Г. Рабочая программа курса «физика»

Предисловие

Предметом физики являются наиболее общие свойства ма­терии, т.е. вещества и поля, а также закономерности и формы её движения. Здесь движение понимается в философском смысле как всякое изменение. Физика указывает законы, которыми пользуются все остальные естественные науки и техника, применяя их в от­дельных частных случаях. Методы физических исследований включают:

• наблюдение, т.е. изучение явлений в естественной, природной обстановке;

• эксперимент, т.е. изучение явления путем его воспроизведения в искусственной лабораторной обстановке;

• выдвижение гипотез, т.е. научных предположений, используе­мых для объяснения явлений. Если гипотеза не вступает в про­тиворечие ни с одним из опытных фактов, то она приобретает статус элемента теории. Критерием истинности гипотезы, тео­рии является эксперимент.

Процесс научного познания в физике может быть представлен в виде схемы:

Связь физики с другими естественными науками, математикой, техникой, философией носит двусторонний характер и способству­ет развитию как последних, так и самой физической науки.

В настоящее время физика занимает лидирующее положение среди естественных наук. Это определяется богатством и многооб­разием идей и методов исследования современной физики, их фун­даментальным значением для гносеологии (теории познания), для развития диалектико-материалистического миропонимания. Не менее важно влияние физики и на развитие производительных сил общества. Ряд областей современной техники, таких как электро­ника (включая полупроводники и квантовую электронику), ядерная техника и ракетостроение, радиотехника и др., настолько тесно переплетается с физикой, что становится неотъемлемым от неё.

Это указывает на важность физики как дисциплины в системе подготовки всесторонне разви­того, высоко­квали­фицированного специалиста.

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ПРЕПОДАВАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

 

1.1.    Цель преподавания дисциплины.

Физика - это наука о наиболее простых и общих формах движения материи. Она относится к естественным наукам, задачей которых является изучение основных законов природы. Физика образует прочный фундамент всего естествознания; методы физи­ческой науки позволили обеспечить мощный прогресс в развитии других естественных наук: биологии, химии, астрономии, геологии и других. Физика является базовой дисциплиной для большинства общеинженерных и специальных дисциплин.

Цель преподавания курса физики заключается в том, чтобы:

• научить студентов понимать основные законы механики, моле­кулярной физики, электродинамики, оптики, атомной и ядерной физики, физики твердого тела и использовать их в металлурги­ческих производствах;

• использовать методы теоретического и экспериментального иссле­до­вания физических явлений с целью их качественного и количественного анализа, распознавать физические связи в тех­нологических процессах;

• научить использовать современное физическое оборудование и приборы, методы физического эксперимента применительно к требованиям профессиональной подготовки по данной специ­альности.

 

1.2.    Задачи изучения дисциплины.

Основными задачами изучения курса физики в вузе являются:

1. Создание у студентов основ достаточно широкой теоретиче­ской подготовки в области физики;

2. Формирование научного мышления и научного мировоззрения;

3. Усвоение основных методов физического исследования;

4. Выработка у студентов приемов и навыков решения конкрет­ных задач из разных областей физики, помогающим студентам в дальнейшем решать инженерные задачи;

5. Ознакомление студентов с современными измерительными прибо­рами, выработка навыков измерений и оценки погрешно­сти измерений.

В результате изучения дисциплины студенты должны приоб­рести практические умения и навыки:

• осуществлять правильное математическое описание различных физических явлений и процессов, происходящих в технологи­ческих аппаратах и устройствах. Выполнять решения составляемых уравнений и анализировать полученные результаты. Использовать в практической деятельности основные законы физики.

• использовать основные физические приборы: электронный ос­циллограф, мостовые схемы для измерения параметров элек­трических цепей, электроизмерительные приборы

• обрабатывать результаты физических и технологических изме­рений.

2. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ.

 

2-а. Распределение аудиторных учебных часов и других ви­дов учебной работы по семестрам

(специальности механико-машиностроительного факультета)

 

Семестр	Кредитов ECTS	Кредитов	Часы	Аудиторные часы				Самостоятельная работа	Распределение по семестрам
				Всего	Лекции	Практические	Лабораторные		Экзамен	Зачет	Курсовые работы
2	3	2	108	54	27	9	18	54	Да	Нет	Нет
3	3	2	108	54	27	9	18	54	Нет	Да	Нет
4	3	2	108	54	27	9	18	54	Да	Нет	Нет
Всего	9	6	324	162	81	27	54	162

 

2-б. Курс лекций:

Цель проведения лекций:

· последовательно и полно изложить материал в соответствии с программой;

· дать ясное и цельное представление о физике как современной науке;

· подготовить студента к работе с учебной и научной литерату­рой.

Задачи проведения лекций.

