ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

Федеральное агентство по образованию
Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
“Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова”
Технический институт
Факультет дизайна и компьютерных технологий
Кафедра компьютерных технологий
Заочное отделение
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе
проф. ____________ А.Ю. Александров
«____» ___________________ 2010 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
Дисциплина ЕН.Ф.03 – ФИЗИКА
Направление 654600 – Информатика и вычислительная техника
Специальность 230102 – Автоматизированные системы обработки информации и
управления
Срок
обуче
ния
Се
м
Все
го
4,5
г.об.
6 лет
1
402
1
2
3
402
БЮДЖЕТ ВРЕМЕНИ (ЧАС.)
Аудиторные занятия
Сам.
раб.
Всего
Лек
Прак
Лаб
ауд
132
8
8
6
110
4
6
4
4
6
4
4
6
4
360
Итоговый контроль
Конт Зач. Эк
Курс.
р.
з.
пр
раб.
(раб)
+
+
+
+
+
+
+
+
Рабочая программа составлена в соответствии с государственным образовательным
стандартом высшего профессионального образования направления подготовки
дипломированного специалиста 654600 – Информатика и вычислительная техника,
специальности 230102 – Автоматизированные системы обработки информации и
управления, утвержденным 27 марта 2000г. (Регистрационный номер 224 тех/дс).
Составитель: кандидат физико-математических наук,
доцент кафедры общей физики Г.М. Сорокин
Рабочая программа обсуждена, одобрена и рекомендована к использованию на заседании кафедры
компьютерных технологий, «___» ___________ 20__ г., протокол №___
Зав. кафедрой компьютерных технологий,
профессор
В.П. Желтов
Рассмотрена и одобрена методическим советом ФДиКТ
Декан, председатель методсовета факультета ДиКТ
В.П. Желтов
Чебоксары 2010
Цель преподавания дисциплины.
Целью основного базового курса физики, которая составляет фундамент
естествознания, является обеспечение будущему инженеру основы его
теоретической подготовки в различных областях физической науки,
позволяющей ориентироваться в стремительном потоке научной и технической
информации, характерном для современной эпохи научно-технической
революции.
Задачи изучения дисциплины.
Основными задачами курса физики в вузах являются:
1. Создание у студентов основ достаточно широкой теоретической
подготовки в областях физики, позволяющей будущим инженерам
ориентироваться в потоке научной и технической информации и
обеспечивающей им возможность использования новых физических
принципов в тех областях техники, в которых они специализируются.
2.
Формирование
у
студентов
научного
мышления
и
материалистического мировоззрения, в частности, правильного понимания
границ применимости различных физических понятий, законов, теорий и
умения оценивать степень достоверности результатов, полученных с помощью
экспериментальных или математических методов исследования.
3. Усвоение основных физических явлений и законов классической и
современной физики, 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 современной научной аппаратурой и
выработка у студентов начальных навыков проведения экспериментальных
научных исследований различных физических явлений и оценка погрешностей
измерений.
СОДЕРЖАНИЕ
1 семестр.
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ. ФИЗИКА КОЛЕБАНИЙ И
ВОЛН. СТАТИСТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА.
Лекция 1.
Предмет физики. Роль физики в развитии техники. Пространство и время
в классической механике. Основные кинематические характеристики движения
частиц. Законы Ньютона. Закон сохранения импульса. Закон сохранения
энергии в механике. Реактивное движение.
Лекция 2.
Момент инерции твердого тела относительно оси. Уравнение движения
твердого тела, вращающегося вокруг неподвижной оси. Закон сохранения
момента импульса. Кинематика гармонических колебаний. Модель
гармонического
осциллятора.
Примеры
гармонических
колебаний:
математический и физический маятники, груз на пружине. Энергия
гармонического осциллятора. Трехмерные волны. Звук.
Лекция 3.
Методы исследования вещества. Метод модели. Законы идеального
газа. Термодинамический метод. 1-е и 2-е начало термодинамики. Цикл Карно
для идеальных и реальных тепловых машин. Энтропия. Основное уравнение
термодинамики.
Лекция 4.
Явление переноса: диффузия, теплопроводность, вязкость. Функция
распределения молекул по скоростям. Уравнение Максвелла. Распределение
молекул в поле силы тяжести. Уравнение Больцмана. Реальные газы.
Уравнение реального газа. Изотермы Ван-дер-Ваальса.
