Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Уральский государственный педагогический университет»

Институт физики и технологии

Кафедра общей физики и естествознания

РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА

по дисциплине «Элементарная физика»

для направления «050200.62 – Физико-математическое образование»

Профиль «Физика»

по циклу ЕН.В.01 (2) –Общие математические и естественнонаучные дисциплины (Дисциплины и курсы по выбору студента, устанавливаемые вузом) Заочная форма обучения Курс – Семестр – Объем в часах всего – в т.ч.: лекции – самостоятельная работа – Зачет – 1 семестр Екатеринбург Рабочая учебная программа по дисциплине «Элементарная физика»

ГОУ ВПО «Уральский государственный педагогический университет»

Екатеринбург, 2010. – 12 с.

Составитель: Сидоров В.Е., доктор физико-математических наук, профессор кафедры общей физики и естествознания УрГПУ.

В.Е. Сидоров Рабочая учебная программа обсуждена на заседании кафедры общей физики и естествознания УрГПУ Протокол от 25.06.2010, № Зав. кафедрой П.С.Попель Директор Института физики и технологии _ П.В. Зуев

1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Рабочая программа дисциплины «Элементарная физика» предназначена для студентов, обучающихся по направлению «050200.62 – Физико-математическое образование».

Физика - одна из важнейших естественных наук об окружающем мире. Она оперирует такими понятиями, как время, пространство, движение, материя, во всех многообразных формах ее существования; изучает явления самого различного масштаба: от движения элементарных частиц в атомах до явлений, происходящих во Вселенной. Успехи физики существенно влияют на научно-технический прогресс: фундаментальные законы природы, установленные физикой, постоянно используются в науке и технике. Это - законы классической механики, классической электродинамики, термодинамики, оптики, акустики, т.д.

Цель курса: сформировать фундамент физических знаний, позволяющих студентам успешно освоить основной курс дисциплины «Общая и экспериментальная физика».

Задачи изучения дисциплины:

ознакомление с основными физическими явлениями и методами их исследования;

усвоение основных принципов и законов физики, вместе с четким определением границ их применимости;

овладение приемами и навыками решения физических задач;

формирование целостного представления о современной физической картине мира;

формирование научного мышления и научного мировоззрения;

приобретение знаний, необходимых для изучения смежных дисциплин.

2. УЧЕБНО-ТЕМАТИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ

Учебно-тематический план заочной формы обучения.

Аудиторные СамоВсего занятия стояНаименование тру- Пра Ла- тельп/п раздела, темы доем- Все Лек кти- бора- ная кость го ции чес- тор- работа кие ные 1 Механика 14 2 2 Молекулярная физика и термодинамика 12 2 2 Электричество и 3 магнетизм 12 2 2 4 Колебания и волны 12 2 2 50 8 8 Итого

3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Механическое движение. Материальная точка. Система отсчета:

тело отсчета, система координат, часы. Кинематические характеристики движения: радиус-вектор, перемещение, скорость, ускорение. Средняя и мгновенная скорости. Нормальное и тангенциальное ускорения. Равномерное, равноускоренное и равнозамедленное виды движений. Движение тела, брошенного горизонтально, вертикально, под углом к горизонту.

Взаимодействие тел. Сложение и разложение сил. Инерциальные системы отсчета. Первый закон Ньютона. Масса тела. Второй закон Ньютона - уравнение движения материальной точки. Третий закон Ньютона.

Плечо силы. Момент силы относительно оси. Условие равновесия тела, имеющего ось вращения.

Импульс тела и системы тел. Замкнутая и квазизамкнутая механические системы. Закон сохранения импульса. Запись второго закона Ньютона через импульс тела. Механическая работа. Работа постоянной силы. Кинетическая энергия тела. Теорема о кинетической энергии. Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальная энергия. Полная механическая энергия тела и системы тел. Закон сохранения энергии в механике.

Перечень тем практических занятий 1. Кинематика материальной точки.

2. Динамика материальной точки.

3. Законы сохранения в механике.

