МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Филиал ФГБОУ ВПО
«Красноярский государственный педагогический университет
им. В.П. Астафьева» в г. Канске
ФИЗИКА
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ
Специальность: 050202.65 – Информатика
Канск
2012
УМКД составлен преподавателем филиала, к.ф.-м.н., доцентом Дьячуком П.П.
Обсужден на заседании Совета филиала
«_05_сентября_2012г.
Председатель Совета филиала А.Л. Андреев
Протокол согласования рабочей программы дисциплины «ФИЗИКА»
с другими дисциплинами специальности 050202.65 ИНФОРМАТИКА
Наименование дисциплин, изучение которых опирается на данную дисциплину
|
Предложения об изменениях в пропорциях материала, порядка изложения и т.д.
|
Принятое решение (протокол №, дата) Совета филиала
|
Уравнения математической физики.
Основы микроэлектроники.
Архитектура компьютера.
|
-
|
01/12 от 01.09.2012
|
лист внесения изменений
Дополнения и изменения рабочей программы на 2013/2014 учебный год
В рабочую программу вносятся следующие изменения:
1. ____________________________________________________________
2. ____________________________________________________________
3. ____________________________________________________________
Внесенные изменения утверждаю:
Директор филиала КГПУ им. В.П. Астафьева
"____"___________ 20__г.
СОДЕРЖАНИЕ
1. Пояснительная записка
|
6
|
2 Рабочая программа дисциплины
|
7
|
Выдержка из стандарта
|
8
|
Введение
|
9
|
Содержание теоретического курса дисциплин
|
10
|
Тематический план
|
15
|
Учебно-методическая (технологическая) карта дисциплины
|
16
|
Карта литературного обеспечения
|
25
|
Технологическая карта рейтинга
|
29
|
Методические рекомендации для студентов
|
33
|
Банк контрольных заданий и вопросов
|
37
|
Вопросы к зачёту и экзамену
|
80
|
Тематика рефератов
|
83
|
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Учебно-методический комплекс дисциплины (УМКД) «Физика» для студентов очной формы обучения по специальности 050202.65 «Информатика» состоит из следующих элементов:
Рабочей программы дисциплины, включающей в себя основное её содержание и учебные ресурсы: литературное обеспечение, мультимедиа и электронные ресурсы.
Методических рекомендаций для студентов, которые содержат советы и разъяснения, позволяющие студенту оптимальным образом организовать процесс изучения дисциплины «Физика».
Банка контрольных заданий по дисциплине «Физика», каждое из которых представлено в нескольких вариантах для индивидуальной проверки знаний студентов.
Вопросов к зачету и экзамену, который является итоговым контролем освоения студентом компетенции в области Физики.
Тематики рефератов, которая отражает наиболее актуальные и значимые проблемы физики, и проверяет освоение вопросов рекомендованных для самостоятельного изучения студентом.
Поскольку в учебном плане по данной дисциплине не предусмотрено курсовых работ, то они отсутствуют; также не предусмотрены учебным планом рефераты, но перечень тем рефератов даётся в качестве дополнительного учебного материала.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
ФИЗИКА
ВЫДЕРЖКА ИЗ СТАНДАРТА
Настоящая рабочая модульная программа дисциплины (далее программа) составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по специальности 050202 – Информатика, утвержденного заместителем Министра образования и науки Российской Федерации А.Г.Свинаренко 31 января 2005 г., номер государственной регистрации № 661пед/сп (новый).
ЕН.Ф.02
|
Физика
Физические основы механики; колебания и волны; молекулярная физика и термодинамика; электричество и магнетизм; оптика; атомная и ядерная физика; физический практикум.
|
324
|
Введение
Программа устанавливает минимальные требования к знаниям и умениям студента и определяет содержание и виды учебных занятий и отчетности. Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, и студентов, участвующих в процессе изучения дисциплины. Настоящая программа не может быть использована другими подразделениями университета и другими вузами без разрешения филиала – разработчика программы.
