МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО «Кемеровский государственный университет»

Новокузнецкий институт (филиал)

Факультет информационных технологий

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

(ЕН.Ф.03) Физика

для специальности

010501.65 Прикладная математика и информатика

Специализаций 010211 Системное программирование 010202 Математическое моделирование Новокузнецк 2013 Сведения о разработке и утверждении рабочей программы дисциплины Рабочая программа дисциплины ЕН.Ф.03 ФИЗИКА федерального компонента цикла общематематических и естественнонаучных дисциплин составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования второго поколения по специальности 010200 – Прикладная математика и информатика, утвержденному 23 марта 2000 г., номер государственной регистрации 199 ЕН / СП для специализаций «Системное программирование» и «Математическое моделирование»

Автор д.х.н., Иванов Ф.И., к.т. н. Чмелева К.В.

Рецензент (ы) - зав. каф.физики СибГИУ, доктор ф-м наук, профессор Громов В.Е.

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры техносферной безопасности «_03_» _12_ 2013 г. Протокол № 3_ Заведующий кафедрой Р.А. Гизатулин _ Рабочая программа одобрена методической комиссией факультета информационных технологий « 15 » января 2013г. Протокол № Председатель методической комиссии _Н.Б. Ермак Пояснительная записка Дисциплина «Физика» для студентов специальности 010501 «Прикладная математика и информатика» входит в состав федерального компонента учебного плана. Ее место – в ряду общих математических и естественнонаучных дисциплин. В соответствии с ГОС специальности 010501 у специалиста должны сформироваться целостная система знаний, формирующая физическую картину окружающего мира, умение строить физические модели и решать конкретные задачи заданной степени сложности.

Выписка из ГОС 010200 Прикладная математика и информатика:

ЕН.Ф.03 Физика Классическая механика; электродинамика; молекулярная и статистическая физика; физические основы построения ЭВМ.

Цель курса – заключается в формировании у специалистов целостного представления о физических процессах и явлениях, протекающих в природе, понимания возможностей современных научных методов познания природы и владения ими на уровне, необходимом для решения задач, возникающих в профессиональной деятельности.

Задача учебной дисциплины – обеспечить такой уровень подготовки студентов, чтобы они знали и умели использовать: основные понятия, законы и модели классической механики, электродинамики, молекулярной и статистической физики, физические основы построения ЭВМ, а также владели навыками решения практических задач.

Методы обучения включают в себя:

– лекции, на которых формируется теоретическая база знаний по дисциплине;

– практические занятия, где студенты приобретают навыки в решении задач;

- лабораторные работы, где студенты приобретают навыки в проведении и обработке результатов физического эксперимента.

– самостоятельная работа студентов, которая осуществляется в форме выполнения индивидуальных заданий и семестровой работы с последующей их защитой.

1. Учебно - тематический план Объем часов Название и Аудиторная работа Самостояте Формы содержание разделов, № контроля Общий льная Практич. (или Лаборатор термодинамика построения ЭВМ Применяются общие требования к перезачету и переаттестации РАЗДЕЛ 1. Классическая механика. Относительность механического движения, система отсчета, положение тела в пространстве. Кинематика. Основные характеристики и уравнения кинематики поступательного движения материальной точки и твердого тела. Механическая система. Положение механической системы в пространстве. Характеристики и уравнения движения механической системы. Динамика. Основные количественные характеристики динамики – масса, сила, импульс. Изолированные системы. Первый закон Ньютона, инерциальные системы. Второй, третий законы Ньютона. Механическая энергия, закон сохранения механической энергии. Импульс произвольной системы тел. Закон сохранения импульса. Консервативные силы и системы. Потенциальная энергия. Связь между потенциальной энергией и силой. Закон сохранения механической энергии. Абсолютно неупругий и упругий удары. Динамика вращательного движении твердого тела. Момент инерции. Момент силы. Основной закон динамики вращательного движения. Момент импульса. Закон сохранения момента импульса.

