Министерство высшего и профессионального образования РФ федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Скачать 414.64 Kb.
|
Министерство высшего и профессионального образования РФ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский федеральный университет» Институт фундаментальной подготовки З.В. Кормухина, Д.Л. Халяпин Общая физика МЕХАНИКА, КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ, ТЕРМОДИНАМИКА И МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов, обучаемых по направлению 020200.62 "Биология" Красноярск 2012 1. Цели и задачи изучения дисциплины Цель курса – формирование базовых знаний и приобретение навыков практической работы в области механики, колебательных и волновых процессов, термодинамики и молекулярной физики. В курсе рассматриваются основные законы кинематики, динамики и законы сохранения, рассматриваются вопросы теории колебаний и распространения механических волн. Формулируются основные постулаты и законы термодинамики, рассматриваются вопросы молекулярно-кинетической теории, а также затрагиваются вопросы основных применений физических законов. Практическое ознакомление с предметом происходит при выполнении работ лабораторного практикума. Изучившие курс должны иметь устойчивое представление о механическом описании движения, знать основные законы и понятия механики, иметь представление о молекулярно-кинетической теории, знать основные положения термодинамики, представлять физику колебательных и волновых процессов, знать принципы проведения физического эксперимента, уметь проводить обработку результатов измерений и оценивать точность экспериментально полученных данных. Дисциплина ориентирована на формирование у студентов следующих умений и навыков: вести конспект лекций, готовиться к лекциям, задавать вопросы, работать с лекциями на практических занятиях, соотносить материал лекции с материалом учебника и учебных пособий; самостоятельно разбираться в новом материале; (У-1) пользоваться понятийным аппаратом (фундаментальные понятия, законы и принципы), теоретическими моделями и методами физики, переходить от наглядной постановки задачи к ее математической модели (У-2); владеть общими подходами, методами и навыками проведения эксперимента и обработки его результатов; критически осмысливать результаты эксперимента и делать выводы, проводить оценки (У-3); представлять экспериментальные результаты в табличной и графической форме, находить предварительную оценку погрешности проводимых косвенных измерений (У-4). Курс базируется на общих курсах математики: «Высшая алгебра», «Математический анализ» и школьном курсе физики. Он составляет основу для дальнейшего изучения общей физики, продолжающегося в следующем учебном семестре, а также для углубленного изучения специальных и фундаментальных дисциплин. 2. Виды учебных занятий Учебная работа реализуется в трех формах: аудиторные занятия, самостоятельная работа и контроль. Структура каждой из форм следующая: 1. Аудиторные занятия 1.1. Лекции 1.2. Лабораторный практикум 2. Самостоятельная работа 2.1. Изучение материала курса по учебникам, учебным пособиям, монографиям, научно-периодической литературе 2.2. Подготовка к лабораторным работам 3. Контроль процесса обучения и качества знаний 3.1. Рефераты к лабораторным работам, контроль знаний по теме лабораторной работы (проверяется выдаче допуска к выполнению работы) 3.2. Отчеты выполненных лабораторных работ 3.3. Зачет (итоговый контроль)
3. Организация изучения теоретического курса Лекции 32 часа Модуль I. Физические основы механики
Предмет физики. Метод познания в физике. Эксперименты и теории. Роль математики. Физические законы. Понятие факта в физике. Модели. Прямые и обратные задачи физики. Размерности физических величин.
Движение как главная форма существования материи. Пространство и время. Способы описания состояния тела и системы тел. Системы отсчета и координат. Роль и принципы выбора систем координат. Скорость и ускорение как производные. Поступательное и вращательное движения как основные виды движений. Угловые скорость и ускорение, нормальное и тангенциальное ускорения. Инерциальные системы и равноправность покоя и равномерного прямолинейного движения.
Сила и масса, суперпозиция сил. Первый и второй законы Ньютона. Уравнения движения, роль начальных условий, принцип детерминизма. Примеры решения уравнений движения. Движение тел в поле сил тяготения, явление невесомости в спутниках. Импульс, закон сохранения импульса для механической системы, третий закон Ньютона. Взаимодействие тел через поле. Общая формулировка закона сохранения импульса. Кинетическая энергия материальной точки, связь ее с компонентами вектора импульса. Работа и потенциальная энергия. Работа перемещения материальной точки по криволинейному пути. Потенциальные силы, введение понятия потенциала для взаимодействующих тел. Потенциальная функция, потенциальная поверхность. Связь компонент силы и потенциальной функции. Потенциальная яма и условие устойчивого равновесия.
Момент силы. Динамика вращения точки и тела вокруг постоянной оси, понятие о моменте инерции материальной точки и тела. Уравнение движения вращающегося вокруг неподвижной оси тела. Момент импульса, связь его компонент с кинетической энергией вращения. Изменение момента инерции тела при переносе оси вращения. Главные моменты инерции и устойчивость вращения тел. Закон сохранения момента импульса тела и системы тел. Особенности конструкции вертолетов. Гироскопы и их применение. Центр масс и уравнение его движения. Разделение поступательных и вращательных движений твердого тела. Пара сил. Система уравнений для движения твердого тела и его кинетическая энергия. Закон сохранения энергии и его связь с равномерностью течения времени.
