Рабочая программа

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра физики

ФИЗИКА

Рабочая программа

Факультеты: все

Направления подготовки дипломированных специалистов и отнесенные к ним специальности: 650000 – техника и технологии. Направление подготовки бакалавров: 550000 – технические науки

Санкт-Петербург

2002

2

Утверждено редакционно-издательским советом университета УДК 53(07)

ФИЗИКА. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА.- СПб.: СЗТУ, 2002, 39 с.

Настоящее издание предназначено для студентов первого, второго и третьего курсов всех специальностей. Рабочая программа разработана в соответствии с Государственными образовательными стандартами высшего специального образования по направлениям подготовки дипломированных специалистов и отнесенных к ним специальностям: 650000 - техника и технологии, а также направлениям подготовки бакалавров: 550000

– технические науки.

Рецензенты: кафедра физики СЗТУ (В.А.Подхалюзин, канд.техн.наук, доц.);

В.Е.Привалов, д-р физ.-мат.наук, проф. кафедры физики БГТУ «Военмех» им. Д.Ф.Устинова.

Составители: А.Б.Федорцов, д-р физ.-мат.наук, проф.; Ю.А.Карташов, канд.техн.наук, проф.; Е.А.Лиходаева, канд.техн.наук, доц.; С.В.Михайлова, канд.пед.наук; И.А.Торчинский, д-р.физ.-мат.наук, проф.; В.Б.Харламова, доц.; А.И.Шерстюк, д-р физ.-мат.наук.

© Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2002.

3

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ПРЕПОДАВАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ “ФИЗИКА”

Учебная программа по дисциплине “Физика” разработана в соответствие с требованиями Государственных Образовательных Стандартов для всех специальностей, представленных в СЗТУ.

Дисциплина “Физика” совместно с дисциплинами “Высшая математика”, “Информатика” и “Теоретическая механика” играет роль фундаментальной базы для теоретической подготовки инженера, без которой невозможна его успешная деятельность в любой области современной техники. С другой стороны, физика составляет фундамент естествознания. В основании современной естественнонаучной картины мира лежат физические принципы и концепции.

Общая задача обучения - подготовка квалифицированного инженера по конкретной специальности. Для решения этой задачи необходимо формирование у студентов базы знаний, умений и навыков для изучения специальных дисциплин. Определяющая задача обучения – формирование необходимых методических навыков.

В результате обучения по дисциплине “Физика” студенты должны достигнуть следующих уровней подготовленности:

1.Иметь представление:

-о фундаментальном единстве естественных наук;

-о дискретности и непрерывности в природе;

-о соотношении порядка и беспорядка в природе, упорядоченности строения объектов, переходах в неупорядоченное состояние и наоборот;

-о динамических и статистических закономерностях в природе;

-о вероятности как объективной характеристике природных систем;

-о принципах симметрии и законах сохранения;

-о Вселенной в целом как физическом объекте и ее эволюции;

-о новейших открытиях естествознания, перспективах их использования для построения технических устройств.

2.Овладеть фундаментальными понятиями, законами и теориями современной и классической физики, а также методами теоретического и экспериментального исследования в физике.

3.Уметь:

-пользоваться современной научной аппаратурой для проведения физических экспериментов;

-оценивать погрешности измерений;

-использовать навыки физического моделирования для решения прикладных задач по будущей специальности.

4

Физика – наука, изучающая простейшие, и вместе с тем, наиболее общие законы природы.

Понятия физики лежат в основе всего естествознания и являются основой для создания техники. Дисциплина “Физика” базируется на системе прочно вошедших в науку законов и положений физики. Эта система представлена в виде типовых взаимосвязанных разделов физики (“Физические основы механики”, “Молекулярная физика и термодинамика”, “Электричество и магнетизм”, “Колебания и волны”, “Квантовая физика”, “Оптика”, “Атомная и ядерная физика”, позволяющих наиболее логично связать их с основными направлениями развития техники.

