[ МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
УТВЕРЖДАЮ
Декан факультета Защита растений, агрохимии и почвоведения профессор _Л.М. Онищенко 201 г.
дисциплины ФИЗИКА для бакалавров по направлению 110400. 62 «Агрохимия»
квалификация «бакалавр»
профиль подготовки «Защита растений»
факультета Агрохимии и почвоведения, защита растений кафедра физики Дневная форма обуче- Заочная форма обуния чения Вид учебной работы Курс, Курс, Час/ з.е. Час/ з.е.
семестр семестр Аудиторные занятия – всего 58 / 1, лекции 22 / 0, консультации практические занятия (семинары) лабораторные работы 36 / 1, Самостоятельная работа – всего 1 курс 48 / 1, курсовой проект (работа) 2 семестр контрольные работы реферат другие виды самостоятельной работы Вид промежуточной аттестации экзамен (зачет, экзамен) Всего по дисциплине 108 / 3, Лист согласования рабочей программы дисциплины Рабочая программа разработана на основании:
1. ФГОС ВПО по направлению подготовки 110400. 62 «Агрономия», утвержденного 22 декабря 2009 г регистрационный номер 811.
2. Примерная рабочая программа дисциплины «Физика» утверждена ученым советом факультетов Агрохимии и почвоведения, Защита растений от 201 г., № 3. Рабочего учебного плана, утвержденного ученым советом университета, протокол от 201 г. № Разработчики:
Ведущий преподаватель:
Федоренко Е.А., к.т.н., ст. преподаватель Фамилия И.О., ученая степень, ученое звание подпись дата Рабочая программа обсуждена и одобрена на заседании кафедры физики протокол № 15, от 10 июня 2013 г.
Заведующий кафедрой физики Курзин Н.Н., д.т.н., профессор.
Фамилия И.О., ученая степень, ученое звание подпись дата Рабочая программа рассмотрена и согласована на заседании методической комиссии факультетов Защита растений, агрохимии и почвоведения протокол от 201 г. № _ Председатель методической комиссии Терпелец В.И., д.с.-х.н., профессор Фамилия И.О., ученая степень, ученое звание подпись дата
ПРОТОКОЛ СОГЛАСОВАНИЯ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ
СО СМЕЖНЫМИ ДИСЦИПЛИНАМИ
Фамилия И.О., подпись Наименование Наименование заведующего кафедрой, смежной дисциплины кафедры дата согласования Федулов Ю.П.Физиологии и биохимии Физиология растений растений Органическая и колло- Органической и физколидная химия лоидной химии
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
сформировать у студентов целостную естественно-научную картину мира и его развития по общим фундаментальным законам.изучение основ физики, методов физических исследований и физических приборов, которые используются в сельском хозяйстве, современном строительстве и архитектуре.
изучение физических явлений, лежащих в основе проектирования, строительства и выбора строительных материалов.
В результате изучения дисциплины студент должен:
основные физические явления, фундаментальные понятия, законы и теории классической и современной физики, применять полученные знания по физике при изучении других дисциплин, выделять конкретное физическое содержание в прикладных задачах профессиональной деятельности, создавать и анализировать теоретические модели явлений и процессов, современной научной аппаратурой, навыками ведения физического эксперимента. Основными современными методами постановки, исследования и решения задач механики о роли и месте физики в общечеловеческом познании;
о научном методе познания и описания физического мира, основанном на взаимосвязи эксперимента и теории;
об основных физических теориях фундаментальных взаимодействий;
о возможностях и применении физических теорий для объяснения происхождения и эволюции Вселенной, в геологических, метеорологических, биологических процессах;
о физических методах исследований сред, использующих современные достижения физики и техники;
о научной аппаратуре и физических принципах работы современных технических устройств.
Данная дисциплина является базовой частью математического и естественнонаучного учебного цикла (Б.2) ООП.
Для успешного освоения дисциплины необходимы знания по следующим дисциплинам и разделам ООП:
математика информатика Знания, умения и приобретенные компетенции будут использованы при изучении следующих дисциплин и разделов ООП:
математика: фундаментальные основы высшей математики, включая алгебру, геометрию, математический анализ;
химия: основы общей и неорганической химии; органическая химия биофизика: физические процессы в клетках.
2. ТРЕБОВАНИЯ К ФОРМИРУЕМЫМ КОМПЕТЕНЦИЯМ
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:владение культурой мышления, способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОКумение логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь (ОК-2);
готовности к кооперации с коллегами, работе в коллективе (ОК-3);
способности находить организационно-управленческие решения в нестандартных ситуациях и готовности нести за них ответственность (ОК-4);
умение использовать нормативно-правовые документы в своей деятельности (ОК-5);
стремление к саморазвитию, повышению квалификации и мастерства (ОКумение критически оценивать свои достоинства и недостатки, намечать пути и выбирать средства развития достоинств и устранения недостатков (ОКосознание социальной значимости своей будущей профессии, обладание высокой мотивацией к выполнению профессиональной деятельности (ОКиспользование основных положений и методов социальных, гуманитарных и экономических наук при решении социальных и профессиональных задач;
способности анализировать социально-значимые проблемы и процессы (ОК-9);
использование основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применение методов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОКспособности понимать сущность и значение информации в развитии современного информационного общества, осознание опасности и угроз, возникающих в этом процессе, соблюдение основных требований информационной безопасности, в том числе защиты государственной тайны (ОК-11);
владение основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, умение работать с компьютером как средством управления информацией (ОК-12);
способности работать с информацией в глобальных компьютерных цепях (ОК-13);
владение одним из иностранных языков: читать и переводить со словарем научно-технические тексты (ОК-14);
владение основными методами защиты производственного персонала и населения от возможных последствий аварий, катастроф, стихийных бедствий (ОК-15);
владение средствами самостоятельного, методически правильного использования методов физического воспитания и укрепления здоровья, готовности к достижению должного уровня физической подготовленности для обеспечения полноценной социальной и профессиональной деятельности (ОК-16).
использование основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применение методов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПКумение работать с компьютером как средством управления информацией (ПК-2);
владение основными методами защиты производственного персонала и населения от возможных последствий аварий, катастроф, стихийных бедствий (ПК-3).
3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
3.1 Содержание лекций Таблица № темы лекции Предмет физики. Роль физики в развитии техники и влияние техники на развитие физики. Роль физики в становлении инженера – строителя. Рассматриваются основные методы физического исследования. Математический аппарат физики: действия над векторами.Скалярное и векторное произведение векторов.
Основные понятия механики и ее основная задача. Физические модели материальных объектов. Формы и характер механического движения. Методы аналитического описания положения материальной точки в пространстве. Геометрические характеристики механического движения материальной точки и твердого тела.
Кинематические характеристики движения материальной точки в пространстве: скорость и ускорение. Закономерности прямолинейного равномерного и неравномерного движения материальной точки. Уравнение движения в векторной форме равномерного и неравномерного движения материальной точки. Графики скорости, ускорения и пути.
Кинематика криволинейного движения материальной точки Криволинейное равномерное и неравномерное движение материальной точки. Знакомство с основными кинематическими и геометрическими характеристиками, описывающими данный вид движения: угловая скорость, ускорение, угловое перемещение. Вывод основных уравнений описывающих равномерное и неравномерное движение материальной точки. Графики зависимости кинематических и геометрических величин от времени. Связь между линейными и угловыми кинематическими характеристиками материальной Кинематика гармонического колебания материальной точки.
Характеристика периодических движений, вывод уравнения гармонических колебаний и кинематических характеристик колебания.
Роль колебательных движений в природе и важность их изучения.
Рассматривается сложение однонаправленных колебаний методом векторных диаграмм, получается выражения для амплитуды результирующего колебания и начальной фазы. Сложение двух взаимно перпендикулярных колебаний, вывод уравнения результирующего Динамика, как раздел механики, изучающий причину существования механических состояний и их изменений. Основная задача механики. Механические системы. Основные величины динамики:
масса и сила и их определение. Первый закон Ньютона и понятие инерциальных систем отсчета. Основной закон динамики - второй закон Ньютона как уравнение движения. Третий закон Ньютона. Закон сохранения импульса как фундаментальный закон природы.
Понятие центра инерции. Теорема о движении центра инерции. Неинерциальные системы отсчета. Понятие сил инерции и причины их возникновения. Силы инерции действующие на тело в системе отсчета движущейся поступательно. Силы инерции, действующие на тела, которые покоятся или движутся во вращающейся системе отсчета. Возможности применения основного закона динамики в неинерциальной системе отсчета.
Динамика вращательного движения твердого тела Момент импульса, момент сил точки и системы, направления моментов, закон сохранения момента импульса. Вращение твердого тела вокруг неподвижной оси. Уравнение динамики вращательного движения твердого тела. Момент инерции твердых тел простейшей геометрической формы. Теорема Штейнера. Свободные оси вращения, главные оси и главные моменты инерции. Методика решения задач на динамику вращательного движения твердого тела.
