РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины ФИЗИКА

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины ФИЗИКА
для подготовки дипломированных специалистов по специальности
060800 «Экономика и управление на предприятии нефтяной и
газовой промышленности»
1. Цели и задачи дисциплины.
Целью преподавания дисциплины “Физика” является получение студентами
основополагающих представлений о фундаментальном строении материи и
физических принципах, лежащих в основе современной естественнонаучной
картины мира. Курс должен способствовать формированию у студентов
современного естественнонаучного мировоззрения, развитию научного
мышления и расширению их научно-технического кругозора.
Главной задачей курса является овладение основными физическими
понятиями и законами, действующими в природе, получение представлений о
фундаментальных концепциях современного естествознания, моделях и методах
научных исследований. Курс должен способствовать формированию у
студентов ясного представления о физической картине мира как основе
целостности и многообразия природы.
В результате изучения дисциплины “Физика” студент должен иметь
представление:
 о Вселенной в целом как физическом объекте и ее эволюции;
 о динамических и статистических закономерностях в природе;
 о вероятности как объективной характеристике природных систем;
 о дискретности и непрерывности в природе;
 о принципах симметрии и законах сохранения;
 о фундаментальных константах естествознания;
 о соотношении порядка и беспорядка в природе;
 о физическом моделировании;
 о новейших открытиях в физике;
2. Содержание дисциплины
1. Введение
Естественнонаучная и гуманитарная культуры. Научное познание материального
мира и естествознание. Научный метод. Роль опыта. Язык науки и реальность. Физика
как наиболее фундаментальная среди других естественнонаучных дисциплин. Физика и
научно-технический прогресс. Экономическая эффективность внедрения новой
техники и прогрессивных наукоемких технологий. Техногенное общество. Проблемы
энергетики, ресурсов, экологии для современной цивилизации.
Структурные уровни организации материи. Предмет и язык физики и других
естественных наук. Роль моделей в процессе познания материального мира. Физика как
культура моделирования. Развитие и преемственность научных знаний.
2. Современные представления о фундаментальном строении материи
Пространственная и временная шкалы в природе. Иерархия объектов в природе
и разделы физики. Микро-, макро-, мега-мир. Корпускулярная и континуальная
концепции описания природы: вещество и поле. Фундаментальные элементарные
частицы и фундаментальные взаимодействия, их роль в образовании структурных
уровней строения материи в нашей Вселенной: от кварк-лептонного уровня до
макротел. Квантовая лестница природы. Вещество и антивещество. Физический
вакуум, его креативная роль. Объединение взаимодействий.
3. Классическая физика мира дискретных объектов – механика Ньютона
Механическая форма движения материи. Классическая механика и границы ее
применимости. Основные физические модели: материальная точка (частица), система
частиц, абсолютно твердое тело. Поступательное и вращательное движения.
Кинематические характеристики материальной точки и твердого тела. Движение
классических частиц по траекториям и решение основной задачи кинематики.
Основная задача механики. Динамические характеристики движения тел: масса
и момент инерции, импульс и момент импульса, сила и момент силы. Силы в природе.
Основной закон движения (второй закон Ньютона) для материальной точки и твердого
тела.
Работа и энергия, мощность. Кинетическая энергия как энергия, связанная с
движением тел. Консервативные и диссипативные силы. Потенциальная энергия как
характеристика поля консервативных сил. Потенциальная энергия в гравитационном и
электростатическом полях. Различные виды энергии: механическая, тепловая,
химическая, звуковая, электромагнитная, ядерная.
Законы сохранения импульса, момента импульса, энергии как фундаментальные
законы природы, их связь с однородностью, изотропностью пространства и
однородностью времени.
4. Колебательные и волновые процессы
Отличие волнового движения от движения частиц по траекториям.
Периодические и волновые процессы в природе. Единый подход к колебаниям
различной физической природы. Уравнение гармонического колебания и бегущей
волны. Собственные и вынужденные колебания. Роль резонансных явлений в природе
и технике. Волны различной природы.
5. Электромагнитное поле и излучение
Электрический заряд и электромагнитное взаимодействие. Закон сохранения
электрического заряда, дискретность и инвариантность электрического заряда.
Электрические и магнитные поля в вакууме. Источники электрического и
магнитного полей. Силовые характеристики полей и их наглядное представление с
помощью силовых линий. Принцип суперпозиции для электромагнитных полей. Силы
Кулона, Лоренца, Ампера. Потенциальный характер электростатического и вихревой
характер магнитного полей.
Законы постоянного тока. Явление электромагнитной индукции. Взаимосвязь
электрических и магнитных полей. Уравнения Максвелла.
Электромагнитные волны как следствия уравнений Максвелла. Скорость
распространения электромагнитных волн. Шкала электромагнитных волн.
Электромагнитное излучение различных диапазонов: оптический диапазон,
инфракрасное и ультрафиолетовое излучения, радиоволны, рентгеновское и гаммаизлучения.
Приближения геометрической, волновой и квантовой оптики. Явления
интерференции и дифракции как проявление волновой природы света. Понятие о
поляризации и дисперсии света. Лазерное излучение, голография, их практическое
применение.
6. Основные представления релятивистской физики
Инерциальные и неинерциальные системы отсчета. Принцип относительности.
Преобразования координат и сложение скоростей нерелятивистских частиц.
Специальная теория относительности Эйнштейна. Постулаты СТО и их
экспериментальное обоснование. Относительность понятия одновременности.
Релятивистское сокращение длины и замедление времени. Релятивистская динамика.
Инварианты классической и релятивистской физики. Взаимосвязь массы и энергии.
