Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тобольская государственная социально-педагогическая академия

им. Д.И. Менделеева»

Кафедра физики, технологии, ТиМП

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЙ КОМПЛЕКС ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«ФИЗИКА»

Направление: 010200.62 – «Математика. Прикладная математика»

Специализация «Компьютерная математика»

Тобольск-2012 Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тобольская государственная социально-педагогическая академия им. Д.И. Менделеева»

Кафедра физики, технологии, ТиМП

ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

ФИЗИКИ

Направление: 010200.62 – «Математика. Прикладная математика»

Специализация «Компьютерная математика»

Программу подготовили: проф. Маллабоев У.М.

Пояснительная записка Программа дисциплины «Физика» федерального компонента цикла ЕН составлена в соответствии с государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению «010200.62 – Математика. Прикладная математика специальностью компьютерная математика». Курс физики излагается на 4-ом курсе и его главной задачей является создание фундаментальной базы знаний.

В процессе обучения курса необходимо сформировать у студентов единую, стройную, логически непротиворечивую физическую картину окружающего нас мира природы и также необходимо научить студентов основам постановки и проведения физического эксперимента с последующим анализом и оценкой полученных результатов.

Курс состоит из пяти самостоятельных разделов: механика, молекулярная физика, электромагнетизм, оптика, квантовая физика и разнесен на два семестра и рассчитан на 186 часов, из которых 90 аудиторных, из них 30ч. отводится на лекции, 30ч – на практические занятия (практикумы по решению задач), 30ч.- лабораторный практикум.

Изложение материала начинается с седьмого семестра и заканчивается в восьмом семестре. Основной формой изложения материала курса являются лекции. Как правило, на лекции выносится 70% материала изложенного в программе курса. Остальные 30% материала выносятся для самостоятельного изучения студентами с непременным сообщением им литературных источников и методических разработок. Важнейшей составной частью лекций по физике является использование реальных и компьютерных физических экспериментов, учебных диафильмов, модельных компьютерных программ.

Наиболее важные разделы программы курса выносятся на практические занятия.

Как правило, на практических занятиях рассматривают фрагменты теории требующих сложных математических выкладок, различные методы решения задач и наиболее типичные задачи. Для закрепления материала, рассматриваемого на практических занятиях, студенты получают домашние задания в виде ряда задач из соответствующих задачников.

Неотъемлемой частью курса Физики является Физический Практикум. Его главные задачи:

научить применять теоретический материал к анализу конкретных физических ситуаций, экспериментально изучить основные закономерности, оценить порядки изучаемых величин, определить точность и достоверность полученных результатов;

ознакомить с современной измерительной аппаратурой и принципом её действия; с основными принципами автоматизации и компьютеризации процессов сбора и обработки физической информации; с основными элементами техники безопасности при проведении экспериментальных исследований.

Часть задач практикума (лабораторные работы) посвящены количественному изучению тех явлений, которые демонстрировались на лекциях в качественном эксперименте. Общее число задач практикума (лабораторных работ), которое должен выполнить студент (бакалавр математик) в каждом семестре, определяется факультетом (кафедрой) в соответствии с учебным планом и содержанием настоящей программы.

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Цели дисциплины:

ознакомление с основами физической науки: ее основными понятиями, законами и теориями;

формирование в сознании учащихся представлений о физических теориях как система научного знания - элементов физической картины мира;

формирование знаний о концептуальной структуре теоретических объектов и основных законов изучаемых физических теорий;

формирование знаний о важнейших следствиях физических теорий и их эмпирической интерпретации;

Задачи дисциплины:

обучение студентов по разделам физики;

формирование навыков экспериментального физического исследования, знаний о методах оценки ошибок измерений, формирование знаний о методах эмпирического обобщения экспериментальных фактов - метода классификации и систематизации фактов, индуктивного метода эмпирического обобщения фактов, метода моделирования и абстрагирования и т.д. - и теоретического анализа эмпирических фактов;

воспитание научного мировоззрения и теоретического мышления.

выработка у студентов навыков самостоятельной учебной деятельности, развитие у них познавательной потребности.

студент владеет системой знаний о физических теориях, фундаментальных идеализированных объектах и основных законах теории;

владеет знаниями по организации и постановке эксперимента, эмпирического обобщения экспериментальных фактов и их теоретической интерпретации;

владеет навыками решения и анализа стандартных задач.

2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ КУРСА

Студент, изучивший дисциплину должен знать:

основные физические явления и эксперименты;

методы физических исследований и измерений;

международную систему единиц (СИ) и СГС;

физические понятие и величины, необходимые для описания физических явлений;

основные (фундаментальные) идеализированные физические модели;

физические принципы, законы и теории;

применение физики в технике;

связь физики с другими науки;

ученых физиков, внесших существенный вклад в развитие физических науки;

Студент, изучивший дисциплину должен уметь:

выявлять существенные признаки физических явлений;

устанавливать характерные закономерности при наблюдении и экспериментальных исследованиях физических явлений и процессов;

опознавать в природных явлениях известные физические модели;

строить математические модели для описания простейших физических явлений;

давать определения основных физических понятий и величин;

формулировать основные физические законы;

решать и анализировать простейшие экспериментальные физические задачи, используя методы физических исследований;

Студент, изучивший дисциплину должен владеть навыками:

измерения основных физических величин;

определения погрешности измерений;

проведения простейших физических исследований с использованием основных экспериментальных методов.

грамотного использования физического научного языка;

представления физической информации различными способами (в аналитической, математической, графической, схемотехнической, алгоритмической формах);

использование международной системы единиц измерения физических величин (СИ) при физических расчетах и формулировке физических закономерностей;

применения метода оценки порядка физических величин при их расчетах;

применения численных значений фундаментальных физических констант для оценки результатов простейших физических экспериментов;

численных расчетов физических величин при решении физических задач и обработке экспериментальных результатов;

владеть системой знаний о физических теориях, фундаментальных идеализированных объектах и основных законах теории;

3. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ.

- подготовка к практическим - подготовка к лабораторным - подготовка к выполнению

4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

п/п 4.2.1 Лекционный курс

МЕХАНИКА И МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА

Тема. Введение. Элементы кинематики материальной точки.

Предмет классической механики - описание механического состояния макротел, перемещающимися со скоростями много меньше Модельные объекты классической механики - материальная точка, ньютоновское пространство и ньютоновское время. Система отсчета.

Единицы и размерности физических величин, осноные и производные единицы, эталоны основных единиц. Система единиц СИ и СГС, внесистемные единицы величин.

Задача кинематики. Основные кинематические характеристики движущейся материальной точки, представленных в векторной и координатной формах (радиус-вектор и координаты; перемещение и приращение координат; скорость, ускорение и их проекции на оси декартовой системы координат).

Естественный (траекторный) способ описания механического движения и соответствующие кинематические величины (дуговая координата, скорость, путь, нормальное и тангенциальное ускорения).

Уравнения кинематики равномерного прямолинейного и равноускоренного движений материальной точки.

Угловые кинематические величины (вектор элементарного углового перемещения, угловая скорость, угловое ускорение). Связь линейных и угловых кинематических величин. Равномерное и равноускоренное вращение твердого тела относительно неподвижной Тема. Динамика материальной точки. Основные законы Законы Ньютона как отношения между фундаментальными объектами и как гипотезы об отношениях объектов в механической системе. Однородность и изотропность пространства и однородность времени инерциальных систем отсчета. Сила. Масса. Инертная масса как мера инертных свойств тела. Второй закон Ньютона. Третий закон Ньютона. Динамическое уравнение движения материальной точки.

Импульс материальной точки и системы материальных точек.

Теорема об изменении импульса. Закон сохранения импульса.

