Социально-личностные и общекультурные компетенции (СЛК)

- обладать математической и естественнонаучной культурой, в том числе в области физики, как частью профессиональной и общечеловеческой культуры;

- обладать способностью проводить доказательства утверждений как составляющей когнитивной и коммуникативной функции;

Профессиональные компетенции (ПК)

- самостоятельно приобретать новые знания, используя современные образовательные и информационные технологии;

- использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования;

- демонстрировать глубокое знание всех разделов (модулей) общей физики, уметь использовать их на соответствующем уровне;

- понимать различие в методах исследования физических процессов и явлений на эмпирическом и теоретическом уровне, необходимость верификации теоретических выводов, анализа их области применения;

- уметь решать физические проблемы повышенной сложности, в том числе требующие оригинальных подходов;

- обладать умением читать и анализировать учебную и научную литературу по физике, в том числе на иностранном языке;

- уметь представлять физические утверждения, доказательства, проблемы, результаты физических исследований ясно и точно в терминах, понятных для профессиональной аудитории как в письменной, так и в устной форме.

- демонстрировать умение и способность к применению новых фундаментальных результатов в области физики к созданию новых практических, в том числе технических и технологических, решений объектов;

- знать физический фундамент современной техники и технологий.

В результате изучения курса физики студенты должны приобрести следующие знания, умения и навыки, применимые в их последующем обучении и профессиональной деятельности:

Знания

-основные физические явления и основные законы физики; границы их применимости, применение законов в важнейших практических приложениях;

-основные физические величины и физические константы, их определение, смысл, способы и единицы их измерения;

-фундаментальные физические опыты и их роль в развитии науки;

-назначение и принципы действия важнейших физических приборов;

Умения

-объяснить основные наблюдаемые природные и техногенные явления и эффекты с позиций фундаментальных физических взаимодействий;

-указать, какие законы описывают данное явление или эффект;

-истолковывать смысл физических величин и понятий;

-записывать уравнения для физических величин в системе СИ;

-работать с приборами и оборудованием современной физической лаборатории;

-использовать различные методики физических измерений и обработки экспериментальных данных;

-использовать методы адекватного физического и математического моделирования, а также применять методы физико-математического анализа к решению конкретных естественнонаучных и технических проблем;

Навыки

-использования основных общефизических законов и принципов в важнейших практических приложениях;

-применения основных методов физико-математического анализа для решения естественнонаучных задач;

-правильной эксплуатации основных приборов и оборудования современной физической лаборатории;

-обработки и интерпретирования результатов эксперимента;

-использования методов физического моделирования в инженерной практике.

2.2 Перечень дисциплин, усвоение которых студентам необходимо для изучения дисциплины физика.

Наименование дисциплины	Наименование разделов (тем)
Философия.	Материалистическая диалектика.
Высшая математика.	1.Понятие о производной.
	2. Понятие об интегральной сумме и определенном интеграле.
	3. Скалярное и векторное произведение.
	4. Понятие о дифференциальных уравнениях первого и второго порядка с постоянными коэффициентами однородных и с правой частью. Решения этих уравнений; нахождение экстремумов функции.
	5. Понятие об уравнениях в частных производных вообще и об уравнениях в частных производных второго порядка - в частности.
	6. Понятие об операторах.
	7. Понятие о полном и неполном дифференциале.
	8. Понятие о частной производной для функции.
	9. Понятие о криволинейном интеграле.
	10. Понятие о вероятности.
	11. Теорема Стокса.
	12. Теорема Остроградского-Гаусса.
	13. Понятие о системах дифференциальных уравнений в частных производных, задачах для них.
	14. Понятие о вариации функции, а также понятие о вариационных принципах.

Задачами курса физики являются:

-изучение законов окружающего мира в их взаимосвязи;

-овладение фундаментальными принципами и методами решения научно-технических задач;

-формирование навыков по применению положений фундаментальной физики к грамотному научному анализу ситуаций, с которыми инженеру приходится сталкиваться при создании новой техники и новых технологий;

-освоение основных физических теорий, позволяющих описать явления в природе, и пределов применимости этих теорий для решения современных и перспективных технологических задач;

-формирование у студентов основ естественнонаучной картины мира;

-ознакомление студентов с историей и логикой развития физики и основных её открытий.

3. Содержание дисциплины

3.1. Тематический план дисциплины

Минимальный уровень (МУ) – 9-11 зачетных единиц (~ 300 часов) предполагает способность воспроизводить типовые ситуации, использовать их в решении простейших задач. На этом уровне рассматриваются только модельные представления, описывающие достаточно ограниченный круг экспериментальных ситуаций.

