Методички / Н.Н. Демидова Физика. Программа и контрольные работы для студентов заочной формы обучения (сокращенные сроки обучения на базе среднего профессионального образования)

1

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Курс физики совместно с курсом высшей математики и теоретической механики составляет основу теоретической подготовки инженеров, позволяющей ориентироваться в потоке научной и технической информации, и играет роль фундаментальной базы, без которой невозможна успешная деятельность инженера любого профиля.

Курс физики представляет собой единое целое. Изучение целостного курса физики способствует формированию у студентов научного мировоззрения и современного физического мышления. В процессе изучения курса физики студент-заочник должен усвоить основные физические законы классической и современной физики, освоить методы физического исследования и приёмы решения конкретных задач из разных областей физики, которые помогут в дальнейшем решать инженерные задачи.

Основной формой обучения студента-заочника является самостоятельная работа по учебникам и учебным пособиям, выполнение контрольных работ.

В контрольной работе студент должен решить ВОСЕМЬ ЗАДАЧ того варианта, номер которого совпадает с ПОСЛЕДНЕЙ ЦИФРОЙ его шифра. Номера задач, которые студент должен включить в свою контрольную работу, определяются по таблицам вариантов (см. с.9-11).

На титульном листе контрольной работы указывают название дисциплины, номер контрольной работы, фамилию и инициалы студента, шифр и домашний адрес.

В конце работы следует указать учебники и учебные пособия, которые использовались при решении задач.

Условия задач контрольных работ ПЕРЕПИСЫВАЮТСЯ ПОЛНОСТЬЮ, решения задач сопровождаются исчерпывающими пояснениями с использованием рисунков и схем (см. примеры). Задачи решаются в общем виде с проверкой размерности полученного результата. Значения величин при подстановке в расчётную формулу должны быть выражены в единицах СИ (SI). В виде исключения допускается использование других, но непременно одинаковых в числителе и зна-

Учебными планами для инженерно-технических специальностей предусмотрено различное число контрольных работ. Будьте внимательны при выборе таблицы.

2

менателе единиц измерения.

Контрольные работы на проверку необходимо присылать не позд-

нее, чем ЗА 15 ДНЕЙ ДО НАЧАЛА СЕССИИ.

Если контрольная работа при рецензировании не зачтена, студент обязан представить её на повторную рецензию, включив в неё те задачи, решения которых оказались неверными. Работа над ошибками незачтенной контрольной работы производится в той же тетради.

Зачтённые работы «ЗАЩИЩАЮТСЯ» - предъявляются экзаменатору. Студент должен быть готов во время экзамена (зачёта) дать пояснения по существу решения задач, входящих в контрольные работы.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

1.ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ

1.1.Элементы кинематики

Физические модели: материальная точка, система материальных точек, твёрдое тело, сплошная среда. Пространство и время. Кинематическое описание движения. Скорость и ускорение при криволинейном движении. Движение точки по окружности. Угловая скорость и угловое ускорение.

1.2. Динамика поступательного движения Масса и импульс. Первый закон Ньютона и понятие инерциальной

системы отсчета. Второй закон Ньютона как уравнение движения. Взаимодействия и силы. Силы в механике. Третий закон Ньютона. Импульс, закон сохранения импульса.

1.3. Динамика вращательного движения Момент инерции. Момент силы. Момент импульса. Уравнение

динамики вращательного движения. Закон сохранения момента импульса. Движение в поле центральных сил.

1.4. Механическая работа и энергия Работа силы. Работа переменной силы. Консервативные и некон-

сервативные силы. Работа сил при вращательном движении. Мощность.

3

Кинетическая энергия. Кинетическая энергия вращающегося твердого тела. Потенциальное поле сил. Потенциальная энергия тела во внешнем силовом поле. Полная механическая энергия. Закон сохранения механической энергии.

1.5. Элементы релятивисткой динамики Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца. Следствия из

преобразований Лоренца. Релятивистский импульс. Уравнение движения релятивистской частицы. Преобразования импульса и энергии. Законы сохранения энергии и импульса. Границы применимости классической механики.