В результате прослушивания лекций студенты должны 

Ø знать:

· основные теоретические положения физики и методы физиче­ского исследования;

· основные физические законы классической и современной физики;

Ø уметь:

· применить физические принципы в тех областях техники, где они специализируются;

· воспроизводить и математически формулировать физические законы с целью их применения к решению физических и тех­нических задач;

· уметь анализировать физические явления в природе; уметь ориентироваться в потоке научной и технической ин­формации.

 

2-в. Разделы и темы курса.

Номер темы	Название раздела и темы
1	ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ.
1.1	Элементы кинематики.
1.2	Динамика материальной точки, системы материальных точек и поступательного движения твердого тела.
1.3	Динамика вращательного движения твердого тела.
1.4.	Работа и мощность. Энергия. Законы сохранения.
1.5	Элементы специальной теории относительности.
1.6	Элементы механики сплошных сред.
2	ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
2.1	Электростатика.
2.2	Постоянный электрический ток в проводниках.
3	ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ
3.1	Магнетизм.
3.2	Электромагнитная индукция. Уравнения Максвелла.
4	КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ. ОПТИКА
4.1	Кинематика и динамика колебательного движения.
4.2	Упругие и электромагнитные волны.
4..3	Интерференция волн.
4.4	Дифракция волн.
4.5	Электромагнитные волны в веществе. Дисперсия.
4.6.	Квантовая оптика. Фотоны
5	КВАНТОВАЯ И АТОМНАЯ ФИЗИКА.
5.1	Корпускулярно-волновой дуализм материи.
5.2	Уравнение Шредингера
5.3	Атом.
6	ОСНОВЫ ФИЗИКИ МАКРОСИСТЕМ
6.1	Макро- и микросостояния. Уравнения состояния.
6.2	Основы термодинамики.
6.3	Явления переноса.
6.4	Начала статистической физики.
6.5	Электрические свойства твердых тел.
7	СОВРЕМЕННАЯ ФИЗИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА.

 

Рабочей программой, с которой можно ознакомиться на сайте ПГТУ предусмотрено следующее распределение модулей (разделов) по семестрам:

 

Введение

Лекция 1. Предмет физики. Методы физического исследования: опыт, гипотеза, эксперимент, теория. Связь физики с философией и другими науками. Роль физики в развитии техники. Физика и ин­женерное образование. Важнейшие этапы развития физики.

 

Элементы кинематики.

Лекция 2. Пространство и время. Система отсчета. Основные физические модели в механике. Кинематическое описание движения. Радиус-вектор, траектория, путь, перемещение. Скорость и ускорение. Средняя скорость, среднее ускорение. Скорость и ускорение при криволинейном движении. Нормальное и касательное ускорение. (Классификация видов движения. СРС) Угловая скорость и угловое ускорение. Связь между линейными и угловыми величинами.

 

Модуль 2. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

 

Электростатика.

Лекция 10. Электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Дискретность (квантование) электрического заряда. Закон Кулона. Идея близкодействия. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции. Поток вектора напряженности электрического поля. Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме. Применение теоремы Гаусса к расчету поля бесконечной однородно заряженной плоскости; (поля двух бесконечных однородно заряженных плоскостей, поля бесконечной однородно заряженной нити (цилиндра), поля заряженной сферической поверхности. СРС).

Лекция 11. Работа электростатического поля. Потенциальная энергия взаимодействия точечных зарядов. Потенциал электростатического поля. Связь потенциала с напряженностью электростатического поля. Циркуляция электростатического поля. (Электрический диполь. Потенциал и напряженность поля диполя. СРС).

 

Лекция 12. Распределение зарядов в проводнике. Проводники в электростатическом поле. Электроемкость уединенного проводника. Взаимная емкость проводников. Конденсаторы. Электроемкость плоского конденсатора. (Параллельное и последовательное соединение конденсаторов. СРС).  Энергия заряженного проводника. Энергия системы заряженных проводников. Энергия конденсатора. Энергия электростатического поля. Плотность энергии электростатического поля.

 

Лекция 13. Поляризационные заряды. Полярные и неполярные молекулы, ионные кристаллы в электростатическом поле. Вектор поляризации. Типы диэлектриков. Электрическое смещение. Диэлектрическая проницаемость среды. Основные уравнения электростатики диэлектриков. (Сегнетоэлектрики. Пьезоэффект. СРС).

 

Модуль 3. ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ

 

Магнетизм.