Кинетическая энергия, работа при вращательном движении. Плоское движение, кинетическая энергия при плоском движении. Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции. Основы релятивистской механики. Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца. Принцип относительности в механике. Относительность понятий: одновременность, длина, промежуток времени.

РАЗДЕЛ 2. Молекулярная физика и термодинамика. Основные характеристики и уравнения молекулярной физики. Уравнения Менделеева-Клапейрона. Основное уравнение молекулярно -кинетической теории газов. Закон Дальтона. Закон Авагадра. Степени свободы.

Закон о равном распределении энергии по степеням свободы. Классические статистики.

Скорости газовых молекул. Распределение Максвелла по проекциям и модулю скорости. Наиболее вероятная, среднеквадратичная и средняя арифметическая скорости молекул. Барометрическая формула и распределение Больцмана. Термодинамические функции состояния. Уравнение Майера.

Теплоемкость. Работа. Внутренняя энергия. Первое начало термодинамики. Изопроцессы в идеальном газе. Второе начало термодинамики. Энтропия. Статистический и термодинамический смысл энтропии. Законы изменения энтропии. Энтропия в изопроцессах.

РАЗДЕЛ 3. Электродинамика. Электростатическое поле в вакууме. Основные характеристики электрического поля. Вектор напряженности. Основная силовая характеристика. Потенциал.

Потенциальная энергия поля. Принцип суперпозиции электрических полей. Теорема Гаусса для электростатического поля. Вычисление электрических полей с помощью теоремы Гаусса.

Теорема о циркуляции вектора напряженности электростатического поля. Потенциал. Разность потенциалов. Связь между напряженностью и потенциалом. Расчет потенциалов простейших электростатических полей. Электрическое поле в веществе. Поляризация диэлектриков.

Диэлектрическая восприимчивость. Относительная диэлектрическая проницаемость.

Электрическое смещение. Теорема Гаусса для вектора электрического смещения. Условия на границе раздела двух диэлектриков. Поле внутри проводника и у его поверхности. Распределение заряда в проводнике. Принцип экранирования статических электрических полей, как основа защиты информации. Электроемкость уединенного проводника. Конденсаторы. Энергия электрического поля. Электрический ток. Плотность тока. Законы Ома и Джоуля-Ленца в дифференциальной форме. Мощность тока. К.п.д. источника. Законы Кирхгофа для цепей постоянного тока. Магнитостатика в вакууме. Вектор магнитной индукции. Магнитное поле движущегося заряда. Закон Био-Савара Лапласа. Теорема Гаусса для вектора магнитной индукции.

Теорема о циркуляции вектора магнитной индукции. Поле соленоида и тороида. Сила Ампера.

Сила взаимодействия двух проводников с током. Контур с током в магнитном поле. Сила Лоренца.

Движение заряженных частиц в магнитном поле. Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле. Явление электро-магнитной индукции. Циркуляция вектора напряженности вихревого электрического поля. Явление самоиндукции. Индуктивность. Взаимная индукция. Магнитостатика в веществе. Намагниченность. Напряженность магнитного поля..

Теорема о циркуляции вектора напряженности магнитного поля. Диамагнетизм, парамагнетизм и ферромагнетизм. Кривая намагниченности. Гистерезис.Энергия магнитного поля. Уравнение Максвелла. Ток смещения. Уравнение Максвелла в интегральной и дифференциальной формах.

Принцип относительности в электродинамики. Физика колебаний и волн. Основные характеристики гармонических колебаний. Виды колебаний. Графическое представление колебаний. Кинематика и динамика колебаний. Метод векторных диаграмм. Сложение колебаний.

Затухающие колебания. Параметры затухающих колебаний: коэффициент затухания, логарифмический декремент затухания. Вынужденные колебания. Резонанс. Волны.

РАЗДЕЛ 4. Оптика, тепловое излучение, квантовая механика. Интерференционное поле от двух источников. Опыт Юнга, интерферометр Майкельсона. Интерференция в тонких пленках.