Динамика свободных колебаний, вывод уравнения гармонического осциллятора. Динамика свободных колебаний с учетом параметров конкретной колебательной системы – математический маятник. Период колебаний математического маятника. Период колебаний упругого маятника. Динамика свободных колебаний на примере физического маятника. Период колебаний физического маятника. Динамика затухающих колебаний. Уравнение затухающих колебаний и его анализ. Динамика вынужденных колебаний. Уравнение вынужденных колебаний и его анализ. Явление механического резонанса.
Анализ примеров поведения механических систем подвергающихся периодическим внешним воздействиям.
Понятие работы. Работа перемещения точки по криволинейному пути. Понятие энергии. Виды энергии в механике, кинетическая энергия механического движения. Потенциальная энергия в поле тяготения и потенциальная энергия упруго деформированного тела.
Понятие консервативных и диссипативных сил. Консервативные и диссипативные системы в механике. Закон сохранения энергии Общие свойства жидкостей и газов. Давление в неподвижных жидкостях. Закон Паскаля и закон Архимеда. Кинематика жидкости.
Стационарное течение жидкости. Уравнение неразрывности для несжимаемой жидкости. Идеальная и вязкая жидкости. Гидростатика и гидродинамика идеальной жидкости. Уравнение Бернулли и его следствия. Понятие реальной жидкости, динамика реальной жидкости, понятие турбулентности. Число Рейнольдса.
Основы молекулярно-кинетической теории строения вещества Молекулярная физика и методы изучения, лежащие в ее основе. Статистический метод в физике. Основные положения молекулярнокинетической теории, понятия температуры, внутренней энергии.
Идеализированная модель идеального газа. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа. Уравнение состояния идеального газа, экспериментальные газовые законы. Уравнение изопроцессов. Графики изопроцессов.
Средняя энергия молекул, физический смысл температуры, понятие числа степеней свободы, число степеней свободы различных газов.
Средняя энергия молекул. Число степеней свободы молекул. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы. Скорость поступательного движения молекул идеального газа. Максвелловское распределение молекул по скоростям. График распределения и его анализ. Статистические скорости. Статистические закономерности распределения молекул в гравитационном поле. Барометрическая формула. Атмосферное давление и закономерности его изменения. Распределение Больцмана.
Явления переноса. Уравнение переноса. Теплопроводность. Уравнение теплопроводности, его анализ и практическая значимость.
Коэффициент теплопроводности и его физический смысл. Диффузия с точки зрения молекулярно–кинетической теории строения вещества. Уравнение диффузии и его анализ. Коэффициент диффузии и его физический смысл. Примеры диффузии. Внутреннее трение в представлении молекулярно–кинетической теории. Уравнение внутреннего трения, его анализ и практическая значимость. Вязкость. Динамическая и кинематическая вязкость.
Термодинамика и методы ее изучения. Понятие термодинамической системы и термодинамического процесса. Понятие теплоты. Основные начала термодинамики. Первое начало термодинамики. Работа газа при изменении объема. Теплоемкость идеального газа. Уравнение Майера. Недостатки классической теории теплоемкостей. Работа идеального газа в изопроцессах и адиабатном процессе.
Круговые процессы. Обратимые и необратимые процессы. Второе начало термодинамики. Энтропия. Закон возрастания энтропии. Тепловые двигатели. Цикл Карно и его КПД для идеального газа.
Реальные газы. Уравнение Ван–дер–Ваальса. Изотермы Ван–дер– Ваальса и их анализ. Критическая точка. Фазовые переходы второго рода. Жидкости. Поверхностное натяжение. Коэффициент поверхностного натяжения. Контактные явления: смачивание, несмачивание, капиллярные явления. Термодинамика парообразования (испарение, кипение). Закономерности парообразования. Свойства паров.
Влажность. Абсолютная и относительная влажности. Примеры учета влажности атмосферы в технологиях сельского хозяйства.
Электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Деление всех тел, в зависимости от наличия свободных зарядов, на проводники, полупроводники и диэлектрики. Понятие точечного и пробного электрических зарядов. Взаимодействие неподвижных электрических зарядов. Закон Кулона – основной закон электростатики. Физический смысл диэлектрической проницаемости среды.
Понятие электрического поля, поле электростатическое и электродинамическое. Напряженность электростатического поля, напряженность поля точечного заряда. Понятие силовых линий напряженности, графическое представление электрических полей. Принцип суперпозиции полей. Расчет величины напряженности электростатических полей методом суперпозиции. Расчет напряженности поля нити, кольца.
Теорема Гаусса и ее применение для расчета электростатических полей.
Поток вектора напряженности и индукции электростатического поля. Теорема Гаусса. Применение теоремы Гаусса для расчета электростатического поля создаваемого равномерно заряженной сферической поверхностью (проводящий шар). Применение теоремы Гаусса для расчета электростатического поля от равномерно заряженной цилиндрической поверхности. Применение теоремы Гаусса для расчета электростатического поля равномерно заряженной диэлектрической поверхности. График напряженности электростатического поля этих тел.
Работа сил электростатического поля при перемещении в нем Работа электростатического поля. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля. Потенциал электростатического поля – энергетическая характеристика поля. Потенциальная энергия системы неподвижных точечных зарядов. Связь между напряженностью поля и потенциалом. Эквипотенциальные поверхности. Расчет потенциала электростатических полей.
Проводники и диэлектрики в электрическом поле.
Проводники в электрическом поле. Понятие электростатической индукции. Электростатическая защита. Электроемкость проводника. Конденсаторы. Соединение конденсаторов. Понятие диполя, свободные и связанные заряды. Деление диэлектриков на три группы и виды поляризации. Диэлектрики в электрическом поле. Поляризованность, напряженность поля в диэлектриках. Энергия электростатического поля. Энергия системы неподвижных зарядов.
Энергия заряженного уединенного проводника.
Постоянный электрический ток его характеристики и условия существования. Сила и плотность тока, понятие тока проводимости и конвекционного тока. Сторонние силы, электродвижущая сила источника тока и напряжение. Законы Ома для однородного участка цепи, сопротивление проводников, закон Ома в дифференциальной форме. Работа и мощность постоянного тока, закон Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной форме. Закон Ома для неоднородного участка цепи. Правила Кирхгофа и их применение для расчета разветвленных цепей.
Классическая электронная теория электропроводности металлов Классическая электронная теория электропроводности металлов, ее опытное обоснование, опыт Рикке, опыты Толмена и Стюарта. Вывод закона Ома в дифференциальной форме на основе представлений теории Друде–Лоренца. Вывод закона Джоуля–Ленца в дифференциальной форме на основе представлений теории Друде– Лоренца. Закон Видемана-Франца. Недостатки классической электронной теории.
Элементы зонной теории проводимости веществ.
Поверхностный скачок потенциала, работа выхода электрона из металла. Контактные явления. Внешняя и внутренняя контактная разность потенциалов и причины их возникновения. Законы Вольта.
Термоэлектрические явления: явление Зеебека, эффект Пельтье, явление Томсона. Электрический ток в жидкостях. Электролиз. Законы электролиза Фарадея. Подвижность ионов и плотность электрического тока в электролитах. Закон Ома для проводников второго рода. Электропроводность газов. Ионизация и рекомбинация в газе. Самостоятельный и несамостоятельный разряд. Вольт-амперная характеристика газового разряда. Виды разрядов в газе.
Электромагнетизм, магнитное поле, важнейшая особенность магнитного поля. Методы изучения магнитных полей. Количественная характеристика магнитного поля – магнитная индукция, ее определение. Графическое изображение магнитных полей – линии магнитной индукции. Закон Био– Савара–Лапласа для элемента постоянного тока. Магнитное поле в центре кругового тока. Вывод формулы индукции магнитного поля в любой точке пространства на оси кругового тока. Вывод величины индукции магнитного поля прямолинейного проводника с током конечной и бесконечной длины.
Закон Ампера. Взаимодействие параллельных токов. Определение единицы измерения силы тока. Магнитное поле движущегося заряда.
Сила Лоренца. Направление действия сил. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле. Поток магнитной индукции.
Вихревой характер магнитного поля. Циркуляция вектора магнитной индукции. Закон полного тока. Индукция магнитного поля соленоида.
Электромагнитная индукция, ее механизм и основные закономерности. Закон электромагнитной индукции Фарадея. Направление индукционного тока, правило Ленца. Получение закона Фарадея из закона сохранения энергии. Индуктивность контура. Самоиндукция.
Взаимная индукция. Трансформация электрической энергии, устройство и принцип действия трансформатора. Энергия магнитного поля. Плотность энергии магнитного поля.
Магнитные свойства вещества. Характер взаимодействия веществ с магнитным полем: диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики.
Понятие орбитального магнитного момента и орбитального механического момента импульса. Собственный механический момент (спин) и собственный магнитный момент. Магнетон Бора. Магнитный момент электрона и магнитный момент атома. Теория магнетизма, механизм намагничивания. Магнитное поле в веществе, намагниченность, физический смысл магнитной проницаемости вещества. Циркуляция вектора магнитной индукции, закон полного тока для магнитного поля в веществе. Свойства ферромагнитных материалов. Магнитный гистерезис.
