Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Уральский государственный педагогический университет»

Институт физики и технологии

Кафедра общей физики и естествознания

РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА

по дисциплине «Общая и экспериментальная физика»

для направления «050200.62 – Физико-математическое образование»

Профиль: Физика по циклу ДПП.Ф.01 – Дисциплины предметной подготовки (федеральный компонент) Заочная форма обучения Курс – 1,2,3 Объем в часах всего – 470 в т.ч. лекции – 24 практические занятия – лабораторные занятия – самостоятельная работа – Экзамен – 2,4,5 семестр Зачет – 1,3,6 семестр Екатеринбург Рабочая учебная программа по дисциплине «Общая и экспериментальная физика»

ФГБОУ ВПО «Уральский государственный педагогический университет»

Екатеринбург, 2012. – 27 с.

Составитель: Сабирзянов А.А., кандидат физико-математических наук, доцент кафедры общей физики и естествознания УрГПУ А.А. Сабирзянов Рабочая учебная программа обсуждена на заседании кафедры общей физики и естествознания УрГПУ Протокол от 22.06.2012. № Зав. кафедрой П.С.Попель Директор Института физики и технологии _ П.В. Зуев

1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Программа дисциплины «Общая и экспериментальная физика» составлена в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению «050200.62 – Физико-математическое образование».

Цель изучения дисциплины: подготовка к выполнению задач профессиональной деятельности, установленных ГОС ВПО, в соответствии с квалификацией учителя физики средней школы.

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;

выработка навыков проведения физического эксперимента, овладение методами измерения физических величин и обработки полученных результатов;

овладение приемами и навыками решения физических задач;

формирование целостного представления о современной физической картине мира;

расширение кругозора, 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 120 14 6 4 4 Молекулярная физика и термодинамика 80 12 4 4 4 3 Электродинамика 100 12 6 2 4 4 Оптика 90 12 4 4 4 5 Квантовая физика 80 10 4 2 4 470 60 24 16 20 Итого

3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

3.1. Механика Темы лекций 1. Кинематика материальной точки. Система отсчета. Радиусвектор. Траектория, путь, перемещение. Скорость и ускорение.

Тангенциальное и нормальное ускорения.

2. Движение материальной точки по окружности. Векторы углового перемещения, угловой скорости и углового ускорения. Связь линейных и угловых характеристик.

3. Динамика материальной точки. Инерциальные системы отсчета.

Первый закон Ньютона. Сила, масса. Второй и третий законы Ньютона.

4. Силы упругости, силы трения, силы тяготения (природа сил, разновидности, законы). Всемирное тяготение.

5. Динамика системы материальных точек. Силы внешние и внутренние. Импульс силы и импульс тела. Закон сохранения импульса. Соударения тел.

6. Работа силы и мощность. Кинетическая энергия, её связь с работой сил. Консервативные и неконсервативные силы.

7. Потенциальная энергия, её связь с проекциями консервативной силы. Закон сохранения механической энергии. Общефизический закон сохранения энергии.

8. Механика твёрдого тела. Движение абсолютно твердого тела как суперпозиция поступательного и вращательного движений. Вращение относительно неподвижной оси. Момент силы. Момент инерции, его вычисление. Теорема Штейнера. Основное уравнение динамики вращательного движения. Гироскопический эффект.

9. Момент импульса. Закон сохранения момента импульса. Кинетическая энергия вращающегося тела и её связь с работой сил.

10. Механика упругих тел. Механические свойства твёрдых тел. Упругая и пластическая деформация. Виды деформаций. Механическое напряжение. Модуль Юнга и модуль сдвига. Закон Гука.

Диаграмма растяжения твёрдого тела.

11. Механика жидкостей и газов. Давление в неподвижных жидкостях и газах. Законы Паскаля и Архимеда.

12. Движение в неинерциальных системах отсчета. Сила инерции при ускоренном поступательном движении системы отсчёта. Силы инерции в равномерно вращающейся системе отсчёта. Центробежная сила и сила Кориолиса.

13. Элементы специальной теории относительности. Преобразования Галилея. Принцип относительности Галилея. Классический закон сложения скоростей. Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца. Следствия из них: относительность понятия одновременности, длин отрезков, промежутков времени. Релятивистский закон сложения скоростей.

14. Зависимость массы от скорости движения тела в специальной теории относительности. Релятивистский импульс. Релятивистское уравнение динамики материальной точки. Взаимосвязь лассы и энергии в специальной теории относительности. Релятивистское выражение для кинетической энергии тела.

15. Механические гармонические колебания и их характеристики.

Дифференциальное уравнение гармонических колебаний. Пружинный и математический маятники. Энергия гармонического осциллятора. Физический маятник.

16. Векторная диаграмма гармонических колебаний. Сложение гармонических колебаний одного направления и одинаковой частоты. Биения. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний.

17. Затухающие колебания. Дифференциальное уравнение затухающих колебаний и его решение. Характеристики затухающих колебаний: коэффициент затухания, логарифмический декремент затухания, время релаксации, добротность. Апериодическое движение.

18. Вынужденные колебания. Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний и его решение. Зависимость амплитуды и фазы вынужденных колебаний от частоты внешнего воздействия.