№ разделов дисциплины	Наименование разделов дисциплины	Лекции	Практические занятия	Лабораторные занятия
	Физические основы механики	*	*	*
	Электричество и магнетизм	*	*	*
	Физика колебаний и волн. Оптика	*	*	*
	Квантовая физика. Атомная и ядерная физика	*	*	*
	Молекулярная физика и термодинамика	*	*	*
	Современная физическая картина мира	*	*
	Физический практикум			*

Содержание лекций

№ раздела дисциплины	Наименование раздела, подраздела и их основное содержание дисциплины	Количество часов
Дневная форма обуче-ния	Заочная форма обуче-ния
	Введение Предмет физики. Методы физического исследования: опыт, гипотеза, эксперимент, теория. Пространство и время. Материя и взаимодействие. Раздел 1. Механика Предмет механики. Кинематика и динамика. Ньютонова механика, релятивистская механика, квантовая механика. Глава 1.1. Элементы кинематики §1.1.1. Понятие системы отсчета; относительность движения. Модели в механике: материальная точка, система материальных точек, твердое тело, сплошная среда. Число степеней свободы абсолютно твердого тела. Частные случаи движения абсолютно твердого тела. §1.1.2. Способы кинематического описания движения материальной точки: векторный, координатный, «естественный». §1.1.3. Движение материальной точки по окружности. Угловая скорость и угловое ускорение. Связь между кинематическими величинами при различных способах описания. Глава 1.2. Динамика материальной точки и поступательного движения твердого тела §1.2.1. Основная задача динамики. Понятие состояния в классической механике. Первый закон Ньютона и понятие инерциальной системы отсчета. Принцип относительности Галилея. §1.2.2. Масса. Плотность. Эталон массы в СИ. Сила. Свойства силы. Второй закон Ньютона как уравнение движения. Некоторые силы, используемые в классической механике. Представление уравнения движения в векторной и координатной формах. §1.2.3. Импульс. Сила как производная импульса. Третий закон Ньютона и закон сохранения импульса.
	Глава 1.3. Закон сохранения импульса §1.3.1. Импульс системы тел. Закон сохранения импульса системы. §1.3.2. Реактивное движение. Уравнение Мещерского. Формула Циолковского. §1.3.3. Центр масс. Теорема о движении центра масс. Система центра масс. Глава 1.4. Закон сохранения момента импульса. Динамика вращательного движения твердого тела §1.4.1. Момент импульса материальной точки. Момент силы. Уравнение моментов. Момент импульса и момент силы относительно оси. §1.4.2. Момент импульса системы тел. Закон сохранения момента импульса системы. §1.4.3. Уравнение движения и равновесия твердого тела. §1.4.4. Момент инерции тела относительно оси. Основное уравнение динамики вращательного движения твердого тела с закрепленной осью вращения. Теорема Штейнера. Моменты инерции некоторых тел. §1.4.5. Движение тела в центральном поле сил. Законы Кеплера.
	Глава 1.5. Работа и механическая энергия. Закон сохранения энергии §1.5.1. Механическая работа. Работа некоторых сил. Мощность. §1.5.2. Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальная энергия частиц. Потенциальная энергия и сила поля. §1.5.3. Кинетическая и полная механическая энергия частицы и системы тел. Закон сохранения механической энергии. §1.5.4. Связь между энергиями в различных системах отсчета. Теорема Кёнига. Кинетическая энергия при плоском движении твердого тела. Глава 1.6. Элементы механики сплошных сред §1.6.1. Упругие деформации. Закон Гука. Сдвиг и кручение. §1.6.2. Гидростатика несжимаемой жидкости. Закон Паскаля. Гидростатическое давление. Закон Архимеда. §1.6.3. Стационарное движение идеальной жидкости. Уравнение непрерывности. Уравнение Бернулли. §1.6.4. Гидродинамика вязкой жидкости. Коэффициент динамической вязкости. Течение по трубе. Формула Пуазейля. Глава 1.7. Элементы релятивистской кинематики и динамики §1.7.1. Проблема относительности в электродинамике. Опыт Майкельсона-Морли. Преобразования Лоренца. §1.7.2. Относительность промежутков времени и длин. Причинность в частной теории относительности. §1.7.3. Преобразование скоростей в релятивистской кинематике. §1.7.4. Закон взаимосвязи массы и энергии. Преобразования импульса и энергии при переходе из одной системы отсчета в другую. Инвариант преобразований. §1.7.5. Уравнение движения релятивистской частицы. Работа и кинетическая энергия в релятивистской динамике