Силы трения. Сухое трение. Трение покоя, трение скольжения.

Трение качения. Вязкое трение, формула Стокса.

Упругие силы. Упругая и пластическая деформация. Одноосное растяжение и сжатие, простой сдвиг, изгиб и кручение. Зависимость напряжения от деформации, пределы упругости и прочности. Закон Гука, коэффициент жесткости, модуль Юнга.

Потенциальная энергия упругодеформированного тела.

Энергия, работа, мощность. Кинетическая энергия материальной точки и системы материальных точек. Теорема об изменении кинетической энергии. Относительность импульса и кинетической энергии.

Потенциальное силовое поле. Консервативные системы. Закон сохранения механической энергии материальной точки и системы невзаимодействующих материальных точек в поле консервативной Графическое представление потенциальной энергии взаимодействия двух материальных точек.

Упругое и неупругое столкновение.

Тема. Механика твердого тела. Момент импульса. Закон Абсолютно твердое тело как идеализированный объект (модель) механики.

Поступательное и вращательное движение твердого тела.

Угловые кинематические величины (вектор элементарного углового перемещения, угловая скорость, угловое ускорение). Связь линейных и угловых кинематических величин.

Момент импульса материальной точки относительно полюса, относительно оси. Момент силы относительно полюса, относительно оси. Момент пары сил.

Теорема об изменении момента импульса материальной точки (уравнение моментов). Закон сохранения момента импульса материальной точки. Уравнение моментов системы материальных точек и твердого тела. Закон сохранения момента импульса этих систем.

Динамика вращательного движения твердого тела относительно неподвижной оси. Момент инерции твердого тела, свободные оси вращения. Расчет момента инерции твердого тела, теорема ГюйгенсаШтейнера.

Кинетическая энергия вращающегося твердого тела (плоское движение).

Тема. Закон всемирного тяготения. Элементы теория поля. Движение планет, законы Кеплера. Закон всемирного тяготения Ньютона. Гравитационный заряд (гравитационная масса).

Гравитационная постоянная, измерение гравитационной постоянной.

Пропорциональность гравитационной и инертной масс.

Первая, вторая и третья космические скорости.

Сила тяжести, сила веса (вес тела), невесомость.

Неинерциальные системы отсчета.

Тема. Колебания и волны.

Гармонические колебания. Амплитуда, частота, фаза. Смещение, скорость, ускорение при гармоническом колебании. Метод векторных диаграмм. (Метод комплексных амплитуд). Сложение взаимноперпендикулярных колебаний. Сложение колебаний одного направления с одинаковыми частотами. Биение.

Преобразования Галилея. Преобразования пространственновременных характеристик события при переходи из одной ИСО в другую ИСО (преобразования инерциальных систем отсчета) в ньютоновской механике. Принцип относительности Галилея.

Постулаты СТО Эйнштейна. Линейность преобразований систем отсчета, преобразования Лоренца. Преобразования Галилея как предельный случай преобразований Лоренца. Относительность одновременности, относительность отрезков длины и промежутков времени.

Тема. Молекулярно-кинетическая теория идеального газа.

Идеальный газ как эмпирический и как теоретический объект молекулярной физики (модель идеального газа). Феноменологическое уравнение состояния идеального газа (уравнение МенделееваКлапейрона; универсальная газовая постоянная). Газовые законы.

Основное уравнение МКТ для идеального газа. Постоянная Больцмана.

Равномерное распределение энергии хаотического движения молекул газа по степеням свободы. Внутренняя энергия идеального газа. Моль.

Число Авогадро. Оценка размеров и масс молекул.

Равновесные и неравновесные состояния, термодинамическое равновесие; время релаксации. Параметры макроскопической системы, задающие ее равновесное состояние: объем, давление, температура.

Внутренняя энергия макросистемы. Количества теплоты и работа.

Молекулярно-кинетическое истолкование давления и абсолютной температуры. Методы измерения температуры. Термометры. Газовый термометр. Абсолютная температура.

Тема. Распределение Максвелла. Распределение Больцмана.

Распределения Максвелла Экспериментальная проверка распределения Максвелла. Равномерное распределение энергии хаотического движения молекул газа по степеням свободы. Измерение скоростей молекул, опыт Штерна.

Распределение Максвелла-Больцмана. Экспериментальная проверка распределения Больцмана.

Теплоемкость газа. Изопроцессы.

Взаимодействие термодинамических систем. Количество теплоты и работа как функции процесса (теплота и работа как способы обмена энергией между системами). Квазистатические процессы. Первое начало термодинамики. Вечный двигатель первого рода.

Применение первого начала к изопроцессам. Теплоемкость идеального газа (классическая теория). Уравнение Майера.

Тема. Второе начало термодинамики.

Различные формулировки второго начала и их эквивалентность.

Обратимые и необратимые процессы. Тепловая и холодильная машины. Цикл Карно, к.п.д. цикла Карно, приведенная теплота.

Теоремы Карно. Равенство Клаузиуса. Энтропия как динамическая переменная термодинамической системы (термодинамическое определение энтропии). Расчет изменения энтропии в идеальном газе.

Вечный двигатель второго рода.

Термодинамическое тождество, сопряженные величины.

Неравенство Клаузиуса. Принцип возрастания энтропии в адиабатически изолированных термодинамических системах при необратимых процессах.

Термодинамическая шкала температур.

микросостояния термодинамической системы. Формула Больцмана.

Аналогии термодинамической энтропии и энтропии Больцмана.

Недостижимость абсолютного нуля температуры.

существования конденсированных сред. Потенциал межмолекулярного взаимодействия Ленард-Джонса.

Экспериментальные изотермы, равновесие в двухфазных Уравнение Ван-дер-Ваальса. Сопоставление уравнения Ван-дерВаальса с реальными изотермами. Критические параметры газа Ван-дерВаальса. Метастабильные состояния.

Тема. Внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса и его теплоемкость.

Фазовые переходы. Равновесие жидкости и пара. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Испарение и конденсация. Перегретая жидкость и переохлажденный пар. Диаграмма состояния.

Структура и свойства жидкого состояния. Поверхностные явления. Поверхностное натяжение. Смачивание. Формула Лапласа.

Капиллярные явления. Давление насыщенного пара над мениском.

Растворы. Осмотическое давление.

Кристаллические решетки. Анизотропные свойства кристаллов.

Дефекты и дислокации. Механические свойства кристаллов. Тепловое расширение кристаллов. Теплоемкость кристаллической решетки. Закон Дюлонга и Пти. Теория теплоемкости Эйнштейна и Дебая.

Теплопроводность диэлектрических кристаллов. Плавление и кристаллизация. Диаграмма равновесия твердой, жидкой и газообразной фаз. Тройная точка. Дальний порядок в кристаллах. Классификация кристаллов по типу связей; анизотропия кристаллов. Жидкие кристаллы.

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА, ОПТИКА И КВАНТОВАЯ ФИЗИКА

2.1. ЭЛЕКТРОДИНАМИКА Тема. Введение. Электростатика.

Дискретность заряда, элементарный заряд. Инвариантность заряда. Закон сохранения заряда, интегральная формулировка закона сохранения заряда.

Закон Кулона, точность закона Кулона. Опыты Кулона, электростатического поля, полевая (локальная) трактовка закона Кулона. Силовые линии. Принцип суперпозиции полей.

Работа электростатического поля (работа кулоновской силы), потенциальный характер электростатического поля.

Связь между потенциалом и напряженностью..

Электроскоп. Электрометр.

Условие равновесия зарядов на проводниках. Поле внутри и вне проводника. Наведенные заряды. Распределение зарядов на поверхности проводника произвольной формы.

Емкость уединенного проводника, системы проводников.