19. Волны. Образование волн в упругой среде. Продольные и поперечные волны. Уравнение плоской бегущей волны. Волновая поверхность, фазовая скорость, длина волны.

20. Волновое уравнение. Энергия упругой волны. Вектор Умова.

Стоячие волны. Эффект Доплера.

Темы практических занятий 1. Кинематика материальной точки 2. Криволинейное движение материальной точки 3. Динамика материальной точки 4. Закон всемирного тяготения 5. Закон сохранения импульса 6. Закон сохранения механической энергии 7. Кинематика вращательного движения 8. Динамика вращательного движения 9. Движение в неинерциальных системах отсчета 10. Кинематика специальной теории относительности 11. Динамика специальной теории относительности 12. Гармонические механические колебания 13. Сложение колебаний 14. Затухающие и вынужденные механические колебания 15. Упругие волны 16. Гидростатика Темы лабораторных работ 1. Определение плотности твердых тел правильной формы 2. Определение вязкости жидкости по методу Стокса 3. Изучение колебаний пружинного маятника 4. Изучение колебаний физического маятника 5. Изучение затухающих колебаний 6. Определение моментов инерции тел 7. Изучение вращательного движения при помощи маятника Обербека 8. Изучение кинематики равноускоренного движения 9. Изучение динамики равноускоренного движения 10. Изучение сухого трения 11. Определение ускорения свободного падения при помощи математического маятника 12. Определение ускорения свободного падения при помощи оборотного маятника 13. Изучение законов сохранения при соударении шаров 3.2. Молекулярная физика. Термодинамика 1. Молекулярно-кинетическая теория вещества. Макроскопические системы. Постулаты молекулярно-кинетической теории (МКТ).

Параметры состояния системы. Равновесные состояния и процессы.

2. Идеальный газ. Основное уравнение МКТ для давления идеального газа. Уравнение состояния идеального газа. Основные газовые законы.

3. Функция распределения молекул по модулю скорости. Распределение Максвелла и его экспериментальное подтверждение. Средние скорости молекул.

4. Идеальный газ в поле тяготения. Барометрическая формула. Распределение Больцмана для частиц во внешнем потенциальном поле и его экспериментальное подтверждение.

5. Внутренняя энергия системы. Внутренняя энергия идеального газа. Теплопередача (теплообмен) и количество теплоты. Теплоемкость. Работа в термодинамике. Первое начало термодинамики.

6. Применение первого начала термодинамики к анализу изопроцессов в идеальном газе. Адиабатический процесс.

7. Обратимые и необратимые процессы. Макросостояния и микросостояния. Энтропия. Расчет изменения энтропии при термодинамических процессах.

8. Второе начало термодинамики, его статистический смысл. Флуктуации.

9. Тепловые и холодильные машины, схема их устройства. Цикл Карно, теоремы Карно. Различные формулировки второго начала термодинамики.

10. Явления переноса. Средняя длина свободного пробега молекул в 11. Диффузия и закон Фика. Коэффициент диффузии.

12. Вязкость и закон Ньютона. Коэффициент вязкости.

13. Теплопроводность и закон Фурье. Коэффициент теплопроводности.

14. Свойства газов при малых давлениях.

15. Элементы неравновесной термодинамики. Самоорганизация в открытых неравновесных системах.

16. Элементы газодинамики. Течение жидкостей и газов. Уравнение Бернулли. Ламинарное и турбулентное течения. Формула Пуазейля.

17. Реальные газы. Отклонение реальных газов от модели идеального газа. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы Ван-дер-Ваальса.

Метастабильные состояния. Критическое состояние.

18. Строение жидкостей. Поверхностное натяжение. Формула Лапласа. Капиллярные явления.

19. Твёрдые тела. Строение и структура кристаллических тел, их разновидности.

20. Фазовые равновесия. Фазовые переходы. Диаграммы состояния.

Темы практических занятий 1. Основы молекулярно-кинетической теории идеального газа 2. Изопроцессы 3. Распределение Максвелла 4. Распределение Больцмана 5. Первое начало термодинамики 6. Теплоемкость газов. Адиабатический процесс 7. Второе начало термодинамики. Энтропия 8. Тепловые и холодильные машины 9. Явления переноса в газах. Длина свободного пробега молекул 10. Диффузия, вязкость и теплопроводность газов 11. Течение газов и жидкостей 12. Уравнение Ван-дер-Ваальса 13. Пар. Влажность воздуха 14. Фазовые превращения 15. Поверхностные явления 16. Тепловые свойства твердых тел Темы лабораторных работ 1. Проверка закона Бойля-Мариотта 2. Проверка закона Гей-Люссака 3. Проверка распределения Максвелла 4. Определение молярной массы и плотности воздуха 5. Определение показателя адиабаты для воздуха 6. Определение коэффициента вязкости воздуха 7. Определение удельной теплоемкости воздуха при постоянном 8. Определение вязкости жидкости по скорости истечения через капилляр 9. Определение поверхностного натяжения жидкости 10. Определение удельной теплоёмкости жидкости 11. Определение удельной теплоты парообразования воды 12. Определение удельной теплоты кристаллизации олова 13. Определение коэффициента теплопроводности твёрдых тел Темы лекций 1. Электростатическое поле в вакууме. Электрический заряд. Дискретность заряда. Закон сохранения заряда. Закон Кулона. Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля.