Многолучевая интерференция. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция Френеля на простейших преградах. Метод зон Френеля. Дифракция Фрунгофера. Дифракционная решетка. Голография.

Форма и степень поляризации монохроматических волн. Получение и анализ линейнополяризованного света. Закон Брюстера. Двойное лучепреломление. Прохождение света через линейные фазовые пластинки. Искусственная оптическая анизотропия. Фотоупругость.

Циркулярная фазовая оптическая анизотропия. Электрооптические и магнитооптические эффекты.

Феноменология поглощения и дисперсии света. Фазовая и групповая скорости. Нормальная и аномальная дисперсия. Излучение нагретых тел. Спектральные характеристики теплового излучения. Законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана и Вина. Абсолютно черное тело. Формула Релея-Джинса и «Ультрафиолетовая катастрофа». Гипотеза Планка. Квантовое объяснение законов теплового излучения. Корпускулярно-волновой дуализм света. Фотоэффект. Эффект Комптона. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Опыт Боте. Гипотеза де Бройля. Опыт Дэвиссона и Джермера. Дифракция микрочастиц. Принцип неопределенности Гейзенберга. Волновая функция, ее статистический смысл и условия, которым она должна удовлетворять. Уравнение Шредингера. Квантовая частица в одномерной потенциальной яме. Одномерный потенциальный порог и барьер. Опыт Штерна и Герлаха.

РАЗДЕЛ 5. Атомная физика. Модель атома по Томсону. Опыт Резерфорда по рассеянию альфа частиц. Планетарная модель атома. Эмпирические закономерности в атомных спектрах. Формула Бальмера.

Линейчатые спектры атомов. Опыт Франка-Герца.

РАЗДЕЛ 6. Ядерная физика и физические основы построения ЭВМ. Свойства ядерных сил, виды взаимодействий. Термодинамический и статистический способы описания коллектива частиц. Основные характеристики термодинамических систем. Первое, второе начало термодинамики. Химический потенциал. Фермионы и бозоны. Понятие о фазовом пространстве микрочастиц и его квантовании. Плотность состояний. Вырожденные и невырожденные коллективы частиц. Классическая статистика Максвелла-Больцмана для невырожденного коллектива частиц. Квантовые статистики Ферми-Дирака и Бозе-Эйнштейна. Энергия Ферми.

Системы заряженных частиц. Электронный газ в металлах. Температура вырождения электронного газа. Энергетический спектр свободных электронов в металле. Плотность энергетических состояний. Зонная теория твердых тел. Энергетические зоны в кристаллах.

Динамика электронов в кристаллической решетке. Эффективная масса. Электропроводность металлов. Температурная зависимость электропроводности металлов. Полупроводники.

Собственная и примесная проводимости полупроводников. Диффузия носителей заряда в полупроводниках. Эффект Холла. Работа выхода электронов. Контактная разность потенциалов.

Контакт металла с полупроводником. Образование и принцип работы p-n-перехода.

Полупроводниковый и туннельный диоды.

1. Кинематика поступательного и вращательного движения материальной точки.

2.Динамика поступательного и вращательного движения материальной точки и твердого тела.

Законы сохранения.

3.Экспериментальные газовые газоны.

4. Законы термодинамики. Теплоемкость.

5 Распределения Максвелла и Больцмана.

6. Напряженность, потенциал. Принцип суперпозиции. Теорема Гаусса.

7. Закон Био-Савара-Лапласа. Сила ампера. Сила Лоренца. Электромагнитная индукция.

Самоиндукция. Взаимная индукция. Энергия поля.

8.Гармонические колебания. Затухающие колебания. Вынужденные колебания. Электромагнитные волны.

1.Интерференция, дифракция, поляризация света.

2. Двойное лучепреломление.

3. Законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина.

4. Фотоэффект, эффект Комптона.

5.Соотношение неопределенностей Гейзенберга, волновая функция, уравнение Шрёдингера.

6. Потенциальная яма, порог, барьер.

7. Модели строения атома.

8. Обобщенная формула Бальмера.