Темы для практических занятий
1. Типы задач на механику материальной точки и методы их решения. Задачи
на кинематику, динамику и законы сохранения импульса и энергии.
2. Методы решения задач на
динамику вращательного движения.Закон
сохранения момента импульса.Кинематика и динамика колебательных
процессов.
3. Основное уравнение МКТ идеальных газов. Законы идеального газа. Законы
термодинамики.
4. Явление переноса в веществе.Функция распределения Максвелла и
Больцмана.
Контрольная работа.
Темы лабораторных работ по механике и
основам молекулярной физики и термодинамики.
1. Измерение линейных размеров и объемов твердых тел правильной формы.
2. Изучение законов динамики поступательного движения.
3. Изучение закона сохранения механической энергии с помощью маятника
Максвелла.
4. Изучение законов колебательного движения.
5. Определение моментов инерции твердых тел методом крутильных
колебаний.
6. Изучение основного закона динамики вращательного движения.
7. Определение коэффициента трения качения наклонным маятником.
8. Изучение закона сохранения момента импульса.
9. Измерение удельной теплоемкости воздуха при постоянном давлении.
10.Определение отношения молярных теплоемкостей для воздуха.
11.Определение коэффициента теплопроводности воздуха методом нагретой
нити.
12.Определение коэффициента внутреннего трения жидкости по методу
Стокса.
13.Определение коэффициента внутреннего трения воздуха.
14.Определение изменения энтропии при кристаллизации тел.
Темы для самостоятельной работы:
Механика
1. Уравнение движения тела переменной массы. Уравнение Мещерского.
Формула Циолковского. (3 ч.).
2. Движение тел в центральном поле сил. (3 ч.).
3. Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции. Силы Кориолиса. Законы
сохранения в неинерциальных системах отсчета. (3 ч.).
4. Применение законов динамики твердого тела. Гироскопы, гиродины. (3 ч.).
5. Всемирное тяготение. Гравитационное поле и его характеристики
(напряженность, потенциал). Эквивалентность гравитационной и инертной
массы. Космические скорости. (3 ч.).
6. Упругие свойства твердых тел. Виды упругих деформаций. Закон Гука.
Диаграмма растяжений. (3ч.).
7. Гидродинамика. Уравнение Бернулли. Силы внутреннего трения.
Ламинарное и турбулентное течение. (3 ч.).
8. Специальная теория относительности. Преобразования Лоренца. Следствия
из преобразований Лоренца. Релятивистское выражение для импульса и
энергии. Преобразование импульса и энергии. Взаимосвязь массы и
энергии. (3ч.).
Молекулярная физика
1. Методы описания поведения систем, состоящих из колоссального
количества молекул. (3 ч.).
2. Элементы теории вероятности применительно к физическим процессам. (3
ч.).
3. Распределение молекул по скоростям (по Максвеллу) и по энергиям (по
Больцману). Экспериментальное определение скорости молекул. (4 ч.).
4. Определение числа Авогадро по методу Перрена. (2 ч.).
5. I-ое начало термодинамики и его использование для произвольных
процессов (3 ч.).
6. Понятие о квантовой теории теплоемкости. (4 ч.).
7. Работа газа при расширении. (2 ч.).
8. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Критическое состояние
вещества. (3 ч.).
9. II–ое начало термодинамики. Энтропия. (4 ч.).
10.Строение твердых тел. Типы кристаллических решеток. (3 ч.).
11.Дефекты в кристаллах (2 ч.).
12.Особенности строения жидкостей. (3 ч.).
13.Поверхностное натяжение. Формула Лапласа. Смачивание, капиллярное
явление. (3 ч.).
14.Фазовые превращения и фазовое равновесие. Уравнение КлапейронаКлаузиуса. Фазовые диаграммы. (3 ч.).
15.Сложение колебаний одного направления с различными частотами. Биения.
(2 ч.).
16.Применение явления резонанса в технике . (3 ч.).
17.Звуковые волны. Эффект Допплера. (3 ч.).
2 семестр.
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ.
Лекция 1.
Понятие электрического заряда.
Закон Кулона. Напряженность
электрического поля. Принцип суперпозиции. Теорема Остроградского-Гаусса
и ее применение. Потенциал. Разность потенциалов. Диэлектрики в
электрическом поле. Электроемкость проводников, конденсаторов. Энергия
взаимодействия
электрических
зарядов,
заряженных
проводников,
конденсатора. Плотность энергии электростатического поля.
Лекция 2.