Линии напряжённости. Принцип суперпозиции электростатических полей.

2. Поток напряженности. Теорема Гаусса и ее применение к расчету напряженности электростатического поля некоторых симметричных тел.

3. Энергия взаимодействия зарядов и энергия электростатического поля. Работа сил электростатического поля при перемещении заряда. Потенциал электростатического поля и его связь с напряженностью. Циркуляция напряженности электростатического поля. Принцип суперпозиции для потенциала. Энергия системы неподвижных точечных зарядов.

4. Электростатическое поле при наличии проводников. Равновесное распределение зарядов в проводнике. Напряженность и ласс ииал электростатического поля внутри проводника и снаружи, вблизи его поверхности (связь с поверхностной плотностью заряда).

5. Электроёмкость уединённого проводника. Конденсаторы. Электроёмкость плоского конденсатора. Энергия и объёмная плотность энергии электростатического поля.

6. Электростатическое поле при наличии диэлектриков. Диэлектрики, их виды. Диполь в электрическом поле. Поляризация диэлектриков. Поляризованность. Возникновение связанных зарядов и их связь с поляризованностью.

7. Напряжённость поля в диэлектрике. Электростатическая индукция (электрическое смещение) и её связь с напряженностью электрического поля.

8. Постоянный электрический ток. Условия его существования и характеристики. Закон Ома для однородного участка цепи в интегральной и дифференциальной формах.

9. Сторонние силы в электрической цепи. Электродвижущая сила источника тока. Закон Ома для неоднородного участка цепи и для замкнутой цепи. Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной формах.

10. Электропроводность твёрдых тел. Основные представления ласссической электронной теории электропроводности металлов. Связь плотности тока со скоростью движения электронов.

Вывод законов Ома и Джоуля-Ленца в рамках классической электронной теории. Затруднения классической электронной теории.

11. Электрический ток в электролитах. Электролиз и электролитическая диссоциация. Законы электролиза Фарадея. Гальванические элементы и аккумуляторы.

12. Электрический ток в газах и в вакууме. Плазма и её свойства.

13. Постоянное магнитное поле в вакууме. Магнитное поле. Индукция магнитного поля. Линии магнитной индукции. Закон БиоСавара-Лапласа. Принцип суперпозиции. Магнитное поле прямого и кольцевого проводников с токами. Теорема о циркуляции магнитной индукции (закон полного тока), её применение к расчету магнитного поля соленоида и тороида.

14. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Действие магнитного поля на проводник с током. Взаимодействие параллельных токов.

Контур с током в однородном и неоднородном магнитном поле.

Работа при перемещении контура с током в магнитном поле.

15. Магнетики, их виды. Намагниченность. Индукция магнитного поля в веществе. Орбитальный магнитный и механический моменты электрона в атоме. Диа- и парамагнетизм.

16. Свойства ферромагнетиков. Природа ферромагнетизма.

17. Электромагнитная индукция. Явление электромагнитной индукции. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца. Механизм возникновения ЭДС электромагнитной индукции в проводнике, движущемся в магнитном поле. Вихревое электрическое 18. Явление самоиндукции. Индуктивность соленоида. Энергия и объёмная плотность энергии магнитного поля. Электромагнитное 19. Квазистационарные электрические цепи. Свободные электромагнитные колебания в колебательном контуре и их характеристики.

Дифференциальное уравнение гармонических электромагнитных колебаний. Энергия электромагнитных колебаний.

20. Электромагнитные волны. Образование электромагнитных волн (ЭМВ), их основные свойства и характеристики. Уравнения плоской бегущей ЭМВ. Объёмная плотность энергии, интенсивность ЭМВ. Вектор Умова-Пойнтинга. Давление ЭМВ.

Темы практических занятий 1. Взаимодействие неподвижных зарядов 2. Напряженность электростатического поля в вакууме 3. Теорема Гаусса и ее применение для расчета электростатических 4. Потенциал и энергия электростатического поля в вакууме 5. Электростатическое поле при наличии диэлектриков 6. Электрическая емкость. Конденсаторы 7. Постоянный электрический ток 8. Правила Кирхгофа и расчет электрических цепей 9. Классическая теория электропроводности 10. Магнитное поле постоянного тока в вакууме 11. Магнитное поле в веществе 12. Электромагнитная индукция 13. Самоиндукция. Индуктивность 14. Переменный ток 15. Электромагнитные колебания 16. Электромагнитные волны Темы лабораторных работ 1. Изучение электроизмерительных приборов 2. Определение емкости конденсатора при помощи баллистического 3. Изучение процессов зарядки и разрядки конденсатора 4. Измерение электрического сопротивления методом моста Уитстона 5. Измерение электрического сопротивления методом амперметра и 6. Измерение ЭДС компенсационным методом 7. Определение работы выхода электрона из металла 8. Определение параметров вакуумного триода 9. Определение удельного заряда электрона 10. Определение составляющих магнитной индукции поля Земли 11. Определение основной кривой намагничивания и магнитной проницаемости ферромагнетика 12. Изучение магнитного гистерезиса 13. Сложение электрических колебаний 1. Законы геометрической оптики. Отражение и преломление света.