Конденсаторы. Емкость плоского, сферического и цилиндрического конденсаторов. Соединение конденсаторов.

Электрическое поле в диэлектриках.

Свободные и связанные заряды. Локальное поле в объеме диэлектрика. Полярные и неполярные молекулы; поляризация диэлектрика во внешнем поле. Вектор поляризованности.

Диэлектрическая восприимчивость.

Вектор смещения (вектор электрической индукции) как вспомогательный вектор для описания поля в диэлектрике.

Диэлектрическая проницаемость. (Понятие о тензоре диэлектрической проницаемости). Сегнетоэлектрики, электреты, пьезоэлектричество.

Тема. Постоянный электрический ток.

Явление электрического тока, характеристики электрического тока (плотность тока и сила тока I). Закон Ома в интегральной и дифференциальной (локальной) формах. Работа и мощность в цепи постоянного тока. Закон Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной (локальной) формах.

Тема. Стационарное магнитное поле в вакууме.

Опыты Эрстеда. Опыты Ампера, взаимодействие токов.

Дипольный магнитный момент контура с током, вектор индукции магнитного поля. Линии индукции, правило правого винта. Закон БиоСавара-Лапласа. Магнитное поле движущейся заряженной частицы.

Магнитное поле прямого и кругового тока.

Сила Лоренца. Закон Ампера (сила Ампера). Правило левой руки.

Виток с током в магнитном поле. Движение заряженных частиц в магнитном и электрическом полях.

Тема. Электромагнитная индукция Явление электромагнитной индукции. Опыты Фарадея, закон Фарадея для электромагнитной индукции. Правило Ленца. Циркуляция вихревого электрического поля.

Явление самоиндукции и взаимоиндукции. ЭДС самоиндукции.

Индуктивность проводника.

Работа силы Ампера. Энергия магнитного поля токов, Энергия и плотность энергии магнитного поля. Электроизмерительные приборы.

Трансформатор. Передача электрической энергии на расстояние.

Опыты Роуланда и Эйхенвальда. Гипотеза Максвелла о токах смещения. Закон полного тока. Уравнения Максвелла в интегральной форме. Свойства этих уравнений.

Электромагнитная природа света. Квазимонохроматический свет. Естественный свет.

Интерференция световых волн. Когерентность источников света и методы получения когерентных источников света. Методы наблюдения интерференции в оптике.

Интерферометры. Применение интерференции.

Явление дифракции волн. Принцип Гюйгенса-Френеля. Расчет дифракции света с использованием метода зон Френеля.

Дифракционный спектр. Применение дифракционных решеток Дифракция рентгеновских лучей на кристаллах. Условие ВульфаБрегга.

Объяснение прямолинейного распространения света на основе волновой теории. (Геометрическая оптика как предельный случай волновой оптики). Понятие светового луча.

Принцип Ферма. Законы отражения и преломления света. Полное внутренне отражение. Плоское зеркало. Призмы. Световоды.

Тонкие линзы. Формула линзы. Сферические зеркала.

Построение изображений в тонких линзах и сферических зеркалах.

Глаз как оптическая система. Оптические приборы (лупа, микроскоп, зрительная труба, фотоаппарат, проекционная аппаратура).

Разрешающая способность оптических приборов. Критерий Рэлея.

Поляризованный и неполяризованный свет. Линейная, эллиптическая и круговая поляризация света. Поляризаторы и анализаторы. Закон Малюса. Закон Брюстера.

Распространения света в анизотропной среде. Поляризация света при двойном лучепреломлении в кристаллах.

Искусственная анизотропия. Фотоупругость. Эффект Керра.

Поляризационные призмы. Поляризационные приборы и их применение.

Тема. Введение. Квантовые свойства излучения.

Предмет квантовой физики. Краткий исторический обзор развития квантовых представлений (фундаментальные открытия в физике конца 19-го и начала 20-го века и их роль в становлении современной физики).

Теплового излучения (характеристики теплового излучения:

энергетическая светимость, испускательная способность, поглощательная способность). Закон Кирхгофа. Абсолютно черное тело.

Эмпирическая закономерность распределения энергии в спектре равновесного теплового излучения абсолютно черного тела. Законы теплового излучения (правило Прево, закон Стефана-Больцмана закон смещения Вина). Классическая формула Релея-Джинса.

Гипотеза о квантовании излучения, формула Планка.

Тема. Квантовые свойства излучения.

Фотоэлектрический эффект. Законы фотоэффекта (законы Столетова, уравнение Эйнштейна для фотоэффекта). Использование фотоэффекта (фотоэлемент, фотоумножитель, электроннооптические преобразователи). Фотоны. Опыты Вавилова и Боте.

Давление света. Опыты Лебедева (объяснение с позиции волновой и квантовой природы света).

Рентгеновское излучение. Тормозное и характеристическое Рассеяние рентгеновских лучей. Эффект Комптона. Применение Гипотеза де-Бройля о волновых свойствах вещества. Опыты по дифракции электронов (микрочастиц).

Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Измерение физических величин в квантовой механике.

Исходные представления квантовой механики. Волновая функция. Уравнение Шредингера. Стационарные состояния и их свойства. Уравнение Шредингера для стационарных состояний.

Двойственность представлений о веществе. Корпускулярноволновой дуализм.

Модель атома Томсона. Опыты Резерфорда. Модель атома водорода Бора -Резерфорда. Постулаты Бора, опыты Франка и Герца.

Полуклассическая теория атома водорода по Бору. Водородоподобный атом. Спектральные серии излучения атома водорода.

Квантование момента импульса (энергии и проекции момента импульса). Спин электрона. Магнитный момент электрона. Квантовые числа электрона в атоме водорода. Опыты Штерна и Герлаха.

Состояние электрона в многоэлектронном атоме. Принцип Паули.

Электронные оболочки. Периодическая система элементов Менделеева.

рентгеновские спектры). Закон Мозли. Водородоподобные спектры.

Спин орбитальное взаимодействие.

Спонтанное и вынужденное излучение. Лазеры.

4.2.2 Практические занятия Решение задач Тема. Газ Ван-дер-Ваальса (реальные газы) и Решение задач Тема. Волновые свойства микрочастиц 4.2.3. Задания для самостоятельной работы студентов (СРС) Разделы и темы рабочей Перечень домашних заданий и других вопросов Сроки Кол.

самостоятельного изучения

МЕХАНИКА И

МОЛЕКУЛЯРНАЯ

ФИЗИКА

1.1. МЕХАНИКА 1.2. МОЛЕКУЛЯРНАЯ

ФИЗИКА

Раздел №

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА,

ОПТИКА И КВАНТОВАЯ

ФИЗИКА

2.1.ЭЛЕКТРОДИНАМИКА 2.2. ОПТИКА 2.3. КВАНТОВАЯ ФИЗИКА 4.2.4 Лабораторный практикум раб.

МЕХАНИКА МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА

Экспериментальное изучение равноускоренного Тема №1, движения и 2-го закона Ньютона на машине Атвуда.

Измерение ускорения свободного падения на установке Измерение скорости звука в воздухе методом стоячей Изучение динамики вращательного движения с Измерение вязкости жидкости методом Стокса. Тема №1,

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА

Измерение коэффициента поверхностного натяжения Тема № методом ДПН.

вискозиметром

ЭЛЕКТРИЧЕСТВА И МАГНЕТИЗМ, ОПТИКА И

Изучение электростатического поля.

Изучение электроизмерительных приборов различных Тема № Измерение сопротивления методом моста Уитстона. Тема № Изучение закона Ома для цепи постоянного тока.

Зависимость мощности тока от сопротивления Тема № Измерение емкости конденсатора методом сравнения.

