Доктор физико-математических наук, доцент Чмерева Т.М.

 

 

Рабочая программа дисциплины «Физика» / сост.

М.А. Кучеренко – Оренбург: ОГУ, 2012. - 76 с.

Рабочая программа предназначена для преподавания дисциплины базовой части цикла математических и естественнонаучных дисциплин студентам очной формы обучения по направлению подготовки 140400.62 Электроэнергетика и электротехника в 1 и 2 семестрах.

Рабочая программа составлена с учетом Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки 140400.62 Электроэнергетика и электротехника, утвержденного приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от "9" декабря 2009 г. № 710.

 

 

Составитель ___________________ М.А. Кучеренко

30.11.2012 г. ^{(подпись)}

 

	ã Кучеренко М.А., 2012
	ã ОГУ, 2012

Содержание

		с.
	Цели и задачи освоения дисциплины………………………………………………….....
	Место дисциплины в структуре ООП ВПО.......…………………………….....................
	Требования к результатам освоения содержания дисциплины.......................................
	Содержание и структура дисциплины (модуля)....…………………………...................
4.1	Содержание разделов дисциплины.....................................................................................
4.2	Структура дисциплины........................................................................................................
4.3	Лабораторные работы……………………………………………………….......................
4.4	Практические занятия (семинары)....………………………………………......................
4.5	Курсовой проект (курсовая работа).....................................................................................
4.6	Самостоятельное изучение разделов дисциплины…………….………….......................
	Образовательные технологии..............................................................................................
5.1	Интерактивные образовательные технологии, используемые в аудиторных занятиях
	Оценочные средства для текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации.............................................................................................................................
	Учебно-методическое обеспечение дисциплины (модуля)......................……………….
7.1	Основная литература………………………………………………………….....................
7.2	Дополнительная литература………………………………………………….....................
7.3	Периодические издания.....……………………………………….…………......................
7.4	Интернет-ресурсы..................................................................................................................
7.5	Методические указания к лабораторным занятиям ……………………..………............
7.6	Методические указания к практическим занятиям...........................................................
	Методические указания к курсовому проектированию и другим видам самостоятельной работы.....................................................................................................
7.7	Программное обеспечение современных информационно-коммуникационных технологий...................................................................………………………………….....
	Материально-техническое обеспечение дисциплины……………………......................
	Лист согласования рабочей программы дисциплины…..…………………....................
	Дополнения и изменения в рабочей программе дисциплины ……………....................

 

1 Цели и задачи освоения дисциплины

Цели освоения дисциплины (модуля):

ознакомление студентов с основными законами физики и возможностями их применения при решении задач, возникающих в их последующей профессиональной деятельности.

Задачи:

· изучение законов окружающего мира в их взаимосвязи;

· овладение фундаментальными принципами и методами решения научно-технических задач;

· формирование навыков по применению положений фундаментальной физики к грамотному научному анализу ситуаций, с которыми инженеру приходится сталкиваться при создании новой техники и новых технологий;

· освоение основных физических теорий, позволяющих описать явления в природе, и пределов применимости этих теорий для решения современных и перспективных технологических задач;

· формирование у студентов основ естественнонаучной картины мира;

· ознакомление студентов с историей и логикой развития физики и основных её открытий.

 

2 Место дисциплины в структуре ООП ВПО

Дисциплина относится к базовой части учебного цикла – Б2 Естественнонаучный цикл.

Дисциплины, на которые опирается содержание дисциплины: базовые уровни курсов физики и математики средней школы; математика базовой части учебного цикла – Б2, Естественнонаучный цикл.