Полное отражение света.

2. Сферические зеркала, построение изображений в них.

3. Тонкие линзы, построение изображений в них. Аберрации линз.

4. Оптические инструменты. Лупа, микроскоп, телескоп.

5. Фотометрия. Энергетические и световые фотометрические величины.

6. Свет как электромагнитная волна. Особенности электромагнитных волн.

7. Интерференция света. Условия интерференции. Оптическая длина пути, оптическая разность хода. Способы наблюдения интерференции: опыт Юнга, бипризма Френеля.

8. Пространственная и временная когерентность света.

9. Интерференция в тонких пленках. Полосы равного наклона и равной толщины. Применение интерференции света: просветление оптики и интерферометры.

10. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля.

11. Дифракция Френеля на круглом отверстии и круглом диске. Зонная пластинка.

12. Дифракция Фраунгофера на щели.

13. Дифракционная решетка. Дифракционные спектры.

14. Дифракция рентгеновских лучей, её применение.

15. Понятие о голографии.

16. Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Виды поляризованного света. Закон Малюса.

17. Поляризация при отражении от диэлектрика. Закон Брюстера.

18. Двойное лучепреломление. Получение света, поляризованного по кругу и по эллипсу. Искусственная оптическая анизотропия.

19. Дисперсия и поглощение света. Рассеяние света.

20. Релятивистские эффекты в оптике. Независимость скорости света от движения источника и приёмника света. Эффект Доплера для Темы практических занятий 1. Законы отражения и преломления света 2. Сферические зеркала 4. Оптические инструменты 5. Фотометрия 6. Свет как электромагнитная волна. Интерференция 7. Интерференция света в тонких пленках 8. Интерференционные приборы и их применение 9. Дифракция света. Метод зон Френеля 10. Дифракция Фраунгофера 11. Дифракционная решетка 12. Дифракция рентгеновских лучей 13. Поляризация света. Закон Малюса 14. Закон Брюстера. Двойное лучепреломление 15. Дисперсия и поглощение света. Рассеяние света 16. Релятивистские эффекты в оптике. Эффект Доплера Темы лабораторных работ 1. Определение показателя преломления вещества методом полного 2. Определение показателя преломления и дисперсии стекла при помощи призмы и гониометра 3. Определение показателя преломления стекла при помощи закона 4. Определение показателя преломления вещества при помощи интерферометра 5. Определение фокусного расстояния линзы 6. Изучение микроскопа 7. Изучение зрительной трубы 8. Определение силы света и других фотометрических величин 9. Определение длины световой волны при помощи бипризмы Френеля 10. Определение длины световой волны при помощи колец Ньютона 11. Определение длины световой волны при помощи дифракционной 12. Изучение явлений поляризации света 13. Изучение вращения плоскости поляризации света 1. Квантовые свойства излучения. Тепловое излучение и его характеристики. Абсолютно чёрное тело. Законы Кирхгофа, СтефанаБольцмана и Вина.

2. Распределение энергии в спектре излучения абсолютно чёрного тела. Квантовая гипотеза Планка. Формула Планка.

3. Внешний фотоэффект и его законы. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Масса, энергия, импульс фотонов.

4. Эффект Комптона и его теория. Корпускулярно-волновая двойственность электромагнитного излучения.

5. Опыты Резерфорда по рассеянию -частиц атомами. Ядерная модель атома и её противоречия. Спектры испускания и поглощения атомов. Теория Бора атома водорода и её противоречия.

6. Волновые свойства микрочастиц. Корпускулярно-волновая двойственность частиц вещества (гипотеза де Бройля) и её экспериментальное подтверждение. Волновая функция, её вероятностный 7. Уравнение Шредингера. Стационарные состояния. Соотношения неопределенностей.

8. Физика атомов и молекул. Квантово-механическая задача для атома водорода. Энергетический спектр электрона в атоме водорода.

9. Квантовые числа и их физический смысл. Опыт Штерна и Герлаха. Спиновое квантовое число.

10. Строение электронных оболочек многоэлектронных атомов.

Принцип Паули. Периодическая система элементов Менделеева.

Химическая связь в молекулах.

11. Образование энергетических зон в кристалле и распределение по ним электронов. Металлы и диэлектрики.

12. Полупроводники. Электронный и дырочный полупроводники.

Собственная и примесная проводимость полупроводников, её температурная зависимость. Внутренний фотоэффект.

13. Контактные явления в полупроводниках. Свойства p-n перехода.

Полупроводниковые диод и транзистор.

14. Физика атомного ядра. Состав атомного ядра. Характеристики атомного ядра. Изотопы. Свойства и природа ядерных сил. Энергия связи ядер.

15. Ядерные реакции и законы сохранения. Возможность выделения энергии при реакциях деления тяжелых и синтеза легких ядер.

16. Радиоактивность. Кинетический закон радиоактивного распада.

Активность радиоактивного вещества. Закономерности и природа - и -распадов и -излучения атомных ядер.

17. Физика элементарных частиц. Общие свойства элементарных частиц. Классификация элементарных частиц. Методы регистрации элементарных частиц.