Изучение зависимости сопротивления материалов от температуры

ОПТИКА И КВАНТОВАЯ ФИЗИКА

Определение показателя преломления стекла с Тема № помощью микроскопа.

Определение длины световой волны с помощью Тема № дифракционной решетки.

Изучение распределения света вокруг источника света. Тема № Определение показателя преломления и концентрации Тема № сахара с помощью рефрактометра.

Изучение интерференции света с помощью бипризмы Тема №2, Френеля.

КВАНТОВАЯ ФИЗИКА

радиоактивного излучения.

Дозиметрия радиоактивного излучения.

Принцип работы газового лазера непрерывного Измерение яркостной температуры и определение

5. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

5.1 Рекомендуемая литературы Основная Гершензон Е.М., Малов Н.Н., Мансуров А.Н. Курс общей физики. Электродинамика.

– М.: Академия, 2001.

2. Гершензон Е.М., Малов Н.Н., Мансуров А.Н. Курс общей физики. Оптика и атомная физика. – М.: Академия, 2000.

3. Иродов Е.М. Механика: Основные законы. – М.: Физматлит, 2000.

4. Иродов Е.М. Электромагнетизм: Основные законы. – М.: Физматлит, 2003.

5. Иродов Е.М. Квантовая физика. – М.: Физматлит, 2002.

6. Калашников С.Г. Электричество. – М.: Физматлит, 2003.

7. Ландсберг Г.С. Оптика. – М.: Наука, 2003.

8. Казаков Р.Х. Основания ньютоновской механики. – Тобольск, изд-во ТГПИ, Дополнительная литература 1. Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики. – М.: Наука, 1976. с. Балаш Б.А. Сборник задач по курсу общей физики.– М.: Просвещение, 1978.

2. Гершензон Е.М., Малов Н.Н., Мансуров А.Н. Курс общей физики. Механика. – М.:

Академия, 2001.

3. Гершензон Е.М., Малов Н.Н., Мансуров А.Н. Курс общей физики. Молекулярная физика. – М.: Академия, 1999.

4. Иродов Е.М. Волновые процессы: Основные законы. – М.: Физматлит, 1999.

5. Иродов И.Е. Задачи по общей физике. – М.: Наука, 1979. – 367 с.

6. Кикоин И.К., Кикоин А.К. Молекулярная физика. – М.: Наука, 1963. – 500с 7. Матвеев А.Н. Молекулярная физика. – М.: В.Ш.,1983. – 400 с.

8. Матвеев А.Н. Оптика – М.: В.Ш.,1985. – 351 с.

9. Матвеев А.Н. Электричество и магнетизм. – М.: В.Ш.,1983. – 463 с.

10. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.1. - М.: Наука, 1999.

11. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.2. – М.: Наука, 1999.

12. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.3. – М.: Наука, 1999.

13. Трофимова Т.И. Сборник задач по курсу общей физике. – М.: В.Ш., 2002.- 303 с 14. Хайкин С.Э. Физические основы механики. – М.: Наука, 1976. – 751 с.

15. Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике. - М.: В.Ш., 1981.495с. Савельев И.В. Сборник вопросов и задач по общей физике. – М.: Наука, 1999. – 272с Архангельский М.М. Курс физики. Механика. – М.: Просвещение, 1975. – 424 с.

5.2. Средства обеспечения дисциплины Лекции в электроном варианте.

Учебник в электронном варианте.

Конструктор тестов Образцы оформления реферативной работы.

Методические рекомендации по выполнению реферативных работ.

6. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКИОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

1. Лекционная аудитория курса общей физики с препараторской 411 и 2. Переносной проектор и видеоаппаратура (телевизор, видеомагнитофон).

3. Проекционная аппаратура (проектор).

4. Демонстрационные эксперименты для лекционных и практических занятий по курсу общей физике Механика.

1. Запись колебательного движения.

2. 1-ый закон Ньютона 3. Демонстрация импульса силы 4. Трение покоя и скольжения 5. Правила сложения сил 6. Виды упругой деформации 7. Предел упругости и остаточной деформации 8. Ускорение Кориолиса 9. Прецессия гироскопа 10. Упругий и неупругий удар 11. Свободные колебания 12. Связь гармонических колебаний с равномерным вращением по окружности 13. Запись электрических колебаний 14. Колебания пружинного маятника 15. Биение, фигуры Лиссажу 16. Резонанс колебаний маятника 17. Демонстрация волнового движения 18. Волновая ванна 19. Источники звука 20. Эффект Доплера в механике 21. Ультразвуковая установка 22. Внутреннее трение воздуха 23. Гироскопический велосипед ФДМ 24. Гироскопическая модель атома ФДМ 25. Установка для демонстрации прецессии ФДМ 26. Установка для изучения динамики вращательного движения ФДМ 27. Устройства для разгона гироскопов ФДМ 28. Колесо обозрения ФДМ 29. Маятник Галилея ФДМ 30. Маятник Максвелла ФДМ 31. Демонстрация движения тел на горке сложного профиля ФДМ 32. Скамья Жуковского ФДМ 33. Соударение шаров ФДМ Молекулярная физика 1. Модель броуновского движения 2. Диффузия 3. Установка с микроманометром и теплоприемником 4. Закон Бойля-Мариотта 5. Воздушное огниво 6. Критическое состояние эфира 7. Поверхностное натяжение жидкостей 8. Измерение поверхностного натяжения 9. Смачивание и несмачивание 10. Капиллярные явления 11. Давление в мыльных пузырях 12. Опыт Плато 13. Модели кристаллических решеток 14. Фазовые переходы Электромагнетизм 1. Электризация (разные конфигурации тел) 2. Распределение заряда по поверхности 3. «Электрический ветер»

4. Зарядка электрометра через влияние 5. Электрический султан 6. Демонстрация стекания заряда 7. Демонстрация конфигурации электрических полей 8. Экранирующее действие проводника 9. Эквипотенциальные поверхности 10. Электроемкость плоского конденсатора 11. Демонстрация конфигурации магнитного поля 12. Опыт Ампера по взаимодействию проводников с током 13. Точка Кюри 14. Петля гистерезиса 15. Изменение сопротивления полупроводников при освещении 16. Односторонняя проводимость p-n слоя 17. Сравнение электропроводности воды и растворов солей и кислот 18. Электропроводность стекла при нагревании 19. Электролиз раствора медного купороса 20. Ионизация газов 21. Несамостоятельная проводимость воздуха 22. Явление электромагнитной индукции 23. Правило Ленца 24. Самоиндукция при замыкании и размыкании цепи 25. Демонстрация вихревых токов 26. Сдвиг фазы в цепи с индуктивностью и емкостью 27. Электрический резонанс 28. Затухающие колебания Оптика и квантовая физика 1. Интерференция от бипризмы 2. Кольца Ньютона 3. Интерференция на тонких пленках 4. Дифракция от нити 5. Дифракция от решетки 6. Способы получения поляризованного света 7. Двойное лучепреломление 8. Фотометры 9. Преломление и полное внутреннее отражение в призме 10. Шайба Гертля 11. Сферическая и хроматическая аберрация линз 12. Сплошной спектр 13. Фотоэффект 14. Лазерное излучение 15. Камера Вильсона 5. Компьютерные программы (При чтении лекций, проведении практических и семинарских занятий по курсу общей физики используются следующие компьютерные курсы).

курсы 1 «Открытая Физика 2.5» «Механика», «Механические колебания и часть 1 волны», «Термодинамика и молекулярная 2 «Открытая Физика 2.5» «Электродинамика», «Электромагнитные 6. Лаборатории общего физического практикума (Наличие учебных лабораторий общего физического практикума с оборудованиями).