Основой изучения физики являются знания, полученные в средней школе. Усиление фундаментальных знаний достигается в ВУЗе последовательным изучением всех разделов на новой математической, демонстрационной и экспериментальной основе. Для этого используются все виды учебных занятий: лекции, практические и лабораторные занятия, работа в дисплейном классе.

Теоретический материал, изложенный на лекциях, должен сопровождаться рассмотрением приложений физики в современной технике.

Практические и лабораторные занятия являются эффективными формами закрепления знаний и проявления творческих способностей студентов.

Лабораторные занятия должны дать навыки самостоятельного измерения физических величин, обработки экспериментальных результатов с помощью ЭВМ и оформления отчетов. Особое внимание следует уделить работам с элементами НИРс, развивающими творческие способности студентов.

Особое значение в условиях заочного обучения приобретает самостоятельная работа студентов, С этой целью кафедрой физики разработан целый комплекс учебно-методической литературы, включающий письменные тексты лекций по отдельным разделам дисциплины “Физика”, методические указания и контрольные задания, методические указания к проведению лабораторных работ. Задача этой литературы – помочь студенту в усвоении основных законов и понятий физики.

Большое внимание должно быть уделено различным формам текущего контроля на всех видах занятий.

Итоговый контроль в соответствие с учебным планом осуществляется в форме зачетов или экзаменов.

5

2. СТРУКТУРА ДИСЦИПЛИНЫ

Структура учебной дисциплины “Физика” представлена в виде блоксхемы.

Структура учебной дисциплины “Физика”

Физические основы механики: -кинематика -динамика -законы сохранения

Молекулярная и стати-
		Электричество и
стическая физика, тер-
		магнетизм:
модинамика:
		-электростатика
-молекулярно-
		-стационарные
кинетическая
		токи
теория
		-магнитостатика
-классическая стати-
		-электромагнитная
стика
		индукция
-термодинамика

Квантовая физика:
		Колебания и волны:
-квантовая оптика и
		-механические
квантовая механика
		колебания и волны
-строение атома
		-электромагнитные
--физика твердого тела
		колебания и волны
-физика атомного ядра.
		-волновая оптика

6

3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ “ФИЗИКА”. Р А Б О Ч А Я П Р О Г Р А М М А (Объем дисциплины 500 (250*) часов)

Студенты инженерно-технических специальностей всех факультетов СЗТУ изучают дисциплину “Физика” в объеме 500 часов. Студенты факультетов радиоэлектроники, информатики и систем управления (кроме специальности 220100) изучают физику в течение четырех семестров, а студенты факультетов МФ, ЭФ, ФТВиМ и ФИСУ (специальность 220100)

– в течение трех семестров. Студенты экономических специальностей 060800, 240100 и специальности 121200 изучают физику в течение двух семестров в объеме 250 часов. Поэтому в дальнейшем введены следующие обозначения: физика, ч.1; физика, ч.2; физика, ч.3, физика, ч.4 – в зависимости от того, на сколько частей делится дисциплина “Физика”.

В рабочей программе после названия каждой темы в круглых скобках указано число часов на самостоятельную работу для студентов инже- нерно-технических специальностей, а звездочкой отмечено число часов на самостоятельную работу для студентов экономических специальностей и специальности 121200.

ВВЕДЕНИЕ (2 час.); (1* час.)

Предмет физики. Роль физики в развитии техники. Методы физического исследования: опыт, гипотеза, эксперимент, теория, физические величины и их измерение. Система единиц физических величин. Мировые постоянные. Размерности физических величин. Виды измерений и типы погрешностей. Основы обработки результатов измерений.

3.1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ 3.1.1. Элементы кинематики материальной точки и враща-

тельного движения твердого тела (8 час.); (6* час.)

[1], с.8…17, 39…41; [2], с.6…14

Механическое движение. Предмет кинематики. Система отсчета. Материальная точка. Траектория. Радиус кривизны траектории. Путь и перемещение. Скалярные и векторные величины. Скорость и ускорение как производные радиус-вектора по времени. Нормальное и тангенциальное ускорения. Поступательное движение твердого тела. Вращательное движение твердого тела. Угол поворота. Угловая скорость и угловое ускорение. Связь между угловыми и линейными характеристиками движения.