18. Фундаментальные взаимодействия. Типы фундаментальных взаимодействий.

Темы практических занятий 1. Тепловое излучение 2. Внешний фотоэффект и эффект Комптона 3. Волновые свойства микрочастиц 4. Простейшие случаи движения микрочастиц 5. Квантовые числа и строение электронных оболочек атомов 6. Квантовая статистика электронов в металлах 7. Зонная теория твердых тел. Внутренний фотоэффект 8. Строение атомного ядра. Ядерные реакции 9. Радиоактивность Темы лабораторных работ 1. Определение яркостной температуры и постоянной СтефанаБольцмана 2. Изучение внешнего фотоэффекта 3. Изучение внутреннего фотоэффекта 4. Изучение дифракции электронов на щели 5. Изучение спектра поглощения и определение постоянной Планка 6. Исследование эффекта Холла 7. Изучение электропроводности полупроводникового резистора 8. Изучение свойств p-n перехода и определение ширины запрещенной зоны 9. Изучение полупроводникового транзистора 10. Определение температуры сверхпроводящего перехода 11. Исследование поглощения -излучения 12. Изучение поглощения -частиц

4. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА И ОРГАНИЗАЦИЯ

КОНТРОЛЬНО-ОЦЕНОЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Темы, вынесенные на самостоятельное изучение 1. Механика упругих тел 2. Элементы газодинамики 3. Электрический ток в электролитах 4. Электрический ток в газах и в вакууме. Плазма и её свойства 5. Дифракция рентгеновских лучей 6. Дисперсия и поглощение света. Рассеяние света 7. Релятивистские эффекты в оптике 8. Фундаментальные взаимодействия Примерные темы теоретических коллоквиумов и контрольных работ 1. Классическая механика материальной точки 2. Вращательное движение твердого тела 3. Элементы специальной теории относительности 5. Основы молекулярно-кинетической теории 6. Основы термодинамики 8. Постоянный электрический ток 9. Постоянное магнитное поле в вакууме 10. Электромагнитная индукция и электромагнитные колебания.

11. Геометрическая оптика 12. Волновая оптика 13. Квантовая оптика 14. Квантовая механика и физика твердого тела 15. Физика атомного ядра Примерные вопросы для курсового зачета и/или экзамена 1. Материальная точка. Система отсчета. Траектория, путь, перемещение. Скорость и ускорение. Тангенциальное и нормальное составляющие ускорения.

2. Движение материальной точки по окружности. Векторы углового перемещения, угловой скорости и углового ускорения. Связь линейных и угловых характеристик.

3. Инерциальные системы отсчета. Первый закон Ньютона. Сила, масса.

Второй и третий законы Ньютона.

4. Силы упругости, силы трения, силы тяготения (природа сил, разновидности, законы).

5. Механические свойства твёрдых тел. Упругая и пластическая деформация. Виды деформаций. Механическое напряжение. Модуль Юнга и модуль сдвига. Закон Гука. Диаграмма растяжения твёрдого тела.

6. Система материальных точек. Силы внешние и внутренние. Импульс силы и импульс тела. Закон сохранения импульса.

7. Соударения тел, их разновидности.

8. Движение в неинерциальных системах отсчета. Сила инерции при ускоренном поступательном движении системы отсчёта.

9. Силы инерции в равномерно вращающейся системе отсчёта. Центробежная сила и сила Кориолиса.

10. Движение абсолютно твердого тела как суперпозиция поступательного и вращательного движений. Вращение относительно неподвижной оси. Момент силы. Момент инерции. Основное уравнение динамики вращательного движения.

11. Момент импульса. Закон сохранения момента импульса. Кинетическая энергия вращающегося тела и её связь с работой сил.

12. Работа силы и мощность. Кинетическая энергия, её связь с работой 13. Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальная энергия, её связь с проекциями консервативной силы. Закон сохранения механической энергии. Общефизический закон сохранения энергии.

14. Преобразования Галилея. Принцип относительности Галилея. Классический закон сложения скоростей. Постулаты Эйнштейна.

15. Преобразования Лоренца и следствия из них: относительность понятия одновременности, длин отрезков, промежутков времени. Релятивистский закон сложения скоростей.

16. Зависимость массы от скорости движения тела в специальной теории относительности. Релятивистский импульс. Релятивистское уравнение динамики материальной точки. Взаимосвязь массы и энергии в специальной теории относительности. Релятивистское выражение для кинетической энергии тела.

17. Механические гармонические колебания и их характеристики. Дифференциальное уравнение гармонических колебаний. Пружинный и математический маятники. Кинетическая, потенциальная и полная энергия гармонического осциллятора.

18. Затухающие механические колебания и их характеристики.

19. Вынужденные механические колебания. Резонанс.

20. Векторная диаграмма. Сложение гармонических колебаний одного направления и одинаковой частоты. Биения.

21. Образование волн в упругой среде. Продольные и поперечные волны.

Волновая поверхность, фазовая скорость, длина волны. Уравнение плоской бегущей волны. Уравнение сферической волны. Волновое уравнение.

Молекулярная физика. Термодинамика 1. Макроскопические системы. Постулаты молекулярно-кинетической теории. Термодинамические параметры состояния системы. Равновесные состояния и процессы.