Лекция 15. Магнитное поле. Вектор магнитной индукции. Закон Ампера. Сила Ампера. Закон Био-Савара-Лапласа. Принцип суперпозиции. Магнитное поле прямого тока. Магнитное поле кругового тока. Магнитный момент. (Закон Ампера для взаимодействия двух параллельных, длинных проводников с током. СРС).  Поток вектора магнитной индукции. Теорема Гаусса для магнитного поля. Циркуляция вектора магнитной индукции. Закон полного тока. Магнитное поле соленоида. Контур с током в магнитном поле. Работа по перемещению контура с током в магнитном поле. Сила Лоренца. (Движение заряженных частиц в магнитном поле. Эффект Холла. Применение МГД явлений в науке и технике. СРС).

 

Лекция 16. Магнитные моменты атомов и молекул. Намагниченность. Типы магнетиков. Напряженность магнитного поля. Магнитная проницаемость среды. Природа диа- и парамагнетизма. (Ферромагнетики, их свойства и применение в технике. СРС).

 

Основы термодинамики.

Лекция 35. Количество теплоты. Работа газа при изменении его объема.

Первое начало термодинамики. (Применение первого начала термоди-намики к изопроцессам. СРС).  Теплоемкость. Молярная и удельная теплоемкость. Уравнение Майера. Классическая теория теплоемкости идеальных газов и ее недостаточность. Адиабатный процесс. (Уравнение Пуассона. СРС).

Лекция 36. Обратимые и необратимые процессы. Круговые процессы. Тепловые двигатели и холодильные машины. Цикл Карно и его к.п.д. (Вывод к.п.д. цикла Карно. СРС). Второе начало термодинамики. Энтропия, как термодинамический потенциал. Энтропия идеального газа. Статистическое толкование второго начала термодинамики.

 

Явления переноса.

Лекция 37. Процессы в неравновесных системах. (Среднее число столкновений и длина свободного пробега молекул в газах. СРС). Явление диффузии. Уравнение диффузии. Коэффициент диффузии для газов. Явление теплопроводности. Уравнение теплопроводности. Коэффициент теплопроводности для газов. Явление внутреннего трения (вязкости). Уравнение вязкости. Коэффициент вязкости для газов.

 

6.4 Начала статистической физики.

Лекция 38. Фазовое пространство. Элементарная ячейка фазового пространства. Функция распределения. Распределение Максвелла по скоростям. (Средняя, среднеквадратичная и наиболее вероятная скорости молекул идеального газа. Распределения Больцмана Барометрическая формула. СРС).  Статистическое описание квантовых систем. Квантование фазового пространства. Плотность состояний. Распределение Бозе-Эйнштейна и Ферми-Дирака. Идеальные квантовые газы.

Предисловие

Предметом физики являются наиболее общие свойства ма­терии, т.е. вещества и поля, а также закономерности и формы её движения. Здесь движение понимается в философском смысле как всякое изменение. Физика указывает законы, которыми пользуются все остальные естественные науки и техника, применяя их в от­дельных частных случаях. Методы физических исследований включают:

• наблюдение, т.е. изучение явлений в естественной, природной обстановке;

• эксперимент, т.е. изучение явления путем его воспроизведения в искусственной лабораторной обстановке;

• выдвижение гипотез, т.е. научных предположений, используе­мых для объяснения явлений. Если гипотеза не вступает в про­тиворечие ни с одним из опытных фактов, то она приобретает статус элемента теории. Критерием истинности гипотезы, тео­рии является эксперимент.

Процесс научного познания в физике может быть представлен в виде схемы:

Связь физики с другими естественными науками, математикой, техникой, философией носит двусторонний характер и способству­ет развитию как последних, так и самой физической науки.

В настоящее время физика занимает лидирующее положение среди естественных наук. Это определяется богатством и многооб­разием идей и методов исследования современной физики, их фун­даментальным значением для гносеологии (теории познания), для развития диалектико-материалистического миропонимания. Не менее важно влияние физики и на развитие производительных сил общества. Ряд областей современной техники, таких как электро­ника (включая полупроводники и квантовую электронику), ядерная техника и ракетостроение, радиотехника и др., настолько тесно переплетается с физикой, что становится неотъемлемым от неё.

Это указывает на важность физики как дисциплины в системе подготовки всесторонне разви­того, высоко­квали­фицированного специалиста.

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ПРЕПОДАВАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

 

1.1.    Цель преподавания дисциплины.

Физика - это наука о наиболее простых и общих формах движения материи. Она относится к естественным наукам, задачей которых является изучение основных законов природы. Физика образует прочный фундамент всего естествознания; методы физи­ческой науки позволили обеспечить мощный прогресс в развитии других естественных наук: биологии, химии, астрономии, геологии и других. Физика является базовой дисциплиной для большинства общеинженерных и специальных дисциплин.

