Введение

Модуль 1

Физические основы механики

УЭ

№ и содержание лекции

Содержание СРС

Планы практических занятий

1

2

3

4

УЭ-1 Кинематика и динамика

материальной точки и твердого тела

1. Введение. Кинематика и динамика материальной точки и твердого тела. Механическое движение как простейшая форма движения материи. Пространство и время. Система отсчета. Понятия материальной точки и абсолютно твердого тела. Момент импульса. Момент силы и момент инерции твердого тела. Уравнение динамики вращательного движения твердого тела относительно неподвижной оси. Аналогия между описанием вращательного и поступательного движений.

1. Кинематическое описание движения материальной точки и твердого тела. Законы движения. Основная задача кинематики и методы ее решения.

2. Инерциальные системы отсчета. Законы Ньютона. Масса, импульс, сила. Силы в механике. Система материальных точек. Внешние и внутренние силы. Центр масс механической системы и закон его движения.

Занятие № 1. Кинематическое описание движения.

1. Кинематические характеристики движения материальной точки.

2. Основная задача кинематики.

3. Поступательное и вращательное движения твердого тела.

//10 1-10,1-28,1-53,1-55

Занятие № 2. Основная задача динамики.

1. Законы динамики поступательного и вращательного движения.

2. Момент силы.

3. Момент инерции. Вычисление моментов инерции. Теорема Штейнера.

//10 2-5,3-6,3-22,3-26 //

1

2

3

4

УЭ-2 Энергия и работа

2. Энергия как универсальная мера различных форм движения и взаимодействия. Работа силы и ее выражение через криволинейный интеграл. Мощность. Кинетическая энергия механической системы и ее связь с работой внешних и внутренних сил, приложенных к системе. Потенциальная энергия материальной точки во внешнем силовом поле и ее связь с силой, действующей на материальную точку. Консервативные и неконсервативные силы. Движение в центральном поле сил.

3. Законы сохранения. Законы сохранения как следствие симметрии пространства и времени. Закон сохранения импульса. Закон сохранения момента импульса. Закон сохранения энергии в механике.

3. Соударение двух тел. Упругий и неупругий удары.

Занятие № 3. Импульс, момент импульса. Механическая энергия и работа.

1. Импульс. Момент импульса.

2. Работа силы. Мощность.

3. Кинетическая энергия поступательного и вращательного движения.

4. Потенциальная энергия и ее связь с силой.

// 10,2-12,2-61,3-50,4-57 //

Занятие № 4. Законы сохранения в механике.

1. Закон сохранения импульса и его применение к решению задач о столкновении тел.

2. Закон сохранения момента импульса.

3. Полная механическая энергия. Закон сохранения энергии в механике.

4. Границы применимости законов сохранения.

5. Абсолютно упругий и неупругий удары.

// 10, 2-40,2-77,3-31,3-56 //

УЭ-3 Элементы СТО

4. Принцип относительности в механике. Механический принцип относительности. Преобразования Галилея. Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца. Инварианты преобразований. Элементы релятивистской динамики. Релятивистское преобразование импульса и энергии. Описание движения в неинерциальных системах отсчета.

Модуль 2

Статистическая физика и термодинамика

1

2

3

4

УЭ-1 Статистические

распределения

5. Статистические распределения. Статистический и термодинамический методы исследования. Вероятность и флуктуации. Распределение Максвелла. Скорости теплового движения частиц. Распределение Больцмана для частиц во внешнем потенциальном поле. Число степеней свободы. Распределение энергии по степеням свободы. Внутренняя энергия идеального газа.

4. Основы молекулярно-кинетической теории. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории. Средняя кинетическая энергия молекул идеального газа. Термодинамические параметры. Равновесные состояния и процессы, их изображения на термодинамических диаграммах. Уравнение состояния идеального газа. Изопроцессы.

Занятие № 5. Статистические распределения.

1. Физический смысл функции распределения для системы частиц.

2. Распределения Максвелла и Больцмана.

3. Средняя кинетическая энергия частиц.

4. Распределение энергии по степеням свободы молекул. Внутренняя энергия идеального газа с точки зрения МКТ.

// 10, 9-21,9-29,10-10,10-17,10-43 //

УЭ-2 Основы термодинамики

6. Основы термодинамики. Теплота и работа как изменение энергии. Обратимые и необратимые тепловые процессы. Цикл Карно и его КПД. Теорема Карно. Приведенная теплота. Энтропия. Второе начало термодинамики и его физический смысл. Статистическое толкование второго начала термодинамики. Связь энтропии с вероятностью состояния. Энтропия открытой нелинейной системы. Самоорганизующиеся системы.

5. Первое начало термодинамики и его применение к изопроцессам идеального газа. Теплоёмкости идеального газа. Вычисление работы, совершаемой идеальным газом в различных термодинамических процессах.

Занятие № 6. Первое и второе начала термодинамики. Энтропия.

1. Теплота и работа как мера изменения энергии. Теплоемкость.

2. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам идеального газа.

3. Энтропия. Вычисление энтропии.

4. Цикл Карно. КПД теплового двигателя.