3.2. Молекулярная физика и термодинамика Различные подходы к описанию поведения больших систем – молекулярная физика и термодинамика. Основные положения молекулярнокинетической теории строения вещества (МКТ) и их опытное обоснование. Масса и размеры молекул. Количество вещества. Молярная масса.

Броуновское движение. Распределение молекул по скоростям.

Идеальный газ. Основное уравнение МКТ для идеального газа.

Вывод газовых законов. Уравнение Менделеева-Клайперона. Изопроцессы. Законы Бойля-Мариотта, Гей-Люссака, Шарля и их графическое изображение.

Тепловое равновесие тел. Абсолютная температура. Связь давления с температурой для идеального газа. Внутренняя энергия и ее свойства. Работа в термодинамике. Первое начало термодинамики и его применение к изопроцессам. Адиабатический процесс.

Перечень тем практических занятий 1. Основы МКТ идеального газа. Изопроцессы.

2. Первое начало термодинамики.

Электрические заряды и их свойства. Закон Кулона. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции полей.

Силовые линии. Потенциал электростатического поля. Работа поля по перемещению заряда.

Диэлектрики в электрическом поле. Проводники в электрическом поле. Распределение зарядов на проводнике. Электроемкость проводника.

Конденсаторы. Способы соединения конденсаторов.

Электрический ток и условия его существования. Сила тока, плотность тока. Закон Ома для однородного участка цепи. Сопротивление проводников. Удельное сопротивление и его температурная зависимость.

Понятие о сверхпроводимости. Способы соединения проводников.

Источники тока. Электродвижущая сила источника тока. Способы соединения источников тока. Закон Ома для полной цепи. Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца.

Магнитное взаимодействие электрических токов. Магнитное поле.

Индукция магнитного поля. Силовые линии магнитного поля. Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле – сила Ампера. Действие магнитного поля на движущийся электрический заряд. Сила Лоренца.

Магнитные свойства веществ. Слабомагнитные материалы (диамагнетики и парамагнетики). Сильномагнитные материалы (ферромагнетики) и их свойства.

Магнитный поток. Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея. Индукционный ток. Правило Ленца. Индуктивность контура.

Явление самоиндукции.

Перечень тем практических занятий 1. Электростатика.

2. Сила Ампера. Сила Лоренца.

Механические гармонические колебания. Уравнение гармонических колебаний. Характеристики колебаний: смещение, амплитуда, фаза, циклическая частота, период. Скорость и ускорение колеблющегося тела.

Превращение энергии при гармонических колебаниях. Математический маятник. Понятие о затухающих и вынужденных колебаниях. Резонанс.

Идеальный электрический колебательный контур. Свободные электромагнитные колебания в контуре и их характеристики. Формула Томсона.

Распространение механических колебаний в среде. Бегущая волна.

Скорость волны, длина волны. Продольные и поперечные волны. Механизм образования электромагнитной волны (ЭМВ). Свойства ЭМВ.

Перечень тем практических занятий 1. Гармонические колебания.

4. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА И ОРГАНИЗАЦИЯ

КОНТРОЛЬНО-ОЦЕНОЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Темы, вынесенные на самостоятельное изучение Свободное падение тел. Вращательное движение материальной точки.

Виды сил в природе. Принцип относительности Галилея. Мощность силы.

Давление. Закон Паскаля для жидкостей и газов. Гидростатическое и внешнее давления. Сообщающиеся сосуды. Гидравлический пресс. Закон Архимеда. Условия плавания тел. Атмосферное давление.

Особенности межмолекулярного взаимодействия. Закон Дальтона.

Измерение температуры. Тепловой двигатель и его КПД. Цикл Карно.

Поляризация диэлектриков. Энергия заряженного конденсатора. Сторонние силы и их природа. Движение заряженной частицы в скрещенных полях.

Переменный электрический ток. Генератор переменного тока. Действующие значения силы тока и напряжения. Звук. Громкость звука и высота тона. Излучение и прием ЭМВ.

Примерные темы контрольных работ В течение семестра запланировано проведение двух письменных контрольных работ по решению задач. К.р. № 1 включает в себя задачи по разделам «Механика» и «Молекулярная физика и термодинамика»; к.р. № 2 – задачи по разделам «Электричество и магнетизм» и «Колебания и волны».