Принцип относительности в физике. Релятивистский импульс. Преобразование энергии-импульса. Масса и ее связь с энергией покоя. Масса сложной системы и ее связь с энергией взаимодействия частей. Неаддитивность массы. Дефект массы и энергетика. Кинетическая энергия в релятивистской механике. Уравнение движения материальной точки в релятивистской механике. Движение материальной точки под действием постоянной силы. Скорость света как предельная скорость. Частицы с нулевой массой покоя. Принцип эквивалентности и теория происхождения сил всемирного тяготения. 2. Модуль II. Колебания и волны. 2.1. Колебательное и волновое движение в природе 0,11 (4 ч) Повторяемость колебательных процессов, их математическое описание. Периодические функции. Кинематика гармонических колебаний, их частота, период, амплитуда и фаза. Сложение гармонических колебаний. Сложение гармонических колебаний с близкими частотами. Биения. Дифференциальное уравнение, решениями которого служат гармонические колебания. Колебание грузика, закрепленного на пружине. Связь кинематических параметров гармонических колебаний с физическими характеристиками. Закон сохранения энергии при гармонических колебаниях. Малые колебания физических систем суть гармонические колебания. Примеры малых колебаний: простой и физический маятник. Затухающие колебания. Вынужденные колебания и явление резонанса. Понятие об автоколебаниях. Колебания в системах со многими степенями свободы. Плоские волны, их математическое описание. Скорость распространения волны. Дифференциальное уравнение, решением которого служат плоские волны. Плоские монохроматические волны, их частота, период, скорость, амплитуда, волновой вектор. Поляризация плоских волн. Продольные и поперечные волны. Распространение упругих волн в стержнях. Связь кинематических параметров волн с физическими характеристиками. Звуковые волны. Скорость звука в воздухе. Энергия волн. Сложение волн. Стоячие волны. Интерференция волн. Огибание волнами препятствий – дифракция волн.
Микроскопические и макроскопические явления. Идеальный газ как статистическая система многих частиц. Давление, объем и температура газа как обобщенные характеристики состояния газа. Равновесные и неравновесные состояния газа. Обратимые и необратимые процессы. Диаграмма давление-объем. Экспериментальные газовые законы, обобщенный газовый закон (уравнение состояния идеального газа). Вывод уравнения состояния идеального газа на основе кинетических представлений.
Физический смысл понятия термодинамической температуры. Распределение энергии по степеням свободы. Распределения Максвелла и Больцмана, барометрическая формула.
Диффузия, диффузия через мембраны, осмос, осмотическое давление и его роль в жизнедеятельности растений. Теплопередача. Внутреннее трение. Выражение неравновесных процессов через обобщенные термодинамические силы.
Уравнение Ван-дер-Ваальса, критическая точка, реальные изотермы, сжижение газов. Жидкости, поверхностное натяжение в жидкостях, охлаждение жидкости при испарении, терморегуляция растений и животных. Смачивающие и несмачивающие жидкости. Капиллярные явления, формула Лапласа.
Первое начало термодинамики, изопроцессы, адиабатический процесс, охлаждение газов при адиабатическом расширении и получение низких температур. Уравнение Пуассона и его вывод. Классическая теория теплоемкостей, причины отклонения реальных теплоемкостей как функции температуры от результатов классической теории. Работа идеального газа в различных процессах.
Обратимые и необратимые циклы. Тепловые машины и цикл Карно, второе начало термодинамики. Компрессионные холодильники и тепловые насосы.
Энтропия, внутренняя энергия, энтальпия, термодинамический потенциал Гиббса. Формула для энтропии идеального газа. Теорема Карно и обобщение понятия энтропии как термодинамического потенциала. Связь энтропии с микросостояниями идеального газа. Статистическое толкование энтропии. Энтропия и степень вырождения системы. Формула Больцмана. Энтропия и информация. Возрастание энтропии при необратимых процессах на примере выравнивания температуры двух находящихся в контакте нагретых тел и при выравнивании давлений в двух частях сосуда с газом.
Давление газа на стенку сосуда. Среднее число ударов молекул о стенку. Определение Перреном числа Авогадро. Теорема о равнораспределении энергии по степеням свободы. Квантовый осциллятор.
Структура и методическое обеспечение дисциплины
Из-за большого объема курса «Физика» он не может быть полностью изложен на лекциях. Поэтому часть теоретического материала рассматривается в процессе подготовки и выполнения лабораторных работ, а часть студент должен изучить самостоятельно. Умение самостоятельно изучать новый материал является важной частью образовательного процесса, так как именно навыки самостоятельного приобретения знаний делают из специалиста профессионала. Самостоятельная работа по изучению теоретического курса направлена на развитие общенаучных компетенций, осуществляется путем изучения основной и дополнительной литературы, консультаций с преподавателем. При этом происходит дальнейшее формирование общенаучных компетенций и их закрепление в процессе решения задач и выполнения домашних заданий при подготовке к семинарским занятиям. Самостоятельная работа, связанная с лабораторным практикумом, направлена на развитие инструментальных и общенаучных компетенций путем освоения техники эксперимента на современных приборах и аппаратуре, выполнения анализа экспериментальных результатов на основе имеющихся теоретических моделей с использованием современных информационных технологий, защиты достоверности результатов измерений с привлечением методов статистической обработки и сопоставлением с результатами других авторов.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Правила оформления дипломных работ Министерство образования и науки... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования |  | Министерство образования и науки российской федерации федеральное... Государственное автономное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования (повышения квалификации) специалистов... |
| Министерство образования и науки российской федерации федеральное... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Министерство образования и науки российской федерации федеральное... Негосударственное образовательное частное учреждение высшего профессионального образования |
| Основная образовательная программа высшего профессионального образования Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального... | | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Федеральное государственное автономное образовательное учреждение... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Федеральное государственное автономное образовательное учреждение... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Программа дисциплины «Сценарный трейдинг» Правительство Российской... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Ф едеральное государственное автономное образовательное учреждение... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Ф едеральное государственное автономное образовательное учреждение... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Министерство сельского хозяйства РФ федеральное государственное бюджетное... Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Федеральное агентство по образованию федеральное государственное... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Правительство Российской Федерации Государственное образовательное... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
