Памятка для студентов направления 222000 «Инноватика» по изучению дисциплины «Физика и естествознание» 3 семестр Дисциплина «Физика и естествознание» изучается в 3 и 4 семестре. В 3 семестре изучается два модуля: «Естествознание – система наук о природе» и «Электромагнитная картина мира. Физика полей». Виды занятий: лекции 17 часов, практические занятия 17 часов, лабораторные работы 17 часов, расчетное задание, самостоятельная работа студентов 39 часов. Форма промежуточной аттестации - ЗАЧЁТ. Самостоятельная работа студентов: 1. Подготовка к лекционным занятиям (7 часов); 2. Подготовка к практическим занятиям (7 часов); 3. Подготовка к лабораторным работам (7 часов); 3. Подготовка к контрольным работам (6 часов); 4. Выполнение расчётного задания (12 часов). Содержание дисциплины В теоретическом курсе будут рассмотрены следующие темы: МОДУЛЬ 1. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ – СИСТЕМА НАУК О ПРИРОДЕ. Естествознание как феномен культуры [3]. Две культуры как отражение двух типов мышления. Методы научного познания. Научная картина мира и ее место в мировоззрении людей. Формы познания. Научный метод и его роль в познании мира. Научное знание и его структура. Становление научного знания. Основополагающие принципы научной картины мира [3]. Системность, глобальный эволюционизм, самоорганизация и историчность. Системный подход в естествознании. Структурные уровни организации материи. Синергетическая парадигма. Квантовая механика и теория относительности – основа физики XX века. Принцип дополнительности Бора. МОДУЛЬ 2. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ КАРТИНА МИРА. ФИЗИКА ПОЛЕЙ. Электростатика [1-2]. Электростатика. Электрический заряд и закон сохранения электрического заряда. Силовые и энергетические характеристики поля. Принцип суперпозиции. Теорема Гаусса для электростатического поля. Работа сил электростатического поля. Циркуляция вектора напряженности. Потенциальная энергия заряда в электростатическом поле. Электрическое поле диполя. Диэлектрики и проводники в электростатическом поле [1-2]. Поляризация диэлектриков. Механизмы поляризации. Вектор электрического смещения. Диэлектрическая проницаемость вещества. Электрическое поле в однородном диэлектрике. Условия на границе двух диэлектриков. Распределение зарядов в проводнике. Электрическое поле внутри и вне проводника. Электростатическая защита. Емкость проводников и конденсаторов. Энергия заряженного конденсатора. Объемная плотность энергии электростатического поля. Постоянный электрический ток [1-2]. Сила и плотность тока. Уравнение непрерывности для плотности тока. Законы постоянного тока. Электродвижущая сила источника тока. Правила Кирхгофа. Классическая теория электропроводности металлов. Работа выхода электронов из металла. Электронная эмиссия. Магнитостатика [1-2]. Магнитное взаимодействие постоянных токов. Вектор магнитной индукции. Законы электромагнетизма. Движение зарядов в электрических и магнитных полях. Эффект Холла. Теорема о циркуляции (закон полного тока). Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле. Магнитное поле в веществе [1-2]. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость. Намагниченность вещества. Диа-, пара- и ферромагнетики. Магнитная проницаемость. Природа ферромагнетизма. 5 Электромагнитная индукция и теория Максвелла для элетромагнитного поля [1-2]. Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея. Правило Ленца. Самоиндукция. Энергия и плотность энергии магнитного поля. Взаимоиндукция. Система уравнений Максвелла в интегральной и физический смысл входящих в неё уравнений. Темы практических занятий [3-7, 9].. Номер занятия Содержание практического занятия Занятие 1 Универсальные принципы естествознания. Эволюция базовых понятий пространства и времени. Симметрия. Законы сохранения как следствие симметрии пространства-времени. Расчет напряженности и потенциала электростатических полей. Применение теоремы Гаусса к расчету электростатических полей. Проводники и диэлектрики в электростатическом поле. Электроемкость. Энергия электростатического поля. Постоянный электрический ток. Расчет электрических цепей. Правила Кирхгофа. Закон Джоуля - Ленца. Контрольная работа № 1. Закон Био-Савара-Лапласа и принцип суперпозиции для магнитных полей в вакууме. Силовое действие магнитного поля: сила Лоренца и сила Ампера. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Магнитное поле в веществе. Электромагнитная индукция. Энергия магнитного поля. Контрольная работа № 2. Занятие 2 Занятие 3 Занятие 4 Занятие 5 Занятие 6 Занятие 7 Занятие 8 Занятие 9 Объе м (час.) 2 2 2 2 2 2 2 2 1 Литература и учебно-методические материалы Основная литература. 1. Тpофимова Т.И. Куpс физики.- М.: Высшая школа, 2002, 2003.- 542 с. (207 экз). 2. Савельев И.В. Курс общей физики: [учеб. пособие для вузов по техн. направлениям и специальностям]: в 4 т./ И.В. Савельев. М.: КНОРУС, 2009 – т. 2: Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. - 2009. - 570 с (25 экз.). 3. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания : учеб. пособие для вузов по соц.-экон. специальностям / Т. Я. Дубнищева. - 6-е изд., испр. и доп. - М. : Академия, 2006. - 608 с. Задачники. 4. Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике. М.: Физматлит, 2003.- 640 с. (48 экз.). 5. Трофимова Т.И. Сборник задач по курсу физики для втузов. М.: Оникс 21 век: Мир и образование, 2003. -384 с. (7 экз). 6. Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики для техн. вузов/ В.С. Волькенштейн. 3-е изд. испр. и доп.. - СПб.: Книжный мир, 2003. - 328 с. (139 экз). 7. Савельев И.В. Курс общей физики: [учеб. пособие для вузов по техн. направлениям и специальностям]: в 4 т./ И.В. Савельев. М.: КНОРУС, 2009 – т. 4: Сборник вопросов и задач по общей физике. - 2009. - 375 с (25 экз.). 8. Трофимова Т.И. Сборник задач по курсу физики с решениями: учеб. пособие для втузов/ Т.И. Тpофимова, З.Г. Павлова. 2-е изд., испр. - М.: Высшая школа, 2001. - 592 с. (64 экз.), 2002 (31 экз.), 2003 (63 экз.). Учебные пособия и методические указания. 6 9. Кустов С.Л., Романенко В.В., Ракитин Р.Ю., Черных Е.В., Гурова Н.М., Полетаев Г.М. Лабораторные работы по физике. Часть II. Электричество и магнетизм. Методические указания (рабочая тетрадь №1, 2) по выполнению лабораторных работ для студентов очной формы обучения. - Барнаул: изд-во АлтГТУ, 2010. – 63 с. (5 экз.). 10. Науман Л.В., Полетаев Г.М., Пацева Ю.В., Жуковская Т.М. Методические указания к решению задач по физике. Часть II. Электричество. Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2007. – 47 с. (10 экз.). График контроля самостоятельной работы студента Модул ь 1 2 Контрольное испытание Время проведения Вес в итоговом рейтинге Защита 3 лаб. работ по расписанию занятий 0,12 Защита 4 инд. задач по расписанию консульт. 0,04 Контрольная работа № 1 9 неделя 0,09 Защита 3 лаб. работ по расписанию занятий 0,12 Защита 4 инд. задач по расписанию консульт. 