмосферном давлении, снятие зависимости показателя преломления воздуха от величины давления.
|
2
|
21
|
6
|
Поляризация света при отражении от диэлектрика. Определение угла полной поляризации, расчет показателя преломления стекла. Проверка закона Малюса.
|
2
|
22
|
6
|
Изучение дифракции Фраунгофера от двух щелей. Ознакомление с дифракционной картиной от двух щелей в монохроматическом свете. Определение длины волны излучения.
|
2
|
23
|
6
|
Определение поглощательной способности вольфрама. Ознакомление с пирометрическим методом измерения температуры тела.
|
2
|
24
|
6
|
Исследование спектров испускания твердых тел. Изучение особенностей непрерывных спектров ламп накаливания и других источников света, определение их температуры методами оптической пирометрии.
|
2
|
25
|
6
|
Снятие спектральной характеристики фотоэлемента и определение работы выхода электрона. Изучение основных законов фотоэффекта. Нахождение граничной частоты и работы выхода электрона из цезия.
|
2
|
26
|
7
|
Изучение альфа-распада. Экспериментальное нахождение закона ослабления потока альфа-частиц в среде и расчет основных характеристик радиоактивного распада.
|
2
|