Условия существования тока. Проводники и изоляторы. Законы Ома и
Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной форме. Сторонние силы.
ЭДС. Источники ЭДС. Правила Кирхгофа. Ток в электролитах и газах.
Лекция 3.
Магнитное поле токов. Магнитная индукция. Закон Био-Савара-Лапласа.
Принцип суперпозиции для магнитного поля. Магнитное поле прямолинейного
проводника с током. Действие магнитного поля на токи и заряды. Сила
Ампера. Сила Лоренца. Магнитное поле в веществе. Электромагнитная
индукция.
Закон
Фарадея.
Электромагнитные
волны.
Энергия
электромагнитных волн.
Темы для практических занятий.
1. Методы решения задач на электростатику. Расчет силы взаимодействия
между зарядами. Применение теоремы Гаусса для расчета напряженности
электрического поля. Расчет потенциала и потенциальной энергии точечных
зарядов. Определение емкости конденсатора и энергии электростатического
поля.
2. Типы задач на основные законы постоянного тока. Расчет электрических
цепей. Правила Киргофа. Токи в электролитах и газах.
3. Методы решения задач на Магнитное поле. Расчет индукции магнитного
поля по закону Био-Савара-Лапласа. Сила Ампера. Сила Лоренца. Движение
частиц в электрическом и магнитном полях. Закон полного тока для вакуума.
Магнитное поле в веществе. Расчет ЭДС индукции и самоиндукции. Энергия
магнитного поля. Объемная плотность энергии.
Контрольная работа.
Темы лабораторных работ по «Электромагнетизму».
1. Изучение характеристик электростатического поля.
2. Измерение емкостей конденсаторов.
3. Изучение обобщенного закона Ома.
4. Измерение сопротивлений при помощи моста Уитстона.
5. Измерение ЭДС источников тока.
6. Определение индукции магнитного поля длинного соленоида.
7. Определение горизонтальной составляющей вектора индукции магнитного
поля Земли.
8. Определение отношения заряда электрона к его массе методом отклонения в
магнитном поле.
Темы для самостоятельной работы
Электричество и магнетизм
1. Напряженность электрического поля. Теорема Остроградского Гаусса.
Принцип суперпозиции электрических полей. (4 ч.).
2. Дифференциальная и интегральная связь между напряженностью и
потенциалом. Использование этой связи для расчета электрических полей.
(5 ч.).
3. Энергия заряженного проводника и энергия электрического поля. (4 ч.).
4. Поляризация диэлектриков. Виды поляризации. Сегнетоэлектрики и
пьезоэлектрики. Электреты. (5 ч.).
5. Электрический ток в металлах, электролитах и газах. (5 ч.).
6. Магнитное поле постоянного тока. Закон Био-Савара-Лапласа и его
применение. (6 ч.).
7. Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях. (4 ч.).
8. Силы, действующие на проводник с током, на контур с током в магнитном
поле. (4 ч.).
9. Магнитное поле в веществе. Пара-, диа- и ферромагнетики. Петля
гистерезиса для ферромагнетиков. Точка Кюри. (5 ч.).
10.Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца. Токи Фуко. (4 ч.).
11.Явление самоиндукции и взаимоиндукции. Экстратоки замыкания и
размыкания. (5 ч.).
12.Энергия магнитного поля. Объемная плотность энергии магнитного поля (6
ч.).
13.Переменный ток. Векторная диаграмма. Двигатели и генераторы
переменного тока. (7 ч.).
14.Электромагнитные колебания в колебательном контуре. (6 ч.).
15.Получение незатухающих электромагнитных колебаний. Излучение диполе
электромагнитных волн. (2 ч.).
3 семестр.
ОПТИКА. АТОМНАЯ И ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА.
Лекция 1.
Законы геометрической и волновой оптики. Интерференция. Дифракция.
Дифракционная решетка. Спектральное разложение света. Поляризация света.
Закон Малюса и Брюстера.
Нормальная и аномальная дисперсии света.
Тепловое излучение и его законы.
Формула Эйнштейна для
фотоэлектрического эффекта.
Лекция 2.
Масса и импульс фотон. Соотношение неопределенностей. Волновая функция
и ее статистический смысл. Стационарное уравнение Шредингера. Основы
квантовой механики атома водорода. Строение атомного ядра. Модели ядра.
Энергия связи ядра. Ядерные реакции. Реакция ядерного деления. Цепная
реакция деления. Термоядерный синтез.
