Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах и улицах «Добрая дорога детства» 2

Тема 1. Основы кинематики

Содержание темы:

● Механическое движение. Предмет физики и его связь с другими науками.

Структура механики. Научные абстракции: материальная точка, система материальных точек, абсолютно твердое тело.

● Система отсчета. Виды движения. Траектория, длина пути, вектор перемещения.

Скорость и ускорение: средние и мгновенные. Тангенциальное и нормальное

ускорение.

● Кинематика вращательного движения абсолютно твердого тела. Векторы

Углового перемещения, угловой скорости и ускорения. Связь между линейными

и угловыми величинами.
Тема 2. Основы динамики поступательного движения

Содержание темы:

● Инерциальные системы отсчета. Первый закон Ньютона, Сила. Масса и импульс

тела. Второй и третий законы Ньютона. Закон сохранения импульса. Закон

движения центра масс.

● Энергия, работа, мощность. Кинетическая энергия. Потенциальная энергия. Закон сохранения энергии. Графическое представление энергии.

Потенциальные кривые. Абсолютно упругий и неупругий удары.
Тема 3. Динамика вращательного движения тела.

Содержание темы:

● Момент инерции. Теорема Штейнера. Кинетическая энергия вращающегося твердого тела. Момент силы относительно точки и оси вращения. Уравнение

динамики вращательного движения. Момент импульса относительно точки и

оси вращения. Закон сохранения момента импульса.
Тема 4. Механические колебания и волны.

Содержание темы:

● Гармонические колебания и их характеристики: амплитуда колебаний, фаза

колебаний, начальная фаза колебаний, циклическая частота, период, частота

колебаний. Комплексная форма представления колебаний. Метод

вращающегося вектора амплитуды. Механические гармонические колебания,

дифференциальное уравнение гармонических и их энергия. Маятники:

пружинный, математический и физический.

● Сложение гармонических колебаний одного гармонических колебаний.

Сложение взаимно перпендикулярных гармонических колебаний. Фигуры

Лиссажу.

● Свободные затухающие колебания, дифференциальное уравнение, анализ

его решения. Декремент и логарифмический декремент затухания. Время

релаксации. Апериодическое движение.

● Вынужденные колебания, дифференциальное уравнение, анализ его решения.

Зависимость амплитуды вынужденных колебаний от частоты. Резонанс.

● Волновой процесс. Продольные и поперечные волны. Волновой фронт и

волновая поверхность. Плоские и сферические волны. Уравнения плоской и

сферической волн. Стоячие волны.
Тема 5. Элементы релятивистской динамики.

Содержание темы:

● Постулаты специальной (частной) теории относительности. Преобразования

Лоренца и некоторые следствия из них (относительность одновременности,

длительность событий и длина тел в разных инерциальных системах отсчета).

Релятивистский закон сложения скоростей.

● Основной закон релятивистской динамики. Энергия в релятивистской

динамике. Связь кинетической энергии и импульса.


Лабораторные работы по темам 1 – 5

.

№ 0. Вводная работа. Введение в технику физических измерений.
Одна или две работа из следующего списка (согласно календарному плану и графику выполнения работ):
№ 1. Изучение законов вращательного движения твердого тела на приборе Обербека.

№ 2. Изучение динамических законов на машине Атвуда.

№ 3. Изучение законов динамики на машине Атвуда.

№ 5. Определение момента инерции и проверка теоремы Штейнера методом крутильных колебаний.

№ 6. Определение ускорения силы тяжести с помощью маятников.

№ 7. Определение момента инерции махового колеса.

№ 10. Измерение скорости тела с помощью баллистического крутильного маятника.

№ 14. Определение момента инерции и эллипсоида инерции с помощью крутильных колебаний.

№ 15. Определение момента инерции тел методом колебаний.

№ 16. Изучение затухающих колебаний.

№ 17. Изучение вынужденных колебаний.

№ 18. Определение длины волны и скорости звука.

1) Измерение длины волны и скорости звука в воздухе методом сдвига фаз.

2) Измерение длины волны и скорости звука методом стоячей волны.

3) Измерение длины волны и скорости звука по наблюдению собственных

колебаний струны.