2. Идеальный газ. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа. Уравнение состояния идеального газа. Основные газовые законы.

3. Функция распределения молекул по модулю скорости. Распределение Максвелла и его экспериментальное подтверждение. Средние скорости молекул.

4. Идеальный газ в поле тяготения. Барометрическая формула. Распределение Больцмана для частиц во внешнем потенциальном поле и его экспериментальное подтверждение.

5. Внутренняя энергия системы. Внутренняя энергия идеального газа.

6. Теплопередача (теплообмен) и количество теплоты. Теплоемкость.

Работа в термодинамике. Первое начало термодинамики.

7. Применение первого начала термодинамики к анализу изопроцессов в идеальном газе. Адиабатический процесс.

8. Обратимые и необратимые процессы. Термодинамическая вероятность (статистический вес) макросостояния. Энтропия. Расчет изменения энтропии.

9. Второе начало термодинамики, его различные формулировки.

10. Самоорганизация в открытых неравновесных системах.

11. Тепловые и холодильные машины, схема их устройства. Цикл Карно, теоремы Карно.

12. Средняя длина свободного пробега молекул в газе. Вакуум. Закон Фика. Коэффициент диффузии идеального газа, его физический 13. Закон Ньютона. Коэффициент вязкости идеального газа, его физический смысл.

14. Закон Фурье. Коэффициент теплопроводности идеального газа, его физический смысл.

15. Течение жидкостей и газов. Уравнение Бернулли. Ламинарное и турбулентное течения. Формула Пуазейля.

16. Отклонение реальных газов от модели идеального газа. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы Ван-дер-Ваальса. Метастабильные состояния. Критическое состояние.

17. Строение кристаллических тел, их разновидности и свойства.

18. Строение жидкостей. Поверхностное натяжение. Формула Лапласа.

Капиллярные явления.

19. Фазовые превращения. Диаграммы состояния.

1. Электрический заряд, его свойства. Закон сохранения заряда. Закон Кулона. Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля. Линии напряжённости. Принцип суперпозиции электростатических полей.

2. Поток напряженности. Теорема Гаусса и ее применение к расчету напряженности электростатического поля некоторых симметричных 3. Работа сил электростатического поля при перемещении заряда. Потенциал электростатического поля и его связь с напряженностью.

Циркуляция напряженности электростатического поля. Принцип суперпозиции для потенциала. Энергия системы неподвижных точечных зарядов.

4. Диэлектрики, их виды. Диполь в электрическом поле. Поляризация диэлектриков. Поляризованность. Возникновение связанных зарядов и их связь с поляризованностью.

5. Напряжённость поля в диэлектрике. Электростатическая индукция (электрическое смещение) и её связь с напряженностью электрического поля.

6. Равновесное распределение зарядов в проводнике. Напряженность и потенциал электростатического поля внутри проводника и снаружи, вблизи его поверхности (связь с поверхностной плотностью заряда).

7. Электроёмкость уединённого проводника. Конденсаторы. Электроёмкость плоского конденсатора. Энергия и объёмная плотность энергии электростатического поля.

8. Постоянный электрический ток, условия его существования и характеристики. Закон Ома для однородного участка цепи в интегральной и дифференциальной формах.

9. Сторонние силы в электрической цепи. Электродвижущая сила источника тока. Закон Ома для неоднородного участка цепи и для замкнутой цепи.

10. Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной формах.

11. Основные представления классической электронной теории электропроводности металлов. Связь плотности тока со скоростью движения электронов. Вывод законов Ома и Джоуля-Ленца в рамках классической электронной теории. Затруднения классической электронной 12. Электрический ток в газах и в вакууме. Плазма и её свойства.

13. Электролиз и электролитическая диссоциация. Законы электролиза Фарадея. Гальванические элементы и аккумуляторы.

14. Магнитное поле. Индукция магнитного поля. Линии магнитной индукции. Закон Био-Савара-Лапласа. Принцип суперпозиции. Магнитное поле прямого и кольцевого проводников с токами.

15. Теорема о циркуляции магнитной индукции (закон полного тока), её применение к расчету магнитного поля соленоида и тороида.

16. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Движение заряженных частиц в магнитном поле.

17. Действие магнитного поля на проводник с током. Взаимодействие параллельных токов. Контур с током в однородном и неоднородном магнитном поле. Работа при перемещении контура с током в магнитном поле.

18. Магнетики, их виды. Намагниченность. Индукция магнитного поля в веществе. Орбитальный магнитный и механический моменты электрона в атоме. Диа- и парамагнетизм.

19. Свойства ферромагнетиков. Природа ферромагнетизма.

20. Явление электромагнитной индукции. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца. Механизм возникновения ЭДС электромагнитной индукции в проводнике, движущемся в магнитном поле. Вихревое электрическое поле.

21. Явление самоиндукции. Индуктивность соленоида. Энергия и объёмная плотность энергии магнитного поля.

22. Квазистационарные токи. Свободные электромагнитные колебания в колебательном контуре и их характеристики. Дифференциальное уравнение гармонических электромагнитных колебаний. Энергия электромагнитных колебаний.