7

3.1.2. Динамика материальной точки и системы материальных точек (14 час.); (10* час.)

[1], с.17…26; [2], с.14…21

Первый закон Ньютона – закон инерции. Инерциальные системы отсчета. Силы в природе. Поле как материальная причина силового взаимодействия. Сила и масса. Импульс тела. Второй и третий законы Ньютона. Понятие состояния в классической механике. Внешние и внутренние силы. Замкнутые механические системы. Закон сохранения импульса и его связь с однородностью пространства.

3.1.3. Работа и энергия (14 час.); (10* час)

[1], с.28…36, 48…52, 55…61; [2], с.23…33, 46…52

Энергия как универсальная мера различных форм движения и взаимодействия. Механическая энергия и работа. Кинетическая энергия. Потенциальная энергия. Потенциальное поле сил. Консервативные силы и потенциальные поля. Связь между силой и потенциальной энергией. Потенциальная энергия упругих деформаций и поля тяготения. Закон сохранения полной механической энергии. Соударение тел. Космические скорости.

3.1.4. Элементы динамики вращательного движения твердого тела (16 час.); (10*час.)

[1], с.41…47, 52…55; [2], с. 34…41

Понятие абсолютно твердого тела. Момент силы. Момент импульса при вращении вокруг неподвижной оси. Момент инерции материальной точки и твердого тела. Моменты инерции некоторых тел. Основное уравнение динамики вращательного движения. Физический смысл момента инерции. Закон сохранения момента импульса и его связь с изотропностью пространства. Кинетическая энергия вращающегося и катящегося тела. Работа внешних сил при вращении.

3.1.5. Элементы механики жидкости и газа (6 час.); (2* час.)

[1], с.36…38; [2], с.56…66

Давление в жидкостях и газах. Линии и трубки тока. Уравнение неразрывности. Уравнение Бернулли и следствия из него. Вязкость. Ламинарное и турбулентное течение.

8

3.1.6. Элементы релятивистской механики (8 час.); (4* час.)

[1], с.69…86; [2], с.67…80

Преобразования Галилея. Принцип относительности. Постулаты специальной теории относительности. Преобразования Лоренца и следствия из них. Основной закон релятивистской динамики материальной точки. Взаимосвязь массы и энергии. Время в естествознании. Границы применимости классической механики.

3.2. МОЛЕКУЛЯРНАЯ И СТАТИСТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА, ТЕРМОДИНАМИКА

3.2.1. Кинетические явления и теория идеальных газов (8 час.); (3* час.)

[1], с.88…94, 106…115, 120…123; [2], с.81…88, 100…101

Основные положения молекулярно-кинетической теории (МКТ). Состояние системы. Параметры состояния. Равновесные состояния и процессы. Их графическое изображение. Кинетическая теория газов. Опытные законы идеальных газов. Уравнение Менделеева-Клапейрона. Основное уравнение МКТ идеальных газов. Число степеней свободы молекул. Закон Больцмана о равномерном распределении энергии по степеням свободы. Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул. Молекулярно-кинетическое толкование температуры. Связь давления, концентрации и температуры. Внутренняя энергия идеального газа.

3.2.2. Основы классической статистической физики (5 час.); (3* час.)

[1], с.89…90, 106…110, 112…115; [2], с.88…94

Статистический метод исследования. Скорости молекул. Понятие о функции распределения. Закон Максвелла для распределения молекул идеального газа по скоростям. Наиболее вероятная, средняя арифметическая и средняя квадратичная скорости молекул. Распределение Больцмана. Эффективный диаметр молекул и средняя длина свободного пробега.

3.2.3. Явления переноса в неравновесных состояниях (2 час.); (4* час.)

[1], с.115…119; [2], с.95…99

Тепловое движение и связанный с ним перенос массы, импульса и энергии. Обратимые и необратимые процессы. Опытные законы диффузии, теплопроводности и внутреннего трения, их молекулярнокинетическая теория.

9

3.2.4. Основы термодинамики (16 час.); (6* час.)