Тема 6. Физические основы молекулярно-кинетической теории идеальных газов

Содержание темы:

● Статистический метод в молекулярной физике. Основные понятия

молекулярно-кинетической теории: количество вещества, плотность вещества,

молярная масса, молярный объем.

● Температура. Шкалы температур. Законы идеального газа (Бойля-Мариотта,

Гей-Люссака, Авогадро, Дальтона). Уравнение состояния идеального газа.

● Основное уравнение молекулярно-кинетической теории. Средняя квадратичная

Скорость.
Тема 7. Элементы статистической физики
Содержание темы:
● Закон Максвелла о распределении молекул идеального газа по скоростям.

Функция распределения. Наиболее вероятная скорость.

● Барометрическая формула. Распределение Больцмана. Средняя длина

свободного пробега молекул.

Тема 8. Физические основы термодинамики

Содержание темы:

● Термодинамическая система. Термодинамический процесс. Степени

Свободы. Закон о равномерном распределении энергии по степеням

свободы молекул. Внутренняя энергия.

● Работа газа при изменении его объема. Первое начало термодинамики.

● Теплоемкости: молярная и удельная. Уравнение Майера. Применение

первого начала термодинамики к изопроцессам

● Адиабатный процесс. Уравнение адиабаты.

● Круговой процесс (цикл). Обратимые и необратимые круговые процессы.

Энтропия и ее статистический смысл. Второе начало термодинамики.

● Тепловой двигатель и холодильная машина. Цикл Карно. КПД цикла Карно.
Лабораторные работы по темам 6 - 8.
Одна работа из следующего списка (согласно календарному плану и графику выполнения работ):
№60. Определение отношения теплоемкостей воздуха.

№61.Определение вязкости жидкостей и газов.

№62. Изучение статистических закономерностей на механических моделях.

№63. Определение коэффициента теплопроводности воздуха.
Тема 9. Электростатика.

Содержание темы:

● Электрический заряд. Закон сохранения заряда. Закон Кулона. Напряженность

электростатического поля. Принцип суперпозиции электростатических полей.

● Циркуляция вектора напряженности электростатического поля. Теорема о

циркуляции вектора E. Потенциал. Разность потенциалов.

● Поток вектора напряженности электростатического поля. Теорема Гаусса для

электростатического поля в вакууме. Примеры расчета электростатических

полей (равномерно заряженные плоскость и сферическая поверхность,

объемно заряженный шар).

● Типы диэлектриков: полярные, неполярные, ионные. Поляризация

диэлектриков. Напряженность поля в диэлектрике. Связанные заряды.

Теорема Гаусса для поля в диэлектрике.

● Проводники и распределение в них зарядов. Проводник во внешнем

электростатическом поле. Индуцированные заряды. Электростатическая

защита.

● Электроемкость уединенного проводника. Плоский и сферический

конденсаторы и их электроемкости.

● Энергия системы неподвижных точечных зарядов. Энергия заряженного

уединенного проводника. Энергия заряженного конденсатора.

Тема 10. Постоянный электрический ток.

Содержание темы:

● Электрический ток. Сила и плотность тока. Сторонние силы.

Электродвижущая сила и напряжение.

● Закон Ома для однородного участка цепи. Работа и мощность тока. Закон

Джоуля-Ленца. Закон Ома для неоднородного участка цепи.
Лабораторные работы по темам 9, 10.
№ 20. Введение в лабораторный практикум по электричеству и магнетизму.
Одна из списка работ (согласно календарному плану и графику выполнения работ):
№ 21. Измерение емкости конденсаторов с помощью баллистического гальванометра.

№ 22. Исследование электростатических полей с помощью электролитической ванны.

№ 23. Изучение электропроводности металлов.

№ 24. Измерение электродвижущей силы и КПД источников тока.
Тема 11. Электромагнетизм.

Содержание темы:
● Магнитное поле. Магнитная индукция. Закон Био-Савара-Лапласа. Магнитное

поле прямого тока. Магнитное поле в центре кругового тока.

● Закон Ампера. Взаимодействие параллельных токов. Единицы магнитной

индукции и силы тока. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в

магнитном поле.

● Теорема о циркуляции вектора магнитной индукции в вакууме. Магнитное

Поле соленоида и тороида.