Переменный электрический ток, методы получения переменного тока. Действующее или эффективное значение тока и напряжения.
Цепь переменного тока, содержащая только активную нагрузку, диаграмма напряжений. Цепь переменного тока, содержащая только индуктивность, а также реальная цепь, содержащая индуктивное сопротивление. Диаграмма напряжений, индуктивное сопротивление в цепи переменного тока. Цепь переменного тока, содержащая только емкость, а также реальная цепь с емкостным сопротивлением. Диаграмма напряжений.
Работа и мощность переменного тока. Коэффициент мощности Цепь переменного тока, содержащая последовательно включенные резистор, катушку индуктивности и конденсатор. Диаграмма напряжений для указанной цепи. Полное сопротивление цепи. Закон Ома для цепи переменного тока. Резонанс напряжений и токов, резонансная частота. Мощность переменного тока, коэффициент мощности, его физический смысл, пути повышения коэффициента мощности. Активная, реактивная и полная мощность в цепи переменного тока.
Теория электромагнетизма Максвелла. Второе уравнение Максвелла для электромагнитного поля в интегральной форме. Первое уравнение Максвелла для электромагнитного поля в интегральной форме.
Понятие тока смещения, плотность тока смещения. Полный ток в цепи переменного тока. Теорема Гаусса для электрического и магнитного поля. Связь между величинами входящими в уравнения Максвелла. Значение уравнений для теории электромагнетизма, электромагнитные волны.
Колебательный разряд в электрическом контуре Томсона. Незатухающие электромагнитные колебания в контуре, уравнение этих колебаний и их анализ. Затухающие электромагнитные колебания, уравнение колебаний, коэффициент затухания. Вынужденные электромагнитные колебания. Открытый колебательный контур и его излучение, электромагнитные волны и способы их генерации. Формула Томсона. Электромагнитные волны, скорость распространения электромагнитных волн. Плотность переносимой энергии волной, вектор Умова-Пойнтинга. Шкала электромагнитных волн и характеристика ее диапазонов.
Волновые и корпускулярные представления о природе света.
Этапы развития оптики, борьба волновой теории Гюйгенса и корпускулярной теории. Двойственные корпускулярно-волновые свойства. Геометрическая лучевая оптика, основные закономерности распространения света: закон прямолинейного распространения света, закон независимости световых пучков, законы отражения и преломления света. Тонкие линзы. Изображение предметов с помощью линз. Призмы и сферические зеркала.
Волновая тория света, принцип Гюйгенса. Интерференция света, монохроматичность, когерентность волн. Способы получения когерентных лучей. Способ получения и расчет интерференционной картины от двух когерентных источников. Ширина интерференционной полосы. Условие максимума и минимума при интерференции. Интерференция в тонких пленках в отраженных и проходящих лучах, оптическая разность хода лучей. Кольца Ньютона и расчет их интерференционной картины. Просветление оптики. Практическое применение интерференции, интерферометры.
Дифракция света. Способы наблюдения дифракции света. Принцип Гюйгенса – Френеля. Дифракция света на одиночных отверстиях и экранах, метод зон Френеля. Доказательство прямолинейности распространения света в волновой теории. Дифракция Фраунгофера от одной щели. Дифракционная решетка, вывод формулы дифракционной решетки. Пространственная решетка, рассеивание света. Дифракция рентгеновских лучей формула Вульфа-Брэгга.
Поляризация света. Получение и анализ поляризованного света. Закон Брюстера. Закон Малюса. Двойное лучепреломления и его обоснование. Одноосные кристаллы и их оптические свойства.
Призма Николя. Вращение плоскости поляризации. Поляриметры.
Поляроиды, поляризационные призмы и их применение. Интерференция поляризованных лучей. Искусственная анизотропия и анализ Теория строения атома по Резерфорду и Бору. Линейчатый спектр атома водорода. Дискретность энергетических состояний атома. Постулаты Бора. Спектр атома водорода по Бору. Квантовые числа и их физический смысл. Недостатки теории Бора.
Корпускулярно-волновой дуализм свойств вещества. Волны материи. Формула де Бройля. Некоторые свойства волн де Бройля. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Волновая функция и ее статистический смысл. Общее уравнение Шредингера. Уравнение Шредингера для стационарных состояний. Прохождение частиц сквозь потенциальный барьер. Тоннельный эффект.
Свойства и строение атомных ядер. Размер, состав и заряд атомного ядра. Массовое и зарядовое числа. Спин и магнитный момент ядра.
Дефект массы и энергия связи ядер. Ядерные силы. Модели ядра.
3.2 Практические (семинарские) занятия Программой не предусмотрено 3.3 Лабораторные занятия № темы лекции Измерение длин штангенциркулем и микрометром № 1- Проверка закона Гука и определение модуля Юнга при растяжении Изучение зависимости периода упругих колебаний от массы № 1- Определение плотности сыпучих тел волюмометром Лермантова. № Изучение законов вращательного движения твердого тела № 1- Определение плотности тела пикнометром и гидростатическим взвешиванием № 1- Определение ускорения силы тяжести при помощи математического Определение влажности воздуха № 2- Определение коэффициента вязкости жидкости методом Стокса № 2Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости по способу отрыва капли № 2- Определение удельной теплоемкости жидкости с помощью электрокалориметра № 2- Определение отношения удельных теплоемкостей воздуха методом адиабатного расширения № 2- Определение удельной теплоты парообразования № 2- Определение электрической емкости и емкостного сопротивления конденсатора № 3- Определение параметров катушки индуктивности № 3- Исследование электрических цепей на основании законов Кирхгофа и Определение энергетических характеристик электрического нагревателя № 3- Исследование трансформатора № 3- Определение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли № 3- Исследование потребления электрической энергии нагрузкой переменного тока Градуировка термоэлемента и определение его удельной термоэлектродвижущей силы Определение светотехнических характеристик лампы накаливания № Определение оптической плотности и концентрации окрашенных растворов при помощи КФК-2 № 4- Определение показателя преломления стекла № Определение концентрации и показателя преломления раствора сахара рефрактометром № 4- Определение главного фокусного расстояния собирающей и рассеивающей линзы Определение длины световой волны с помощью колец Ньютона № 4- Определение длины световой волны по дифракционному спектру № Градуировка спектроскопа и изучение спектров поглощения № 4- Изучение поляризации света № 4- Изучение законов внешнего фотоэффекта № 4- Определение радиусов кривизны сферических поверхностей № 4- 3.4 Программа самостоятельной работы студентов № темы лекции Подготовка к лабораторным занятиям, обра- Отчет по работе ботка результатов и оформление отчета Самостоятельное изучение отдельных тем Устный и письменный опрос Подготовка рефератов по индивидуальным те- Реферат № темы лекции «Силы трения и тяготения. Закон всемирного тяготения»
«Давление в неподвижных жидкостях и газах. Закон Архимеда и «Поверхностный слой жидкости. Удельная поверхностная энергия (поверхностное натяжение). Явление смачивания. Формула Лапласа.
Капиллярные явления»
«Кристаллические и аморфные тела. Типы кристаллических решеток.
Моно- и поликристаллы. Плавление и испарение твердых тел. Тепловое расширение твердых тел. Закон Дюлонга и Пти».
«Свойства паров. Влажность и методы ее измерения».
«Электрический ток в жидкостях. Электролиз. Законы электролиза.
Закон Ома для проводников второго рода».
«Электрический ток в вакууме. Тлеющий, дуговой, искровой и коронный разряды».
«Законов геометрической оптики. Скорость света и методы ее измерения. Отражение света от плоских и сферических зеркал».
«Преломление на сферических поверхностях. Линзы. Погрешности оптических систем. Оптические приборы».
«Элементы фотометрии. Фотометрические величины и их единицы.
Законы освещенности. Фотометрия. Светосила объектива».
«Способы наблюдения дисперсии света. Призматический и дифракционный спектры. Связь дисперсии с поглощением. Закон Бугера.
Цвета тел и спектры поглощения».
«Естественный свет и различные типы поляризованного света. Двойное лучепреломление. Поляризация при отражении и преломлении».
«Поляризующие призмы, поляроиды и их применение. Вращение плоскости поляризации»
«Фотоэлектрический эффект. Основные виды фотоэффекта. Фотоэлементы и их применение».
«Рентгеновские лучи, способы их получения. Принцип действия лазера и применение его в сельском хозяйстве».
«Явление радиоактивности. Радиоактивное излучение».
«Основные типы ядерных реакций. Искусственная радиоактивность.
Радиоактивные изотопы и их применение».
Рефераты: Свойства ионизирующих лучей.
Магнитные материалы и физические явления в магнетоэлектронике Современные методы выращивания кристаллов Лазерная технология – важнейшая отрасль современного естествознания Инерционность процессов теплообмена в природе Виды ионизирующих излучений и их свойства Магнитные поля и их воздействие на живые организмы Атмосферные процессы и их роль в строительстве Теплопроводность, физическая сущность явления и учет явления теплопроводности Биополе. Энергетическая система организма Современные методы выращивания кристаллов Современные источники света – за и против Физические свойства почв Перечень литературы, рекомендуемой для самостоятельной работы 1. Трофимова Т. И. Курс физики. М.: Высш. шк., 2005. – 542 с.
