1.3 Учебно-методическое обеспечение дисциплины «Физика»

1.3.1 Содержание тем дисциплины «Физика»

1. Введение

Материя и движение. Физика как наука, изучающая наиболее общие свойства материи и простейшие формы ее движения. Методы и результаты физического исследования (наблюдение, опыт, гипотеза, теория). Связь физики с другими науками.

2. Механика.

   1. Кинематика точки. Векторные и скалярные величины. Системы измерения. Относительность движения. Системы отсчета. Траектория перемещение путь. Скорость и ускорение. Одномерное движение с ускорением. Движение в плоскости и пространстве. Криволинейное движение. Угловая скорость. Центростремительное ускорение. Тангенциальное и нормальное ускорение. Кинематика движения по окружности. (4 часа)

   2. Динамика материальной точки и системы точек. Закон инерции. Сила. Масса. Сила. 2,3 -й законы Ньютона. Второй закон Ньютона в дифференциальной форме. Импульс. Закон изменения и сохранения импульса. Центр масс и закон его движения. Движение тела с переменной массой. (2 часа)

   3. Виды сил. Различные виды сил трения. Сухое и жидкое трение. Вязкое трение. Сила трения скольжения. Гравитационные силы. Упругие силы. (0,75 час)

   4. Тяготение тел. Гравитационная и инертная масса. Закон всемирного тяготения. Потенциальная энергия тяготения. Основные законы небесной механики. (0,5 час)

   5. Работа и энергия. Понятие об энергии. Работа и энергия. Работа силы. Мощность Потенциальные силы. Кинетическая и потенциальная энергия. Закон сохранения полной механической энергии. Закон сохранения полной энергии замкнутой системы. Изменение механической энергии при действии внешних неконсервативных сил. Абсолютно упругий удар. Абсолютно неупругий удар. (4 часа)

   6. Движение твердого тела. Поступательное и вращательное движение твердого тела. Условие равновесия тела имеющего неподвижную ось. Закон динамики вращения тела вокруг неподвижной оси. Момент силы. Момент инерции. Теорема Гюйгенса – Штейнера. Момент импульса. Кинетическая энергия вращающегося тела. Уравнение моментов (закон изменения импульса). Закон сохранения момента импульса. (4 часа)

   7. Деформация тел. Понятие об упругом теле. Типы упругих деформаций. Силы и деформации при растяжении. Диаграмма растяжения. Внутренние силы и напряжения. Напряжения и деформации при сдвиге и кручении. Деформация при изгибе стержней. Энергия упругой деформации. Хрупкость и пластичность. Перегрузки, невесомость и напряжения. (1,5 часа)

   8. Механика жидкостей и газов. Твердые жидкие и газообразные тела. Давление. Давление а газе в покоящейся жидкости. Течение жидких и газообразных тел. Поле скоростей, линии и трубки тока. Уравнение неразрывности. Закон Паскаля. Уравнение Бернулли и его следствия. Вязкость. Формула Пуазейля. Число Рейнольдса. Формула Стокса. (2 часа)

3. Колебания и волны.

   1. Колебания. Периодические процессы. Гармонические колебания. Смещение скорость и ускорение при гармоническом колебании. Сложение гармонических колебаний. Упругие колебания. Дифференциальное уравнение свободных гармонических колебаний. Математический, пружинный и физический маятники. Затухающие колебания. Вынужденные механические колебания и резонанс. Переходные процессы и сложные колебания. Гармонический анализ. Автоколебания. Собственные колебания системы со многими степенями свободы (биения). (4 часа)

   2. Колебания сплошной среды (волны). Продольные и поперечные волны. Уравнение волны. Фазовая скорость волны. Энергия волны. Принцип суперпозиции волн. Отражение волн. Интерференция волн. Стоячие волны. Звуковые волны. Отражение звуковых волн от препятствий. Распространение звуковых волн. Слух, область слышимости. Ультразвук и инфразвук. Тембр звука. Эффект Доплера в акустике.(4 часа)

4. Молекулярная физика и термодинамика

   1. Исходные понятия и определения термодинамики и молекулярной физики. (0,75 часа)

4.1.1. Введение. Масса и размер молекул. Относительная молекулярная масса.

Моль. Молярная масса.

4.1.2. Тепловое движение. Статистический и термодинамический методы исследования. Термодинамические системы. Термодинамические параметры и процессы. Макро- и микропараметры. Равновесное и неравновесное состояние. Термодинамическое равновесие. Идеальный газ. Температура. Шкала Цельсия. Законы Авогадро. Шкала Кельвина. Абсолютная температура. Равновесные процессы для идеального газа. Взаимодействие между атомами и молекулами. Уравнение состояния идеального газа.

1. Молекулярно-кинетическая тория газов. Некоторые сведения о классической статистической физике. Уравнение кинетической теории идеального газа. Закон распределения молекул по скоростям и энергиям. Экспериментальная проверка закона распределения молекул по скоростям. Барометрическая формула. Закон Больцмана для распределения частиц во внешнем потенциальном поле. Средняя длина свободного пробега молекул. Явление переноса в термодинамически неравновесных системах. Основные уравнения и коэффициенты явлений переноса. Число степеней свободы молекулы. Закон равновесного распределения энергии по степеням свободы. (4 часа)

2. Первое начало (закон) термодинамики. Внутренняя энергия системы. Работа и теплота. Внутренняя энергия идеального газа. Первый закон термодинамики. Теплоемкость веществ. Теплоемкость газа при постоянном давлении и объеме. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам идеальных газов. Адиабатный и политропный процессы идеальных газов. (2 часа)