5. Второе начало термодинамики.

// 10, 11-17,11-22,11-43,11-56,11-65,11-75 //

1

2

3

4

УЭ-3 Явления переноса

7. Явления переноса. Общая характеристика явлений переноса. Среднее число столкновений и средняя длина свободного пробега. Время релаксации. Явления переноса в неравновесных термодинамических системах. Молекулярно-кинетическая теория явлений переноса: теплопроводности, вязкого трения, диффузии. Коэффициенты переноса.

Занятие № 7. Контрольная работа №1.

Модуль 3

Электростатика. Постоянный ток

1

2

3

4

УЭ-1 Электростатическое

поле в вакууме

8. Электростатика. Электрический заряд. Электрическое поле, его характеристики и связь между ними. Основная задача электростатики. Поток вектора. Теорема Гаусса. Применение теоремы Гаусса к расчету напряженностей электрических полей. Работа по перемещению заряда в электрическом поле. Циркуляция электрического поля.

6. Взаимодействие электрических зарядов. Закон сохранения электрического заряда. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции. Электрический диполь, поле диполя.

Занятие № 8. Электростатическое поле.

1. Принцип суперпозиции.

2. Напряженность и потенциал электростатического поля.

3. Работа перемещения электрического заряда в поле.

// 10,13-21,14-7,14-40,15-14,15-45 //

1

2

3

4

УЭ-2 Электростатическое поле в веществе

9. Диэлектрики в электростатическом поле. Поляризационные заряды. Поляризованность. Типы диэлектриков. Диэлектрическая восприимчивость вещества и ее зависимость от температуры. Электрическое смещение. Основные теоремы электростатики как отражение свойств электростатического поля. Условие на границе раздела двух диэлектриков.

7. Диполь в электрическом поле.

8. Проводники в электростатическом поле. Электрическое поле в проводнике и вблизи его поверхности. Граничные условия на границе проводник – вакуум.

Конденсаторы. Емкость конденсаторов различной геометрической формы.

Занятие № 9. Теорема Гаусса и её применение для расчета электростатических полей в вакууме и диэлектриках.

1. Диэлектрики. Поляризация диэлектриков.

2. Теорема Гаусса и ее применение для расчета электрических полей. Электрическое смещение.

3. Условия на границе двух диэлектрических сред.

// 10, 14-28,14-50,15-34 //

УЭ-3 Энергия электрического поля. Постоянный ток

10. Энергия взаимодействия электрических зарядов. Энергия заряженного конденсатора и системы проводников. Энергия электростатического поля. Объемная плотность энергии электростатического поля.

11. Постоянный электрический ток. Общие характеристики и условия существования электрического тока. Стационарное электрическое поле. Уравнение непрерывности, стационарности электрического поля. Классическая электронная теория электропроводности металлов. Законы Ома и Джоуля - Ленца в дифференциальной форме.

10. Сторонние силы. ЭДС гальванического элемента. Обобщенный закон Ома для неоднородного участка цепи. Электрические токи в газе и в плазме.

Занятие № 10. Энергия электростатического поля. Электрический ток. Законы постоянного тока.

1. Энергия и плотность энергии электрического поля.

2. Характеристики и условия существования постоянного электрического тока.

3. Обобщенный закон Ома. Понятия ЭДС, разности потенциалов, напряжения.

4. Законы Ома и Джоуля-Ленца в дифференциальной форме.

// 10, 18-11,18-18,19-17,20-3,20-5 //

Модуль 4

Магнетизм

1

2

3

4

УЭ-1 Магнитное поле в вакууме

12. Магнитное поле. Вектор магнитной индукции. Принцип суперпозиции. Закон Био-Савара-Лапласа. Расчеты магнитных полей простейших систем. Эффект Холла. Магнитный поток. Теорема Гаусса для магнитного поля. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле.

11. Магнитный момент контура с током. Действие магнитного поля на токи и заряженные частицы. Сила Ампера. Сила Лоренца. Вращающий момент. Движение заряженной частицы в магнитном и электрическом полях.

Занятие № 11. Магнитное поле в вакууме.

1. Магнитная индукция. Принцип суперпозиции.

2. Закон Био-Савара-Лапласа и его применение к расчету магнитных полей токов.

3. Действие магнитного поля на токи и заряженные частицы.

// 10, 21-30,21-34,22-9,23-10,51-68 //

УЭ-2 Магнитное поле в веществе

13. Магнитное поле в веществе. Магнетики. Виды магнетиков. Диамагнетики. Парамагнетики. Ферромагнетики. Магнитный гистерезис. Закон полного тока для магнитного поля в веществе. Основные теоремы магнитостатики как отражение свойств магнитного поля.

Занятие № 12. Теоремы магнитостатики.

1. Магнитный поток.

2. Теорема Гаусса и теорема о циркуляции (закон полного тока) для магнитного поля в вакууме и веществе.

3. Граничные условия для векторов В и Н.

4. Вычисление магнитного поля в веществе. Магнитные цепи.

// 10, 24-4,24-9,24-15,24-21 //

Занятие № 13. Контрольная работа № 2.