Примерные вопросы для экзамена 1. Механическое движение. Материальная точка. Система отсчета:

тело отсчета, система координат, часы. Кинематические характеристики движения: радиус-вектор, перемещение, скорость, ускорение. Средняя и мгновенная скорости. Нормальное и тангенциальное ускорения. Вращательное движение материальной точки. Кинематические характеристики вращательного движения и их связь с характеристиками поступательного движения м.т.

2. Первый закон Ньютона. Второй закон Ньютона - уравнение движения материальной точки. Виды сил в природе. Третий закон Ньютона.

Плечо силы. Момент силы относительно оси. Условие равновесия тела, имеющего ось вращения.

3. Импульс тела и системы тел. Замкнутая и квазизамкнутая механические системы. Закон сохранения импульса. Механическая работа.

Работа постоянной силы. Кинетическая энергия тела. Теорема о кинетической энергии. Потенциальная энергия. Полная механическая энергия тела и системы тел. Закон сохранения энергии в механике.

4. Давление. Закон Паскаля для жидкостей и газов. Гидравлический пресс. Закон Архимеда. Условия плавания тел.

5. Различные подходы к описанию поведения больших систем – молекулярная физика и термодинамика. Основные положения молекулярно-кинетической теории строения вещества (МКТ) и их опытное обоснование. Масса и размеры молекул. Количество вещества. Молярная масса.

Броуновское движение. Распределение молекул по скоростям.

6. Идеальный газ. Основное уравнение МКТ для идеального газа.

Уравнение Менделеева-Клайперона. Изопроцессы. Законы БойляМариотта, Гей-Люссака, Шарля и их графическое изображение.

7. Внутренняя энергия и ее свойства. Работа в термодинамике. Первое начало термодинамики и его применение к изопроцессам. Адиабатический процесс. Тепловой двигатель и его КПД.

8. Электрические заряды и их свойства. Закон Кулона. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции полей. Силовые линии. Потенциал электростатического поля. Работа поля по перемещению заряда.

9. Диэлектрики в электрическом поле. Проводники в электрическом поле. Распределение зарядов на проводнике. Электроемкость проводника.

Конденсаторы. Способы соединения конденсаторов. Энергия заряженного конденсатора.

10. Электрический ток и условия его существования. Сила тока. Закон Ома для однородного участка цепи. Сопротивление проводников.

Удельное сопротивление и его температурная зависимость. Понятие о сверхпроводимости. Способы соединения проводников.

11. Источники тока. Электродвижущая сила источника тока. Способы соединения источников тока. Закон Ома для полной цепи. Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца.

12. Магнитное взаимодействие электрических токов. Магнитное поле. Индукция магнитного поля. Силовые линии магнитного поля. Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле – сила Ампера.

Действие магнитного поля на движущийся электрический заряд. Сила Лоренца.

13. Магнитные свойства веществ. Слабомагнитные материалы (диамагнетики и парамагнетики). Сильномагнитные материалы (ферромагнетики) и их свойства.

14. Магнитный поток. Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея. Индукционный ток. Правило Ленца. Индуктивность контура.

Явление самоиндукции.

15. Электромагнитные волны и их свойства.

5. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ

ДИСЦИПЛИНЫ

Студент, изучивший дисциплину, должен знать основы физики, в частности:

основные физические явления и методы их исследования;

основные принципы и законы физики, границы их применимости;

приемы и методы решения задач по физике.

Студент, изучивший дисциплину, должен уметь:

решать типовые задачи по элементарной физике;

применять теоретические знания по физике для объяснения процессов, происходящих в неживой материи.

6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

1. Физика. Механика. 10 кл. : Учеб. для углубл. изучения физики / М.М.Балашов, А.И.Гомонова, А.Б.Долицкий и др.; Под ред.

Г.Я.Мякишева. – М. : Дрофа, 2002. – 496с. – 25 экз.