2. Савельев И. В. Курс общей физики. В 5 кн. М.:ООО «Издательство Астрель» 2003.
3. Яворский Б. М., Детлаф А. А. Курс физики. В 3-х томах. М.: Высш. шк., 1977.
4. Сивухин Д. В. Общий курс физики. В 5-и т. М.: Наука, 1998.
5. Ремизов А. Н., Потапенко А. Я. Курс физики. М.: Дрофа, 2002., 720 с.
6. Иродов И. Е. Физика. Основные законы. М.-С-Пб, 2001. I-Y.
3.5 Примерные темы курсовых проектов (работ) Программой не предусмотрено 3.6 Фонд оценочных средств 1. Контрольные работы 2. Тестирование по темам Задания для контрольных работ и методы решения изложены в методических указаниях:
1. Практическое руководство по организации самостоятельной работы студентов очной формы обучения по специальности 110203 «Защита растений» при изучении дисциплины «Физика» часть I Основы механики. Молекулярная физика. Термодинамика. Краснодар: КГАУ, 2008. – 88 с.
1. Свободно падающее тело последний метр своего пути перед ударом о землю пролетит за время t = 0,025 с, если его без начальной скорости бросить с высоты, равной 1) 106 м 2) 114 м 3) 95,0 м 4) 80,5 м 5) 110 м 2. Информация на музыкальном компакт-диске (CD ROM) записана на непрерывной спиральной дорожке, расстояние между соседними витками которой составляет 1,6 мкм. При частоте обращения диска 3600 оборотов /мин скорость перемещения считывающей лазерной иглы приблизительно равна 1) 0,1 мм/с 2) 0,2 мм/с 3) 0,3 мм/с 4) 0,5 мм/с 5) 0,7 мм/с 3. Если угол между верхней гранью клина и горикоэффициент зонтальной нижней гранью трения = 0,2, а расстояние между небольшим бруском, помещенным на верхнюю грань клина, и вертикальной осью, вокруг которой вращается клин, R = 0,5 м, то максимальная угловая скорость вращения клина, при которой брусок не проскальзывает по грани клина, равна 4. К концам невесомой и нерастяжимой нити, перекинутой через блок, прикреплены грузы разных масс. Ускорение большего груза окажется равным нулю, если блок будет двигаться вверх с ускорением а, равным 5. Небольшой брусок массой m = 2,0 кг медленно втягивают на наклонную плоскость с коэффициентом трения = 0,4, прикладывая к бруску силу F, направленную вдоль плоскости. Если перемещение бруска по горизонтали а = 3,0 м и по вертикали b = 2,0 м, то работа., совершенная при этом силой F, равна 1) 60 Дж 2) 62 Дж 3) 64 Дж 4)66 Дж 5) 68 Дж 6. На диаграмме показан процесс, происходящий с идеальным газом. Какое из утверждения о поведении объема газа V, количества молекул N и числа молекул в единице объема n противоречит уравнению состояния газа?
1) V = сonst, N 2) V, N = сonst 3) V = сonst, N 4) V, N 5) n 7. В цилиндрическом сосуде, объем которого постоянен, находится = 1,5 моля воды в виде смеси жидкости и пара. Температуру вещества в сосуде повышают в n = 2 раза, а давление в результате увеличивается в k = 5 раз. Если число Авогадро NA = 6 1023 моль-1, то количество молекул пара в сосуде увеличится на 1) 3,9 1023 штук 2) 4,2 1023 штук 3) 4,8 1023 штук 4) 5,4 1023 штук 5) 5,8 1023 штук 8. С определенным количеством идеального газа проводят два процесса. В этом случае правильным является соотношение 1) Q1 >Q2 2) U1< U2 3) Q1 = Q 4) A1< A2 5) правильное не приведено 9. Молю идеального газа в приведенном процессе за один цикл сообщается количество тепла, равное 10. При перемещении частицы с зарядом q последовательно по трем сторонам равностороннего треугольника со стороной длины а работа сил однородного электрического поля напряженностью Е равна 1) qaE 2) 3 qaE 3) -3 qaE 4) - qaE 5) 11. Внутри заземленной металлической сферы радиуса R = 1,0 м на расстоянии r = 0,75 м от центра помещен точечный заряд q = 0,25 мкКл. Если потенциал Земли и на бесконечности равен нулю, то потенциал в центре сфера равен 1) 0,25 кВ 2) 0,50 кВ 3) 0,85 кВ 4) 2,2 кВ 5) 3,0 кВ 12. Если в приведенной на рисунке схеме Э. Д. С.
источника = 65 В, а сопротивления одинаковы, то разность потенциалов А – В между точками А и В равна 1) 26 В 2) 29 В 3) 33 В 4) 36 В 5) 39 В 13. При определенных условиях заряженная частица двигается через скрещенные под прямыми углом однородные электрическое и магнитное поля равномерно и прямолинейно. Если напряженность электрического поля 0,5 кВ/м, а индукция магнитного поля 1 мТл, то скорость частицы равна 14. Если в схеме, приведенной на рисунке, Э. Д. С. источника = 6 кВ, сопротивления R0 = 1,0 Ом и R = 2,0 Ом, емкость конденсатора с = 310-6 Ф, индуктивность катушки L = 310-6 Гн, то в сопротивлении R после размыкания ключа К выделяется тепло в количестве 46 Дж 15. Если висящая нерастянутая пружина при подвешивании к ней некоторого тела удлиняется на 4 см в состоянии покоя, то частота колебаний этой системы равна 16. Колебательный контур состоит из катушки индуктивности и двух одинаковых конденсаторов, включенных параллельно. Период собственных колебаний Т = 1510-6 с. Если конденсаторы включить последовательно, то период станет равен 1) 4,7 мкс 2) 7,5 мкс 3) 8,8 мкс 4) 3,8 мкс 5) 5,6 мкс 17. Свет падает на поверхность воды (n = 4/3) так, что отраженный и преломленный лучи образуют прямой угол. При этом угол падения света равен 18. Для двух когерентных источников электромагнитного излучения в точке А наблюдается максимум интерференции 1-го порядка. Если расстояние между точечными источниками S1 и S2 равно l = 10 см, а угол = 600, то длина волны излучения источников 3,2 см 19. Если принять массу электрона m = 0,9110-30 кг, заряд электрона е = - 1, -19 Кл, постоянную Планка =h/2 = 1,0510-34 Джс, электрическую постоянную 1/40 = 9109 м/Ф, то потенциальная энергия электрона в атоме водорода на ближайшей к ядру орбите согласно модели Бора равна 1) –3,5 10-18 Дж; 2) –3,8 10-18 Дж; 3) –4,0 10-18 Дж; 4) –4,3 10-18 Дж; 5) –4, 10-18 Дж 20. Протоны Н11(А = 1,008) с пренебрежимо малой кинетической энергией могут вызвать реакцию деления лития Li37 (A = 7,016) на две альфа-частицы Не (А = 4,003). Обе альфа-частицы в этом случае имеют суммарную кинетическую энергию (mа.е.м.c2 = 931,5 МэВ) 1) 17 МэВ 2) 21 МэВ 3) 27 МэВ 4) 32 МэВ 5) 21. Гибкий однородный шнур длиной l = 1,0 м перекинут через гладкую тонкую ось таким образом, что с одной стороны свешивается часть шнура длиной l/3. Шнур отпускают, и он соскальзывает с оси. Скорость его в момент последнего касания оси равна… 22. На шероховатом столе стоит однородный прямой цилиндр, диаметр его см, высота 2 см. Стол наклоняют, и при некотором угле цилиндр начинает кувыркаться. Этот угол в градусах равен… 23. Если к. п. д. идеальной тепловой машины, составляющий 35%, необходимо увеличить в n = 2 раза при неизменной разнице температур нагревателя и холодильника, то необходимо уменьшить температуру холодильника в …. раз(а).
24. При постоянном напряжении в приведенной цепи U = 12 B для того, чтобы за время t = 15 c в ней выделилось количество тепла Q = 259Дж, величина сопротивления R должна составлять… 25. Проводник длиной 20 см двигается со скоростью 1 м/с сквозь однородное магнитное поле с индукцией 10 мТл. Проводник, вектор его скорости и вектор магнитной индукции все время взаимноперпендикулярны. Разность потенциалов, возникающая на концах проводника в этих условиях, (в мВ) равна … 26. При наименьшем времени до остановки частицы, сначала прошедшей путь 10 м с постоянной скоростью, а затем движущейся равнозамедленно с ускорением 2,0 м/с2, начальная скорость равна 1) 2,0 м/с 2) 2,5 м/с 3) 3 м/с 4) 4 м/с 5) 4,5 м/с 27. Автомобиль едет со скоростью 110 км/час. При радиусе колес 32 см частота их обращения равна 1) 10 1/с 2) 20 1/с 3) 12 1/с 4) 17 1/с 5) 15 1/с 28. Связка из трех брусков разной массы двигается вдоль вертикали под действием силы тяжести и силы F, приложенной к верхнему бруску. Сила натяжения нити между средним и нижним брусками равна 1) F/2 2) 5F/6 3) 4F/3 4) 2F 5) 8F/ 29. Через блок перекинута невесомая и нерастяжимая нить. К ее концам прикреплены грузы разной массы. Ускорение груза меньшей массы окажется равным нулю, если блок будет двигаться вниз с ускорением а, равным 1) 3g/5 2) g/4 3) g/6 4) 32/3 5) g/ 30. Брусок массой m = 2,0 кг движется по гладкой горизонтальной поверхности под действием приложенной к нему постоянной по величине горизонтальной силы F = 4,0 Н. При этих условиях за время t = 4,0 c сила F совершит над бруском работу 1) 56 Дж 2) 58 Дж 3) 60 Дж 4) 62 Дж 5) 64 Дж 31. На диаграмме показан процесс с идеальным газом.