Механика Молекулярная физика Электромагнетизм Квантовая физика

7. СОДЕРЖАНИЕ ТЕКУЩЕГО И ПРОМЕЖУТОЧНОГО КОНТРОЛЯ

7.1. Перечень примерных контрольных вопросов и заданий для самостоятельной работ 7.2. Примерный перечень вопросов к зачету а). Зачетные вопросы к лабораторным работам по механике.

№1. ПРОВЕРКА УРАВНЕНИЙ РАВНОУСКОРЕННОГО ДВИЖЕНИЯ И ВТОРОГО ЗАКОНА НЬЮТОНА

НА ПРИБОРЕ АТВУДА.

1. Законы Ньютона и их содержание, пределы применимости. Инертная масса, сила, виды взаимодействия в природе.

2. Принцип относительности Галилея, инвариантность законов Ньютона относительно преобразований Галилея.

3. Элементарная теория и устройство машин Атвуда.

№2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ НА УСТАНОВКЕ ФП – 26А.

1. Радиус – вектор, перемещение, путь, скорость, ускорение материальной точки.

2. Равномерное и равноускоренное прямолинейное движение. Графики этих видов движения. Свободное падение, ускорение свободного падения. Движение тела, брошенного пол углом к горизонту, независимость движений по горизонтальной и вертикальной осям.

3. Тангенциальное и нормальное ускорение. Полное ускорение.

4. Преобразование Галилея.

№3. ИЗУЧЕНИЕ ОСНОВНОГО ЗАКОНА ДИНАМИКИ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ТВЕРДОГО

ТЕЛА С ПОМОЩЬЮ КРЕСТООБРАЗНОГО МАЯТНИКА ОВЕРБЕКА.

1. Кинематические величины, характеризующие вращательное движение: угловое перемещение, угловая скорость, угловое ускорение. Связь между линейными и угловыми величинами.

2. Второй закон Ньютона для вращательного движения. Момент силы, момент инерции.

3. Момент импульса, Закон сохранения момента импульса.

№3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ЗВУКА В ВОЗДЕХЕ МЕТОДОМ СТОЯЧЕЙ ВОЛНЫ.

1. Уравнение бегущей волны. Уравнение стоячей волны. Частота, период, длина волны, амплитуда волны.

2. Продольные и поперечные волны. Фазовая скорость волны.

3. Координаты узлов и пучностей в стоячей волне.

4. Звуковые волны, их характеристики.

№4. ИЗУЧЕНИЕ ОСНОВНОГО ЗАКОНА ДИНАМИКИ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ТВЕРДОГО

ТЕЛА С ПОМОЩЬЮ КРЕСТООБРАЗНОГО МАЯТНИКА ОВЕРБЕКА.

1. Кинематические величины, характеризующие вращательное движение: угловое перемещение, угловая скорость, угловое ускорение. Связь между линейными и угловыми величинами.

2. Второй закон Ньютона для вращательного движения. Момент силы, момент инерции.

3. Момент импульса, Закон сохранения момента импульса.

№5. ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ ПОЛЕТА ПУЛИ БАЛИСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ.

1. Вывод формулы скорости пули.

2. Закон Гука для деформации сжатия. Коэффициент упругости.

3. Потенциальная энергия упругого деформированного тела (пружины).

№6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ ПО МЕТОДУ СТОКСА.

1. Вязкое трение. Феноменологическое уравнение Ньютона для вязкого трения. Смысл коэффициента вязкости в этом уравнении.

2. Критерии перехода ламинарного течения жидкости в турбулентное, число Рейнольдса. Качественное обоснование перехода ламинарного течения в турбулентное.

3. Вывод рабочей формулы.

№7 ИЗУЧЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ ФИЗИЧЕСКОГО И МАТЕМАТИЧЕСКОГО МАЯТНИКОВ.

1. Уравнение динамики колебательного движения математического и физического маятников. Решение этих уравнений. Период, частота, амплитуда, фаза гармонических колебаний.

2. Период колебаний математического и физического маятников. Приведенная длина, момент инерции математического и физического маятников.

№.8 МАЯТНИК МАКСВЕЛЛА.

1. Кинетическая энергия вращательного движения материальной точки, твердого тела относительно неподвижной оси.

2. Кинетическая энергия твердого тела при плоском движении.

3. Вывод рабочей формулы.

б). Вопросы к лабораторным работам по молекулярной физике.

№1. ПРОВЕРКА ЗАКОНА БОЙЛЯ-МАРИОТТА.

1. Идеальный газ.

2. Давление газа с точки зрения молекулярно-кинетической теории.

3. Шкала Цельсия и абсолютная термодинамическая шкала температур.

4. Уравнение состояния идеального газа.

5. Графики газовых законов в различных системах координат.

6. Закон Дальтона. Закон Авогадро.

7. Изотерма реального газа.

№2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ БОЛЬЦМАНА.

1. Основное уравнение кинетической теории газов и следствия.

2. Энергия поступательного движения 3. Статистическое истолкование температуры.

4. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы.

5. Вывод рабочей формулы.

№3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ЛИНЕЙНОГО РАСШИРЕНИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ.

1. Твердое тело.

2. Кристаллы.

3. Пространственные решетки кристаллов.

4. Поликристаллы.

5. Металлы, их строение и свойства.

6. Классическая теория теплоемкости кристаллов.

7. Тепловое расширение твердых тел.

№4. ВЯЗКОСТЬ ЖИДКОСТИ И ЕЁ ЗАВИСИМОСТЬ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ.

1. Молекулярное движение в жидкостях.

2. Явление переноса в жидкостях (диффузия, теплопроводность, вязкость).

3. Зависимость вязкости от температуры.

4. Связь между коэффициентом вязкости, диффузии, теплопроводности.

№5..ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ МЕТОДОМ ДПН.

1. Поверхностный слой жидкости.

2. Свободная энергия поверхностного слоя.

3. Основные свойства жидкостей.

4. Растворы. Осмотическое давление.

№6. ИЗМЕРЕНИЕ ВЯЗКОСТИ ВОЗДУХА КАПИЛЛЯРНЫМ ВИСКОЗИМЕТРОМ.

1. Выводы формулы Пуазейля.

2. Понятие о ламинарном и турбулентном течениях, критерий Рейнольдса.

3. Молекулярно-кинетический смысл вязкости воздуха.

в). Зачетные вопросы к лабораторным работам по электромагнетизму.

№ 1. ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ.

1. Электрическое поле, напряженность поля, линии напряженности, сложение полей. Принцип суперпозиции.

2. Потенциал и напряжение, измерение напряжения.

3. Эквипотенциальные поверхности. Связь потенциала с напряженностью поля.

№2. ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ.

1. Электроизмерительные приборы. Амперметр, вольтметр, ваттметр. Способы их включения.

2. Чтение паспорта прибора.

3. Многопредельные приборы. Расчет шунтов и добавочных сопротивлений.

№3. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ.

1. Природа носителей тока в металлах, причина электрического сопротивления.

2. Закон Ома для участка цепи. Сопротивление при последовательном и параллельном соединениях.

3. Правила Кирхгофа и применение их для расчета моста Уитстона.

№4. ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА ОМА ДЛЯ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА.

1. Закон Ома для участка цепи не содержащей ЭДС, содержащего ЭДС и замкнутой цепи.

2. Правила Кирхгофа и их применение.

№5. ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ МОЩНОСТИ ТОКА ОТ СОПРОТИВЛЕНИЯ НАГРУЗКИ.

1. Мощность электрического тока. Полезная и полная мощность. Условие максимума полезной мощности.

2. КПД источника тока №6. ИЗМЕРЕНИЕ ЁМКОСТИ КОНДЕНСАТОРОВ.

1. Электроемкость. Единицы емкости.

2. Конденсаторы. Виды конденсаторов.