0,04 Контрольная работа № 2 17 неделя 0,09 17 неделя 0,5 Зачет Примечани я Оцениваютс я по 100 баллов Примечания: (+) ПООЩРЕНИЯ – БОНУСЫ (+) : 1. Наличие конспекта всех лекций (не ксерокопии) – плюс от 1 до 3 баллов к семестровому рейтингу. 2. Активная работа на практическом занятии – плюс от 1 до 5 баллов к семестровому рейтингу. 3. Учет посещаемости занятий. Студент может получить дополнительные баллы за посещаемость занятий, определяемые по следующей схеме: Процент посещения (П) Дополнительные баллы (Бп) П ≤ 50 50< П ≤ 60 60< П ≤ 70 70< П ≤ 80 80< П ≤ 90 90<П≤ 100 Бп=0 Бп=2 Бп=4 Бп=6 Бп=8 Бп=10 (-) НАКАЗАНИЯ – ШТРАФЫ (-) : 1. Любое контрольное испытание, выполненное после срока без уважительной причины, оценивается на 10 % ниже. Максимальная оценка в этом случае 90 баллов. 2. Задолженности, ликвидированные во время сессии, оценивается на 25 % ниже. 4. ПРИМЕР ВЫЧИСЛЕНИЯ РЕЙТИНГА Пусть студент Иванов получил следующие баллы: 1 модуль: лабораторные работы – 90б, индивидуальные задания – 75б, контрольная работа № 1 – 60б. 2 модуль: лабораторные работы – 80б, индивидуальные задания – 70б, контрольная работа № 2 – 50б. Посещаемость: при посещаемости 63% балл за посещаемость составит– 4 б. Зачет: на зачете студент получил 65 баллов. На 1-й аттестации (9 неделя) его текущий рейтинг равен: 7 R Òåê 1 . 90 0 ,12 75 0 , 04 60 0 , 09 77. 0 ,12 0 , 04 0 , 09 На 2-й аттестации (в конце семестра) определяется текущий рейтинг, рассчитанный по результатам сдачи контрольных точек: RÒåê 2 ( 90 0 ,12 75 0 ,04 60 0 ,09 ) 80 0 ,12 70 0 ,04 50 0 ,09 72. ( 0 ,12 0 ,04 0 ,09 ) ( 0 ,12 0 ,04 0 ,09 ) Семестровый (предэкзаменационный) рейтинг вычисляется по формуле: RÑåì 0 ,9 RÒåê 2 Áï 0 ,9 72 4 69. Итоговый рейтинг рассчитывается после зачета по формуле: RÈòî ã RÑåì 0,5 RÝê ç 0,5 69 0,5 65 0,5 67. В экзаменационную ведомость и зачетку выставляется «зачтено» и шестьдесят семь баллов. 5. ПРАВИЛА ВЫСТАВЛЕНИЯ «АВТОМАТОВ» 1. Студент получает зачет «автоматом» по результатам аттестации в семестре, если семестровый рейтинг RСем ≥ 50, при этом защищены все лабораторные работы и выполнено расчетное (индивидуальное) задание. 2. Если все лабораторные работы защищены, а семестровый рейтинг RСем < 50, то студент выполняет зачетное задание в виде итоговой контрольной работы по всему изученному в семестре материалу. Доцент кафедры ОФ О.В. Андрухова ___________________ Заведующий кафедрой ОФ М.Д. Старостенков ___________________ 8 Памятка по изучению дисциплины « Физика и естествознание» для студентов направления 222000 «Инноватика» (4 семестр) В 4 семестре продолжается изучение дисциплина «Физика и естествознание». В этом семестре изучается 5 модулей: «Колебания и волны», «Волновая оптика», «Современные представления о строении материи», «Элементарные частицы – первооснова Вселенной» и «Динамические закономерности в природе» Виды занятий: лекции 34 часа, практические занятия 17 часов, лабораторные работы 17 часов , расчетное задание, самостоятельная работа студентов 94 часа. Форма промежуточной аттестации - ЭКЗАМЕН. Самостоятельная работа студентов: 1. Подготовка к лекционным занятиям (10 часов); 2. Подготовка к практическим занятиям (10 часов); 3. Подготовка к лабораторным работам (14 часов); 3. Подготовка к контрольным работам (6 часов); 4. Выполнение расчётного задания (18 часов). 