Требования к «входным» знаниям, умениям и опыту деятельности по школьному курсу физики:

Знать/ понимать

· смысл понятий и физических величин: физическое явление, гипотеза, закон, теория. Вещество, взаимодействие, электромагнитное поле, волна. Фотон, атом, атомное ядро, ионизирующее излучение, планета, звезда, Солнечная система, галактика, Вселенная, скорость, ускорение, масса, сила, импульс, работа, механическая энергия, внутренняя энергия, абсолютная температура, средняя кинетическая энергия частиц вещества, количество теплоты, элементарный электрический заряд;

· смысл физических законов классической механики, всемирного тяготения, сохранения энергии, импульса и электрического заряда, термодинамики, электромагнитной индукции, фотоэффекта;

· вклад российских и зарубежных ученых, оказавших наибольшее влияние на развитие физики;

 

Уметь

· описывать и объяснять физические явления и свойства тел: движение небесных тел и искусственных спутников Земли; свойства газов, жидкостей и твердых тел; электромагнитную индукцию, распространение электромагнитных волн; волновые свойства света; излучение и поглощение света атомом; фотоэффект;

· отличать гипотезы от научных теорий; делать выводы на основе экспериментальных фактов; приводить примеры, показывающие. Что физическая теория дает возможность объяснять известные явления природы и научные факты, предсказывать еще неизвестные явления;

· приводить примеры практического использования физических занний;

· воспринимать и на основе полученных знаний самостоятельно оценивать информацию, содержащуюся в сообщениях СМИ, Интернете, научно-популярных статьях;

 

использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни для:

· оценки влияния на организм человека и другие организмы загрязнения окружающей среды.

 

Требования к «входным» знаниям, умениям и опыту деятельности по школьному курсу математики:

Знать/ понимать

· производную скалярной функции, основные правила дифференцирования, дифференциал, неопределенный интеграл, определенный интеграл, векторы, проекция вектора на некоторое направление, сложение и вычитание векторов, умножение вектора на скаляр, умножение вектора на вектор, разложение вектора на составляющие;

Уметь

· дифференцировать элементарные функции, вычислять неопределенные и определенные интегралы от элементарных функций, осуществлять действия над векторами, умножать вектор на вектор (скалярное и векторное произведение), определять проекции вектора на выбранные направления

 

Требования к «входным» знаниям, умениям и опыту деятельности по математике базовой части учебного цикла – Б2 Естественнонаучный цикл:

Знать/ понимать

· производную высшего порядка, частную производную, комплексные числа, комплексно сопряженные числа;

Уметь

· вычислять производные высшего порядка и частную производную.

 

.

Дисциплины и практики, для которых освоение данной дисциплины (модуля) необходимо как предшествующее (в части базовых концепций и методов, развитых в современном естествознании): Б..3.1.1 Теоретические основы электротехники, Б.3.1.2 Электрические машины, Б.3.1.4. Электротехническое и конструкционное материаловедение, Б.3.1.8 Электрические и электронные аппараты, Б.3.1.9 Электрический привод, Б.3.1.10 Электрические станции и подстанции, Б.3.1.11 Электроэнергетические системы и сети, Б.3.1.14 Электроснабжение, Б.3.2.2 Электроника, Б.3.2.3. Прикладная механика.

 

3 Требования к результатам освоения содержания дисциплины

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование элементов следующих компетенций в соответствии с ФГОС ВПО и ООП ВПО по данному направлению подготовки (специальности):

а) общекультурных (ОК):

- использует в познавательной и профессиональной деятельности базовые знания в области математики и естественных наук, применяет методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-6);

- демонстрирует способность к письменной и устной коммуникации на родном языке, навыки культуры социального и делового общения (ОК-10);

- способен использовать базовые знания и навыки управления информацией для решения исследовательских профессиональных задач, соблюдает основные требования информационной безопасности, в том числе защиты государственной тайны (ОК-13);

- проявляет творческие качества (ОК-14);

- правильно ставит цели, проявляет настойчивость и выносливость в их достижении (ОК-15);

- заботится о качестве выполняемой работы (ОК-16);

- умеет работать самостоятельно и в команде (ОК-18);

б)профессиональных (ПК):

- способен эксплуатировать современную аппаратуру и оборудование для выполнения научно-исследовательских полевых и лабораторных биологических работ (ПК-15);

- применяет на практике приемы составления научно-технических отчетов, обзоров, аналитических карт и пояснительных записок (ПК-16).