● Поток вектора магнитной индукции. Теорема Гаусса для вектора магнитной

индукции. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле.

● Намагниченность. Теорема о циркуляции вектора магнитной индукции в

веществе. Теорема о циркуляции вектора напряженности магнитного поля.

Парамагнетики, диамагнетики и ферромагнетики.

● Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца. Закон Фарадея

Индуктивность. Явление самоиндукции. Взаимная индукция.

● Энергия магнитного поля. Плотность энергии магнитного поля.

● Вихревое электрическое поле. Ток смещения. Уравнения Максвелла для

электромагнитного поля.
Тема 12. Электромагнитные колебания и волны
Содержание темы:
● Колебательный контур. Уравнение колебательного контура. Свободные

Незатухающие колебания в контуре. Свободные затухающие колебания.

Вынужденные колебания в контуре. Электрический резонанс. Резонансные

кривые.

● Электромагнитные волны. Волновое уравнение для электромагнитного поля.

Свойства электромагнитных волн. Энергия и импульс электромагнитной

волны. Свет как электромагнитная волна.

Лабораторные работы по темам 12 и 13.
Одна из списка работ (согласно календарному плану и графику выполнения работ):
№ 31. Определение удельного заряда электрона.

№33. Определение индукции магнитного поля на оси кругового тока и соленоида.

№ 34. Исследование колебательных процессов с помощью осциллографа:

1) Исследование свободных затухающих колебаний в контуре.

2) Исследование автоколебаний.

Тема 13. Волновая оптика.
Содержание темы:
● Корпускулярная и волновая теории света. Законы геометрической оптики.

● Интерференция световых волн .Интерференционные минимумы и максимумы.

Некоторые примеры наблюдения интерференции света (зеркала Френеля,

Бипризма Френеля). Расчет интерференционной картины от двух источников.

Интерференция света при отражении света в тонких пленках. Полосы равного

наклона и равной толщины. Некоторые примеры применения интерференции

света (интерференционная спектроскопия, просветление оптики,

интерферометры).

● Дифракция света. Принципы Гюйгенса и Гюйгенса-Френеля. Зоны Френеля.

Прямолинейное распространение света. Дифракция Френеля на круглом

отверстии и диске. Дифракция Фраунгофера на щели. Дифракция Фраунгофера

на дифракционной решетке. Разрешающая способность оптических приборов.

Дисперсия света.

● Естественный и поляризованный свет. Получение плоско поляризованного

света. Закон Малюса. Поляризация света при отражении и преломлении.

● Двойное лучепреломление. Оптическая ось кристалла. Положительные и

и отрицательные кристаллы. Пластинка в четверть волны и полволны. Анализ

поляризованного света.
: Лабораторные работы по теме 13.
Одна из списка работ (согласно календарному плану и графику выполнения работ):
№ 41₁. Определение длины световой волны с помощью бипризмы Френеля.

№ 41₂. Определение радиуса кривизны линзы интерференционным методом.

№ 42₁. Дифракции на щели и нити.

№ 42₂. Дифракции Фраунгофера.

№ 42₃. Измерение длины волны с помощью дифракционной решетки.

№ 42₅. Дифракция Фраунгофера на двумерной плоской решетке.

№ 43_1. Определение степени поляризации света. Закон Малюса.

№ 43₂. Исследование линейно и эллиптически поляризованного света.


Тема 14. Квантово-оптические явления.
Содержание темы:
● Тепловое излучение и его характеристики. Законы Кирхгофа и Стефана-

Больцмана. Формула Планка и следствия из нее.

● Фотоэффект и его вольт-амперная характеристика. Законы фотоэффекта.

Эйнштейна. Объяснение законов фотоэффекта на основе

уравнения Эйнштейна.

● Энергия и импульс фотона. Давление света. Понятие об эффекте Комптона.

Корпускулярно-волновой дуализм свойств света

Тема 15. Элементы квантовой механики.
Содержание темы:
● Модель атома Томсона и Резерфорда. Линейчатые спектры атомов. Формула

Бальмера. Постулаты Бора. Опыты Франка и Герца. Опыты Франка и Герца.

Спектр атома водорода по Бору.