5. Подготовка к экзамену (36 часов). Содержание дисциплины В теоретическом курсе будут рассмотрены следующие темы: МОДУЛЬ 3. КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ. Колебания [1-2]. Идеальный гармонический осциллятор. Уравнение идеального осциллятора и его решение. Амплитуда, частота и фаза колебания. Свободные затухающие колебания осциллятора с потерями. Вынужденные колебания. Волны [1-2]. Волновое движение. Плоская гармоническая волна. Длина волны, волновое число, фазовая скорость. Продольные и поперечные волны. Уравнение волны. Эффект Доплера. Плоские и сферические электромагнитные волны. Основные свойства электромагнитных волн. Вектор Пойнтинга. МОДУЛЬ 4. ВОЛНОВАЯ ОПТИКА. Интерференция света [2-3]. Интерференция световых волн. Когерентность. Условия интерференционных максимумов и минимумов. Методы наблюдения интерференции: деление волнового фронта и деление амплитуды. Дифракция света [2-3]. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция Френеля и Фраунгофера. Метод зон Френеля. Дифракция Френеля на простейших преградах. Дифракция Фраунгофера. Дифракционная решетка как спектральный прибор. Голографический метод получения и восстановления изображений. Поляризация света [2-3]. Форма и степень поляризации монохроматических волн. Получение и анализ линейно-поляризованного света. Закон Малюса. Закон Брюстера. Двойное лучепреломление. Искусственная оптическая анизотропия. Фотоупругость. Электрооптические и магнитооптические эффекты. Поглощение и дисперсия волн. [2-3]. Дисперсия света. Электронная теория дисперсии. Нормальная и аномальная дисперсии. Поглощение и рассеяние света. МОДУЛЬ 5. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРОЕНИИ МАТЕРИИ. Квантовые свойства электромагнитного излучения [2-3]. Тепловое излучение. Спектральные характеристики теплового излучения. Законы Кирхгофа, СтефанаБольцмана и Вина. Абсолютно черное тело. Формула Релея-Джинса и «ультрафиолетовая катастрофа». Гипотеза Планка. Квантовое объяснение законов теплового излучения. Корпускулярно-волновой дуализм света. Фотон. Масса, импульс фотона. Фотоэффект. Виды фотоэффекта. Законы внешнего фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Эффект Комптона. Развитие представлений об атоме в классической физике [2-3]. Модель атома Томсона. Ядерная модель атома. Эмпирические закономерности в атомных спектрах. 9 Формула Бальмера. Линейчатые спектры атомов. Опыт Франка-Герца. Модель атома Бора. Квантовая механика – основа представлений об объектах микромира [2-3]. Гипотеза де Бройля. Опыты Дэвиссона и Джермера. Дифракция микрочастиц. Измерения в квантовой механике. Соотношение неопределенности Гейзенберга и принцип дополнительности Бора. Применение боровского принципа к феноменам культуры и психики. Волновая функция, ее статистический смысл и условия, которым она должна удовлетворять. Уравнение Шредингера. Квантовая частица в одномерной потенциальной яме. Стационарное уравнение Шредингера для атома водорода. Волновые функции и квантовые числа. Правила отбора для квантовых переходов. Опыт Штерна и Герлаха. Эффект Зеемана. Собственный механический и магнитный моменты электрона в атоме. Строение атомов и периодическая система химических элементов Д.М.Менделеева. Порядок заполнения электронных оболочек. Оптические квантовые генераторы [2-3]. Спонтанное и индуцированное излучение. Инверсное заселение уровней активной среды. Основные компоненты лазера. Условие усиления и генерации света. Особенности лазерного излучения. Основные типы лазеров и их применение. Основы физики атомного ядра [2-3]. Состав атомного ядра. Характеристики ядра: заряд, масса, энергия связи нуклонов. Радиоактивность. Виды и законы радиоактивного излучения. Свойства и обменный характер ядерных сил. Ядерные реакции. Деление ядер. Синтез ядер. МОДУЛЬ 6. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ – ПЕРВООСНОВА ВСЕЛЕННОЙ Элементарные частицы [2-3]. Фундаментальные взаимодействия и проблема их объединения. Электрослабое взаимодействие. Стандартная модель элементарных частиц. Основные классы элементарных частиц. Частицы и античастицы. Фундаментальные частицы. Кварки. Калибровочные поля, струны. Симметрии квантовых систем и феномен ее нарушения, идеи объединения разных взаимодействий. Законы сохранения в микромире как следствие симметрии пространствавремени. Явные и скрытые симметрии, неточные законы сохранения. МОДУЛЬ 7. ДИНАМИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ В ПРИРОДЕ. Вариационные принципы в механике. Неравновесная термодинамика. Методы описания сложных систем. Порядок и беспорядок в системе. Синергетика. Негэнтропия. Самоорганизация в сложных системах. Бифуркации и теория катастроф. Бифуркационная диаграмма как модель эволюции сложных систем: природа, человек, общество. Темы практических занятий [4-8, 10, 11]. Номер занятия Занятие 1 Занятие 2 Занятие 3 Занятие 4 Занятие 5 Занятие 6 Занятие 7 Занятие 8 Занятие 9 Содержание практического занятия Объем (час.) Колебания. Сложение колебаний. 2 Уравнение и характеристики волн. Электромагнитные волны в 2 вакууме. Интерференция и дифракциясветовых волн. 2 Поляризация и дисперсия волн. 2 2 Контрольная работа № 3 Квантовая оптика. Атом Бора. 2 Элементы квантовой механики. Элементарные частицы. 2 Бифуркационная динамика систем. Теория катастроф в 2 естествознании. 1 Контрольная работа № 4 Литература и учебно-методические материалы 10 Основная литература. 1. Тpофимова Т.И. Куpс физики.- М.: Высшая школа, 2002, 2003.- 542 с. 2. Савельев И.В. Курс общей физики: [учеб. пособие для вузов по техн. направлениям и специальностям]: в 4 т./ И.В. Савельев. М.: КНОРУС, 2009 – т. 2: Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. - 2009. - 570 с. 3. Савельев И.В. Курс общей физики: [учеб. пособие для вузов по техн. направлениям и специальностям]: в 4 т./ И.В. Савельев. М.: КНОРУС, 2009 – т. 3: Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц. 2009. - 359 с. 4. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания : учеб. пособие для вузов по соц.-экон. специальностям / Т. Я. Дубнищева. - 6-е изд., испр. и доп. - М. : Академия, 2006. - 608 с. Задачники. 5. Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике. М.: Физматлит, 2003.- 640 с. 6. Трофимова Т.И. Сборник задач по курсу физики для втузов. М.: Оникс 21 век: Мир и образование, 2003. -384 с. 7. Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики для техн. вузов/ В.С. Волькенштейн. 3-е изд. испр. и доп.. - СПб.: Книжный мир, 2003. - 328 с. 8. Савельев И.В. Курс общей физики: [учеб. пособие для вузов по техн. направлениям и специальностям]: в 4 т./ И.В. Савельев. М.: КНОРУС, 2009 – т. 4: Сборник вопросов и задач по общей физике. - 2009. - 375 с. 9. Трофимова Т.И. Сборник задач по курсу физики с решениями: учеб. пособие для втузов/ Т.И. Тpофимова, З.Г. Павлова. 2-е изд., испр. - М.: Высшая школа, 2001. - 592 с. (64 экз.), 2002 (31 экз.), 2003. Учебные пособия и методические указания. 10. Кустов С.