23. Электромагнитное поле. Образование электромагнитных волн (ЭМВ), их основные свойства и характеристики. Уравнения плоской бегущей ЭМВ. Объёмная плотность энергии, интенсивность ЭМВ. Вектор Умова-Пойнтинга. Давление ЭМВ.

1. Геометрическая оптика. Законы отражения и преломления света.

Полное отражение.

2. Сферические зеркала. Тонкие линзы. Оптические инструменты.

3. Свет как электромагнитная волна. Когерентность и монохроматичность световых волн. Интерференция света, её условия.

4. Способы наблюдения интерференции: опыт Юнга, бипризма Френеля.

5. Интерференция в тонких пленках. Полосы равного наклона и равной толщины. Применение интерференции света: просветление оптики.

6. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля.

7. Дифракция Френеля на круглом отверстии и круглом диске. Зонная пластинка.

8. Дифракция Фраунгофера на щели.

9. Дифракционная решетка. Дифракционные спектры.

10. Дифракция рентгеновских лучей.

11. Естественный и поляризованный свет. Виды поляризованного света.

Закон Малюса.

12. Поляризация при отражении от диэлектрика. Закон Брюстера.

13. Двойное лучепреломление. Получение света, поляризованного по кругу и по эллипсу.

14. Дисперсия света. Поглощение света. Рассеяние света.

15. Независимость скорости света от движения источника и приёмника света. Эффект Доплера для света.

1. Тепловое излучение и его характеристики. Абсолютно чёрное тело.

Закон Кирхгофа.

2. Законы Стефана-Больцмана и Вина. Распределение энергии в спектре излучения абсолютно чёрного тела. Квантовая гипотеза Планка. Формула Планка.

3. Внешний фотоэффект и его законы. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

4. Масса, энергия, импульс фотонов. Корпускулярно-волновая двойственность электромагнитного излучения.

5. Эффект Комптона и его теория.

6. Опыты Резерфорда по рассеянию -частиц атомами. Ядерная модель атома и её противоречия.

7. Спектры испускания и поглощения атомов. Теория Бора атома водорода и её противоречия.

8. Корпускулярно-волновая двойственность частиц вещества (гипотеза де Бройля) и её экспериментальное подтверждение. Волновая функция, её вероятностный смысл. Уравнение Шредингера. Стационарные состояния.

9. Соотношения неопределенностей.

10. Квантово-механическая задача для атома водорода. Энергетический спектр электрона в атоме водорода. Квантовые числа и их физический смысл. Опыт Штерна и Герлаха. Спиновое квантовое число.

11. Принцип Паули. Строение электронных оболочек многоэлектронных атомов. Периодическая система элементов Менделеева. Химическая связь в молекулах.

12. Энергетические зоны в кристалле и распределение по ним электронов. Металлы, диэлектрики, полупроводники.

13. Донорные и акцепторные уровни. Электронный и дырочный полупроводники. Собственная и примесная проводимость полупроводников, её температурная зависимость. Внутренний фотоэффект.

14. Состав атомного ядра. Характеристики атомного ядра. Изотопы.

15. Свойства и природа ядерных сил. Энергия связи ядер. Возможность выделения энергии при реакциях деления тяжелых и синтеза легких 16. Ядерные реакции и законы сохранения.

17. Радиоактивность. Кинетический закон радиоактивного распада. Активность радиоактивного вещества.

18. Закономерности и природа и -распадов и -излучения атомных 19. Общие свойства элементарных частиц. Классификация элементарных 20. Типы фундаментальных взаимодействий. Методы регистрации элементарных частиц.

1. Кинематика материальной точки 2. Динамика материальной точки 3. Работа и энергия 4. Вращательное движение твердого тела 5. Специальная теория относительности 6. Механические колебания 7. Механические волны 8. Молекулярно-кинетическая теория 9. Статистика Максвелла-Больцмана 10. Явления переноса 11. Первое начало термодинамики 12. Второе начало термодинамики 13. Напряженность электростатического поля 14. Потенциал и работа 15. Диэлектрики 16. Постоянный электрический ток 17. Магнитное поле в вакууме 18. Магнитное поле в веществе 19. Явление электромагнитной индукции 20. Электромагнитные колебания 21. Электромагнитное поле и волны 22. Геометрическая оптика 23. Интерференция света 24. Дифракция света 25. Поляризация света 26. Квантовая оптика 27. Квантовая механика 28. Физика твердого тела 29. Физика атомного ядра

5. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ

ДИСЦИПЛИНЫ

Студент, изучивший дисциплину, должен знать основы физики в объёме, необходимом для решения типовых задач профессиональной деятельности, в частности:

основные физические явления и методы их исследования;

основные принципы и законы физики, границы их применимости;

методы проведения физического эксперимента и обработки полученных результатов;

приемы и методы решения задач по физике.

Студент, изучивший дисциплину, должен уметь решать типовые задачи профессиональной деятельности, соответствующие его квалификации, в частности:

осуществлять процесс обучения физике в соответствии с образовательной программой;

ставить физические эксперименты и обрабатывать результаты измерений;

применять теоретические знания к решению задач по физике.

6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

1. Иродов, И.Е. Задачи по общей физике: Учеб. пособие / И.Е.Иродов.е изд., стер. -М.: Лаб. Базовых Знаний, 2003.- 432 с. – 39 экз.