3. Емкость плоского, цилиндрического и сферического конденсаторов.

4. Энергия заряженного конденсатора. Плотность энергии.

№7. ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ СОПРОТИВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОВ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ.

1. Зависимость сопротивления металла от температуры. Терморезисторы. Сплавы с малым термическим коэффициентом сопротивления.

2. Сверхпроводимость.

г). Зачетные вопросы к лабораторным работам по оптике.

№1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СТЕКЛА И УВЕЛИЧЕНИЕ МИКРОСКОПА.

1. Закон отражения и преломления стекла. Вывод формул на основе принципа Ферма и Гюйгенса.

2. Ход лучей в микроскопе. Увеличение микроскопа.

3. Разрешающая способность микроскопа.

№2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ С ПОМОЩЬЮ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ.

1. Дифракция света. Дифракция Фраунгофера на щели.

2. Дифракция света на дифракционной решётке.

3. Дисперсия (угловая, линейная). Разрешающая способность дифракционной решетки.

№3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОКУСНОГО РАССТОЯНИЯ.

1. Линза Вывод формулы тонкой линзы на основе нулевого инварианта Аббе.

2. Построение изображения в линзах и зеркалах.

3. Центрированная оптическая система. Вывод формулы оптической центрированной системы.

4. Аберрация линз.

№4. ПРОВЕРКА ЗАКОНА МАЛЮСА.

1. Естественный и поляризованный свет. Вывод закона Малюса.

2. Поляризация света при двойном лучепреломлении. Интерференция поляризованных лучей.

3. Искусственная анизотропия твёрдых тел и искусственное двойное лучепреломление света.

№5. ИЗУЧЕНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СВЕТА ВОКРУГ ИСТОЧНИКА.

1. Светотехнические величины и единицы их измерения.

2. Закон освещённости для точечных источников света.

3. Фотометры.

№6. ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ И КОНЦЕНТРАЦИИ САХАРА С ПОМОЩЬЮ

РЕФРАКТОМЕТРА.

1. Ход лучей в рефрактометре.

2. Законы преломления света, показатель преломления вещества.(Доказать, применяя принцип Ферма и Гюйгенса).

3. Ход лучей в призме. Полное отражение света.

№7. ИЗУЧЕНИЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ СВЕТА С ПОМОЩЬЮ БИПРИЗМЫ ФРЕНЕЛЯ.

1. Интерференция световых волн.

2. Пространственная и временная когерентность световых волн.

3. Способы получения когерентных волн (бизеркала, бипризма, билинза Френеля).

№8. ИЗУЧЕНИЕ СПЕКТРАЛЬНОГО АППАРАТА.

1. Оптическая схема монохроматора УМ-2.

2. Дисперсия света. Нормальная и аномальная дисперсия.

3. Дисперсионная способность призмы.

д). Зачетные вопросы к лабораторным работам по атомной и ядерной физике.

№1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОГЛОЩЕНИЯ РАДИОАКТИВНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ.

1. Радиоактивность. Закон радиоактивного распада.

2. – превращения.

2. Правила смещения. Радиоактивные семейства ядер (тория, урана, нептуния, актиния.) 3. Эффект Мёссбаура.

№2. ДОЗИМЕТРИЯ РЕНТГЕНОВСКОГО И ГАММА ИЗЛУЧЕНИЙ.

1. Дозиметрические величины и единицы их измерения.

2. Устройство и принцип действия дозиметрических приборов.

3. Рентгеновские излучения (тормозные и характеристические.) 4. Космическое излучение.

№3. ИЗУЧЕНИЕ СПЕКТРА АТОМА ВОДОРОДА.

1. Спектры излучения атомов. Закономерности в спектрах излучения атомов.

2. Опыты Резерфорда.

3. Модели атома (Томпсона, Резерфорда.) 4. Постулаты Бора и их экспериментальное обоснование по Бору.

Теория водородоподобного атома и её применение к объяснению спектра атома водорода.

Спектральный анализ.

№4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ ПЛАНКА МЕТОДОМ ЗАДЕРЖИВАЮЩЕГО ПОТЕНЦИАЛА.

1. Виды фотоэффекта. Законы внешнего фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна.

2. Фотоэлектрические приборы. Применение фотоэффекта.

3. Экспериментальное подтверждение квантовых свойств излучения (эффект Комптона, опыты Боте, давление света.) 4. Характеристики фотона.

5. Эффект Комптона. Теория эффекта Комптона.

№5. ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ.

1. Спонтанное и вынужденное излучение атомов.

2. Устройство и принцип действия твердотельного лазера.

3. Устройство и принцип действия газового лазера.

4. Принцип Паули. Распределение электронов в атоме по энергетическим уровням.

5. Квантовые числа. Правила отбора.

№6. ИЗМЕРЕНИЯ ЯРКОСТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕЛА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ СТЕФАНАБОЛЬЦМАНА.

1. Тепловое излучение. Характеристики теплового излучения. Закон Кирхгофа.

2. Закон теплового излучения абсолютно черного тела (закон Стефана-Больцмана, закон Вина).

3. Квантовые энергии излучения. Формула планка.

4. Вывод закона теплового излучения на основе формулы Планка (закон Стефана-Больцмана, закон смещения Вина, формула Релея-Джинса).

5. Устройства и принцип действия оптических пирометров.

7.3. Примерный перечень вопросов к зачету а). Вопроси к зачету по механике.

1. Механическое движение. Пространство и время. Система отсчета. Модели объектов и процессов.

2. Ускорение частицы при криволинейном движении.

3. Типы движений. Равномерное и равнопеременное движение.

4. Кинематические характеристики поступательного и вращательного движения абсолютно твердого тела.

5. Связь между линейными и угловыми кинематическими величинами.

6. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности Галилея. Преобразования Галилея.

7. Сила. Масса. Второй и третий закон Ньютона. Границы применимости закона Ньютона.

8. Механическая работа. Мощность.

9. Кинетическая энергия частицы. Теорема об изменении кинетической энергии.

10. Полная механическая энергия частицы. Закон сохранения механической энергии для частицы.

11. Закон сохранения импульса и проекции импульса системы материальных точек.

12. Механическая энергия системы материальных точек. Закон сохранения механической энергии системы материальных точек.

13. Вращение абсолютно твердого тела вокруг неподвижной оси. (Уравнение движения).

14. Уравнение моментов. Закон сохранения момента импульса.

15. Силы упругости. Потенциальная энергия упругодеформированного тела.

16. Силы трения.

17. Закон всемирного тяготения. «Инертная» «гравитационная» массы. Потенциальная энергия частицы в поле тяготения.

18. Механические колебания. Кинематика гармонических колебаний.

19. Уравнение движения колебательной механической системы (на примере пружинного маятника).

20. Физический и математический маятники.

б). Вопроси к зачету по молекулярной физике.

Основные положения молекулярно-кинетической теории и их экспериментальные обоснования. Моль. Число Авогадро. Оценка размеров и масс молекул.

Термодинамическое равновесие, равновесные процессы. Температура. Абсолютная температура. Эмпирические температурные шкалы. Идеально газовая шкала температур. Статистический смысл температуры.

Идеальный газ как эмпирический и как теоретический объект молекулярной физики.

Феноменологическое уравнение состояния идеального газа (уравнение МенделееваКлапейрона). Газовые законы (законы Бойля-Мариота, Гей-Люссака, Шарля и Дальтона).

Основное уравнение кинетической теории идеального газа. Постоянная Больцмана.

Молекулярно-кинетическое истолкование давления и абсолютной температуры.

Методы измерения температуры.

Распределение энергии молекул по степеням свободы. Внутренняя энергия идеального газа. Распределение молекул по модулям скоростей (распределение Максвелла). Экспериментальная проверка закона распределения по скоростям.

