5.1 Содержание учебной дисциплины (модуля). Объем дисциплины и виды учебных занятий

Вид* учебной работы

Всего часов

Семестры

1

2

3

Аудиторные занятия (всего)

108

95

72

В том числе:

Лекции

36

19

18

Практические занятия (ПЗ)

36

19

18

Семинары (С)

-

-

-

Лабораторные работы (ЛР)

54

57

36

Самостоятельная работа (всего)

36

36

34

В том числе:

-

-

-

Индивидуальное задание

18

18

18

Контрольные работы

3

2

1

Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен)

Зачет, экзамен

1

2

3

Общая трудоемкость час зач. ед.

№ п/п

Наименование раздела дисциплины

Содержание раздела

Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра)

1.

Введение в физику.

Физика как наука о наиболее общих свойствах и законах движения материи. Основные этапы становления физики как научной дисциплины. Междисциплинарная связь физики и химии. Эксперимент и теория в физических исследованиях. Физическая модель. Пространство и время как форма существования движущейся материи.

2.

Механика. Введение в механику. Кинематика материальной точки.

Введение в механику.

Относительность движения. Системы отсчета. Координатная и векторная формы описания движения материальной точки. Перемещение, скорость, ускорение. Тангенциальное и нормальное ускорение.

Угловые характеристики движения и их связь с линейными характеристиками движения. Число степеней свободы.

Преобразование координат и скоростей в классической механике. Классический закон сложения скоростей.

3.

Динамика материальной

точки.

Понятие массы, импульса и силы в механике. Законы Ньютона. Принцип относительности Галилея. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Силы упругости. Силы трения.

4.

Неинерциальные системы

отсчета.

Движение материальной точки в неинерциальной системе отсчета. Силы инерции. Переносная и кориолисова силы инерции. Обобщенный принцип относительности. Основные постулаты специальной теории относительности Эйнштейна. Преобразования Лоренца.

5

Законы сохранения в механике.

Замкнутые системы отсчета. Импульс материальной точки, импульс системы материальных точек. Закон сохранения и изменения импульса. Реактивное движение. Уравнение Мещерского. Формула Циолковского.

Работа, мощность, сила. Консервативные силы. Кинетическая и потенциальная энергия материальной точки и системы материальных точек. Закон сохранения механической энергии системы. Соударение тел. Абсолютно упругий и неупругий удары. Примеры простейших атомных столкновений в химических реакциях.

6

Динамика вращательного движения.

Моменты силы и импульса. Основной закон вращательного жвижения. Момент инерции относительно оси. Теорема Гюйгенса-Штейнера. Тензор инерции.

Центр масс системы материальных точек. Теорема о движении центра масс. Закон сохранения момента импульса. Кинетическая энергия вращающегося тела.

7

Основы механики

деформируемых тел.

Виды деформаций и их количественная характеристика. Закон Гука. Модуль Юнга. Коэффициент Пуассона. Энергия упругих деформаций.

8

Колебательное движение.

Свободные колебания систем с одной степенью свободы. Гармонический осциллятор. Применение модели гармонического осциллятора к колебаниям двухатомных молекул. Энергия гармонического осциллятора.

Сложение гармонических колебаний.

Затухающие колебания. Логарифмический декремент затухания.

Вынужденные колебания. Резонанс.

Понятие о колебаниях систем со многими степенями свободы. Нормальные колебания (моды) и нормальные частоты. Спектр колебаний, понятие о разложении Фурье.

9

Волны в сплошной среде.

Распространение колебаний в среде. Волны. Длина волны, фаза и скорость волны. Продольные и поперечные волны. Уравнение бегущей волны. Волновое уравнение.

Принцип суперпозиции волн. Интерференция волн. Стоячие волны. Вектор Умова. Эффект Допплера.

10

Механика жидкостей и газов.

Основы гидро- и аэростатики. Закон Паскаля и Архимеда. Движение идеальной жидкости, поле скоростей, линии и трубки тока. Уравнение Бернулли.

Течение вязкой жидкости. Формула Пуазейля. Ламинарное и турбулентное течение. Число Рейнольдса. Обтекание тел жидкостью, газом. Лобовое сопротивление и подъемная сила.

11

Введение в молекулярную физику и термодинамику.