	Раздел 2. Электричество и магнетизм Глава 2.1. Электростатика §2.1.1. Предмет классической электродинамики. Электрический заряд и его свойства. Линейная, поверхностная и объемная плотности заряда. Закон Кулона. §2.1.2. Идея близкодействия. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции. Поля точечного и распределенного зарядов. Силовые линии электрического поля. §2.1.3. Поток вектора напряженности электрического поля. Теорема Гаусса в интегральной и дифференциальной формах. §2.1.4. Применение теоремы Гаусса к расчету электростатических полей. §2.1.5. Работа электростатического поля. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля. Потенциал. Эквипотенциальные поверхности. §2.1.6. Связь потенциала с напряженностью электрического поля. Вычисление разности потенциалов в некоторых полях. §2.1.7. Поле электрического диполя. Сила и момент силы, действующие на диполь в электрическом поле. Энергия диполя
	Глава 2.2. Электростатическое поле в веществе §2.2.1. Микро- и макрополе; влияние вещества на поле. Поле внутри и снаружи проводника. Силы, действующие на поверхность проводника. Электростатическая защита. §2.2.2. Электороемкость уединенного проводника и конденсатора. Электроемкость конденсаторов различной формы. Соединения конденсаторов. §2.2.3. Виды диэлектриков и типы поляризации. Объемные и поверхностные связанные заряды. Поле в диэлектрике. Вектор поляризованности. Теорема Гаусса и граничные условия для вектора поляризованности. §2.2.4. Вектор электрической индукции. Теорема Гаусса для вектора электрической индукции в интегральной и дифференциальной формах. Диэлектрическая проницаемость. §2.2.5. Условия на границе раздела «диэлектрик-диэлектрик» и «проводник-диэлектрик». §2.2.6. Поле в однородном диэлектрике. §2.2.7. Электрическая энергия системы точечных и непрерывно распределенных зарядов. Энергия заряженных проводника и конденсатора. Энергия и плотность энергии электрического поля. Глава 2.3. Постоянный электрический ток §2.3.1. Электрический ток. Сила тока, плотность тока. Закон сохранения электрического заряда. §2.3.2. Закон Ома для однородного проводника и однородной проводящей среды в интегральной и дифференциальной формах.. Соединения резисторов. §2.3.3. Сторонние силы. ЭДС источника тока. Закон Ома для неоднородного проводника, участка цепи с источником тока и замкнутой цепи. Зарядка и разряд конденсатора. §2.3.4. Правила Кирхгофа. §2.3.5. Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной формах. КПД источника тока. Закон Видемана-Франца.
	Глава 2.4. Магнитное поле в вакууме §2.4.1. Сила Лоренца. Вектор магнитной индукции. Принцип суперпозиции. Силовые линии магнитного поля. §2.4.2. Индукция магнитного поля движущегося заряда. Закон Био-Савара-Лапласа для распределенных и линейных токов. Магнитное поле на оси кругового тока. Магнитный диполь. §2.4.3. Магнитный поток. Теоремы Гаусса и циркуляции для стационарного магнитного поля в интегральной и дифференциальной формах. §2.4.4. Применение теоремы о циркуляции вектора магнитной индукции к расчету полей бесконечного прямого тока, бесконечного соленоида и тороида. §2.4.5. Закон Ампера для распределенного и линейного тока. Взаимодействие линейных токов; определение единицы сила тока – ампера. Сила, действующая на рамку с током в однородном и неоднородном магнитном поле. §2.4.6. Момент силы, действующий на контур с током в однородном магнитном поле. Магнитный момент. Потенциальная энергия контура с током в магнитном поле. §2.4.7. Работа по перемещению контура с током в магнитном поле. §2.4.8. Движение зарядов в электрических и магнитных полях.
	Глава 2.5. Магнитное поле в веществе §2.5.1. Поле в магнетиках. Типы магнетиков и механизмы их намагничения. Вектор намагниченности. Теорема о циркуляции вектора намагниченности. §2.5.2. Вектор напряженности магнитного поля. Теорема о циркуляции вектора напряженности в интегральной и дифференциальной формах. Магнитная проницаемость магнетиков. §2.5.3. Граничные условия для векторов магнитной индукции и напряженности. §2.5.4. Поле в однородном магнетике. §2.5.5. Свойства ферромагнетиков. Глава 2.6. Электромагнитная индукция §2.6.1. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца. Природа электромагнитной индукции. Теорема о циркуляции вектора напряженности электрического поля для нестационарных полей. §2.6.2. Явление самоиндукции. Индуктивность. Индуктивность соленоида. ЭДС самоиндукции. Ток при замыкании и размыкании цепи с индуктивностью. Взаимная индукция. §2.6.3. Энергия и плотность энергии магнитного поля.