● Корпускулярно-волновой дуализм свойств вещества. Гипотеза де Бройля.

Соотношения неопределенностей для координат и проекций импульсов,

энергии и времени.

● Волновая функция и ее статистический смысл. Нормировка волновой функции.

Общее уравнение Шредингера. Уравнение Шредингера для стационарных

состояний.

● Операторы в квантовой механике. Собственные значения и собственные и

Собственные функции линейных эрмитовых операторов. Основные операторы

квантовой механики. Уравнение Шредингера в операторной форме.

● Движение свободной частицы. Частица в одномерной потенциальной яме с

бесконечно высокими стенками.

● Потенциальный барьер конечной ширины. Туннельный эффект. Анализ

поведения частицы в зависимости от E и U_0. Гармонический осциллятор.

Тема 16. Элементы современной физики атомов и молекул.



Содержание темы:
● Атом водорода в квантовой механике. 1s-состояние электрона в атоме

водорода. Спин электрона. Спиновое квантовое число.

● Принцип неразличимости тождественных частиц. Фермионы и бозоны.

Принцип Паули. Распределение электронов по энергетическим уровням.

● Типы спектров. Тормозное рентгеновское излучение. Закон Мозли.


Тема 17. Элементы физики атомного ядра
Содержание темы:
● Характеристики и состав атомных ядер. Ядерные силы. Энергия связи и

удельная энергия связи.
● Радиоактивность и ее виды. Закон радиоактивного распада. Правила смещения.

Альфа-распад. Бета-распад и его особенности. Антинейтрино. Гамма-излучение

и его свойства.

● Ядерные реакции и их классификация. Реакция деления тяжелых ядер. Цепная

ядерная реакция. Реакция синтеза атомных ядер. Термоядерная реакция.
Тема 18. Элементы физики элементарных частиц.
Содержание темы:
● Частицы и античастицы. Фундаментальные взаимодействия.

●. Семейство лептонов. Семейство адронов. Классификация элементарных частиц. Кварки.

Лабораторные работы по темам 14 - 18.
Четыре из списка работ (согласно календарному плану и графику выполнения работ):
№ 45. Изучение законов теплового излучения.

№ 46. Изучение внешнего фотоэффекта.

№ 47. Изучение поглощения жидкостей и окрашенных стекол.

№ 48. Изучение спектров излучения атомарных газов.

№ 49. Определение работы выхода электронов из металла.

№ 50. Определение первого потенциала возбуждения атомов газа.

№ 52. Поглощения -частиц в алюминии.

№ 54. Исследование ослабления потока -лучей в свинце.

V. Учебно-методическое и информационное обеспечение

дисциплины

Основная литература

1. 
   Трофимова Т.И., Физика, учебник для бакалавров, М., « Академия», 2013;
   

2. 
   Трофимова Т.И., Курс физики, М., «Академия», 2012 (или другие годы изданий);
   

3.Трофимова Т.И., Физика в таблицах и формулах, М., «Академия», 2010 (или другие годы изданий);

4.Трофимова Т.И., Сборник задач по курсу физики, М., «Абрис», 2013 (или другие годы изданий, из-во «Высшая школа»;

5.Методические пособия к лабораторным работам по курсу общей физики.

Дополнительная литература:

1. 
   Трофимова Т.И., Фирсов А.В., Курс физики. Задачи и решения, М., «Академия», 2012;
   
2. 
   Трофимова Т.И., Краткий курс физики, М., «Абрис», 2013;
   
3. 
   Трофимова Т.И., Сборник задач по курсу физики с решениями, М., «Абрис», 2013;
   
4. 
   Трофимова Т.И., Оптика и атомная физика: законы, проблемы, задачи, М., «Высшая школа», 2007;
   
5. 
   Трофимова Т.И., Физика: 500 основных законов и формул, М., «Высшая школа», 2007.
   

VI. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
● Физические лаборатории:
«Механика»,

«Молекулярная физика»,

«Электричество и магнетизм»,

«Волновая оптика»,

«Квантовая оптика и атомная физика»,

«Ядерная физика».

• 
  Кабинет физических демонстраций.
  

Автор программы _______________________________ Трофимова Т.И.