3. Второе начало (закон) термодинамики. Обратимые и необратимые процессы. Круговые (циклические) процессы. Цикл Карно. Коэффициент полезного действия цикла Карно и других циклов. Энтропия. Закон неубывания энтропии для замкнутых систем. Второй закон термодинамики и его статистическое истолкование. Флуктуации. Броуновское движение. (2 часа)

4. Реальные газы и пары. Силы межмолекулярного взаимодействия в газах. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы реальных газов. Фазовые переходы I и II рода. Насыщающие пары и их свойства. Метастабильные состояния. Критическое состояние и его параметры. Абсолютная влажность. Относительная влажность. Давление насыщенного пара. Диаграмма состояния вещества. Тройная точка. Внутренняя энергия реального газа. Эффект Джоуля –Томсона. (2 часа)

5. Молекулярные силы в жидкостях. Поверхностная энергия. Поверхностное натяжение. Давление под изогнутой поверхностью жидкости. Давление Лапласа.. Смачивание. Капиллярные явления. (0,5 час)

1. Электричество и магнетизм

   1. Электростатика. Свойства зарядов. Закон Кулона. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Поток вектора напряженности. Теорема Гаусса. Работа сил электрического поля. Потенциальная энергия. Потенциал. Связь между разностью потенциалов и напряженностью поля. (4 часа)

   2. Проводники в электростатическом поле. Явление электростатической индукции. Напряженность и потенциал поля проводника. Электроемкость уединенного проводника. Емкость шара. Конденсаторы. Емкость плоского конденсатора. Соединения конденсаторов. Энергия заряженного конденсатора.(2 часа)

   3. Диэлектрики в электростатическом поле. Полярные и неполярные молекулы. Диполь. Поляризация. Связанные заряды. Поле в диэлектрике.(2 часа)

   4. Постоянный ток. Характеристика тока. Сила тока. Плотность тока. Закон Ома для плотности тока. Удельная проводимость. Удельное сопротивление. Закон Ома для однородного участка цепи. Сопротивление. Источник тока. Э.д.с. и внутреннее сопротивление источника тока. Закон Ома для полной цепи. Закон Ома для неоднородной цепи. Правила Кирхгофа. Соединения проводников. Работа и мощность тока. Полная и полезная мощности. Закон Джоуля – Ленца. Электрическая безопасность. (4 часа)

   5. Магнетизм. Источники магнитного поля. Силовые линии. Магнитное поле прямого тока и прямого магнита. Правило правой руки. Индукция магнитного поля. Сила Ампера. Правило левой руки. Взаимодействие двух параллельных проводников с током. Сила Лоренца. Траектории движения заряженных частиц в магнитном поле. Закон Ампера. Индукция магнитного поля прямого тока. Магнитная проницаемость. Напряженность магнитного поля. Принцип суперпозиции магнитных полей. Теорема Био-Савара. Вычисление магнитного поля на оси кругового контура с током. Работа магнитных сил. Магнитный поток. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца. Природа ЭДС индукции в движущемся проводнике. Природа ЭДС индукции в движущемся проводнике. Неподвижный контур в переменном магнитном поле. Вихревое электрическое поле. Токи Фуко. Самоиндукция. Индуктивность. Индуктивность катушки. Энергия магнитного поля.(5 час)

   6. Колебания. Амплитуда, частота, фаза, период гармонического колебания. Уравнение гармонических колебаний. Свободные колебания. Собственная частота колебаний. Дифференциальное уравнение гармонических колебаний. Колебательный контур. Векторная диаграмма. (графическое представление колебаний). Вынужденные колебания. Мощность тока на активной нагрузке. Действующие значения тока и напряжения. Излучение электромагнитных волн. (2 часа)

6. Оптика

   1. Электромагнитная природа света. Природа электромагнитых волн. Уравнения Максвелла. Плоская монохроматическая волна. Амплитуда, частота, фаза, длина волны. Волновой вектор. Сферическая волна. Шкала электромагнитных волн. Поперечность электромагнитных волн. Связь между Е и Н. Энергия электромагнитной волны. Вектор Умова-Пойтинга. Линейно-поляризованный свет. Свет, поляризованный по кругу. Эллиптически-поляризованный свет. Левая и правая поляризация. (4 часа)

   2. Волновые пакеты. Волновые пакеты. Соотношение неопределенностей. Фазовая и групповая скорости. (2 часа)

   3. Дисперсия света. Нормальная дисперсия. Аномальная дисперсия. Закон Бугера. (2 часа)

   4. Фотометрия. Основные фотометрические и радиометрические величины. Сила света. Световой поток. Светимость. Яркость. Ламбертовский источник. Освещенность. (2 часа)

   5. Интерференция света. Понятие об интерференции. Когерентность. Квазимонохроматичность. Время когерентности. Длина когерентности. Интерференция сферических волн. Получение когерентных волн методом деления волнового фронта. Опыт Юнга. Условия усиления и ослабления света. Координаты светлых и темных полос. Ширина полосы. Локализация картины интерференции. Полосы равного наклона. Полосы равного наклона. Полосы равной толщины.(4 час)

   6. Дифракция света. Понятие о дифракции света. Принцип Гюйгенса – Френеля. Метод зон Френеля. Метод векторных диаграмм (спираль Френеля). Дифракция Френеля от круглого отверстия. Дифракция Френеля на непрозрачном диске. Классификация дифракционных явлений. Дифракция Фраунгофера от одной щели. Дифракционная решетка. Дифракция Фраунгофера от круглого отверстия. Разрешающая способность глаза. Характеристики спектральных приборов: угловая и линейная дисперсия, разрешающая способность. (4 часа)