	Глава 2.7. Уравнения Максвелла. Принцип относительности в электродинамике §2.7.1. Ток смещения. Теорема о циркуляции вектора напряженности магнитного поля для переменных полей. §2.7.2. Система уравнений Максвелла в интегральной и дифференциальной формах и ее свойства. Инвариантность уравнений Максвелла относительно преобразований Лоренца
	Раздел 3. Физика колебаний и волн Глава 3.1. Кинематика гармонических колебаний §3.1.1. Понятие о колебательных процессах. Гармонические колебания и их характеристики (амплитуда, период, частота, круговая частота, фаза колебаний). Скорость и ускорение гармонических колебаний. §3.1.2. Представление гармонических колебаний в виде вращающихся векторов. Сложение колебаний одного направления с помощью векторной диаграммы. Биения. Модулированные колебания и спектральный анализ. §3.1.3. Сложение взаимно-перпендикулярных колебаний. Фигуры Лиссажу. Глава 3.2. Динамика гармонических и ангармонических колебаний §3.2.1.Пружинный, физический и математический маятники, электрический колебательный контур. Основное уравнение динамики гармонических колебаний. Преобразование энергии при гармонических колебаниях. §3.2.2. Связанные и нелинейные колебания. §3.2.3. Свободные затухающие колебания. Коэффициент затухания, логарифмический декремент, добротность. §3.2.4. Вынужденные колебания механического осциллятора под действием гармонической силы. Резонансные кривые. §3.2.5. Цепи переменного тока. Активное, индуктивное и емкостное сопротивления. Импеданс. Мощность, выделяемая в цепи переменного тока. Эффективные значения тока и напряжения
	Глава 3.3. Упругие волны §3.3.1. Уравнение волны и волновое уравнение. Плоские и сферические гармонические волны и их характеристики (амплитуда, частота, фаза, длина волны, волновое число). Фазовая скорость волны. §3.3.2. Фазовая скорость упругих волн в газах, жидкостях и твердых телах. §3.3.3. Принцип суперпозиции волн. Распространение волн в средах с дисперсией. Групповая скорость и ее связь с фазовой скоростью. Интерференция гармонических волн. Временная и пространственная когерентность. Стоячие волны. §3.3.4. Эффект Допплера для упругих волн. §3.3.5. Энергия и объемная плотность энергии волны. Вектор Умова. Интенсивность волны Глава 3.4. Электромагнитные волны §3.4.1.Волновое уравнение электромагнитной волны. Фазовая скорость.Электромагнитная природа световых волн. §3.4.2. Энергия, плотность энергии и плотность потока энергии (вектор Пойнтинга) электромагнитной волны. Импульс электромагнитной волны. Давление электромагнитной волны на поверхность тела. §3.4.3. Плоская электромагнитная волна в диэлектрике. Свойства электромагнитных волн. §3.4.4. Отражение и преломление электромагнитных волн на границе раздела диэлектриков.Сохранения частоты при отражении и преломлении. Законы отражения и преломления. Полное отражение. Соотношения для амплитуд и фаз при отражении и преломлении. Коэффициенты отражения и пропускания. §3.4.5. Эффект Допплера для электромагнитных волн. §3.4.6. Приближение лучевой оптики; основные законы и принципы. Применение принципа Ферма к выводу формулы тонкой линзы.
	Глава 3.5. Интерференция световых волн §3.5.1. Интерференция световых волн. Основной принцип интерференционных схем. Расчет интерференционной картины для щелей Юнга. Способы наблюдения интерференции (бизеркало Френеля, бипризма Френеля, интерферометр Майкельсона). Многолучевая интерференция. §3.5.2. Интерференция света в тонких пленках. Полосы равной толщины и равного наклона. Просветление оптики. Кольца Ньютона. Глава 3.6. Дифракция световых волн §3.6.1. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Интеграл Френеля. Зоны Френеля. Метод алгебраического сложения амплитуд. §3.6.2. Дифракция Френеля на круглом отверстии и экране. Графический метод сложения амплитуд в дифракции. Разрешающая способность оптических приборов. §3.6.3. Приближение Фраунгофера. Дифракция Фраунгофера на одной щели. §3.6.4. Дифракционная решетка. Дисперсия и разрешающая способность дифракционной решетки. §3.6.5. Понятие о голографическом методе получения и восстановления изображений.