Темы практических занятий по оптике.
1. Методы решения задач на законы геометрической, волновой оптики и
теплового излучения.
2. Квантовая природа света и волновые свойства микрочастиц. Постулаты
Бора. Законы радиоактивного распада. Ядерные реакции.
Контрольная работа.
Темы лабораторных работ по оптике.
1. Определение фокусных расстояний линз.
2. Измерение показателя преломления стеклянной пластинки.
3. Измерение длины волны с помощью бипризмы Френеля.
4. Интерферометр Рэлея.
5. Измерение радиуса кривизны линз по кольцам Ньютона.
6. Дифракция на одной щели.
7. Дифракционная решетка.
8. Изучение дисперсии стеклянной призмы.
9. Изучение законов теплового излучения.
10.Изучение поляризации света.
11.Фотоэффект
12.Изучение спектра водорода.
Темы для самостоятельной работы:
Оптика
1. Погрешности (аберрации) оптических систем. Элементы электронной
оптики. (4 ч.).
2. Интерференция волн (световых). Многолучевая интерферометрия.
Интерферометры и их применение. (4 ч.)
3. Понятие о голографии, применение. Лазеры, их свойства и применение. (4
ч.).
4. Дифракция Френеля и Фраунгофера. Дифракционная решетка, ее
применение. Дифракция на пространственной решетке. Формула ВульфаБреггов. (4 ч.).
5. Разрешающая способность оптических приборов. Критерий Рэлея. (4 ч.).
6. Дисперсия света. Электронная теория дисперсии. Поглощение и рассеяние
света. (4 ч.).
7. Поляризация света. Методы получения поляризованных лучей. Двойное
лучепреломление. Поляризационные приборы. Интерференция
поляризованный лучей. (4 ч.).
8. Искусственное двойное лучепреломление. Применение этого явления. (4 ч.).
9. Законы теплового излучения и их квантовый характер. Формула Планка. (4
ч.).
10.Явления внешнего и внутреннего фотоэффекта. Экспериментальное
подтверждение квантовых свойств света. (4 ч.).
1.
2.
3.
4.
5.
Атомная и ядерная физика
Теория Бора о строении атомов и их внутренняя противоречивость. Опыты
Франка и Герца. (4 ч.).
Корпускулярно-волновой дуализм микрочастиц. Волны Луи-де-Бройля. (4
ч.).
Волновая функция, ее статистический смысл. Уравнение Шредингера для
стационарных состояний и его применение. (6 ч.).
Атом водорода в квантовой механике. Квантовые числа, их физический
смысл. Спин электрона. (4 ч.).
Рентгеновские спектры. (4 ч.).
6. Оптические квантовые генераторы, их устройство. Свойства лазерного
излучения. (4 ч.).
7. Элементы физики твердого тела. Зонная теория твердых тел. (5 ч.)
ЛИТЕРАТУРА.
1. А.А. Детлаф, Б.М. Яворский, Л.Б. Милковская. Курс физики. Т. 1-3. М.:
Высшая школа, 2003.
2. Т.Н. Трофимова. Курс физики. М.: Высшая школа, 2004.
3. В.С. Волькенштейн. Сборник задач по общему курсу физики. М.: Наука.
2003.
4. Т.Н. Трофимова. Сборник задач по курсу физики с решениями. М.: Высшая
школа. 2004.
5. Е.М. Новодворская. Методика проведения упражнений по физике. М.:
Высшая школа. 1981.
6. А.Г. Чертов, А.А. Воробьев. Задачник по физике. М.: Высшая школа. 2008 г.
7. А.И. Коротков, и др. Лабораторный практикум. Электростатика и
постоянный ток., ЧГУ, Чебоксары. 1998.
8. А.И. Коротков, и др.В.И. Лабораторный практикум Электромагнетизм и
переменный ток . ЧГУ, Чебоксары. 2000.
9. В.П. Григорьев, Г.М. Сорокин. Избранные разделы молекулярной физики и
термодинамики. Практикум. Чебоксары: Изд-во Чувашского ун-та, 1998.
10. Б.К. Лаптенков, Г.М. Сорокин Комбинированные задачи по физике с
решениями. (методическое пособие). Чебоксары: Изд-во Чувашского ун-та,
2008 .
11. В.Г. Алексеев Механика. Лабораторный практикум. Чебоксары: Изд-во
Чувашского ун-та, 2004.
12. Сайт test1977mfk.mcdir.ru