Энергия покоя. Дефект масс и энергия связи ядер. Энергетика химических и ядерных
реакций.
Понятие об общей теории относительности. Геометрия и гравитация.
Космологические проблемы общей теории относительности. Гравитация и расширение
Вселенной. Звезды и их эволюция. Черные дыры.
7. Квантовая физика – физика микромира
Корпускулярно-волновой дуализм свойств материи. Фотоны, их характеристики.
Проявления квантовой природы света. Фотоэффект. Фотоэлектрические приборы.
Солнечные батареи как альтернативные источники энергии. Роль солнечной энергии
для жизни на Земле.
Волновые
свойства
микрочастиц.
Длина
волны
де
Бройля.
Квантовомеханическое описание микрообъектов. Неприемлемость использования
понятия
траектории для описания движения микрочастиц. Принципы
неопределенности и дополнительности. Вероятностное описание микрочастиц.
Волновая функция. Квантовое состояние и принцип суперпозиции. Атом Бора и
квантовомеханическое описание водородоподобных атомов. Квантовые числа. Спин
электрона. Распределение электронов в атоме по состояниям. Периодическая система
элементов. Тождественность микрочастиц.
Физика атомного ядра. Радиоактивность. Физические основы защиты
биологических объектов от излучения. Ядерные реакции. Перспективы ядерной
энергетики. Проблемы экологии и безопасности работы атомных установок.
8. Макросистемы. Статистический и термодинамический методы
Макросистемы. Термодинамический и статистический методы изучения
макросистем. Динамические и статистические закономерности в природе.
Вероятностный характер законов, описывающих поведение ансамблей большого числа
частиц.
Классическая и квантовая статистики. Фермионы и бозоны, особенности их
коллективного поведения.
Основные представления молекулярно-кинетической теории. Модель
идеального газа. Взаимодействия между молекулами и агрегатные состояния вещества.
Реальные газы. Конденсированное состояние. Поверхностный слой, роль
поверхностных явлений в природе.
Основы термодинамики. Начала термодинамики и проблема тепловых
двигателей. Термодинамическая вероятность и энтропия.
Порядок и беспорядок в природе. Энтропия как мера беспорядка. Природа
необратимости. Направление процессов в природе и закон возрастания энтропии.
9. Эволюционно-синергетические представления в естествознании
Самоорганизация в природе. Открытые системы, обмен энергией, энтропией,
информацией. Роль нелинейности и диссипации. Неравновесные диссипативные
системы. Энтропия и информация. Живые системы против энтропии.
Эволюционно-синергетические принципы развития материи и природных
систем. Направленный характер развития природы – от простого к сложному.
Универсальные модели эволюции. Развивающаяся Вселенная: от Большого Взрыва до
образования галактик и звезд. Космологическая и галактическая стрелы времени.
Эволюция звезд (звездная стрела времени). Происхождение Солнечной системы.
Гуманитарные приложения синергетики. Ноосфера. – человек и эволюция
Земли. Принципы универсального эволюционизма и проблемы коэволюции.
Конвергенция естественнонаучного и гуманитарного знания – путь к единой культуре.
3. Лабораторные и практические занятия
Лабораторные занятия проводятся в лабораторном физическом практикуме
кафедры физики. Студенты должны освоить методику обработки результатов
измерений и выполнить пять лабораторных работ: три лабораторные работы на
компьютерных моделях (темы – элементарные частицы, радиоактивность,
электростатические поля, движение заряженных частиц в электромагнитных полях,
явления дифракции и интерференции); две лабораторные работы по разделам курса
(механика, молекулярная физика, электричество, волновая оптика).
Практические занятия проводятся по темам:
1. Классическая механика частиц. Законы сохранения.
2. Электрические и магнитные поля.
3. Колебания и волны.
4. Элементы квантовой и релятивистской физики.
5. Статистический и термодинамический методы изучения макросистем.
1.
2.
3.
4.
4. Учебно-методическое обеспечение дисциплины.
4.1. Рекомендуемая литература
а) основная литература:
1. Трофимова Т.И. Курс физики. М., Высшая школа, 1994.
2. Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике. М., Интеграл-Пресс,
1997.
3. Любутина Л.Г., Нагаев В.Б. Физическая картина мира.
Фундаментальное строение материи. Методическое пособие кафедры
физики РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина. М., 2003.
б) дополнительная литература:
Савельев И.В. Курс общей физики. М., Наука, Физматлит, 1998, т. 1-3.
Нагаев В.Б., Медведев Б.И. Неравновесная термодинамика. Методическое
пособие кафедры физики РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина. М., 1996.
Черноуцан А.И. «Физика» в книге «Справочник для студентов технических
вузов». М. Астрель-АСТ, 2000.
С. Хокинг. Краткая история времени.  СПб: Амфора, 2001
4.2. Средства обеспечения освоения дисциплины
 Мультимедийное сопровождение лекционного курса (мультимедийное
оборудование PT-L595 EA фирмы Panasonic):: демонстрация научнопопулярных фильмов по физике (комплект видеостудии «КВАРТ»);
компьютерные лекционные демонстрации (мультимедийный курс
«Открытая физика» фирмы НЦ Физикон, компьютерные модели физических
явлений).
 Лекционные демонстрационные опыты (банк лекционных демонстраций
кафедры физики содержит более 200 лекционных демонстраций по всем
разделам курса физики).
 Компьютерные лабораторные работы по всем разделам курса:
радиоактивность, элементарные частицы, электростатическое поле,
движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях,
колебания, геометрическая и волновая оптика.