1.6. Элементы механики сплошных сред Общие свойства жидкостей и газов. Уравнения равновесия и дви-

жения жидкости. Идеальная и вязкая жидкости. Гидростатика несжимаемой жидкости. Стационарное движение идеальной жидкости. Гидродинамическая неустойчивость. Турбулентность. Упругие напряжения. Закон Гука.

2.СТАТИСТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА

2.1.Макроскопические состояния

Тепловое движение. Макроскопические параметры. Уравнение состояния идеального газа. Число степеней свободы. Равномерное распределение энергии по степеням свободы молекулы. Внутренняя энергия идеального газа. Давление газа и температура с точки зрения моле- кулярно-кинетической теории.

2.2. Статистические распределения Вероятность и флуктуации. Распределение Максвелла. Скорости

теплового движения частиц. Распределение Больцмана. Теплоемкость многоатомных газов. Определение энтропии неравновесной системы через статистический вес состояния. Принцип возрастания энтропии.

2.3. Основы термодинамики Обратимые и необратимые тепловые процессы. Работа расшире-

ния газа. Первое начало термодинамики. Второе начало термодинамики. Термодинамические потенциалы и условия равновесия. Тепловые машины. Цикл Карно. Максимальный КПД тепловой машины.

4

2.4. Явления переноса Число столкновений и длина свободного пробега молекул. Диф-

фузия в газах, жидкостях и твердых телах. Вязкость. Коэффициент вязкости. Динамическая и кинематическая вязкости. Теплопроводность. Коэффициент теплопроводности.

2.5. Фазовые равновесия и фазовые превращения Фазы и фазовые превращения. Условия равновесия фаз. Фазовые

диаграммы. Уравнение Клапейрона – Клаузиуса. Метастабильные состояния. Тройная точка. Изотермы Ван-дер-Ваальса. Фазовые переходы первого рода.

2.6. Поверхностные явления в жидкостях Поверхностное натяжение. Коэффициент поверхностного натяже-

ния. Смачивающие и несмачивающие жидкости. Давление под изогнутой поверхностью. Формула Лапласа. Капиллярные явления.

3.ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ

3.1.Электростатика

Электрический заряд и его свойства. Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Поток вектора напряженности электрического поля. Теорема Гаусса, её применение для расчета электростатических полей. Работа сил электростатического поля. Циркуляция электростатического поля. Потенциал. Связь потенциала с напряженностью электростатического поля.

3.2. Проводники в электрическом поле Распределение заряда в проводнике. Явление электростатической

индукции. Электроемкость уединенного проводника. Конденсаторы. Соединение конденсаторов.

3.3. Диэлектрики в электрическом поле Типы диэлектриков. Электронная и ориентационная поляризация.

Ионная поляризация. Вектор поляризации. Зависимость вектора поля-

5

ризации от напряженности поля. Диэлектрическая восприимчивость вещества.

3.4. Энергия электростатического поля Энергия системы точечных зарядов. Энергия заряженного про-

водника. Энергия конденсатора. Плотность энергии электростатического поля.

3.5. Постоянный электрический ток Условия существования тока. Законы Ома и Джоуля-Ленца в

дифференциальной форме. Сторонние силы. ЭДС гальванического элемента. Закон Ома для участка цепи с гальваническим элементом. Сопротивление проводников. Работа и мощность электрического тока.

3.6. Магнитное поле тока Сила Ампера. Вектор индукции магнитного поля. Закон Био-

Савара-Лапласа, его применение для расчета магнитных полей. Вихревой характер магнитного поля. Закон полного тока. Магнитное поле соленоида. Виток с током в магнитном поле. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях.

3.7. Явление электромагнитной индукции Магнитный поток. Работа перемещения проводника с током в

магнитном поле. Явление электромагнитной индукции. Собственный магнитный поток. Индуктивность. Энергия проводника с током. Энергия магнитного поля.

3.8. Магнитное поле в веществе Атом в магнитном поле. Типы магнетиков. Магнитная восприим-

чивость, её зависимость от температуры. Ферромагнетики.

3.9. Принцип относительности в электродинамике Система уравнений Максвелла в интегральной и дифференциаль-

ной формах. Инвариантность уравнений Максвелла относительно преобразований Лоренца. Относительность магнитных и электрических полей. Скорость распространения электромагнитных возмущений.