Барометрическая формула. Распределение Больцмана. Распределение МаксвеллаБольцмана.

Взаимодействие термодинамических систем. Теплота и работа как способы обмена энергией между термодинамическимы системами. Квазистатические процессы.

Первое начало термодинамики. Вечный двигатель первого рода.

Применение первого начала к изопроцессам. Теплоемкость идеального газа (классическая теория теплоемкостей идеального газа). Уравнение Майера.

Второе начало термодинамики. Различные формулировки второго начала и их эквивалентность.

10. Обратимые и необратимые процессы. Тепловые машины. Цикл Карно, к.п.д. цикла Карно, приведенная теплота.

11. Теоремы Карно. Равенство Клаузиуса. (Теорема Клаузиуса для обратимых и необратимых процессов) Энтропия как динамическая переменная термодинамической системы (термодинамическое определение энтропии). Расчет изменения энтропии в идеальном газе. Вечный двигатель второго рода.

12. Термодинамическое тождество, сопряженные величины. Неравенство Клаузиуса.

Принцип возрастания энтропии в адиабатически изолированных термодинамических системах при необратимых процессах. Термодинамическая шкала температур.

Изменение энтропии при Т0.

13. Статистическое истолкование энтропии. Макро- и микросостояния термодинамической системы. Формула Больцмана. Аналогии термодинамической энтропии и энтропии Больцмана.

14. Теорема Нернста. Недостижимость абсолютного нуля температуры.

15. Диффузия. Внутреннее трение. Теплопроводность.

16. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Сопоставление уравнения Ван-дер-Ваальса с реальными изотермами. Критические параметры газа Ван-дер-Ваальса. Метастабильные состояния.

17. Внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса. Изоэнтальпийный процесс, эффект Джоуля-Томсона.

18. Фазовые переходы. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Классификация фазовых переходов. Диаграмма состояния. Тройная точка. Влажность.

в). Вопроси к экзамену по электромагнетизму.

1. Электрический заряд. Закон сохранения заряда. Инвариантность заряда. Дискретность зарядов.

2. Закон Кулона. Электрическое поле. Напряженность поля. Принцип суперпозиции.

Силовые линии поля.

3. Потенциальность электростатического поля. Электрический потенциал.

4. Связь потенциала с напряженностью электрического поля.

5. Электрический диполь.

6. Поток вектора. Теорема Гаусса.

7. Электрическое поле в диэлектриках. Поляризация диэлектрика. Свободные и связанные заряды. Полярные и неполярные молекулы.

8. Поляризованность или вектор поляризации Р.

10. Вектор электрического смещения D.

11. Энергия электрического поля.

12. Постоянный электрический ток. Плотность электрического тока.

13. Закон Ома в дифференциальной и интегральной форме. Сопротивление проводников.

14. Сторонние силы. ЭДС.

15. Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля - Ленца в интегральной и дифференциальной форме.

16. Электрический ток в электролитах. Электролиз, проводимость электролитов, подвижность ионов. Закон Ома для электролитов. Закон Фарадея для электролиза.

17. Магнитное поле в вакууме. Опыт Эрстеда. Магнитное взаимодействие токов (опыты Ампера). Магнитная индукция. Принцип суперпозиции магнитных полей.

18. Магнитное поле равномерно движущегося заряда. Закон Био-Савара. Магнитное поле кругового и прямого тока. Напряженность магнитного поля.

19. Сила Лоренца. Закон Ампера. Правило левой руки. Инвариантность заряда.

20. ЭДС индукции.

21. Явление самоиндукции и взаимоиндукции. ЭДС самоиндукции. Индуктивность проводника.

22. Опыты Роуланда и Эйхенвальда. Гипотеза Максвелла о токах смещения. Закон полного тока. Уравнения Максвелла в интегральной форме. Свойства этих уравнений.

23. Работа и мощность переменного тока. Трансформатор. Передача электрической энергии на расстояние.

г). Вопроси к экзамену по оптике.

1. Сложение световых волн. Принцип суперпозиции. Интерференция.

2. Когерентность. Методы наблюдения интерференции в оптике (метод Юнга, бизеркало и бипризма Френеля, билинза, зеркало Ллойда).

3. Явление дифракции света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция Френеля. Метод зон Френеля. Зонные и фазовые пластины.

4. Дифракция света на дифракционной решётке.

5. Геометрическая оптика как предельный случай волновой оптики. Принцип Ферма.

Вывод законов отражения и преломления света на основе принципа Ферма.

6. Прохождение света через плоско-параллельную пластину и призму. Полное внутреннее отражение.

7. Отражение и преломления света на сферической поверхности. Сферическое зеркало.

8. Тонкие линзы. Оптическая сила линзы. Формула линзы. Центрированная оптическая система. Построение изображений.

9. Оптические приборы (лупа, микроскоп, телескоп, фотоаппарат, проектор).

10. Разрешающая способность оптических приборов. Светосила объектива.

11. Поляризация света при отражении и преломлении. Закон Брюстера.

12. Поляризаторы и анализаторы. Закон Малюса.

13. Вращение плоскости поляризации. Поляризационные приборы и их применение.

14. Дисперсия света. Нормальная и аномальная дисперсия света. Электронная теория дисперсии света.

15. Скорость света. Методы изучения скорости света. Фазовая и групповая скорости света.

16. Поглощение света. Коэффициент поглощения. Закон Бугера. Спектр поглощения.

д). Вопроси к экзамену по квантовой физике.

1. Результаты экспериментальных исследований распределения энергии в спектрах теплового излучения.

2. Законы теплового излучения (закон Кирхгофа, закон Стефана-Больцмана, закон смещения Вина).

3. Формулы, описывающие тепловое излучение на основе классических представлений и их противоречие с экспериментом (ультрафиолетовая катастрофа).

4. Формула Планка и законы теплового излучения.

5. Фотоэлектрический эффект. Законы фотоэффекта (закон Столетова, формула Эйнштейна для фотоэффекта).

6. Давление света. Объяснение давления света с позиций волновой и квантовой природы света. Опыты Лебедева по измерению давления света.

7. Рентгеновское излучение. Тормозное и характеристическое излучение и их спектры.

8. Рассеяние рентгеновских лучей. Эффект Комптона. Элементарная теория эффекта Комптона.

9. Гипотеза де-Бройля. Волновые свойства микрочастиц.

10. Опыты по дифракции электронов.

11. Соотношение неопределенностей Гейзенберга.

12. Волновая функция. Уравнение Шредингера.

13. Атомная модель Томсона.

14. Опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц. Планетарная модель атома.

15. Недостатки планетарной модели. Постулаты Бора. Опыты Франка и Герца.

16. Теория Бора для атома водорода и водородоподобных ионов.

17. Объяснение теорией Бора спектральных закономерностей атома водорода.

18. Недостатки теории Бора.

19. Квантование энергии. Момента импульса и проекции момента импульса. Квантовые 20. Спин электрона. Опыты Штерна и Герлаха.

21. Принцип Паули. Закономерности заполнения электронных оболочек в атоме и их связь с химическими свойствами.

22. Квантовые явления при низких температурах. Сверхпроводимость. Сверхтекучесть.

23. Ядерные силы. Энергия связи ядра.

24. Радиоактивность. Закон радиоактивного распада.

25. Ядерные реакции. Реакция деления тяжелых ядер. Цепная реакция деления.

Примерная тематика рефератов 7. 3.

Модельные объекты классической механики - материальная точка, ньютоновское пространство и ньютоновское время – как фундаментальные (концептуальные) объекты классической механики.

Понятие о различных формализмах классической механики.

Реактивное движение. Уравнение Мещерского, формула Циалковского.