2. Иродов, И.Е. Квантовая физика. Основные законы: Учеб. пособие для вузов / И.Е.Иродов.- 2-е изд.. доп. -М.: БИНОМ. Лаб.знаний, 2004.с. – 48 экз.

3. Иродов, И.Е. Физика макросистем. Основные законы / И.Е.Иродов.е изд., стер. -М.: БИНОМ: Лаб. баз. знаний, 2006.- 207 с. – 39 экз.

4. Попель, П.С. Электричество и магнетизм: учеб. пособие для самостоят. работы студентов / П.С.Попель; Урал. гос. пед. ун-т. Екатеринбург: Б.и., 2005. – 220 с. – 39 экз.

5. Руководство к лабораторным работам по курсу общей физики. Механика [Текст] : метод. пособие / В. Е. Сидоров [и др.] ; Урал. гос. пед.

ун-т, Ин-т физики и технологии. - Екатеринбург : [б. и.], 2011. - 50 с.

Кол-во экз. : 70.

6. Руководство к лабораторным работам по курсу физики. Оптика [Текст] / Ю. Т. Коврижных [и др.]; Урал. гос. пед. ун-т. - Екатеринбург : [б. и.], 2008. - 84 с. Кол-во экз. : 150.

7. Коврижных Ю.Т., Пилипенко Г.И., Сидоров В.Е. Руководство к лабораторным работам по курсу общей физики. Раздел "Квантовая физика" / Ю.Т.Коврижных, Г.И.Пилипенко, В.Е.Сидоров; Урал.гос.пед.унт. - Екатеринбург : Б.и., 2004. - 111с. Кол-во экз. : 48.

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

Под ред. Ю.И.Дика. - 5 -е изд.Т.1: Механика. Молекулярная физика.

Электродинамика. -М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003.- 575с. – 50 экз.

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

Под ред. Ю.И.Дика. - 5 -е изд. Т.2: Колебания и волны. Квантовая физика. Физика ядра и элементарных ч. -М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003.- 550с.

Дополнительная 1. Ахманов, С.А. Физическая оптика: учеб. для вузов по спец. "Физика" / С.А.Ахманов, С.Ю.Никитин.- 2-е изд. -М.: Наука, 2004.- 65с. – 2 экз.

2. Багдасарян, Д.А., Сабирзянов А.А. Сборник вопросов и задач по электричеству и магнетизму: Учеб. пособие. – Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2007. – 294 с. – 100 экз.

3. Ивлиев, А.Д. Физика: Учеб. пособие для студентов вузов по спец.

030500 - Проф.обучение / А.Д.Ивлиев; Урал. гос. техн. Ун-т- УПИ. Екатеринбург: Б.и, 2005.- 617с. – 50 экз.

4. Казаков, Р.Х. Ньютоновская механика/Р.Х.Казаков. -М.: Высш. шк., 2004.- 231с. – 5 экз.

5. Калашников, С.Г. Электричество: Учеб. пособие для физ.спец.вузов/ С.Г.Калашников.- 6-е изд., стер. -М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004.- 624с. – 6. Курс физики: Учеб. для студентов вузов по направлениям "Естественно - науч. образование", "Физ.-мат. образование": В 3 кн./ Г.А.Бордовский. -М.: Высш. шк., 2004.- 423с. – 5 экз.

7. Курс физики: Учеб. для студентов вузов по направлениям "Естественно - науч. образование": В 3 кн./Г.А.Бордовский, Ю.А.Гороховатский, А.Д.Суханов. -М.: Высш. шк., 2004.- 424с. – 8. Трофимова, Т.И. Курс физики: Учеб. пособие для инж.-техн. спец.

вузов / Т.И.Трофимова. - 7-е изд., стер. -М.: Высш. шк., 2003.- 542с. – 9. Элементарный учебник физики: Учеб. пособие: Т.1: Механика. Теплота. Молекулярная физика/ Под ред. Г.С.Ландсберга.–13-е изд. –М.:

Физматлит, 2003.- 608с. – 10 экз.

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

Магнетизм/ Под ред. Г.С.Ландсберга.–13-е изд. –М.: Физматлит, 2003.- 480с. – 10 экз.

11. Элементарный учебник физики: Учеб. пособие: Т.3: Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика/ Под ред. Г.С.Ландсберга.–13е изд. –М.: Физматлит, 2003.- 656с. – 10 экз.

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

Специализированные лекционные аудитории (№1 и №47) с мультимедиапроектором и полным комплектом демонстрационного оборудования, учебные лаборатории механики, молекулярной физики, электричества и магнетизма, оптики, квантовой физики для проведения лабораторных занятий.

8. СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ ПРОГРАММЫ

Сабирзянов Александр Аделевич кандидат физико-математических наук доцент кафедры общей физики и естествознания УрГПУ телефон: 371-46-

РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА

по дисциплине «Общая и экспериментальная физика»

для направления «050200.62 – Физико-математическое образование»

по циклу ДПП.Ф.01 – Дисциплины предметной подготовки Бумага для множительных аппаратов. Усл. печ. л..

Уральский государственный педагогический университет.

620017 Екатеринбург, пр. Космонавтов, 26.