МЭИ(ТУ) Физика

Кафедра физики им. В.А. Фабриканта МЭИ (ТУ)

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО ОБЩЕМУ КУРСУ ФИЗИКИ

ИЭЭ

2008

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ

(название университета, института)

Бакалавриат: 551700

(№ направления)

Магистратура: 551700

(№ направления)

Индекс дисциплины: по Госстандарту

УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ ФИЗИКА

	(название)
ЕН.Ф.03	Часы (всего) 508
	по Госстандарту

Основные разделы дисциплины по Госстандарту:

Физика:

физические основы механики; понятие состояния в классической механике, уравнения движения, законы сохранения, основы релятивистской механики, принцип относительности в механике, кинематика и динамика твердого тела, жидкостей и газов; электричество и магнетизм; электростатика и магнитостатика в вакууме и веществе, уравнения Максвелла в интегральной и дифференциальной форме, материальные уравнения, квазистационарные токи, принцип относительности в электродинамике; явления сверхпроводимости, полупроводники, туннельный эффект; физика колебаний и волн; гармонический и ангармонический осциллятор: физический смысл спектрального разложения, кинематика волновых процессов, нормальные моды, интерференция и дифракция волн, элементы Фурье-оптики; квантовая физика; корпускулярно-волновой дуализм, принцип неопределенности, квантовые состояния, принцип суперпозиции, квантовые уравнения движения, операторы физических величин, энергетический спектр атомов и молекул, природа химической связи; статистическая физика и термодинамика; три начала термодинамики, термодинамические функции состояния, фазовые равновесия и фазовые превращения, элементы неравновесной термодинамики, классическая и квантовые статистики, кинетические явления, системы заряженных частиц, конденсированное состояние; физический практикум.

Модули с близким содержанием программ по общему курсу физики (кафедра физики им. В.А. Фабриканта)

М 1.1

Физические основы механики. Кинематика и динамика поступательного и вращательного движения. Работа и механическая энергия. Законы сохранения в механике.

М 1.2

Основы специальной теории относительности. Постулаты СТО,

преобразования Лоренца, релятивистская динамика.

М 1.3

Физические основы молекулярной физики и термодинамики.

Молекулярно-кинетическая теория идеального газа, распределение Максвелла. Термодинамика идеального газа, I и II начала. Реальные газы. Явления переноса.

М 1.4

Электростатика. Электростатическое поле в вакууме, напряженность и потенциал, теорема Гаусса. Электростатическое поле в проводниках и диэлектриках. Электроемкость и энергия поля.

М 1.5

Постоянный электрический ток. Сила тока, плотность тока.

Проводимость металлов, обобщенный закон Ома, правила Кирхгофа, закон Джоуля-Ленца.

М 1.6

Электромагнетизм. Постоянное магнитное поле в вакууме, индукция. Сила Лоренца и сила Ампера, работа сил Ампера. Постоянное магнитное поле в веществе, диамагнетизм, парамагнетизм, ферромагнетизм. Электромагнитная индукция. Энергия магнитного поля. Уравнения Максвелла.

М 1.7

Колебания и волны. Гармонические колебания, энергия колебаний. Затухающие и вынужденные колебания, резонанс. Механические и электромагнитные колебания. Волновое уравнение. Бегущие и стоячие волны. Плоская электромагнитная волна. Перенос энергии, вектор Пойнтинга.

М 1.8

Волновая оптика. Излучение электромагнитных волн, дипольное излучение. Интерференция света. Дифракция света. Поляризация света. Явление дисперсии.

М 1.9

Квантовая природа излучения. Тепловое излучение, квантовая гипотеза, формула Планка. Фотоны. Внешний фотоэффект и эффект Комптона.

М 1.10

Основы атомной физики. Теория атома Бора. Корпускулярноволновой дуализм, волны Де-Бройля. Соотношения неопределенностей. Волновая функция. Принцип суперпозиции. Уравнение Шредингера. Потенциальная яма. Туннельный эффект.

М 1.11

Квантовая механика. Наблюдаемые величины и их операторы. Угловой момент в квантовой механике, квантование момента. Спин. Атом водорода. Принцип тождественности, принцип Паули. Эффект Зеемана.

М 1.12

Теория возмущений. Стационарные и нестационарные возмущения. Эффект Штарка. Вероятности квантовых переходов. Излучение и поглощение света атомными системами.