 

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

знать:

· основные физические явления и основные законы физики; границы их применимости, применение законов в важнейших практических приложениях;

· основные физические величины и физические константы, их определение, смысл, способы и единицы их измерения;

· фундаментальные физические опыты и их роль в развитии науки;

· назначение и принципы действия важнейших физических приборов;

уметь:

· объяснить основные наблюдаемые природные и техногенные явления и эффекты с позиций фундаментальных физических взаимодействий;

· указать, какие законы описывают данное явление или эффект;

· истолковывать смысл физических величин и понятий;

· записывать уравнения для физических величин в системе СИ;

· использовать различные методики физических измерений и обработки экспериментальных данных;

· использовать методы адекватного физического и математического моделирования, а также применять методы физико-математического анализа к решению конкретных естественнонаучных и технических проблем;

владеть базовыми концепциями и методами, развитыми в современном естествознании.

приобрести опыт деятельности в:

· использовании основных общефизических законов и принципов в важнейших практических приложениях;

· применении основных методов физико-математического анализа для решения естественнонаучных задач;

· обработке и интерпретировании результатов эксперимента;

· в пополнении физического знания на основе умений структурно-семантического анализа информации различного рода и происхождения, в том числе электронной.

 

4 Содержание и структура дисциплины (модуля)

4.1 Содержание разделов дисциплины

№ раздела	Наименование раздела	Содержание раздела	Форма текущего контроля
	Физические основы механики	Кинематика. Основные кинематические характеристики криволинейного движения: скорость и ускорение. Нормальное и тангенциальное ускорение. Кинематика вращательного движения: угловая скорость и угловое ускорение, их связь с линейной скоростью и ускорением. Динамика. Инерциальные системы отсчета и первый закон Ньютона. Второй закон Ньютона. Масса, импульс, сила. Уравнение движения материальной точки. Третий закон Ньютона и закон сохранения импульса. Закон всемирного тяготения. Силы трения. Силы упругости. Закон Гука. Вес тела. Невесомость. Момент импульса. Момент импульса материальной точки и механической системы. Момент силы. Уравнение моментов. Закон сохранения момента импульса механической системы. Энергия. Сила, работа и потенциальная энергия. Консервативные и неконсервативные силы. Работа и кинетическая энергия. Закон сохранения полной механической энергии в поле потенциальных сил. Динамика вращательного движения.Основное уравнение динамики вращательного движения твердого тела с закрепленной осью вращения. Момент импульса тела. Момент инерции. Теорема Штейнера. Кинетическая энергия вращающегося твердого тела. Релятивистская механика. Принцип относительности и преобразования Галилея. Неинвариантность электромагнитных явлений относительно преобразований Галилея. Постулаты специальной теории относительности (СТО) Эйнштейна. Относительность одновременности и преобразования Лоренца. Парадоксы релятивистской кинематики: сокращение длины и замедление времени в движущихся системах отсчета. Релятивистский импульс. Взаимосвязь массы и энергии в СТО. СТО и ядерная энергетика.	устный опрос; письменные задания; собеседование; виртуальные ЛР; тесты действия; составление структурно-семантических схем учебного текста; метод проектов; контрольная работа; тестирование с помощью технических средств; домашнее задание
	Колебания и волны	Гармонические колебания.Идеальный гармонический осциллятор. Уравнение идеального осциллятора и его решение. Амплитуда, частота и фаза колебания. Примеры колебательных движений различной физической природы. Свободные затухающие колебания осциллятора с потерями. Вынужденные колебания. Сложение колебаний (биения, фигуры Лиссажу). Разложение и синтез колебаний, понятие о спектре колебаний. Нормальные моды. Связанные колебания. Волны.Волновое движение. Плоская гармоническая волны. Длина волны, волновое число, фазовая скорость. Уравнение волны. Одномерное волновое уравнение. Упругие волны в газах жидкостях и твердых телах. Плоские и сферические электромагнитные волны. Поляризация волн.	устный опрос; письменные задания; собеседование; виртуальные ЛР; тесты действия; составление структурно-семантических схем учебного текста; метод проектов; контрольная работа; тестирование с помощью технических средств; домашнее задание