Место дисциплины в реализации основных задач ОПП: дисциплина «Физика» относится к естественно научному циклу. Она занимает одно из центральных мест в системе подготовки учителя по специальности 050202 Информатика и имеет огромное мировоззренческое значение.
Дисциплина «Физика» является дисциплиной естественно-научного цикла, изучаемой в рамках подготовки учителя информатики.
Содержание дисциплины «Физика» глубоко интегрировано в структуру блока дисциплин предметной подготовки. Изучение данной дисциплины базируется на следующих дисциплинах:
- математика
- Химия
- Теория вероятности
- Математическая статистика.
Материал данной дисциплины непосредственно используется для изучения следующих дисциплин:
- основы микроэлектроники
- уравнения математической физики
- архитектура компьютера.
Целью дисциплины является формирование современной физической картины мира, как части естественнонаучной картины мира, развитие познавательной потребности у студентов.
Задачи дисциплины:
- усвоение студентами научных знаний по разделам физики;
- овладение теоретическими и экспериментальными методами физических исследований.
Обучение физике осуществляется в форме лекций, семинарских занятий, лабораторных занятий, внеаудиторной самостоятельной работы. Дисциплина рассчитана на три семестра (5, 6 и 7 семестры). Студент, изучивший дисциплину «Физика», должен владеть знаниями фундаментальных явлений и эффектов в области физики, знать и уметь использовать знания по физике, владеть экспериментальными и теоретическими методами, знать современное состояние, теоретические работы, результаты экспериментов в области физики.
Содержание теоретического курса дисциплины
5 семестр
БАЗОВЫЙ МОДУЛЬ № 1
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ
ВВЕДЕНИЕ.
Основные понятия механики: система отсчета, материальная точка, абсолютно твердое тело. Пространство и время в классической механике. Математическая модель пространства.
КИНЕМАТИКА. Кинематика материальной точки. Векторный метод описания движения материальной точки. Координатный метод описания движения материальной точки (декартова система координат). Естественный метод описания движения материальной точки. Тангенциальное и нормальное ускорения.
Элементы кинематики твердых недеформируемых тел. Поступательное движение. Вращение абсолютно твердого тела вокруг неподвижной оси.
ДИНАМИКА МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ. Инерциальное состояние. Инерциальная система отсчета. Принцип относительности Галилея. Преобразования Галилея. Фундаментальные взаимодействия. Сила. Меры движения. Инертная масса. Импульс материальной точки. Законы Ньютона. Границы применимости классической механики.
Работа силы. Мощность. Теорема об изменении кинетической энергии материальной точки. Закон сохранения механической энергии.
ДИНАМИКА СИСТЕМЫ МАТЕРИАЛЬНЫХ ТОЧЕК. Импульс системы материальных точек. Понятие замкнутой системы. Закон сохранения импульса. Момент силы и момент импульса относительно оси и относительно центра. Теорема об изменении момента импульса системы. Закон сохранения момента импульса.
ДИНАМИКА ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА ВОКРУГ НЕПОДВИЖНОЙ ОСИ. Момент инерции твердого тела. Теорема Штейнера. Момент импульса твердого тела относительно неподвижной оси. Основное уравнение динамики вращательного движения твердого тела. Кинетическая энергия вращательного движения твердого тела.
БАЗОВЫЙ МОДУЛЬ № 2
СИЛОВЫЕ ПОЛЯ
ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ПОЛЯ. Векторные и скалярные поля. Понятие градиента. Поток и дивергенция векторного поля. Теорема Гаусса–Остроградского. Циркуляция и ротор векторного поля. Теорема Стокса. Потенциальные поля. Потенциальная энергия. Потенциал поля. Стационарные поля и консервативные системы. Связь силовых и энергетических характеристик поля. Законы сохранения и их связь со свойствами пространства и времени.
ГРАВИТАЦИОННОЕ ПОЛЕ. Закон всемирного тяготения. Напряженность поля. Потенциальный характер гравитационного поля.
ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ. Электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Влияние среды на взаимодействие электрических зарядов. Напряженность электростатического поля. Теорема Гаусса для электрического поля. Потенциал электростатического поля. Связь потенциала и напряженности.
Электрическая емкость. Конденсаторы. Емкость плоского конденсатора. Энергия электростатического поля. Плотность энергии.
постоянный ток. Условия существования электрического тока. Сила тока. Плотность тока. Уравнение непрерывности. Законы постоянного тока.
СТАЦИОНАРНОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ. Существование магнитного поля. Вектор магнитной индукции. Контур с током в магнитном поле. Работа при перемещении проводника с током в магнитном поле. Сила Лоренца. Закон Ампера. Теорема Гаусса для магнитного поля. Закон Био–Савара–Лапласа. Закон полного тока. Вихревой характер магнитного поля.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ (ТЕОРИЯ МАКСВЕЛЛА). Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца. Уравнение Фарадея-Максвелла. Индуктивность. Энергия магнитного поля. Плотность энергии. Гипотеза Максвелла. Ток смещения. Уравнение Максвелла. Полная система уравнений Максвелла.
6 семестр
БАЗОВЫЙ МОДУЛЬ № 1
КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ. ОПТИКА
МАЛЫЕ КОЛЕБАНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ. Свободные колебания гармонического осциллятора. Дифференциальное уравнение свободных колебаний и анализ его решения. Свободные незатухающие колебания. Затухающие колебания, его характеристики. Вынужденные колебания механических систем. Дифференциальное уравнение вынужденных гармонических колебаний и анализ его решения. Резонанс.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ. Закрытый колебательный контур. Теория свободных незатухающих колебаний. Свободные затухающие колебания. Характеристики свободных затухающих колебаний. Вынужденные электромагнитные колебания. Резонанс тока и резонанс напряжения.
ВОЛНЫ В УПРУГОЙ СРЕДЕ. Волновое движение. Продольные и поперечные волны. Характеристики волнового движения. Уравнение плоской бегущей волны. Волновое уравнение. Энергия волны.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ. Волновое уравнение для электромагнитного поля в пространстве, свободном от зарядов. Уравнение электромагнитной волны. Энергия электромагнитной волны. Вектор Умова-Пойнтинга. Интенсивность волны.
ВОЛНОВАЯ ОПТИКА. Электромагнитная теория света. Волновые свойства света. Естественный и поляризованный свет. Поляризация света. Распространение света в анизотропных средах. Двойное лучепреломление. Прохождение света через систему поляризатор-анализатор. Закон Малюса. Поляризация света при отражении от диэлектрика. Закон Брюстера.
Интерференция волн. Когерентные волны. Оптическая разность хода волн. Получение когерентных световых волн. Интерференция света в тонких пленках.
Дифракция световых волн. Принцип Гюйгенса–Френеля. Зоны Френеля. Дифракция Фраунгофера в параллельных лучах. Дифракционная решетка. Характеристики спектральных аппаратов: угловая и линейная дисперсии, разрешающая способность. Голография. Физические основы записи и считывания голограмм.
ОСНОВЫ СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
КИНЕМАТИКА специальной теории относительности. Принцип относительности Пуанкаре–Эйнштейна. Принцип постоянства скорости света. Относительность одновременности. Интервал. Инвариантность интервала. Преобразования Лоренца. Релятивистский закон сложения скоростей.
Основы релятивистской динамики. Масса, импульс и энергия в релятивистской механике. Зависимость массы от скорости. Закон взаимосвязи массы и энергии. Дефект масс.
БАЗОВЫЙ МОДУЛЬ № 2
ОСНОВЫ КВАНТОВОЙ ФИЗИКИ
КВАНТОВЫЕ СВОЙСТВА ИЗЛУЧЕНИЯ. Тепловое излучение и его характеристики. Гипотеза Планка. Формула Планка для спектральной плотности излучения.
Фотонная теория света. Эффект Комптона.
КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ ДУАЛИЗМ СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВА. Гипотеза де Бройля и ее опытное обоснование. Волны де Бройля и их вероятностная интерпретация. Принцип неопределенностей Гейзенберга.
ЭЛЕМЕНТЫ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ. Постулаты квантовой механики. Волновое уравнение для волн де Бройля. Волновая функция, ее свойства и физическая интерпретация.
Стационарное уравнение Шредингера. Одномерные задачи квантовой механики. Частица в одномерной прямоугольной потенциальной яме. Энергетический спектр частицы в яме. Потенциальный барьер. Туннельный эффект.
Линейный гармонический осциллятор. Энергетический спектр осциллятора.
ЭЛЕМЕНТЫ ФИЗИКИ АТОМА И ЯДРА
СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРОЕНИИ АТОМОВ. Дискретные спектры. Спектральные серии. Водородоподобная система в квантовой механике. Атом водорода и его основное состояние. Квантовые числа. Пространственное квантование. Спин электрона.
Системы, состоящие из одинаковых микрочастиц. Принцип тождественности микрочастиц. Фермионы и бозоны. Принцип Паули. Застройка электронных оболочек атомов.
ЭЛЕМЕНТЫ ФИЗИКИ АТОМНОГО ЯДРА. Строение и основные характеристики атомных ядер. Энергия связи и устойчивость ядер. Ядерные силы и их свойства.
Радиоактивность. Законы радиоактивного распада.
Реакция деления тяжелых ядер. Цепная реакция. Реакция синтеза.
7 семестр
БАЗОВЫЙ МОДУЛЬ № 1
СТАТИСТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА
ВВЕДЕНИЕ. Системы с большим числом степеней свободы. Статистические и термодинамические методы.
РАВНОВЕСНАЯ ТЕРМОДИНАМИКА. Равновесные термодинамические системы. Внешние и внутренние макроскопические параметры системы. Состояние системы и функции состояния. Первое и второе начала термодинамики. Энтропия. Закон возрастания энтропии.
СТАТИСТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ. Основные понятия статистической физики: фазовое пространство и число состояний физической системы, вероятность состояния, статистическое усреднение, статистическое равновесие, флуктуации. Микроканоническое распределение Гиббса. Статистический вес. Формула Больцмана для энтропии.
КЛАССИЧЕСКИЙ ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ. Идеальный газ. Распределение Максвелла (по скоростям). Распределение Больцмана (по потенциальным энергиям). Барометрическая формула.
КВАНТОВЫЙ ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ. Статистика систем, состоящих из тождественных микрочастиц. Функции распределения Ферми–Дирака и Бозе–Эйнштейна. Вырожденный электронный газ в металлах при низких температурах. Энергия Ферми.
БАЗОВЫЙ МОДУЛЬ № 2
ЭЛЕМЕНТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА
ВВЕДЕНИЕ. Кристаллические тела. Фононный газ в кристаллах.
ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ТВЕРДЫХ ТЕЛ. Основы зонной теории электропроводности твердых тел. Металлы, диэлектрики, полупроводники. Электропроводность металлов. Природа электрического сопротивления. Явление сверхпроводимости. Электрические свойства полупроводников. Собственная и примесная проводимость полупроводников.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В КОНТАКТАХ. Работа выхода электронов из металла. Контактная разность потенциалов.
Контактные явления в полупроводниках. p-n - переход. p-n-p - переход. Полупроводниковые диоды и транзисторы.
МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА. Магнитное поле в магнетиках. Диамагнетики. Природа диамагнетизма. Природа парамагнетизма. Теория Ланжевена. Ферромагнетизм. Явление магнитного гистерезиса. Природа ферромагнетизма.
ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ТЕЛ. Поглощение света. Спонтанное и индуцированное излучение. Среды с инверсной заселенностью. Принципиальная схема работы лазера. Свойства лазерного излучения.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Эволюция представлений о пространстве, времени, материи. Современные представления о физической картине мира.
|