1. Второе начало термодинамики. Энтропия.

2. Химический потенциал. Фермионы и бозоны.

3.Понятие о фазовом пространстве микрочастиц и его квантовании. Плотность состояний.

4. Квантовые статистики 5.Теплоемкость твердых тел 6.Зонная теория электропроводности твёрдых тел.

7.Электропроводность металлов. Температурная зависимость электропроводности металлов.

8.Эффект Холла.

1.Движение с постоянным ускорением.

2.Упругие и неупругие удары.

3. Распределение Больцмана.

4. Адиабатический процесс.

5. Изучение статистических закономерностей в идеальном газе.

6. Теорема Остроградского-Гаусса.

7. Проверка закона Био-Савара-Лапласа.

8. Гармонические колебания в RLC-контуре.

1. Дифракция и интерференция.

2.Определение радиуса кривизны линзы с помощью колец Ньютона.

3.Дифракция Фраунгофера от одной щели.

4.Дифракционная решетка.

5.Фотоэффект.

6.Эффект Комптона.

7.Определение периода кристаллической решетки методом дифракции электронов.

8. Спектр атомарного водорода.

Выполнение лабораторных работ не предусмотрено.

2.4. Курсовой проект (работа), его характеристики Курсовой проект (работа) учебным планом не предусмотрен.

3. Учебно-методические обеспечение по дисциплине 1. Савельев, И.В. Курс общей физики [Текст]: учебное пособие для втузов: В 3 т. – 7-е изд., стереотип. – СПб.: Лань, 2007.-Гриф УМО «Рекомендовано»

2.Трофимова, Т. И. Курс физики [Текст]: учебное пособие / Т. И. Трофимова. - 12-е издание, стереотипное. - М. : Академия, 2006. - 560 с. – Гриф УМО «Рекомендовано».

3.Фирсов, А. В. Физика для профессий и специальностей технического и естественно-научного профилей [Текст] : учебник для вузов / А. В. Фирсов ; под ред. Т. И. Трофимовой. - 2-е издание, стереотипное. - М. : Академия, 2011. - 432 с. – Гриф УМО «Рекомендовано».

4.Волькенштейн, В. С. Сборник задач по общему курсу физики [Текст] : для студентов технических вузов / В. С. Волькенштейн. - Издание 3-е, исправленное и дополненное. - СПб. :

Книжный мир, 2006. - 327 с. – Гриф УМО «Рекомендовано».

1.Есина, З. Н. Практикум по физике [Текст] : учебное пособие / З. Н. Есина ; ГОУ ВПО "Кемеровский государственный университет". - Кемерово, 2010. - 122 с.

2.История фундаментальных понятий физики [Текст]. Ч. VI : Основы квантовой физики / М. Л.

Золотарев [и др.] ;, КемГУ, каф. соврем. естествозн., каф. теоретич. физики. - Кемерово:

Кузбассвузиздат, 2006. - 375 с. Гриф МО РФ «Рекомендовано».

4. Формы текущего, промежуточного и рубежного контроля Знания и умения студентов проверяются при текущем, промежуточном и итоговом контроле и оцениваются на «отлично», «хорошо», «удовлетворительно» и «неудовлетворительно» в соответствии с указаниями ГОС (по всем дисциплинам и практикам, включённым в план высшего учебного заведения, должна выставляться итоговая оценка по шкале – отлично, хорошо, удовлетворительно, неудовлетворительно или зачтено, не зачтено).

«отлично» - выставляется студенту, показавшему всесторонние, систематизированные, глубокие знания учебной программы дисциплины и умение уверенно применять их на практике при решении задач, свободное и правильное обоснование принятых решений.

«хорошо» - выставляется студенту, если он твёрдо знает материал, грамотно и по существу излагает его, умеет применять полученные знания на практике, но допускает в ответе или решении некоторые «удовлетворительно» - выставляется студенту, показавшему фрагментарный, разрозненный характер знаний, недостаточно правильные формулировки базовых понятий, нарушения логической последовательности в изложении программного материала, но при этом владеет основными разделами учебной программы, необходимыми для дальнейшего обучения и может применять полученные знания по образцу в стандартной ситуации.