	Молекулярная физика и термодинамика	Феноменологическая термодинамика.Термодинамическое равновесие и температура. Нулевое начало термодинамики. Эмпирическая температурная шкала. Квазистатические процессы. Уравнение состояния в термодинамике. Обратимые и необратимые процессы. Первое начало термодинамики. Теплоемкость. Уравнение Майера. Изохорический, изобарический, изотермический, адиабатический процессы в идеальных газах. Преобразование теплоты в механическую работу. Цикл Карно и его коэффициент полезного действия. Энтропия. Третье начало термодинамики. Термодинамические функции состояния. Фазовые равновесия и фазовые превращения. Элементы неравновесной термодинамики. Классические и квантовые статистики. Конденсированное состояние. Молекулярно-кинетическая теория.Давление газа с точки зрения МКТ. Теплоемкость и число степеней свободы молекул газа. Распределение Максвелла для модуля и проекций скорости молекул идеального газа. Экспериментальное обоснование распределения Максвелла. Распределение Больцмана и барометрическая формула. Элементы физической кинетики.Явления переноса. Диффузия, теплопроводность, внутреннее трение. Броуновское движение.	устный опрос; письменные задания; собеседование; виртуальные ЛР; тесты действия; составление структурно-семантических схем учебного текста; метод проектов; контрольная работа; тестирование с помощью технических средств; домашнее задание
	Электричество и магнетизм	Электростатика.Закон Кулона. Напряженность и потенциал электростатического поля. Теорема Гаусса в интегральной форме и ее применение для расчета электрических полей. Проводники в электрическом полн.Равновесие зарядов в проводнике. Основная задача электростатики проводников. Эквипотенциальные поверхности и силовые линии электростатического поля между проводниками. Электростатическая защита. Емкость проводников и конденсаторов. Энергия заряженного конденсатора. Диэлектрики в электрическом поле.Электрическое поле диполя. Диполь во внешнем электрическом поле. Поляризация диэлектриков. Ориентационный и деформационный механизмы поляризации. Вектор электрического смещения (электрической индукции). Диэлектрическая проницаемость вещества. Электрическое поле в однородном диэлектрике. Постоянный электрический ток.Сила и плотность тока. Уравнение непрерывности для плотности тока. Закон Ома в интегральной и дифференциальной формах. Закон Джоуля-Ленца. Закон Видемана-Франца. Электродвижущая сила источника тока. Правила Кирхгофа. Квазистационарные переменные токи. Векторные диаграммы. Электрический ток в газах, вакууме. Электролитах. Плазма. Магнитостатика.Магнитное взаимодействие постоянных токов. Вектор магнитной индукции. Закон Ампера. Сила Лоренца. Движение зарядов в электрических и магнитных полях. Закон Био-Савара-Лапласа. Теорема о циркуляции (закон полного тока). Магнитное поле в веществе.Магнитное поле и магнитный дипольный момент кругового тока. Намагничение магнетиков. Напряженность магнитного поля. Магнитная проницаемость. Классификация магнетиков. Электромагнитная индукция.Феноменология электромагнитной индукции. Правило Ленца. Уравнение электромагнитной индукции. Самоиндукция. Индуктивность соленоида. Включение и отключение катушки от источника постоянной эдс. Энергия магнитного поля. Уравнения Максвелла.Система уравнений Максвелла в интегральной форме и физический смысл входящих в нее уравнений. Принцип относительностив электродинамике.	устный опрос; письменные задания; собеседование; виртуальные ЛР; тесты действия; составление структурно-семантических схем учебного текста; метод проектов; контрольная работа; тестирование с помощью технических средств; домашнее задание
	Оптика	Электромагнитные волны.Волновое уравнение в пространстве. Волновой вектор. Волновое уравнение для электромагнитного поля. Основные свойства электромагнитных волн. Энергетические характеристики электромагнитных в олн. Вектор Пойнтинга. Интерференция световых волн.Интерференционное поле от двух точечных источников. Опыт Юнга. Интерферометр Майкельсона. Интерференция в тонких пленках. Многолучевая интерференция. Дифракция волн.Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция Френеля на простейших преградах. Дифракция Фраунгофера. Дифракционная решетка как спектральный прибор. Понятие о голографическом методе получения и восстановления изображений. Метод зон Френеля. Поляризация волн.Форма и степень поляризации монохроматических волн. Получение и анализ линейно-поляризованного света. Линейное двулучепреломление. Прохождение света через линейные фазовые пластинки. Искусственная оптическая анизотропия. Фотоупругость. Циркулярная фазовая анизотропия. Электрооптические и магнитооптические эффекты. Поглощение и дисперсия волн.Феноменология поглощения и дисперсии света. ЭлементыФурье-оптики. Элементы фотометрии.Фотометрические величины и единицы.	устный опрос; письменные задания; собеседование; виртуальные ЛР; тесты действия; составление структурно-семантических схем учебного текста; метод проектов; контрольная работа; тестирование с помощью технических средств; домашнее задание