	Глава 3.7. Электромагнитные волны в веществе §3.7.1. Дисперсия света. Теория Лоренца дисперсии диэлектрической проницаемости и показателя преломления. §3.7.2. Поглощение и рассеяние света. §3.7.3. Естественный и поляризованный свет. Закон Малюса. Поляризация при отражении и преломлении света; закон Брюстера. §3.7.4. Двойное лучепреломление в кристаллах. §3.7.5. Искусственное двойное лучепреломление. §3.7.6. Вращение плоскости поляризации. Эффект Фарадея.
	Раздел 4. Квантовая физика Глава 4.1. Квантовая природа излучения §4.1.1. Тепловое излучение. Основные характеристики теплового излучения. Абсолютно черное тело. Законы Кирхгофа, Вина и Стефана-Больцмана. §4.1.2. Формула Рэлея-Джинса и трудности классической теории теплового излучения. Формула Планка. §4.1.3. Энергия и импульс световых квантов. Давление света. Опыт Боте. §4.1.4. Фотоэффект. Тормозное рентгеновское излучение. Эффект Комптона. Глава 4.2. Корпускулярно-волновой дуализм. Квантовое состояние. Уравнение Шрёдингера §4.2.1. Гипотеза де Бройля и ее экспериментальное подтверждение. Дифракция электронов. Микрочастица в двухщелевом интерферометре. §4.2.2. Соотношения неопределенностей Гейзенберга. Наборы одновременно измеримых величин. §4.2.3. Задание состояний микрочастиц. Волновая функция и ее физический смысл. §4.2.4. Суперпозиция состояний в квантовой теории. Объяснение поведения частиц в двухщелевом интерферометре. §4.2.5. Временное и стационарное уравнения Шрёдингера. Стационарные состояния. §4.2.6. Частица в одномерной прямоугольной яме. §4.2.7. Прохождение частицы над и под барьером. Туннельный эффект
	Глава 4.3. Атом §4.3.1. Теория атома Резерфорда-Бора и ее противоречия. Опыты Франка и Герца. §4.3.2. Квантовая теория атома водорода и водородоподобных атомов. Квантовые числа. Энергетические уровни. Спектры водородоподобных атомов. Потенциалы возбуждения и ионизации. §4.3.3. Спин электрона. Опыты Штерна и Герлаха. Тонкая структура спектров. Полный момент импульса электрона. §4.3.4. Эффект Зеемана. §4.3.5. Принцип работы квантового генератора. Твердотельные и газовые лазеры. Глава 4.4. Атомное ядро §4.4.1. Строение атомных ядер. Феноменологические модели ядра: капельная, оболочечная. Ядерные силы. §4.4.2. Радиоактивные превращения атомных ядер. Виды и законы радиоактивного излучения. §4.4.3. Ядерные реакции. Порог реакций. Механизмы ядерных реакций. §4.4.4. Ядерные реакции деления. Цепные реакции деления. Ядерный реактор. §4.4.5. Термоядерные реакции. Управляемый термоядерный синтез. Детектирование ядерных излучений.
	Глава 4.5. Элементарные частицы §4.5.1. Типы фундаментальных взаимодействий. Элементарные частицы и их классификация. §4.5.2. Частицы и античастицы. Систематика элементарных частиц. Кварки. Раздел 5. Статистическая физики и термодинамика Глава 5.1. Основы термодинамики §5.1.1. Основные методы (термодинамический и статистический) в молекулярно-кинетической теории вещества. Законы и уравнение состояния идеального газа. §5.1.2. Внутренняя энергия, работа и теплота в термодинамике. Первое начало термодинамики. Работа расширения газов. Работа за цикл. §5.1.3. Теплоемкость. Уравнение Майера. Адиабатный процесс. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам. §5.1.4. Обратимые и необратимые процессы. Второе начало термодинамики. Цикл Карно. Максимальный КПД тепловой машины. §5.1.5. Приведенная теплота. Интеграл Клаузиуса. Энтропия, принцип возрастания энтропии.
	Глава 5.2. Физическая кинетика. Явления переноса §5.2.1. Понятие о физической кинетике. Время релаксации. Эффективное сечение рассеяния. Средняя длина свободного пробега молекул. §5.2.2. Гипотеза о равнораспределении энергии по степеням свободы. Классическая теория теплоемкостей газов и ее недостаточность. §5.2.3. Явления переноса. Законы Фика, Фурье и Ньютона. Коэффициенты диффузии, теплопроводности и вязкости для газов. Броуновское движение. Глава 5.3. Статистические распределения §5.3.1. Вероятность и флуктуации. Распределение Максвелла и его зависимость от температуры. Наиболее вероятная и средние скорости молекул. §5.3.2. Распределение числа частиц по высоте. Распределения Больцмана и Максвелла-Больцмана. Барометрическая формула.
	Итого:

Дата добавления: 2015-07-15