М 1.13

Статистическая физика. Фазовое пространство, фазовая ячейка. Квантовые распределения, статистика Бозе-Эйнштейна и статистика ФермиДирака. Чернотельное излучение, электронный газ в металле. Энергетический спектр твердых тел. Химические реакции, формула Саха

Инст-т	ИЭТ	ИЭЭ	АВТИ	ИРЭ	ИРЭ
(фак-т)				(ЭТФ)	(РТФ)
М 1.1	+	+	+	+	+
М 1.2	+	+	+	+	+
М 1.3	+	+	+	+	+
М 1.4	+	+	+	+	+
М 1.5	+	+	+	+	+
М 1.6	+	+	+	+	+
М 1.7	+	+	+	+	+
М 1.8	+	+	+	+	+
М1.9	+	+	+	+	+
М1.10	+	+	+	+	+
М 1.11	-	+	-	+	-
М 1.12	-	-	-	+	-
М1.13	-	+	+	+	-

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ

(название университета, института)

Бакалавриат:	551700
	(№ направления)
Магистратура:	551700
	(№ направления)
	УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
	ФИЗИКА
	(название)
Индекс дисциплины:	ЕН.Ф.03	Часы (всего) 508
по Госстандарту		по Госстандарту
	УЧЕБНЫЙ ПЛАН 2002года
Лекции (124 час)		1, 2, 3 семестры.
Практические занятия (70час)		1, 2 семестры
Лабораторные занятия(53час)		1, 2, 3 семестры
Расчетные задания (60 час. сам. работы)		2, 3 семестры
Объем самостоятельной работы
по учебному плану (211часов)

I. СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИЙ.

Iсеместр

1.1Физические основы механики.

Предмет физики. Физические модели. Механика. Кинематика материальной точки. Скорость, ускорение. Нормальное и тангенциальное ускорения. Кинематический закон движения материальной точки. Кинематика поступательного и вращательного движения твердого тела. Связь угловых кинематических параметров с соответствующими линейными величинами.

Динамика материальной точки, системы материальных точек и поступательного движения твердого тела. Центр масс механической системы и закон его движения.

Динамика вращательного движения твердого тела относительно неподвижности. Момент силы и момент импульса тела относительно оси. Момент инерции тела относительно оси. Теорема Штейнера. Основное уравнение динамики вращательного движения твердого тела относительно неподвижной оси.

Законы сохранения в механике. Закон сохранения импульса. Закон сохранения момента импульса. Тензор инерции. Энергия. Работа. Кинетическая энергия. Кинетическая энергия вращающегося тела. Кинетическая энергия механической системы и ее связь с работой внешних и внутренних сил. Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальные поля. Потенциальная энергия материальной точки и системы материальных точек. Поле центральных сил. Механическая энергия системы тел. Закон изменения и сохранения механической энергии системы тел. Удар абсолютно упругих и неупругих тел.

Колебания. Затухающие колебания. Дифференциальное уравнение затухающих колебаний и его решение. Гармонические колебания. Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний и его решение. Резонанс. Волны. Уравнение бегущей волны. Волновое уравнение.

Преобразования Галилея. Механический принцип относительности Галилея.

1.2. Элементы специальной теории относительности. Постулаты специальной теории относительности. Преобразования

Лоренца. Следствия из преобразований Лоренца относительность одновременности, относительность длин и промежутков времени, интервал между двумя событиями и его инвариантность. Релятивистский закон сложения скоростей.

Динамика материальной точки. Релятивистский импульс. Релятивистское уравнение динамики материальной точки. Кинетическая энергия. Закон взаимосвязи массы и энергии. Вектор энергии-импульса.

1.3. Основы молекулярной физики и термодинамики. Статистические и термодинамические методы исследования.

Термодинамические параметры. Идеальный газ. Уравнение состояния идеального газа. Молекулярно-кинетическая теория газов. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории для давления идеального газа.

Молекулярно-кинетическое	толкование	абсолютной		температуры.
Внутренняя энергия идеального газа.
Работа, количество	теплоты. Первое		начало	термодинамики.

Политропные процессы. Теплоемкость. Тепловые машины. Цикл Карно и его КПД. Неравенство Клаузиуса.

Термодинамическое равновесие системы. Макро- и микросостояния. Статистический вес. Энтропия и ее свойства. Второе начало термодинамики.

Закон Максвелла для распределения молекул по скоростям. Закон Больцмана для распределения молекул и частиц в потенциальном поле.

Явления переноса в термодинамических неравновесных системах. Длина свободного пробега.

Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Фазовые переходы. Критическое состояние.

1.4. Электромагнитное поле.

Электромагнитное поле в вакууме и его силовые характеристики. Понятие потока и циркуляции силового вектора. Уравнение Максвелла в интегральной форме как математическая модель электромагнитного поля.

Постоянное электромагнитное поле. Электромагнитное взаимодействие и его проявление в различных системах отсчета (релятивистское толкование магнитного взаимодействия).

II семестр

2.1. Электростатика.

Электростатическое поле в вакууме. Вектор напряженности электростатического поля и методы его расчета. Потенциал. Связь между потенциалом и напряженностью поля. Методы расчета потенциала. Диполь в электростатическом поле.

Электростатическое поле в веществе. Типы диэлектриков Электронная и ориентационная поляризации. Вектор поляризации. Свободные и связанные заряды. Теорема Остроградского-Гаусса для электростатического поля в диэлектрике. Вектор электрического смещения. Диэлектрическая проницаемость вещества.