«неудовлетворительно» - выставляется студенту, который не знает большей части основного содержания учебной программы дисциплины, допускает грубые ошибки в основных понятиях дисциплины и не умеет использовать полученные знания при решении типовых практических задач.

Формы аудиторных учебных занятий (час.) 10квантовая построения ЭВМ.

Вопросы для изучения теоретического материала смотреть в списке вопросов к экзамену.

Теоретический материал можно найти в учебниках, приведённых в списке литературы.

Задачи для самостоятельной работы рекомендуется брать из учебников, приведенных в списке литературы.

1.Предмет физики.

2.Методы физического познания.

3. Физические опыты, обработка результатов экспериментов.

4.Общие физические представления о движении, пространстве и времени.

5.Кинематика поступательного и вращательного движения материальной точки.

6.Законы Ньютона.

7.Уравнения состояния и движения физической системы.

8. Фундаментальные и нефундаментальные взаимодействия и силы.

9.Работа, мощность, энергия потенциальная и кинетическая.

10.Закон сохранения энергии.

11. Теорема Кенига.

12.Закон сохранения импульса.

13. Уравнение Мещерского для реактивного движения.

14..Основное уравнение динамики вращения. Момент инерции.

15.Работа и энергия при вращении.

16.Закон сохранения момента импульса.

17.Законы сохранения при упругом и неупругом ударах.

18. Элементы теории относительности. Принцип относительности Галилея.

19.Опыт Майкельсона-Морли. Постулаты Эйнштейна.

20. Преобразование координат Лоренца.

21.Преобразование масс в СТО.

22.Преобразование скоростей в СТО.

23.Связь между массой и энергией в СТО.

24.Преобразование длин в СТО.

25.Парадокс «Близнецов» в СТО.

26.Основное уравнение релятивистской механики.

27.Инвариант Минковского.

28.Опытные газовые законы 29. Уравнение состояния идеального газа.

30.Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газа.

31.Распределение молекул по скоростям (Максвелла).

32.Распределения молекул в одномерном силовом поле (Больцмана).

33.Число столкновений, средняя длина свободного пробега молекул.

34.Уравнения состояния макроскопических систем и их внутренняя энергия.

35. Уравнения и изотермы Ван-дер-Ваальса 36.. Тепловые процессы. Первое начало термодинамики.

37. Энтропия. Второе начало термодинамики.

38.Кинетические потоки. Диффузия и теплопроводность.

39.Уравнения баланса для энтропии.

40.Теорема Онзагера.

41.Неравновесность и упорядочение.

42. Синергетика.

43.Свойства электрических зарядов и полей. Закон сохранения заряда.

44. Напряженность и потенциал электрического поля.

45. Теорема Остроградского-Гаусса и ее применения.

46.Вектора E и D, 47.Диэлектрики с особыми свойствами (самостоятельно, студенты готовят и защищают реферат) 48.Электроемкость, конденсаторы.

49.Энергия электрического поля.

50.Законы постоянного тока.

51.Правила Кирхгоффа.

52.Разветвленные электрические цепи.

53.Классическая электронная теория электропроводности.

54..Магнитное поле постоянного тока. Закон Био-Савара-Лапласа и его применения.

55. Действие магнитного поля на проводники с током. Сила Ампера.

56. Действие магнитного поля на заряды.Сила Лоренца.

57.Принцип относительности в электродинамике.

58.Теорема о циркуляции вектора В и ее применения.

59.Магнетики, их свойства и применение.

60.Уравнения Максвелла в интегральной форме.

61. Уравнения Максвелла в дифференциальной форме.

62.Свободные электромагнитные и механические колебания.

63.Гармонический и ангармонический осциллятор.

64.Затухающие электромагнитные колебания в контуре.

65. Затухающие механические колебания.

66.Логарифмический декремент затухания.