	Квантовая и атомная физика	Квантовые свойства электромагнитного излучения.Излучение нагретых тел. Спектральные характеристики теплового излучения. Законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана и Вина. Абсолютно черное тело. Формула Релея-Джинса и «ультрафиолетовая катастрофа». Гипотеза Планка. Квантовое объяснение законов теплового излучения. Корпускулярно-волновой дуализм света. Фотоэффект и эффект Комптона. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Опыт Боте. Планетарная модель атома.Модель атома Томсона. Опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц. Ядерная модель атома. Эмпирические закономерности в атомных спектрах. Формула Бальмера. Линейчатые спектры атомов. Квантовая механика.Гипотеза де Бройля. Опыты Дэвиссона и Джермера. Дифракция микрочастиц. Принцип неопределенности Гейзенберга. Волновая функция, ее статистический смысл и условия, которым она должна удовлетворять. Уравнение Шредингера. Операторы физических величин. Квантовая частица в одномерной потенциальной яме. Одномерный потенциальный порог и барьер. Квантово-механическое описание атомов.Стационарное уравнение Шредингера для атома водорода. Волновые функции и квантовые числа. Правила отбора для квантовых переходов. Опыт Штерна и Герлаха. Эффект Зеемана. Энергетический спектр атомов и молекул. Природа химической связи. Принцип Паули. Периодический закон. Оптические квантовые генераторы. 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. Элементы физики твердого тела.Движение электронов в периодическом поле кристалла. Структура зон в металлах, полупроводниках и диэлектриках. Проводимость металлов. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Контактные явления в полупроводниках. Р-n - переход. Распределение электронов и дырок в р-n - переходе. Ток основных и неосновных носителей через р-n - переход. Вольтамперная характеристика р-n - перехода. Выпрямляющие свойства р-n перехода. Транзистор.	устный опрос; письменные задания; собеседование; виртуальные ЛР; тесты действия; составление структурно-семантических схем учебного текста; метод проектов; контрольная работа; тестирование с помощью технических средств; домашнее задание
	Ядерная физика	Основы физики атомного ядра.Состав атомного ядра. Характеристики ядра: заряд, масса, энергия связи нуклонов. Радиоактивность. Виды и законы радиоактивного излучения. Ядерные реакции. Деление ядер. Синтез ядер. Детектирование ядерных излучений. Понятие о дозиметрии и защите. Спин и магнитный момент ядра. Свойства и обменный характер ядерных сил. Естественная и искусственная радиоактивность. Источники радиоактивных излучений. Радиоизотопный анализ. Законы сохранения в ядерных реакциях. Экспериментальные методы ядерной физики. Капельная, оболочечная и обобщенная модель ядра. Ускорители. Взаимодействие ядерных излучений с веществом. Элементарные частицы.Фундаментальные взаимодействия и основные классы элементарных частиц. Частицы и античастицы. Лептоны и адроны. Кварки. Электрослабое взаимодействие. Космические лучи.Первичное и вторичное излучение. Интенсивность, состав, энергетический спектр. Высотный ход интенсивности космических лучей. Взаимодействие первичного космического излучения с магнитным полем Земли. Широтный эффект. Радиационные пояса. Происхождение космических лучей.	устный опрос; письменные задания; собеседование; виртуальные ЛР; тесты действия; составление структурно-семантических схем учебного текста; метод проектов; контрольная работа; тестирование с помощью технических средств; домашнее задание
	Космология, эволюция Вселенной	Физическая картина мира.Особенности классической, неклассической и постнеклассической физики. Методология современных научно-исследовательских программ в области физики. Основные достижения и проблемы субъядерной физики. Попытки объединения фундаментальных взаимодействий и создания «теории всего» (Theory of everything). Современные космологические представления. Достижения наблюдательной астрономии. Теоретические космологические модели. Антропный принцип. Революционные изменения в технике и технологиях как следствие научных достижений в области физики. Физическая картина мира как философская категория. Парадигма Ньютона и эволюционная парадигма.	реферат; тестирование