Л., Романенко В.В., Ракитин Р.Ю., Черных Е.В.. Лабораторные работы по физике. Часть III. Оптика. Атомная и ядерная физика Методические указания (рабочая тетрадь №1, 2) по выполнению лабораторных работ для студентов очной формы обучения. - Барнаул: изд-во АлтГТУ, 2010. – 59 с. 11. Пацева Ю.В., Полетаев Г.М, Науман Л.В., Жуковская Т.М. Учебно-методическое пособие по решению задач по курсу физики. Часть III. Оптика: для студентов всех форм обучения. – Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2010. – 64 с. 12. Пацева Ю.В., Полетаев Г.М. Учебно-методическое пособие по решению задач по физике. Часть IV. Атомная и ядерная физика. – Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2010. – 36 с. График контроля самостоятельной работы студента Вес в Модул Контрольное Примечани Время проведения итоговом ь испытание я рейтинге Защита 3 лаб. работ по расписанию занятий 0,12 Защита 4 инд. задач по расписанию консульт. 0,04 1 Контрольная работа № 9 неделя 0,09 Оцениваютс 1 я по 100 Защита 3 лаб. работ по расписанию занятий 0,12 баллов Защита 4 инд. задач по расписанию консульт. 0,04 2 Контрольная работа № 17 неделя 0,09 2 сессия Экзамен 0,5 Примечания: (+) ПООЩРЕНИЯ – БОНУСЫ (+) : 1. Наличие конспекта всех лекций (не ксерокопии) – плюс от 1 до 3 баллов к семестровому рейтингу. 2. Активная работа на практическом занятии – плюс от 1 до 5 баллов к семестровому 11 рейтингу. 3. Учет посещаемости занятий. Студент может получить дополнительные баллы за посещаемость занятий, определяемые по следующей схеме: Процент посещения (П) П ≤ 50 50< П ≤ 60 60< П ≤ 70 70< П ≤ 80 80< П ≤ 90 90<П≤ 100 Бп=0 Бп=2 Бп=4 Бп=6 Бп=8 Бп=10 Дополнительные баллы (Бп) (-) НАКАЗАНИЯ – ШТРАФЫ (-) : 1. Любое контрольное испытание, выполненное после срока без уважительной причины, оценивается на 10 % ниже. Максимальная оценка в этом случае 90 баллов. 2. Задолженности, ликвидированные во время сессии, оценивается на 25 % ниже. 4. ПРИМЕР ВЫЧИСЛЕНИЯ РЕЙТИНГА Пусть студент Иванов получил следующие баллы: 1 модуль: лабораторные работы – 90б, индивидуальные задания – 75б, контрольная работа № 1 – 60б. 2 модуль: лабораторные работы – 80б, индивидуальные задания – 70б, контрольная работа № 2 – 50б. Посещаемость: при посещаемости 63% балл за посещаемость составит– 4 б. Экзамен: на экзамене студент получил 65 баллов. На 1-й аттестации (9 неделя) его текущий рейтинг равен: 90 0 ,12 75 0 , 04 60 0 , 09 . R 77. Òåê 1 0 ,12 0 , 04 0 , 09 На 2-й аттестации (в конце семестра) определяется текущий рейтинг, рассчитанный по результатам сдачи контрольных точек: RÒåê 2 ( 90 0 ,12 75 0 ,04 60 0 ,09 ) 80 0 ,12 70 0 ,04 50 0 ,09 72. ( 0 ,12 0 ,04 0 ,09 ) ( 0 ,12 0 ,04 0 ,09 ) Семестровый (предэкзаменационный) рейтинг вычисляется по формуле: RÑåì 0 ,9 RÒåê 2 Áï 0 ,9 72 4 69. Итоговый рейтинг рассчитывается после зачета по формуле: RÈòî ã RÑåì 0,5 RÝê ç 0,5 69 0,5 65 0,5 67. В экзаменационную ведомость и зачетку выставляется «хорошо» и шестьдесят семь баллов. 5. ПРАВИЛА ДОПУСКА К ЭКЗАМЕНУ И ВЫСТАВЛЕНИЯ «АВТОМАТОВ» 1. К экзамену допускаются студенты, защитившие все лабораторные работы и сдавшие расчетное (индивидуальное) задание, при этом семестровый рейтинг RСем ≥ 25. 2. Студент получает экзамен «автоматом», если на момент окончания семестра итоговый семестровый рейтинг RСем ≥ 75 (пишется заявление установленной формы). Доцент кафедры ОФ О.В. Андрухова ___________________ Заведующий кафедрой ОФ М.Д. Старостенков ___________________ 12