Какое утверждение о поведении объема газа V, количества молекул N и числа молекул в единице объема n не противоречит уравнению состояния газа?
1) V = сonst, N 2) V = сonst, N 3) V, N = сonst 32. При постоянном давлении и нагревании на 10 К идеального одноатомного газа отношение количества теплоты, поглощенной газом, к совершаемой им работе равно 1) 1 2) 3/2 3) 5/2 4) 4/3 5) 2/ 33. Тонкая сфера радиуса R = 1,0 м заряжена с постоянной поверхностной плотностью = 0,02 мкКл/м2. Если на бесконечности потенциал электрического поля равен нулю, то на расстоянии r = 0,25 м от центра его значение равно 1) 1,1 кВ 2) 2,3 кВ 3) 3,0 кВ 4) 4,4 кВ 5) 9,0 кВ 34. В магнитном масс-спектрометре заряженная частица двигается по окружности в однородном магнитном поле с индукцией 50 мТл, делая один оборот за 628 мкс. Отношение заряда частицы к ее массе равно 1) 2105 Кл/кг 2) 200 Кл/кг 3) 3,5105 Кл/кг 4) 9105 Кл/кг 5) 1000 Кл/кг 35. Если к висящей нерастянутой пружинке подвесить некоторое тело и отпустить без толчка, то при максимальном растяжении на х0 = 5,5 см частота колебаний этой системы будет 1) 4,3 Гц 2) 4,0 Гц 3) 3,0 Гц 4) 2,5 Гц 5) 2,1 Гц 36. Если в колебательном контуре максимальный заряд на конденсаторе qm=1,010-7 Кл, а максимальный ток в цепи Im = 1,0 A, то резонансная частота контура 1) 1,2 МГц 2) 1,4 МГц 3) 1,6 МГц 4) 1,9 МГц 5) 2,2 МГц n = 1,33, то наименьшая возможная толщина пленки, при которой в отраженном свете она окрашена в зеленый цвет (длина волны = 532 нм), равна 1) 0,29 мкм 2) 0,35 мкм 3) 0,20 мкм 4) 0,23 мкм 5) 0,18мкм 38. При освещении катода фотоэлемента светом с фиксированной длиной волны и мощностью W=0,30 Вт ток насыщения составляет I = 20 мА, а напряжение запирания, при котором прекращается протекание тока в цепи, U = 1,5 В. Если принять величину заряда электрона е = 1,610 -19 Кл и работу выхода для материала катода А = 1,910 -19 Дж, то на один падающий на поверхность катода фотон приходится количество испущенных фотоэлектронов, равное 1) 0,05 2) 0,42 3) 0,24 4) 0,30 5) 0, 39. Протоны 11Н могут вызвать расщепление лития 31Li на две одинаковые частицы 1) 21Н 2) 31Н1 3) 42Не 4) 32Н 5) 11Н 40. Три частицы с массами m, 2m, 3m двигаются к месту встречи под углом 1200 друг к другу с одинаковыми по величине скоростями 7 м/с. Происходит абсолютно неупругое столкновение. Скорость образовавшейся частицы равна… 41. Если к. п. д. идеальной тепловой машины, составляющий 11,8 %, необходимо увеличить в n = 6 раз при неизменной температуре холодильника, то необходимо увеличить температуру нагревателя в … раз(а).
42. Плоский проволочный виток площадью 50 см2 замкнут на конденсатор емкостью 20 мкФ. Плоскость витка перпендикулярна однородному магнитному полю. Если заряд на конденсаторе равен 1 мкКл, то скорость изменения магнитной индукции в мТл/с равна… 43. На рисунке показан угольник, согнутый из тонкого однородного стержня. Расстояние от вершины угольника до его центра тяжести равно (в миллиметрах)… 3.7 Вопросы к экзамену (зачету) Кинематическое описание механического движения: система отсчта, траектория, путь, перемещение. Средняя и мгновенная скорость, ускорение.
Характеристики движения при прямолинейном равномерном и равнопеременном движении.
Кинематика вращательного движения. Угловое перемещение, угловая скорость и угловое ускорение. Связь линейной скорости с угловой. Равномерное движение по окружности: период, частота. Характеристики равнопеременного вращательного движения.
Инерциальные и неинерциальные системы отсчета. Основные законы ньютоновской динамики в инерциальной и неинерциальной системах отсчета.
Силы гравитации. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Вес. Невесомость.
Силы трения. Сухое трение: покоя, скольжения, качения.
Упругие силы. Виды упругих деформаций. Упругие деформации и напряжения. Диаграмма напряжений. Модули упругости, коэффициент Пуассона. Потенциальная энергия упругодеформированного тела.
Система частиц (материальных точек). Силы внешние и внутренние. Замкнутая система. Импульс частицы и системы частиц. Закон сохранения импульса в замкнутой Работа перемещения материальной точки по криволинейному пути. Мощность. Кинетическая и потенциальная энергия. Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальное и непотенциальное поле сил. Закон сохранения механической энергии в потенциальном поле.
Момент импульса частицы и системы частиц. Момент силы. Закон сохранения момента импульса в замкнутой системе.
Динамика твердого тела. Момент инерции. Основное уравнение динамики 10.
вращательного движения.
Колебания, их классификация. Гармонические колебания: уравнение, амплитуда, круговая частота и фаза. Кинетическая, потенциальная и полная энергия гармонических колебаний.
Затухающие колебания. Частота и амплитуда затухающих колебаний. Коэффициент затухания.
Вынужденные колебания. Резонанс. Примеры проявления резонансных 13.
явлений в живой и неживой природе, технике.
14. Макроскопические системы. Статистическое и термодинамическое описание макросистем. Давление, объем и температура газа как статистические характеристики состояния газа. Основные представления молекулярнокинетической теории газов.
15. Идеальный газ. Законы идеального газа: закон Авогадро, закон Дальтона, уравнение Клапейрона-Менделеева. Экспериментальные газовые законы.
16. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов. Молекулярно-кинетическое истолкование термодинамической температуры и давления. Число степеней свободы. Закон равнораспределения энергии по степеням свободы. Средняя энергия многоатомной молекулы 17. Распределение молекул по скоростям Максвелла. Распределение Больцмана. Барометрическая формула.
18. Явления переноса в газах. Диффузия. Теплопроводность. Вязкость. Молекулярно-кинетическая интерпретация явлений переноса в газах.
19. Термодинамическая система, параметры состояния, термодинамическое равновесие, Внутренняя энергия системы. Первое начало термодинамики.
20. Циклические процессы. Обратимые и необратимые процессы. Работа цикла. Тепловые машины.
КПД тепловой машины.
21. Цикл Карно. КПД цикла Карно для идеального газа. Обратимость цикла Карно. Реальные циклы. Неосуществимость вечного двигателя. Второе начало термодинамики.
22. Энтропия идеального газа. Энтропия как функция состояния, ее статистическое толкование.
Формула Больцмана.
23. Свойства электрического заряда. Элементарный заряд. Точечный заряд.
Закон Кулона.
24. Электрическое поле в вакууме. Напряженность электрического поля. Графическое изображение электрического поля. Принцип суперпозиции полей. Теорема Гаусса для электростатического поля.
25. Работа сил поля при перемещении зарядов. Потенциал. Разность потенциалов.
26. Циркуляция вектора напряженности электрического поля. Теорема о циркуляции вектора Е. Потенциальный характер электростатического поля.
Связь потенциала и напряженности электрического поля.
27. Электрическое поле в веществе. Классификация вещества (проводники, полупроводники, диэлектрики). Проводники в электрическом поле. Эквипотенциальность проводника. Электростатическая защита.
28. Электроемкость уединенного проводника. Конденсаторы. Электроемкость конденсатора, соединение конденсаторов.
29. Электрическая энергия системы точечных зарядов. Энергия заряженного проводника и конденсатора. Энергия и плотность энергии электростатического поля.
30. Электрическое поле в диэлектриках. Свободные и связанные заряды. Поляризация диэлектриков. Электрический диполь.
31. Типы диэлектриков. Поляризованность диэлектрика. Напряженность поля в диэлектрике. Диэлектрическая проницаемость и восприимчивость, связь между ними.