2. Мякишев Г.Я., Синяков А.З. Физика. Молекулярная физика. Термодинамика. 10 кл. : Учеб. для углубл. изучения физики – М. : Дрофа, 2007. – 352с. – 21 экз.

3. Мякишев Г.Я., Синяков А.З. Физика. Оптика. Квантовая физика. кл. : Учеб. для углубл. изучения физики – М. : Дрофа, 2002. – 464с. – 4. Мякишев Г.Я., Синяков А.З. Физика. Колебания и волны. 11 кл. :

Учеб. для углубл. изучения физики – М. : Дрофа, 2002. – 288с. – 5. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика : Учеб. для 11 кл. общеобразоват. учреждений / Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев. – М. : Просвещение, 2003. – 336с. – 25 экз.

Основы физики : В 2 т. / Б.М.Яворский, А.А.Пинский; Под ред.

Ю.И.Дика. – М. : ФИЗМАТЛИТ Т.1 : Механика. Молекулярная физика. Электродинамика. – 2003. – 575с. – 50 экз.

Основы физики : В 2 т. / Б.М.Яворский, А.А.Пинский; Под ред.

Ю.И.Дика. – М. : ФИЗМАТЛИТ Т.2 : Колебания и волны. Квантовая физика. Физика ядра и элементарных частиц. – 2003. – 550с. – 50 экз.

1. Элементарный учебник физики: Учеб. пособие: Т.1: Механика. Теплота. Молекулярная физика / Под ред. Г.С.Ландсберга. - М.: Физматлит, 2003. - 608 с. – 10 экз.

2. Элементарный учебник физики: Учеб. пособие: Т.2: Электричество.

Магнетизм / Под ред. Г.С.Ландсберга. - М.: Физматлит, 2003. - 480 с.

3. Элементарный учебник физики: Учеб. пособие: Т.3: Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика / Под ред. Г.С.Ландсберга. М.: Физматлит, 2003. - 656 с. – 10 экз.

4. Бабанова Е.Н., Истомина З.А., Бабанов Ю.А. 600 задач по физике. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2009. - 92 с.

5. Багдасарян Д.А., Сабирзянов А.А. Сборник вопросов и задач по электричеству и магнетизму: Учеб. пособие. - Екатеринбург: Изд-во Урал.

ун-та, 2007. - 264 с. – 100 экз.

6. Касьянов В.А. Физика. 11 кл. : Учеб. для общеобразоват. учеб. заведений - М. : Дрофа, 2002. - 416с. – 27 экз.

7. Касьянов В.А. Физика. 10 кл. : Учеб. для общеобразоват. учеб. заведений - М. : Дрофа, 2003. - 416с. – 22 экз.

8. http://elib.uspu.ru/opt/_obshhej_fiziki._T.1._Mexanika,_Molekulyarnaya_fizika_( Savel'ev).djvu 9. http://e-lib.uspu.ru/opt/_obshhej_fiziki._T.2._(Savel'ev).djvu 10. http://e-lib.uspu.ru/opt/OBSH_KursFiz(T.I.%20Trofimova).djvu 6.2. Информационное обеспечение дисциплины Интернет-сайты www.en.edu.ru www.nkj.ru kvant.mccme.ru www.elkin52.narod.ru www.kvant.info ru.wikipedia.org www.potential.org.ru www.college.ru www.1september.ru nauka.relis.ru

7. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ И ДИДАКТИЧЕСКОЕ

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Лекции по курсу сопровождаются показом демонстраций по основным разделам элементарной физики в специализированных лекционных аудиториях (№1 и №47) с мультимедиапроектором и полным комплектом демонстрационного оборудования.

8. СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ ПРОГРАММЫ

Сидоров Валерий Евгеньевич доктор физико-математических наук профессор кафедры общей физики и естествознания УрГПУ телефон: 371-46-

РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА

для направления «050200.62 – Физико-математическое образование»

по циклу ЕН.В.01 (2) –Общие математические и естественнонаучные (Дисциплины и курсы по выбору студента, устанавливаемые вузом) Уральский государственный педагогический университет.

620017 Екатеринбург, пр. Космонавтов, 26.