Предмет молекулярной физики. Основные экспериментальные факты, свидетельствующие о дискретном строении вещества. Масса и размер молекул. Статистические закономерности и описание системы многих частиц. Макроскопическое и микроскопическое состояние системы.

12

Идеальный газ.

Законы идеальных газов.

Модель идеального газа. Уравнение состояния идеального газа (уравнение Клапейрона-Менделеева).

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа

13

Распределение молекул газа

по скоростям.

Распределение Максвелла. Характерные скорости молекул: наивероятнейшая, средняя и среднеквадратичная скорости молекул газа. Распределение молекул по компонентам скоростей. Экспериментальная проверка распределения Максвелла по скоростям молекул.

14

Термодинамический подход к описанию молекулярных

явлений.

Термодинамические параметры. Нулевое начало термодинамики. Понятие термодинамического равновесия. Квазистатические процессы. Обратимые и необратимые процессы.

15

Первое начало

термодинамики.

Теплоемкость системы. Теплоемкость идеального газа. Связь теплоемкости газа с числом степеней свободы молекул. Уравнение Майера. Политропический процесс. Уравнение политропы и его частные случаи.

Классическая теория теплоемкости твердых тел. Закон Дюлонга и Пти. Принципиальные трудности классической теории теплоемкости.

16

Циклические процессы

Второе начало термодинамики

Преобразование теплоты в работу. Нагреватель, рабочее тело, холодильник. Коэффициент полезного действия. Цикл Карно и его КПД.

Теоремы Карно. Термодинамическая шкала температур. Неравенство Клаузиуса. Второе начало термодинамики. Формулировка Клаузиуса и Томсона (Кельвина).

Основные термодинамические потенциалы.

17

Понятие энтропии термодинамической системы

Энтропия и вероятность. Закон возрастания энтропии в неравновесной изолированной системе. Микро- и макросостояния системы. Термодинамическая вероятность. Принцип Больцмана. Статистическая интерпретация второго начала термодинамики

18

Реальные газы и жидкости

Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы Ван-дер-Ваальса. Критическое состояние. Область двухфазных состояний. Метастабильные состояния. Критические параметры газа Ван-дер-Ваальса. Потенциальная кривая взаимодействия молекул, понятие о межмолекулярных силах.

19

Поверхностное натяжение жидкостей

Движение молекул в жидкостях. Структура жидкостей: ближний порядок, радиальная функция распределения. Коэффициент поверхностного натяжения. Краевой угол. Давление под искривленной поверхностью жидкости. Формула Лапласа. Капиллярные явления.

20

Твердые тела. Классификация твердых тел. Фазовые переходы.

Кристаллические и аморфные состояния. Кристаллы. Примеры кристаллических структур различных типов. Дефекты в кристаллах. Дислокации. Фазовые переходы первого и второго рода.

21

Электричество и магнетизм.

Введение. Предмет курса. Электромагнитное взаимодействие.

Электростатика.

Диэлектрики в электростатическом поле.

Проводники в электростатическом поле

Электрический заряд. Закон сохранения заряда. Закон Кулона. Вектор напряженности электрического поля. Принцип суперпозиции электрических полей. Поток вектора напряженности электрического поля. Теорема Остроградского-Гаусса, ее применение для расчета напряженности электрических полей.

Работа сил электростатического поля. Потенциальность электростатического поля. Потенциал и разность потенциалов. Связь потенциала с вектором напряженности электростатического поля. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля. Теорема о циркуляции и ее представление в дифференциальной форме.

Электрический диполь. Поле диполя. Диполь во внешних однородном и неоднородном полях. Энергия диполя во внешнем электрическом поле.

Диэлектрики. Свободные и связанные заряды. Механизм поляризации среды. Связь вектора поляризации со связанными зарядами. Вектор электрической индукции. Диэлектрическая проницаемость и диэлектрическая восприимчивость вещества.Напряженность поля у поверхности и внутри проводника. Распределение заряда по поверхности проводника. Электростатическая защита.

Эквипотенциальные поверхности.

Электроемкость. Конденсаторы. Емкость плоского, сферического и цилиндрического конденсатора. Энергия заряженного конденсатора.

22

Постоянный электрический ток.