4.2 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 8 зачетных единиц (288 часов)

Вид работы	Трудоемкость, часов
семестра	семестра	Всего
Общая трудоемкость
Аудиторная работа:
Лекции (Л)
Практические занятия (ПЗ)
Лабораторные работы (ЛР)
Самостоятельная работа:
Курсовой проект (КП), курсовая работа (КР)
Расчетно-графическое задание (РГЗ)
Реферат (Р)
Эссе (Э)
Самостоятельное изучение разделов
Контрольная работа (К)
Самоподготовка (проработка и повторение лекционного материала и материала учебников и учебных пособий, подготовка к лабораторным и практическим занятиям, коллоквиумам, рубежному контролю и т.д.),
Подготовка и сдача экзамена
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)	Зачет, Экзамен	Дифференцированный зачет

 

 

Разделы дисциплины, изучаемые в 1 семестре

 

№ раз- дела	Наименование разделов	Количество часов
Всего	Аудиторная работа	Вне- ауд. работа СР
Л	ПЗ	ЛР
	Физические основы механики
	Колебания и волны
	Молекулярная физика и термодинамика
	Электричество и магнетизм
	Итого:

 

 

Разделы дисциплины, изучаемые во 2 семестре

 

№ раз- дела

Наименование разделов

Количество часов

Всего

Аудиторная работа

Вне- ауд. работа СР

Л

ПЗ

ЛР

Оптика

Квантовая и атомная физика

Ядерная физика

Космология, эволюция Вселенной

Итого:

 

Примечание к п.4.3: В рамках практических занятий по дисциплине предусмотрено проведение виртуальных лабораторных работ.

 

Лабораторные работы

№ ЛР	№ раздела	Наименование лабораторных работ	Кол-во часов
		Элементы теории ошибок и обработка результатов измерений
		Измерение момента инерции твердых тел методом крутильных колебаний.
		Работа диссипативных сил.
		Маятники (математический и физический)
		Изучение оборотного маятника.
		Изучение сложения гармонических колебаний
		Определение коэффициента вязкости методом Стокса.
		Определение отношения теплоемкостей Ср/Сv воздуха методом адиабатического расширения.
		Вводная лабораторная работа. Назначение и характеристики электроизмерительных приборов.
		Измерение емкости конденсаторов.
		Изучение разветвленных электрических цепей.
		Измерение сопротивления мостовым методом.
		Измерение коэффициента самоиндукции, емкости и проверка закона Ома для цепи переменного тока
		Проверка закона Джоуля-Ленца.
		Изучение взаимодействия электрических токов.
		Действие магнитного поля на движущийся заряд
		Определение удельного заряда электрона
		Изучение самоиндукции и взаимоиндукции.
		Изучение фотоэффекта
		Определение показателя преломления жидкости с помощью рефрактометра
		Изучение дифракции Френеля
		Определение разрешающей способности человеческого глаза
		Санитарные нормы и техника безопасности при работе с радиоактивными препаратами
	4, 6	Определение точки Кюри ферромагнетиков
	4, 6	Изучение магнитного гистерезиса
		Изучение оптического спектра испускания атомов водорода
		Изучение максимальной энергии бета излучения изотопа стронций 90+ иттрий 90