Симметрия пространства и времени в ИСО и их связь с законами сохранения.

Теорема Гаусса для поля тяготения.

Подъемная сила крыла, лобовое сопротивление.

Эффект Доплера в акустике. Ультразвук, инфразвук.

Принцип соответствия. Связь массы и энергии, релятивистская энергия. Закон сохранения энергии и импульса в СТО. Частица с нулевой массой.

Поток вектора напряженности электростатического поля, теорема Гаусса. Теорема Электростатическая машина. Электростатический генератор Ван-де-Граафа.

10.

Теорема Гаусса для вектора P. Диэлектрическая восприимчивость.

11.

Теорема Гаусса для вектора D. Понятие о тензоре диэлектрической проницаемости.

12.

Сегнетоэлектрики, электреты, пьезоэлектричество.

Разветвленные цепи, правила Кирхгофа.

13.

Термоэлектрические явления (явление Зеебека, явление Пельтье) Термопары.

14.

Термоэлектрические генераторы тока.

Гальванические элементы. Аккумуляторы. Использование электролиза в технике.

15.

Эффект Холла. Магнитогидродинамический генератор.

16.

Диа-, пара-, ферромагнетизм. Точка Кюри. Магнитный гистерезис. Постоянные 17.

магниты, магнитные материал Трансформатор. Передача электрической энергии на расстояние.

18.

Опыты Роуланда и Эйхенвальда. Гипотеза Максвелла о токах смещения. Закон 19.

полного тока. Уравнения Максвелла в интегральной форме. Свойства этих Приборы для измерения светотехнических величин (люксметр, фотометр).

20.

Интерферометры. Применение интерференции.

21.

Дифракция рентгеновских лучей.

22.

Глаз как оптическая система. Оптические приборы (лупа, микроскоп, зрительная 23.

труба, фотоаппарат, проекционная аппаратура).

Искусственная анизотропия. Фотоупругость. Эффект Керра.

24.

25. Поляризационные приборы и их применение.

26. Спектры испускания и поглощения. Спектрометры. Спектральный анализ.

27. Радуга. Мираж. Объяснение цвета неба и зорь. Понятие о нелинейных эффектах в оптике.

28. Современные методы измерения скорости света.

29. Рассеяние рентгеновских лучей. Эффект Комптона. Применение рентгеновских 30. Периодическая система элементов Менделеева.

31. Лазеры.

32. Квантовые явления при низких температурах. Сверхпроводимость, сверхтекучесть.

Проблема высокотемпературной сверхпроводимости.

33. Экспериментальные методы в ядерной физике(счетчики частиц, трековые камеры, фотоэмульсия, масс-спектрометры, ускорители заряженных частиц).

34. Применение радиоактивных изотопов.

35. Реакция синтеза. Термоядерные реакции. Солнце как термоядерный реактор.

36. Термоядерный взрыв. Проблема осуществления управляемого термоядерного синтеза.

37. Фундаментальны е взаимодействия.

Вечный двигатель первого рода. Вечный двигатель второго рода.

38.

Расчет изменения энтропии в идеальном газе.

39.

Термодинамическая шкала температур.

40.

41.

Тройная точка ( Диаграмма равновесия твердой, жидкой и газообразной фаз).

42.

Жидкие кристаллы.

43.

Методика проведения контрольных мероприятий Контроль – это проверка качества усвоения учебного материала, установление обратной связи между преподавателем и студентами.

Программа дисциплины включает два вида контроля знаний студентов:

1. Текущая аттестация качества усвоения знаний;

2. Итоговая аттестация.

Текущая аттестация качества усвоения знаний Усвоение знаний проверяется в устной и письменной форме на всем протяжении изучения дисциплины в форме отчетов по лабораторным работам, опросов и выполнения контрольных работ.

Итоговая аттестация Дисциплина завершается экзаменами по окончанию 8 семестра, на которых оцениваются теоретические знания, умение применять их на практике для решения задач, знание экспериментальных методов, умение проводить эксперимент и доводить до численных параметров результаты измерений, умение анализировать полученные экспериментальные результаты, строить необходимые теоретические модели.

Экзамен проводится в традиционной форме. Экзаменационный билет включает вопроса: первый и второй вопросы ориентированы на проверку теоретических знаний учебной дисциплины; третий вопрос задача по данной теме.

При оценивании ответов целесообразно учитывать прежде всего обобщенность, логичность, знания теоретических и методологических основ курса общей физики, культуру речи. Преподаватель должен указать студенту на положительные и отрицательные стороны ответа.

8. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ ИЗУЧЕНИЯ

ДИСЦИПЛИНЫ

Формирование научных знаний о системе фундаментальных физических закономерностей, представлений о системе физических теорий и их эволюции, о единстве науки физики и ее роли как фундамента современного естествознания, овладение простейшими методами физического эксперимента и теоретического аппарата является важным фактором развития у студентов профессиональной компетентности и творческого отношения к инновационному развитию современного образования.

Курс физики в системе образования имеет особое значение, поскольку физика, изучающая наиболее общие свойства различных видов материи и форм их существования, лежит в основе всех наук о природе, и ее методы исследования широко используются этими науками. В методологическом плане большое значение имеют иллюстрации противоречивого развития физических гипотез и теорий, внутренней связи различных разделов физики, формулирование физических законов и теорий с применением адекватного математического аппарата, количественного описания свойств модельных систем.

Программа в целом соответствует сложившемуся историко-индуктивному подходу к курсу физики на естественных факультетах, позволяющему, с одной стороны, в полной мере представить истоки современных научных гипотез и теорий, их развитие по мере накопления знаний, а с другой – реализовать последовательность в изложении материала, при которой изучаются все более сложные формы движения материи.

Основная часть материала курса физики представляется в логически последовательной форме: определение основных понятий – опытные данные – установление взаимосвязей между физическими величинами в виде фундаментальных физических законов – формулировка физической теории, анализ области ее применимости, степени общности при описании различных физических явлений.

Подобное логическое развитие курса охватывает последовательно изучаемые разделы физики – классическую механику, молекулярную физику, термодинамику, электромагнетизм и волновую оптику, по которым студент должен иметь систематические знания и умение применять их для решения задач заданной степени сложности. При проработке основной базы знаний следует избегать информационного характера изложения материала, потери заданного уровня строгости его представления.

Вместе с тем неизбежно, что изложение ряда разделов курса будет иметь в основном информационный характер. Это касается физики микромира (квантовой механики), физики высоких скоростей (специальной теории относительности), элементов общей теории относительности, физики ядра. Существенно, что, несмотря на отсутствие достаточной строгости и доказательности при изложении этих разделов, они имеют большую общеобразовательную ценность.

В предлагаемой программе специально выделена часть, относящаяся к экспериментальной физике, так как эксперимент является основной формой исследования природы. Предлагаемый к изложению в данном разделе материал целесообразно включать в лабораторные практикумы по отдельным разделам курса общей физики.

В программе предусмотрены как аудиторные занятия, так и самостоятельная работа студентов по усвоению теоретико-практических знаний и умений в рамках учебной дисциплины. Предполагается, что на аудиторных занятиях преподаватель дает рекомендации по эффективной организации самостоятельной работы студентов и формам ее отчетов.

В ходе обучения студенты должны овладеть навыками работы со специальной литературой, умениями опытно-поисковой и экспериментальной работы, научиться использовать конкретные и упрощенные методы при объяснении физических явлений, проводить научные исследования, обрабатывать и анализировать полученные данные, сформировать умения строить физические модели и решать конкретные задачи.

9. УЧЕБНАЯ ПРАКТИКА ПО ДИСЦИПЛИНЕ НЕ ПРЕДУСМОТРЕНА.