Цель преподавания курса физики заключается в том, чтобы:

• научить студентов понимать основные законы механики, моле­кулярной физики, электродинамики, оптики, атомной и ядерной физики, физики твердого тела и использовать их в металлурги­ческих производствах;

• использовать методы теоретического и экспериментального иссле­до­вания физических явлений с целью их качественного и количественного анализа, распознавать физические связи в тех­нологических процессах;

• научить использовать современное физическое оборудование и приборы, методы физического эксперимента применительно к требованиям профессиональной подготовки по данной специ­альности.

 

1.2.    Задачи изучения дисциплины.

Основными задачами изучения курса физики в вузе являются:

1. Создание у студентов основ достаточно широкой теоретиче­ской подготовки в области физики;

2. Формирование научного мышления и научного мировоззрения;

3. Усвоение основных методов физического исследования;

4. Выработка у студентов приемов и навыков решения конкрет­ных задач из разных областей физики, помогающим студентам в дальнейшем решать инженерные задачи;

5. Ознакомление студентов с современными измерительными прибо­рами, выработка навыков измерений и оценки погрешно­сти измерений.

В результате изучения дисциплины студенты должны приоб­рести практические умения и навыки:

• осуществлять правильное математическое описание различных физических явлений и процессов, происходящих в технологи­ческих аппаратах и устройствах. Выполнять решения составляемых уравнений и анализировать полученные результаты. Использовать в практической деятельности основные законы физики.

• использовать основные физические приборы: электронный ос­циллограф, мостовые схемы для измерения параметров элек­трических цепей, электроизмерительные приборы

• обрабатывать результаты физических и технологических изме­рений.

2. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ.

 

2-а. Распределение аудиторных учебных часов и других ви­дов учебной работы по семестрам

(специальности механико-машиностроительного факультета)

 

Семестр	Кредитов ECTS	Кредитов	Часы	Аудиторные часы				Самостоятельная работа	Распределение по семестрам
				Всего	Лекции	Практические	Лабораторные		Экзамен	Зачет	Курсовые работы
2	3	2	108	54	27	9	18	54	Да	Нет	Нет
3	3	2	108	54	27	9	18	54	Нет	Да	Нет
4	3	2	108	54	27	9	18	54	Да	Нет	Нет
Всего	9	6	324	162	81	27	54	162

 

2-б. Курс лекций:

Цель проведения лекций:

· последовательно и полно изложить материал в соответствии с программой;

· дать ясное и цельное представление о физике как современной науке;

· подготовить студента к работе с учебной и научной литерату­рой.

Задачи проведения лекций.

В результате прослушивания лекций студенты должны 

Ø знать:

· основные теоретические положения физики и методы физиче­ского исследования;

· основные физические законы классической и современной физики;

Ø уметь:

· применить физические принципы в тех областях техники, где они специализируются;

· воспроизводить и математически формулировать физические законы с целью их применения к решению физических и тех­нических задач;

· уметь анализировать физические явления в природе; уметь ориентироваться в потоке научной и технической ин­формации.

 

2-в. Разделы и темы курса.

Номер темы	Название раздела и темы
1	ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ.
1.1	Элементы кинематики.
1.2	Динамика материальной точки, системы материальных точек и поступательного движения твердого тела.
1.3	Динамика вращательного движения твердого тела.
1.4.	Работа и мощность. Энергия. Законы сохранения.
1.5	Элементы специальной теории относительности.
1.6	Элементы механики сплошных сред.
2	ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
2.1	Электростатика.
2.2	Постоянный электрический ток в проводниках.
3	ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ
3.1	Магнетизм.
3.2	Электромагнитная индукция. Уравнения Максвелла.
4	КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ. ОПТИКА
4.1	Кинематика и динамика колебательного движения.
4.2	Упругие и электромагнитные волны.
4..3	Интерференция волн.
4.4	Дифракция волн.
4.5	Электромагнитные волны в веществе. Дисперсия.
4.6.	Квантовая оптика. Фотоны
5	КВАНТОВАЯ И АТОМНАЯ ФИЗИКА.
5.1	Корпускулярно-волновой дуализм материи.
5.2	Уравнение Шредингера
5.3	Атом.
6	ОСНОВЫ ФИЗИКИ МАКРОСИСТЕМ
6.1	Макро- и микросостояния. Уравнения состояния.
6.2	Основы термодинамики.
6.3	Явления переноса.
6.4	Начала статистической физики.
6.5	Электрические свойства твердых тел.
7	СОВРЕМЕННАЯ ФИЗИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА.

 

Рабочей программой, с которой можно ознакомиться на сайте ПГТУ предусмотрено следующее распределение модулей (разделов) по семестрам:

 

г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА КУРСА «ФИЗИКА»

 

ВТОРОЙ СЕМЕСТР

Введение

Лекция 1. Предмет физики. Методы физического исследования: опыт, гипотеза, эксперимент, теория. Связь физики с философией и другими науками. Роль физики в развитии техники. Физика и ин­женерное образование. Важнейшие этапы развития физики.