6

4.КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ

4.1.Кинематика гармонических колебаний

Амплитуда, круговая частота, фаза гармонических колебаний. Сложение скалярных и векторных колебаний. Комплексная форма представления колебания.

4.2. Гармонический осциллятор Физический маятник, груз на пружине, колебательный контур.

Свободные колебания. Коэффициент затухания. Вынужденные колеба-

Нелинейный осциллятор. Физические системы с нелинейностью. Автоколебания. Обратная связь. Релаксационные колебания.

4.4. Волновые процессы Плоская стационарная и синусоидальная волны. Бегущие и стоя-

чие волны. Фазовая скорость, длина волны, волновое число. Групповая скорость, её связь с фазовой скоростью. Одномерное волновое уравнение. Упругие волны в газах и жидкостях. Продольные волны в твёрдом теле. Плоские электромагнитные волны. Излучение диполя. Сферические и цилиндрические волны.

4.5. Интерференция Когерентность и монохроматичность волн. Интерференция света.

Условие максимума и минимума интенсивности. Интерференция в тонких пленках. Просветление оптики. Интерферометры.

4.6. Дифракция волн Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция

Френеля. Дифракция Фраунгофера на щели и дифракционной решётке. Дифракция на пространственной решётке. Дифракционная решётка с синусоидальной пропускаемостью. Принцип голографии.

4.7. Поляризация электромагнитных волн Естественный и поляризованный свет. Закон Малюса. Поляриза-

ция при отражении. Закон Брюстера. Двойное лучепреломление. Искусственная анизотропия. Вращение плоскости поляризации.

8

чечные дефекты в кристаллах. Краевые и винтовые дислокации. Упругие деформации. Дислокации и пластичность.

6.2. Теплоёмкость и теплопроводность кристаллов Акустические и оптические колебания кристаллической решётки.

Фононы. Теплоёмкость кристаллов при низкой и высокой температурах. Квазиимпульс фонона. Решёточная теплопроводность. Теплопроводность при низких и высоких температурах.

6.3. Электропроводность Элементы зонной теории кристаллов. Зонная структура энергети-

ческого спектра. Уровень Ферми. Поверхность Ферми. Заполнение зон: металлы, диэлектрики, полупроводники. Явление сверхпроводимости. Сверхпроводники первого и второго рода.

6.4. Магнитные свойства твёрдых тел Диамагнетизм и парамагнетизм. Атомная теория ферромагнетиз-

ма. Доменная структура. Кривая намагниченности. Антиферромагнетизм. Ферримагнетизм.

9

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Основная литература

1.Трофимова Т.И. Курс физики -М.: Высш. шк., 2000. - 542 с.

2.Детлаф А.А. Курс физики /А.А. Детлаф, Б.М. Яворский. - М.:

Высш. шк., 2000. - 718 с.

3.Чертов А.Г. Задачник по физике / А.Г. Чертов, А.А. Воробьев

-М.: Интеграл-Пресс, 1997. - 544 с.

Дополнительная литература

1.Савельев И.В. Курс общей физики: Уч. пос. для вузов: В 5 кн. - 4-е изд., перераб.-М.: Наука, изд. фирма «Физ.-мат. лит.», 1998. - Кн.1. - 336 с. (Механика); Кн.2. - 336 с. (Электричество и магнетизм); Кн. 3. - 208 с. (Молекулярная физика и термодинамика); Кн. 4 - 256 с. (Волны. Оптика); Кн. 5. - 368 с. (Квантовая физика. Атомная физика. ФТТ. Ядерная физика).

2.Трофимова Т.И. Краткий курс физики: Учеб. пос. для вузов. -

М.: Высш. шк., 2000. - 352с.

3.Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики. - СПб.: Изд-во «Специальная литература»; изд-во «Лань», 1999. - 328 с.

4.Трофимова Т.И. Сборник задач по физике с решениями / Т.И Трофимова, З.Г. Павлова: - М.: Высш. шк., 1999. - 568 c.

5.Фирганг Е.В. Руководство к решению задач по курсу общей фи-

зики. - М.: Высш. шк., 1977. – 464 с.