32. Электрический ток, условия его существования и характеристики (сила, плотность тока). Сторонние силы. Электродвижущая сила и напряжение.
33. Закон Ома для однородного участка цепи. Закон Ома в дифференциальной форме. Сопротивление проводников и их соединение.
34. Закон Ома для неоднородного участка цепи и замкнутой цепи. Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа.
35. Работа и мощность в цепи постоянного тока. Закон Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной форме.
36. Зависимость сопротивления металлов от температуры. Явление сверхпроводимости.
37. Действие электрического и магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца и ее свойства. Закон Био-Савара-Лапласа.
38. Закон Ампера. Взаимодействие параллельных токов.
39. Контур с током в магнитном поле. Магнитный момент тока. Вращающий момент, действующий на контур с током.
40. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле. Основные законы магнитного поля: теорема Гаусса, теорема о циркуляции вектора В (закон полного тока). Вихревой характер магнитного поля.
41. Магнетики. Магнитное поле в магнетиках. Намагниченность. Индукция и напряженность магнитного поля в магнетиках. Магнитная проницаемость и восприимчивость.
42. Виды магнетиков. Свойства диамагнетиков и парамагнетиков.
43. Свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис.
44. Закон электромагнитной индукции Фарадея. Правило Ленца.
45. Индуктивность контура. Самоиндукция. Взаимная индукция. Энергия и плотность энергии магнитного поля.
46. Вихревое электрическое поле. Ток смещения. Полная система уравнений Максвелла в интегральной форме.
47. Переменный ток, его мгновенное и действующее значения. Сопротивление, емкость и индуктивность в цепи переменного тока. Закон Ома в цепи переменного тока. Векторная диаграмма.
48. Работа и мощность переменного тока. Коэффициент мощности.
49. Открытый колебательный контур и его излучение. Свободное электромагнитное поле и его существование в виде электромагнитной волны (ЭМВ).
Плоская ЭМВ и ее свойства. Объемная плотность энергии ЭМВ. Поток энергии. Вектор Умова-Пойнтинга.
50. Шкала электромагнитных волн. Способы генерации и использование в науке, технике и природе ЭМВ различных частот.
51. Геометрическая оптика как предельный случай волновой оптики. Принцип Ферма. Законы геометрической оптики. Полное отражение. Волоконная оптика.
52. Тонкие линзы. Фокус и оптическая сила линзы. Формула линзы. Изображение предметов с помощью линз.
53. Световые волны. Интерференция световых волн. Когерентность. Интерференционные схемы.
Интерферометры.
54. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Зоны Френеля. Дифракция Френеля и Фраунгофера. Дифракционная решетка.
55. Дифракция рентгеновских лучей на пространственных кристаллических решетках, формула Вульфа–Брэгга.
56. Естественный и поляризованный свет. Виды поляризации ЭМВ: линейная, эллиптическая, круговая. Поляризаторы. Закон Малюса.
57. Оптическая активность вещества. Вращение плоскости поляризации.
58. Взаимодействие ЭМВ с веществом. Дисперсия света. Нормальная и аномальная дисперсия.
59. Поглощение света веществом. Коэффициент поглощения. Закон Бугера – Ламберта – Бера.
60. Тепловое излучение и его характеристики, закон Кирхгофа. Законы излучения абсолютно черного тела: закон Стефана-Больцмана, закон смещения Вина, формула Рэлея-Джинса.
61. Квантовые свойства излучения: фотоны и их свойства. Фотоэлектрический эффект. Внешний фотоэффект и его законы, уравнение Эйнштейна. Внутренний фотоэффект. Приборы на основе внешнего и внутреннего фотоэффектов и их применение.
62. Волновые свойства микрочастиц. Гипотеза де Бройля. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Волновая функция и ее физический смысл. Уравнение Шредингера.
63. Опыты Резерфорда. Планетарная модель атома. Постулаты Бора. Модель атома водорода по Бору.
64. Атомное ядро. Нуклонная модель ядра. Протоны и нейтроны. Заряд и массовое число ядра. Изотопы и изобары. Ядерные силы. Энергия связи ядра.
Дефект массы.
65. Радиоактивность. Закон радиоактивного распада, -, -, -излучение.
Правила смещения. Методы наблюдения и регистрации радиоактивных излучений и частиц.
4 УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1 Основная, дополнительная и нормативная литература Основная литература:Трофимова Т. И. Курс физики. М.: Высш. шк., 2005. – 542 с.
Савельев И. В. Курс общей физики. В 5 кн. М.:ООО «Издательство Астрель» 2003.
Яворский Б. М., Детлаф А. А. Курс физики. В 3-х томах. М.: Высш. шк., Волькенштейн В. С. Сборник задач по общему курсу физики. М.: Наука, Дополнительная литература:
Иродов И. Е. Физика. Основные законы. М.-С-Пб, 2001. I-Y.
Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М., Фейнмановские лекции по физике. М.: Мир, 1965-1967, вып. 1-9.
3. Киттель Ч., Найт У., Рудерман М., Парселл Э., Крауфорд, Ф., Вихман Э., Рейф Ф. Берклеевский курс физики. М.: Наука, 1971-1974, т. I-Y.
Сивухин Д. В. Общий курс физики. В 5-и т. М.: Наука, 1998.
Ремизов А. Н., Потапенко А. Я. Курс физики. М.: Дрофа, 2002., 720 с.
4.2 Перечень учебно-методической документации по дисциплине 1. Методические указания к лабораторным работам по курсу общей физики.
Механика. Краснодар: КГАУ, 2007. – 56 с.
2. Методические указания к лабораторным работам по курсу общей физики.
Молекулярная физика и теплота. Краснодар: КГАУ, 2005. – 65 с 3. Методические указания к лабораторным работам по курсу общей физики.
Электричество.
4. Краснодар: КГАУ, 2007. –70 с.
5. Методические указания к лабораторным работам по курсу общей физики.
Оптика. Краснодар: КГАУ, 2007. – 74 с.
6. Практическое руководство по организации самостоятельной работы студентов инженерно-строительного факультета при изучении дисциплины «Физика» (Механика и молекулярная физика). Краснодар: КГАУ, 2009. – 86 с.
7. Практическое руководство по организации самостоятельной работы студентов инженерно-строительного факультета при изучении дисциплины «Физика» (Электростатика, постоянный ток, электромагнетизм, электромагнитные колебания и волны). Краснодар: КГАУ, 2010. – 94 с.
5 ПЕРЕЧЕНЬ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
1. Microsoft Office.2. Microsoft Excel.
3. Mathcad.
4. Corel DRAW.
6 МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
работы Лаборатория механики и молекулярной физики, ауд. № 304, Измерение длин штангенциркулем и Штангенциркуль, микрометр, 1- Установка для проверки закона Гука и Прибор для определения моопределения модуля Юнга стальной дуля Юнга, набор грузов, липроволоки нейка Установка для изучения зависимости Пружина на кронштейне, сепериода упругих колебаний от массы кундомер, набор грузов Установка для определения плотно- Волюмометр Лермантова, 1- Установка для изучения законов вра- Прибор Обербека, маховик, 1- щательного движения твердого тела грузы различной массы, Установка для определения ускорения Математический маятник, 1- силы тяжести при помощи математи- масштабная линейка, секунческого маятника домер Прибор для определения влажности Психрометр, барометр 2- Установка для определения коэффи- Стеклянный цилиндр с глицециента вязкости жидкости методом рином, шарики малого диаСтокса метра, микрометр, секундомер, пинцет, линейка Определение коэффициента поверх- Бюретка с краном на штативе, 2- ностного натяжения жидкости по спо- стаканы с различными раствособу отрыва капли рами, воронка Установка для определения удельной Выпрямитель (источник тока), 2- теплоемкости исследуемой жидкости электрокалориметры, термос помощью электрокалориметра метры Установка для определения показате- Закрытый стеклянный баллон, 2- ля адиабаты воздуха методом адиа- насос, водяной манометр, Установка для определения удельной Электрическая плитка, сухотеплоты парообразования воды парник, штатив, технические Лаборатория электричества и оптики (ауд. № 307, 308) Стенд для исследования электриче- Амперметры, вольтметры, 3- Стенд для определения энергетиче- Амперметр, вольтметр, элекских характеристик электрического трический нагреватель, сенагревателя кундомер Стенд для градуировки термоэлемента Батарея термоэлементов, 3- Стенд для определения горизонталь- Тангенс-буссоль, амперметр, 3- ной составляющей напряженности реостат, выпрямитель, перемагнитного поля Земли ключатель Стенд для исследования трансформа- Трансформатор, реостаты, 3- Стенд для определения электрической Конденсаторы, амперметр, 3- емкости и емкостного сопротивления вольтметр, реостат конденсатора Стенд для определения параметров Катушки индуктивности, 3- катушки индуктивности вольтметр, амперметр, регулируемый источник постоянного и переменного тока Стенд для исследования потребления Активные и индуктивные наэлектрической энергии нагрузками пе- грузки, вольтметр, амперметр, Установка для определения светотех- Фотометрическая скамья, 4- нических характеристик лампы нака- люксметр со световой головливания кой, испытуемая и эталонная Установка для определения оптической Калориметр фотоэлектричеплотности и концентрации окрашенных ский концентрационный КФКрастворов при помощи концентрацион- 2, исследуемый раствор, набор Установка для определения показате- Микроскоп, стеклянные плосля преломления стекла копараллельные пластинки, Установка для определения концен- Рефрактометр, дистиллиротрации и показателя преломления рас- ванная вода, исследуемые Установка для определения главного Оптическая скамья с миллифокусного расстояния собирающей и метровой шкалой, собираюрассеивающей линз щая и рассеивающая линзы, Установка для определения длины Плоскопараллельная пластинсветовой волны с помощью колец ка, плосковыпуклая линза, Установка для определения длины Оптическая скамья с дифракцисветовой волны по дифракционному онной решеткой и подвижным Прибор для определения концентра- Поляриметр, трубки с исслеции раствора сахара поляриметром дуемыми растворами Градуировка спектроскопа и изучение Спектроскоп, ртутно-кварцевая 4- спектров поглощения лампа, лампа накаливания со щелью и кассетой для набора светофильтров Установка для исследования вакуум- Вакуумный фотоэлемент, изного фотоэлемента мерительная электрическая Учебные лаборатории по механике, молекулярной физике, электричеству, оптике со стендами лабораторных работ, источники постоянного и переменного тока, электрические весы, поляриметры.