67.Вынужденные электромагнитные колебания. Резонанс тока 68.Вынужденные механические колебания.

69. Резонансные явления.

.70. Волновые процессы. Уравнение луча.

71.Уравнение волны в дифференциальной форме.

72. Распространение упругой волны.

73.Стоячие волны.

74.Уравнения Максвелла для электромагнитных волн.

75.Интерференция волн.

РАЗДЕЛ 4. Оптика, тепловое излучение, квантовая механика 76.Волновая оптика. Теория интерференционных явлений. Опыт Юнга. Зеркала Френеля.

77.Интерференция в тонких пленках.

78.Дифракция света. Зоны Френеля.

79.Дифракция от отверстия.

80.Дифракция от щели. Дифракционная решетка.

81.Дисперсия света. Нормальная и аномальная дисперсия.

82. Электромагнитная теория дисперсии. Групповая скорость.

83.Поглощение света. Закон Бугера..

84..Поляризованный свет. Призма Николя. Поляроиды.

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

86. Закон Малюса.

87.Двойное лучепреломление.

88.Интерференция поляризованного света.

89.Эффект Фарадея.

90.Тепловое излучения нагретых тел. Единицы измерения теплового излучения.

91.Закон Кирхгоффа для теплового излучения.

92. Закон Стефана-Больцмана для абсолютно черного тела.

93.Формула Релея-Джинса для абсолютно черного тела. УФ-катастрофа.

94.Квантовая гипотеза Планка.

95. Фотоэлектрические явления, закономерности внешнего фотоэффекта. Формула Эйнштейна для фотоэффекта.

96.Эффект Комптона.

97. Опытные данные о строении атомов и их спектрах, формула Бальмера-Ритберга.

98.Теория строения атомов и спектров их излучения. по Бору.

99. Корпускулярно-волновой дуализм. Волны де-Бройля.

100. Закономерности описания движения микрочастиц в квантовой механике.

101.Волновая функция - функция. Условия нормировки -функции.

102. Соотношение неопределенностей Гейзенберга.

103. Уравнения движения микрочастиц в квантовой механике (уравнение Шредингера).

104.Свойства -функции.

106. Электрон в «потенциальном ящике».

107. Туннельный эффект, (квантовый осциллятор).

108. Квантовые числа, принцип Паули.

109.Многоэлектронный атом.

110.Периодическая таблица Д.И.Менделеева.

111. Рентгеновские лучи.

112. Спонтанное и вынужденное излучение. Лазеры.

113.Квантовая статистика электронов, функции распределения для электронов.

114.Квантовые закономерности электронной структуры атомов.

РАЗДЕЛ 6. Ядерная физика и физические основы построения ЭВМ 115.Твердое тело. Статистика Ферми для электронов. Классическая и квантовая теория электропроводности твердых тел.

116.Теплоемкость твердых тел. Закон Дюлонга и Пти.

117.Квантовая теория теплоемкости твердых тел.Теория Эйнштейна, теория Дебая.

118. Зонное строение проводников, диэлектриков и полупроводников, объяснение их электрических и тепловых свойств.

119. Строение атомных ядер и ядерные силы.

120. Виды и закономерности ядерных реакций.

121. Дефект массы и энергия связи ядра.

122.Способы исследования в ядерной физике.

123. Элементарные частицы, классификация и свойства.

124 Конденсированное состояние вещества.

125.Строение и свойства жидкостей.

126.Основные виды и свойства твердых тел.

127.Виды межатомных связей в твердых телах.

128. Мегафизика. Инфляционная модель эволюции Вселенной. Элементы астрофизики.

Черные дыры. Квантово-механическое давление.

Контрольно-измерительные материалы (перечень используемых контролирующих компьютерных программ, тестов и т.д.) Материалы, определяющие порядок и содержание проведения промежуточных и итоговых аттестаций, соответствуют требованиям ГОС, приказам и распоряжениям и рекомендациям МО РФ, учебно-методического управления КемГУ и учебно-методического отдела НФИ КемГУ.