Носители тока в газах, электролитах, полупроводниках, металлах. Сила и плотность тока. Линии тока. Условие стационарности тока.

Сторонние силы. ЭДС. Электрическое сопротивление. Закон Ома для участка цепи. Закон Ома для полной цепи. Удельная электропроводность вещества. Закон Ома в дифференциальной форме.

Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца. Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа. Токи в сплошных средах. Заземление.

23

Постоянное магнитное поле.

Магнитное взаимодействие токов. Магнитная индукция. Закон Био-Савара-Лапласа. Закон Ампера.

Теорема о циркуляции вектора индукции магнитного поля. Вихревой характер магнитного поля.

Магнитный момент тока.

Магнитный поток. Теорема Гаусса для вектора магнитной индукции.

Движение заряженных частиц в магнитном поле. Сила Лоренца

24

Магнетики. Вектор намагниченности Классификация магнетиков.

Понятие о молекулярных токах. Вектор намагниченности и его связь с молекулярными токами. Вектор напряженности магнитного поля. Магнитная проницаемость и магнитная восприимчивость вещества. Законы магнитного поля в магнетиках.

Классификация магнетиков: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики. Классическое описание диамагнетизма. Природа парамагнетизма. Ферромагнетики. Доменная структура. Гистерезис намагничивания. Остаточная намагниченность и коэрцитивная сила. Температурная зависимость намагниченности. Точка Кюри.

25

Электромагнитная индукция. Основной закон электромагнитной индукции. Правило Ленца.

Опыты Фарадея. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца.

Работа, совершаемая при перемещении проводника с током в магнитном поле. Взаимная индукция, самоиндукция. Энергия магнитного поля.

26

Электромагнитные колебания. Колебательный контур. Явление резонанса.

Колебательный контур. Собственные колебания в контуре. Уравнение гармонических колебаний. Энергия, запасенная в контуре.

Затухающие колебания в контуре Логарифмический декремент затухания. Добротность контура.

Вынужденные колебания в контуре. Резонанс. Ширина резонансной кривой.

27

Уравнение Максвелла

Электромагнитное поле. Вихревое электрическое поле. Токи смещения. Уравнения Максвелла в интегральной и дифференциальной формах.

Волновое уравнение. Электромагнитные волны. Свойства плоских электромагнитных волн. Вектор Умова-Пойнтинга. Излучение электромагнитных волн.

28

Оптика. Развитие взглядов на природу света. Структура и свойства плоских электромагнитных волн.

История развития взглядов на природу света. Классическая теория электромагнитных волн. Ограниченность классической теории. Корпускулярно-волновой дуализм.

Волновое уравнение. Структура и свойства плоских электромагнитных волн.

Энергия, переносимая электромагнитной волной. Вектор Пойнтинга.

29

Дисперсия света.

Классическая электронная теория дисперсии. Дисперсионное соотношение. Нормальная и аномальная дисперсии.

Зависимость коэффициента поглощения от частоты. Закон Бугера-Ламберта-Бэра. Молекулярная рефракция. Применение рефрактометрических методов в химии.

30

Поляризация света.

Линейно-, циркулярно-, и эллиптически поляризованный свет.

Поляризация света при отражении от поверхности диэлектрика. Угол Брюстера.

Прохождение света через анизотропную среду, двойное лучепреломление. Получение и анализ циркулярно- и эллиптически поляризованного света.

31

Интерференция волн.

Когерентные волны. Длина и время когерентности.

Интерференция сферических волн.

Интерференция плоских волн.

Два способа получения когерентных пучков в оптике: метод деления волнового фронта и метод деления амплитуды.

Интерферометры и их применение в химии.

32

Дифракция света

Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Простейшие примеры дифракции Френеля.

Дифракция Фраунгофера на щели.

Дифракция на двух и более щелях. Дифракционная решетка. Параметры решетки.

33

Квантовые свойства света.

Тепловое излучение. Излучательная и поглощательная способности. Закон Кирхгофа. Абсолютно черное тело. Закон Стефана- Больцмана. Формула смещения Вина. Квантовый характер теплового излучения. Формула Планка.

Понятие о спонтанных и вынужденных переходах. Принцип действия лазера.

34

Геометрическая оптика

Законы геометрической оптики. Линзы. Построение изображений в линзах.