УТВЕРЖДАЮ
СОГЛАСОВАНО
Протоколом заседания методической комиссии факультета от « _ » 201 г. № _КАЛЕНДАРНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ
Предмет физики. Роль физики в развитии техники и влияние техники на развитие физики. Роль физики в становле- Лекция нии инженера – строителя. Рассматриваются основные с исметоды физического исследования. Математический ап- пользопарат физики: действия над векторами. Скалярное и век- ванием Основные понятия механики и ее основная задача. Физические модели материальных объектов. Формы и характер механического движения. Методы аналитического описания положения материальной точки в пространстве. Геометрические характеристики механического движения материальной точки и твердого тела.Кинематические характеристики движения материальной точки в пространстве: скорость и ускорение. Закономерности прямолинейного равномерного и неравномерного движения материальной точки. Уравнение движения в векторной форме равномерного и неравномерного движения материальной точки. Графики скорости, ускорения и Кинематика криволинейного движения материальной Криволинейное равномерное и неравномерное движение материальной точки. Знакомство с основными кинематическими и геометрическими характеристиками, описывающими данный вид движения: угловая скорость, ускорение, угловое перемещение. Вывод основных уравнений описывающих равномерное и неравномерное движение материальной точки. Графики зависимости кинематических и геометрических величин от времени. Связь между линейными и угловыми кинематическими характеристиками материальной точки.
Кинематика гармонического колебания материальной Характеристика периодических движений, вывод уравнения гармонических колебаний и кинематических характеристик колебания. Роль колебательных движений в природе и важность их изучения. Рассматривается сложение однонаправленных колебаний методом векторных диаграмм, получается выражения для амплитуды результирующего колебания и начальной фазы. Сложение двух взаимно перпендикулярных колебаний, вывод уравнения результирующего колебания и его анализ.
Основная задача механики. Механические системы. Остаблиц, новные величины динамики: масса и сила и их определеплакатов ние. Первый закон Ньютона и понятие инерциальных систем отсчета. Основной закон динамики - второй закон Ньютона как уравнение движения. Третий закон Ньютона. Закон сохранения импульса как фундаментальный закон природы. Понятие центра инерции. Теорема о движении центра инерции. Неинерциальные системы отсчета.
Понятие сил инерции и причины их возникновения. Силы инерции действующие на тело в системе отсчета движущейся поступательно. Силы инерции, действующие на тела, которые покоятся или движутся во вращающейся системе отсчета. Возможности применения основного закона динамики в неинерциальной системе отсчета.
Динамика вращательного движения твердого тела Момент импульса, момент сил точки и системы, направ- с исления моментов, закон сохранения момента импульса. пользоВращение твердого тела вокруг неподвижной оси. Урав- ванием нение динамики вращательного движения твердого тела. таблиц, Момент инерции твердых тел простейшей геометриче- плакатов ской формы. Теорема Штейнера. Свободные оси вращения, главные оси и главные моменты инерции. Методика решения задач на динамику вращательного движения Динамика свободных колебаний, вывод уравнения гармонического осциллятора. Динамика свободных колебаний с учетом параметров конкретной колебательной системы – математический маятник. Период колебаний математического маятника. Период колебаний упругого маятника.
Динамика свободных колебаний на примере физического маятника. Период колебаний физического маятника. Динамика затухающих колебаний. Уравнение затухающих колебаний и его анализ. Динамика вынужденных колебаний. Уравнение вынужденных колебаний и его анализ.
Явление механического резонанса. Анализ примеров поведения механических систем подвергающихся периодическим внешним воздействиям.
Понятие работы. Работа перемещения точки по криволинейному пути. Понятие энергии. Виды энергии в механике, кинетическая энергия механического движения. Потенциальная энергия в поле тяготения и потенциальная энергия упруго деформированного тела. Понятие консервативных и диссипативных сил. Консервативные и диссипативные системы в механике. Закон сохранения энергии Общие свойства жидкостей и газов. Давление в неподвижных жидкостях. Закон Паскаля и закон Архимеда.
Кинематика жидкости. Стационарное течение жидкости.
Уравнение неразрывности для несжимаемой жидкости.
Идеальная и вязкая жидкости. Гидростатика и гидродинамика идеальной жидкости. Уравнение Бернулли и его следствия. Понятие реальной жидкости, динамика реальной жидкости, понятие турбулентности. Число Рейнольдса.
Основы молекулярно-кинетической теории строения молекулярно-кинетической теории, понятия температуры, внутренней энергии. Идеализированная модель идеального ры, понятие числа степеней свободы, число степеней свободы различных газов. Средняя энергия молекул. Число степеней свободы молекул. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы. Скорость поступательного движения молекул идеального газа. Максвелловское распределение молекул по скоростям. График распределения и его анализ. Статистические скорости.
Статистические закономерности распределения молекул в гравитационном поле. Барометрическая формула. Атмосферное давление и закономерности его изменения. Распределение Больцмана.
Явления переноса. Уравнение переноса. Теплопроводность. Уравнение теплопроводности, его анализ и практическая значимость. Коэффициент теплопроводности и его физический смысл. Диффузия с точки зрения молекулярно–кинетической теории строения вещества. Уравнение диффузии и его анализ. Коэффициент диффузии и его физический смысл. Примеры диффузии. Внутреннее трение в представлении молекулярно–кинетической теории.
Уравнение внутреннего трения, его анализ и практическая значимость. Вязкость. Динамическая и кинематическая Термодинамика и методы ее изучения. Понятие термодинамической системы и термодинамического процесса.
Понятие теплоты. Основные начала термодинамики. Первое начало термодинамики. Работа газа при изменении объема. Теплоемкость идеального газа. Уравнение Майера. Недостатки классической теории теплоемкостей. РаЛекция бота идеального газа в изопроцессах и адиабатном прос ис- Круговые процессы. Обратимые и необратимые процестаблиц, сы. Второе начало термодинамики. Энтропия. Закон возплакарастания энтропии. Тепловые двигатели. Цикл Карно и Ван–дер–Ваальса и их анализ. Критическая точка. Фазоэкспевые переходы второго рода. Жидкости. Поверхностное натяжение. Коэффициент поверхностного натяжения.
Контактные явления: смачивание, несмачивание, капиллярные явления. Термодинамика парообразования (испарение, кипение). Закономерности парообразования. Свойства паров. Влажность. Абсолютная и относительная влажности.
Примеры учета влажности атмосферы в технологиях сельского хозяйства.
Электрический заряд. Закон сохранения электрического с исзаряда. Деление всех тел, в зависимости от наличия сво- пользободных зарядов, на проводники, полупроводники и ди- ванием электрики. Понятие точечного и пробного электрических таблиц, Понятие электрического поля, поле электростатическое и экспеэлектродинамическое. Напряженность электростатиче- римента ского поля, напряженность поля точечного заряда. Понятие силовых линий напряженности, графическое представление электрических полей. Принцип суперпозиции полей. Расчет величины напряженности электростатических полей методом суперпозиции. Расчет напряженности Теорема Гаусса и ее применение для расчета электростатических полей.
Поток вектора напряженности и индукции электростатического поля. Теорема Гаусса. Применение теоремы Гаусса для расчета электростатического поля создаваемого равномерно заряженной сферической поверхностью (проводящий шар). Применение теоремы Гаусса для расчета электростатического поля от равномерно заряженной цилиндрической поверхности. Применение теоремы Гаусса для расчета электростатического поля равномерно заряженной диэлектрической поверхности. График напряженности электростатического поля этих тел.