[1], с.95…103, 123…136; [2], с.101…119

Механическая работа и теплота. Работа, совершаемая газом при изменении его объема. Первое начало термодинамики. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам. Адиабатический процесс. Теплоемкость идеального газа. Макро- и микросостояния. Термодинамическая вероятность. Понятие об энтропии. Термодинамические функции состояния. Второе начало термодинамики. Третье начало термодинамики. Структура тепловых двигателей и второе начало термодинамики. Коэффициент полезного действия идеального теплового двигателя. Цикл Карно

иего КПД.

3.2.5.Реальные газы и жидкости (4 час.); (1* час.)

[1], с.141…148; [2], с.119…125, 128…130, 141…146

Межмолекулярные взаимодействия и уравнение Ван-дер-Ваальса. Поправка на собственный объем молекул. Учет притяжения молекул. Экспериментальные изотермы, критическая температура. Пересыщенный пар и перегретая жидкость. Фазовые равновесия и фазовые переходы. Фазовые переходы первого рода. Микроструктура жидкого состояния. Поверхностное натяжение, капиллярные явления.

3.3.ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ

3.3.1.Электрическое поле в вакууме и веществе (22 час.) (9* час.)

[1], с. 154…169; [2], с. 148…164

Электрические заряды. Дискретность электрических зарядов. Закон сохранения зарядов в замкнутой системе. Точечные заряды. Сила взаимодействия точечных зарядов в вакууме и веществе. Диэлектрическая проницаемость вещества. Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Графическое изображение электрического поля. Принцип суперпозиции электрических полей. Работа сил электростатического поля. Потенциал электростатического поля. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля. Потенциальный характер электростатического поля. Связь между напряженностью и потенциалом. Поток вектора электрического смещения. Теорема Остроградского-Гаусса для вектора электрического смещения. Применение теоремы для расчета полей.

10

3.3.2. Электрическое поле в диэлектриках (8 час.); (2* час.)

[1], с.170…181; [2], с.152…154, 164…171.

Электрический диполь. Диполь во внешнем электрическом поле, как модель молекулы диэлектрика. Типы диэлектриков. Поляризация диэлектриков. Вектор поляризации. Диэлектрическая восприимчивость и ее связь с диэлектрической проницаемостью. Связь векторов электрического смещения, поляризации и напряженности электрического поля. Сегнетоэлектрики. Прямой и обратный пьезоэффект и их применение.

3.3.3. Проводники в электростатическом поле (4 час.); (2* час.)

[1], с.182…189; [2], с.171…177

Носители тока в проводниках. Их распределение по заряженному проводнику. Перераспределение зарядов в проводнике под действием электростатического поля. Напряженность и потенциал электростатического поля в проводнике и на его поверхности. Электростатическая защита (экранирование). Электроемкость уединенного проводника. Конденсаторы. Соединение конденсаторов в батареи.

3.3.4. Энергия электростатического поля (4 час.); (2* час.)

[1], с.190…194; [2], с.177…179

Энергия системы точечных зарядов, уединенного проводника и конденсатора. Энергия электростатического поля и объемная плотность энергии.

3.3.5. Стационарные токи (20 час.); (10* час.)

[1], с.195…202, 205…209, 213…225; [2], с.180…194, 197…203

Постоянный электрический ток, его характеристики и условия существования. Сторонние силы. Классическая электронная теория электропроводности металлов. Концентрация и подвижность носителей заряда. Плотность тока. Закон Ома в дифференциальной форме как следствие электронной теории электропроводности металлов. Удельная проводимость и удельное сопротивление. Сопротивление проводников, его зависимость от температуры. Электродвижущая сила и напряжение. Взаимосвязь напряжения, электродвижущей силы и разности потенциалов. Закон Ома в интегральной форме для однородного и неоднородного участков. Разветвленные цепи и правила Кирхгофа. Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца. Ток в газах. Несамостоятельный и самостоятельные разряды. Вольт-амперная характеристика несамостоятельного разряда. Газоразрядные счетчики. Газоразрядная плазма.