Проводники в электростатическом поле. Поле внутри проводника и у его поверхности. Распределение зарядов в проводнике. Постоянный электрический ток.

Электроемкость уединенного проводника. Взаимная емкость двух проводников. Конденсаторы. Энергия заряженного проводника и конденсатора. Энергия электростатического поля. Объемная плотность энергии.

2.2. Электромагнетизм.

Постоянное магнитное поле в вакууме. Закон Ампера. Вектор индукции магнитного поля и методы его расчета. Контур с током в магнитном поле. Магнитный момент. Закон Био-Савара-Лапласса. Метод суперпозиции полей. Расчет поля кругового тока, длинного соленоида и тороида.

Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле. Явление электромагнитной индукции. Вывод закона ФарадеяМаксвелла. Индуктивность. Явление самоиндукции и взаимной индукции. Энергия магнитного поля. Объемная плотность энергии.

Магнитное поле в веществе. Микротоки. Вектор намагниченности. Закон полного тока для магнитного поля в веществе. Вектор напряженности магнитного поля. Связь между векторами индукции, напряженности и

намагниченности. Магнитная проницаемость вещества. Классификация магнетиков. Электронная теория диа- и парамагнетиков. Основные свойства ферромагнетиков. Домены. Точка Кюри.

Уравнение Максвелла. Переменное магнитное поле и его свойства. Волны. Вектор Умова-Пойнтинга.

2.3. Физические основы оптики.

Волновые свойства света. Интерференция. Когерентность и методы ее осуществления. Расчет интерференционной картины от двух когерентных источников света. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция Фраунгофера на одной щели. Понятие о голографии.

Корпускулярные свойства света. Масса и импульс фотона. Фотоэффект. Корпускулярно-волновой дуализм свойств света.

III семестр

3.1.Физические основы квантовой механики. Корпускулярно-волновой дуализм свойств вещества. Гипотеза де-

Бройля. Соотношение неопределенностей Гайзенберга. Квантовомеханическое описание движения микрочастицы. Волновая функция и ее статистический смысл. Уравнение Шредингера. Стационарное состояние. Частица в одномерной потенциальной яме бесконечной глубины. Квантование энергии. Потенциальный барьер, туннельный эффект.

Квантовомеханическая модель атома водорода. Квантование энергии , момента импульса и проекции момента импульса электрона. Квантовые числа. Спектры излучения атома водорода. Спин электрона. Принцип Паули. Распределение электронов в атоме по состояниям. Спонтанное и вынужденное излучение. Лазеры.

3.2. Элементы статистической физики.

Методы описания состояния макросистемы. Термодинамический метод. Статистический метод. Изображение состояния термодинамической системы в фазовом пространстве. Фазовые ячейки и их заполняемость. Критерий вырождения газа. Функция распределения и ее физический смысл. Статистики Максвелла-Больцмана, Бозе-Эйнштейна и Ферми-Дирака.

Классическая статистика Максвелла-Больцмана. Подсчет числа частиц с энергией от ε до ε + dε.

Равновесное тепловое излучение. Фотонный газ. Абсолютно черное тело. Распределение Бозе-Эйнштейна. Подсчет числа фотонов с энергией от ε до ε + dε. Формула Планка. Законы теплового излучения. Оптическая пирометрия.

Квантовая теория свободных электронов в металлах. Распределение Ферми-Дирака. Подсчет числа частиц с энергией от ε до ε + dε. Энергия Ферми. Влияние температуры на распределение электронов. Теплоемкость.

Электропроводность металлов. Сверхпроводимость. Магнитные свойства сверхпроводников.

Зонная теория проводимости твердого тела. Расщепление энергетических уровней атома при формировании кристаллической решетки твердого тела.

Разрешенные и запрещенные зоны. Валентная зона и зона проводимости. Деление твердых тел на проводники, диэлектрики и полупроводники с точки зрения зонной теории твердых тел. Собственная и примесная проводимость полупроводников и ее зависимость от температуры.

Контактные явления. Работа выхода. Внутренняя и внешняя контактная разность потенциалов. Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода. Внутренний фотоэффект. Солнечные батареи.

Электропроводность газов. Самостоятельная и несамостоятельная проводимость. Несамостоятельный газовый разряд. Плотность тока насыщения. Самостоятельный газовый разряд. Тлеющий разряд. Плазма.

Электропроводность жидкостей. Диссоциация. Расчет электропроводимости. Электролиты. Электролиз.

3.3 Элементы физики атомного ядра.

Состав ядра. Нуклоны. Заряд, размер и масса ядра. Дефект масс и энергия связи ядра. Взаимодействие нуклонов и понятие о природе и свойствах ядерных сил.

Ядерные реакции. Реакция деления ядра. Цепкая ядерная реакция. Критическая масса. Проблемы ядерной энергетики. Реакция синтеза атомного ядра. Проблемы управляемой термоядерной реакции.