Работа сил электростатического поля при перемещении в нем Работа электростатического поля. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля. Потенциал электростатического поля – энергетическая характеристика поля. Потенциальная энергия системы неподвижных точечных зарядов. Связь между напряженностью поля и потенциалом. Эквипотенциальные поверхности. Расчет потенциала электростатических полей.
Проводники и диэлектрики в электрическом поле.
Проводники в электрическом поле. Понятие электростатической индукции. Электростатическая защита. Электроемкость проводника. Конденсаторы. Соединение конденсаторов. Понятие диполя, свободные и связанные заЛекция ряды. Деление диэлектриков на три группы и виды поляс ис- ризации. Диэлектрики в электрическом поле. Поляризопользованность, напряженность поля в диэлектриках. Энергия электростатического поля. Энергия системы неподвижтаблиц, ных зарядов. Энергия заряженного уединенного проводплаканика.
ка проводимости и конвекционного тока. Сторонние сиэкспелы, электродвижущая сила источника тока и напряжение.
Законы Ома для однородного участка цепи, сопротивление проводников, закон Ома в дифференциальной форме.
Работа и мощность постоянного тока, закон ДжоуляЛенца в интегральной и дифференциальной форме. Закон Ома для неоднородного участка цепи. Правила Кирхгофа и их применение для расчета разветвленных цепей.
Классическая электронная теория электропроводности металлов Классическая электронная теория электропроводности металлов, ее опытное обоснование, опыт Рикке, опыты Толмена и Стюарта. Вывод закона Ома в дифференциальной форме на основе представлений теории Друде– Лоренца. Вывод закона Джоуля–Ленца в дифференциальной форме на основе представлений теории Друде– Лоренца. Закон Видемана-Франца. Недостатки классической электронной теории.
Элементы зонной теории проводимости веществ.
Поверхностный скачок потенциала, работа выхода электрона из металла. Контактные явления. Внешняя и внутренняя контактная разность потенциалов и причины их возникновения. Законы Вольта. Термоэлектрические явления: явление Зеебека, эффект Пельтье, явление Томсона. Электрический ток в жидкостях. Электролиз. Законы электролиза Фарадея. Подвижность ионов и плотность электрического тока в электролитах. Закон Ома для проводников второго рода. Электропроводность газов. Ионизация и рекомбинация в газе. Самостоятельный и несамостоятельный разряд. Вольт-амперная характеристика газового Электромагнетизм, магнитное поле, важнейшая особенность магнитного поля. Методы изучения магнитных полей. Количественная характеристика магнитного поля – магнитная индукция, ее определение. Графическое изображение магнитных полей – линии магнитной индукции.
Закон Био– Савара–Лапласа для элемента постоянного тока. Магнитное поле в центре кругового тока. Вывод формулы индукции магнитного поля в любой точке пространства на оси кругового тока. Вывод величины индук- Лекция Закон Ампера. Взаимодействие параллельных токов. Оп- таблиц, ределение единицы измерения силы тока. Магнитное поле плакадвижущегося заряда. Сила Лоренца. Направление действия тов, десил. Работа по перемещению проводника с током в маг- монстнитном поле. Поток магнитной индукции. Вихревой харак- рационтер магнитного поля. Циркуляция вектора магнитной ин- ного Электромагнитная индукция, ее механизм и основные закономерности. Закон электромагнитной индукции Фарадея. Направление индукционного тока, правило Ленца.
Получение закона Фарадея из закона сохранения энергии.
Индуктивность контура. Самоиндукция. Взаимная индукция. Трансформация электрической энергии, устройство и принцип действия трансформатора. Энергия магнитного поля. Плотность энергии магнитного поля.
Магнитные свойства вещества. Характер взаимодействия веществ с магнитным полем: диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики. Понятие орбитального магнитного момента и орбитального механического момента импульса. Собственный механический момент (спин) и собственный магнитный момент. Магнетон Бора. Магнитный момент электрона и магнитный момент атома. Теория магнетизма, механизм намагничивания. Магнитное поле в веществе, намагниченность, физический смысл магнитной проницаемости вещества. Циркуляция вектора магнитной индукции, закон полного тока для магнитного поля в веществе. Свойства ферромагнитных материалов.
Переменный электрический ток, методы получения переменного тока. Действующее или эффективное значение тока и напряжения. Цепь переменного тока, содержащая только активную нагрузку, диаграмма напряжений. Цепь переменного тока, содержащая только индуктивность, а также реальная цепь, содержащая индуктивное сопротивление. Диаграмма напряжений, индуктивное сопротивление в цепи переменного тока. Цепь переменного тока, содержащая только емкость, а также реальная цепь с емкостным сопротивлением. Диаграмма напряжений.
Работа и мощность переменного тока. Коэффициент Цепь переменного тока, содержащая последовательно включенные резистор, катушку индуктивности и конденсатор. Лекция Диаграмма напряжений для указанной цепи. Полное сопро- с истивление цепи. Закон Ома для цепи переменного тока. Резо- пользонанс напряжений и токов, резонансная частота. Мощность ванием переменного тока, коэффициент мощности, его физиче- таблиц, Теория электромагнетизма Максвелла. Второе уравнение ного Максвелла для электромагнитного поля в интегральной экспеформе. Первое уравнение Максвелла для электромагнит- римента ного поля в интегральной форме. Понятие тока смещения, плотность тока смещения. Полный ток в цепи переменного тока. Теорема Гаусса для электрического и магнитного поля. Связь между величинами входящими в уравнения Максвелла. Значение уравнений для теории электромагнетизма, электромагнитные волны.
Колебательный разряд в электрическом контуре Томсона.
Незатухающие электромагнитные колебания в контуре, уравнение этих колебаний и их анализ. Затухающие электромагнитные колебания, уравнение колебаний, коэффициент затухания. Вынужденные электромагнитные колебания. Открытый колебательный контур и его излучение, электромагнитные волны и способы их генерации. Формула Томсона. Электромагнитные волны, скорость распространения электромагнитных волн. Плотность переносимой энергии волной, вектор Умова-Пойнтинга. Шкала электромагнитных волн и характеристика ее диапазонов.
Волновые и корпускулярные представления о природе Этапы развития оптики, борьба волновой теории Гюйгенса и корпускулярной теории. Двойственные корпускулярно-волновые свойства. Геометрическая лучевая оптика, основные закономерности распространения света: закон прямолинейного распространения света, закон независимости световых пучков, законы отражения и преломления света. Тонкие линзы. Изображение предметов с помощью Волновая тория света, принцип Гюйгенса. Интерференция света, монохроматичность, когерентность волн. Способы получения когерентных лучей. Способ получения и расЛекция чет интерференционной картины от двух когерентных исс ис- точников. Ширина интерференционной полосы. Условие ренция в тонких пленках в отраженных и проходящих лутаблиц, чах, оптическая разность хода лучей. Кольца Ньютона и Принцип Гюйгенса – Френеля. Дифракция света на одиэкспеночных отверстиях и экранах, метод зон Френеля. Докаримента зательство прямолинейности распространения света в волновой теории. Дифракция Фраунгофера от одной щели. Дифракционная решетка, вывод формулы дифракционной решетки. Пространственная решетка, рассеивание света. Дифракция рентгеновских лучей формула ВульфаБрэгга.
Поляризация света. Получение и анализ поляризованного света. Закон Брюстера. Закон Малюса. Двойное лучепреломления и его обоснование. Одноосные кристаллы и их оптические свойства. Призма Николя. Вращение плоскости поляризации. Поляриметры. Поляроиды, поляризационные призмы и их применение. Интерференция поляризованных лучей. Искусственная анизотропия и анализ упругих напряжений.
Теория строения атома по Резерфорду и Бору. Линейча- с истый спектр атома водорода. Дискретность энергетических пользосостояний атома. Постулаты Бора. Спектр атома водорода ванием по Бору. Квантовые числа и их физический смысл. Недос- таблиц, зенберга. Волновая функция и ее статистический смысл. экспеОбщее уравнение Шредингера. Уравнение Шредингера римента.
для стационарных состояний. Прохождение частиц сквозь Примепотенциальный барьер. Тоннельный эффект. ры практическоФизика атомного ядра.
Свойства и строение атомных ядер. Размер, состав и заряд го приатомного ядра. Массовое и зарядовое числа. Спин и маг- менения 2 План лабораторных занятий Номер Тема лекции, № и наименование лабора- очтельная (инноная Вводное занятие по механике и молекулярной физике Лабораторные работы выполняются кажЗащита лаборадым студентом по индивидуальному графику. Студент должен выполнить и «Механика» и «Молекулярная физика и термодинамика» (см. таб.3) Продолживзаимодействия Зачетное занятие по лабораторным рабопредполагает Лабораторные работы выполняются кажтворческое педым студентом по индивидуальному грареосмысление фику. Студент должен выполнить и отчиполученных таться по семи работам из раздела «Элексведений тродинамика», «Оптика» (см. таб.3). Продолжительность каждой работы 2 часа.
Зачетное занятие по лабораторным работам 3 Программа самостоятельной работы студентов Форма самостоятельной ра- Количество нения (недели Форма конмы 10,
«