физика вводное занятие

ФЕДЕРАЛЬНОЕАГЕНТСТВОПООБРАЗОВАНИЮ

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ

ИНСТИТУТ

Кафедра «Общая и теоретическая физика»

Потемкина С.Н., Талалов С.В., Дорогов М.В.

Вводное занятие

курс «Физика-3/3» (БРС)

2

1.Рабочая программа курса

1.1.Пояснительная записка к программе курса

Предлагаемая программа по дисциплине "Физика" предназначена для инженерно-технических специальностей ВУЗов и составлена с учетом требований Государственных образовательных стандартов по соответствующим направлениям подготовки. Важная особенность программы – отсутствие акцента на будущей профессионализации выпускника. В структуре подготовки инженера физика рассматривается нами как важнейшая общеобразовательная дисциплина, на основе которой и будет далее строиться его специализация. Программа включает в себя панораму универсальных методов, законов и моделей, демонстрирует специфику рационального метода познания окружающего мира, сосредотачивает усилия на формировании у студентов общего физического мировоззрения и развитии физического мышления. Мы придерживаемся устоявшейся точки зрения, согласно которой дисциплина "Физика" должна представлять собой целостный и фундаментальный курс, единый в своих частях и демонстрирующий роль этой науки как основы всего современного естествознания. Распространенное расчленение физики на классическую и современную представляется в настоящее время устаревшим.

В основании современной естественнонаучной картины мира лежат физические принципы и концепции; в этой связи роль физики как основы всего естествознания трудно переоценить. С другой стороны, физика является теоретической базой, без которой невозможна успешная деятельность выпускника ВУЗа в области знаний "Технические науки". Данная программа отражает современное состояние физики и ее приложений. В ней естественным образом сочетаются макро- и микроскопические подходы. В ее разделах вскрыты внутренние логические связи. Порядок расположения материала соответствует современной структуре физики как науки и отражает мировой педагогический опыт. Программа носит комплексный характер: в ней приведен минимальный перечень рекомендуемых теоретических семинаров, лабораторных работ, прак-

3

тических занятий, лекционных и компьютерных демонстраций, а также видеозадач.

Приоритетами курса являются:

•изучение основных физических явлений; овладение фундаментальными понятиями, законами и теориями классической и современной физики, а также методами физического исследования;

•овладение приемами и методами решения конкретных задач из различных областей физики;

•ознакомление с лабораторным оборудованием, формирование навыков проведения физического эксперимента, умения выделить конкретное физиче-

ское содержание в прикладных задачах будущей деятельности.

Одним из принципиальных отличий предлагаемой программы от традиционных курсов является новый подход к организации аудиторной и самостоятельной работы студентов. Его основу составляет аудиторная работа студентов над теоретическим курсом под руководством преподавателя, осуществляемая в рамках обзорных лекций и видеосеминаров. Кроме того, в самостоятельную работу студентов входит подготовка к практическим и лабораторным занятиям, а также сам лабораторный практикум, выполняемый в учебных физических лабораториях, оснащенных (наряду с традиционным лабораторным оборудованием) компьютерами. Для поддержания интереса студентов к физике используется богатый и разнообразный материал, в том числе видео – и лекционные демонстрации, другие аудиовизуальные средства (физические видеомодели и видеофрагменты), а также видеозадачи, представляющие из себя видеозаписи реальных физических экспериментов. В программе курса находят отражение основные этапы сложного исторического развития физики как научной дисциплины. Это означает, что все атрибуты процесса научного познания (анализ и синтез; абстрагирование, идеализация, обобщения и ограничения; аналогия, моделирование, формализация; историческое и логическое; индукция и дедукция) используются преподавателями в той или иной мере. Данная программа

4

разработана на основе «Примерной программы дисциплины «Физика» для направления 550000 – технические науки», принятой Министерством образования Российской Федерации в 2000г.

1.2. Цели и задачи курса

Создание общетеоретической базы, необходимой для дальнейшего изучения инженерных и специальных дисциплин на основе фундаментальных физических принципов и законов.

Основные задачи данного курса физики:

1.Изучение основных физических явлений;

2.Усвоение основных понятий, законов и теорий классической и квантовой физики;

3.Овладение приемами и методами решения задач из конкретных областей физики;

4.Изучение методов физического исследования;

5.Формирование навыков проведения физического эксперимента.

Для успешного усвоения курса физики необходимо знать: основные по-

нятия аналитической геометрии, векторной алгебры, а так же начала диффе-

ренциального и интегрального исчисления.

Для успешного усвоения курса физики необходимо знать: основные по-

нятия аналитической геометрии, векторной алгебры, а так же начала диффе-

ренциального и интегрального исчисления.

После прохождения курса студент должен:

•знать основные законы физики и их следствия в объёме излагаемого курса;

•уметь применять изученные законы физики к анализу и решению учебных физических задач.

5

1.3. Третий семестр изучения курса «Физика» Модуль7

Механическиеиэлектромагнитныеколебания

Колебательные процессы. Понятие о колебательных процессах. Единый подход к колебаниям различной физической природы. Кинематика колебательного движения. Гармонические колебания и их характеристики. Комплексная форма представления гармонических колебаний. Метод векторных диаграмм. Дифференциальное уравнение гармонических колебаний. Пружинный, математический, физический маятники. Фазовый портрет маятника. Колебательный контур безактивного сопротивления. Энергия гармонических колебаний. Затухающие колебания. Дифференциальное уравнение затухающих колебаний и его решение. Коэффициент затухания, логарифмическийдекремент, добротность.

Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний и его решение. Амплитуда и фаза вынужденных колебаний. Резонанс. Резонанс в колебательном контуре. Сложениегармоническихколебаний. Биения.

Волновыепроцессы.

Понятие о волновых процессах. Единый подход к волнам различной физической природы. Характеристики волнового движения. Продольные и поперечные волны. Уравнение волны. Волновое уравнение (дифференциальное). Плоские, цилиндрические и сферические волны. Монохроматические волны. Плоские электромагнитные волны (ЭМВ) и их свойства. Стоячие волны Энергия волны, поток энергии, вектор Пойнтинга. Стоячая ЭМВ. Резонатор. Излучение ЭМВ. Давление и импульсЭМВ. Немонохроматическиеволны. Волновойпакет. Групповаяскорость.

Модуль8

Интерференция света. Природа света. Корпускулярно-волновой дуализм. Когерентность и монохроматичность света. Явление интерференции. Методы наблюдения интерференции света. Условия максимума и минимума интенсивности света при интерференции. Расчёт интерференционной картины от двух когерентных

6

источников. Интерференция света в тонких пленках. Кольца Ньютона. Применение интерференциисвета.

Дифракциясвета.

Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Прямолинейное распространение света. Дифракция Френеля на круглом отверстии и диске. Дифракция Фраунгофера на одной щели. Дифракция Фраунгофера на дифракционной решетке. Дифракция на пространственной решетке. Формула Вульфа-Брэггов. Разрешающая способностьоптическихприборов. КритерийРэлея. Голография.

Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Закон Малюса. Закон Брюстера. Двойное лучепреломление. Поляризационные призмы и поляроиды.

Модуль9

Элементыквантовойфизики.

Противоречия классической физики. Фотоэффект, излучение АЧТ, стабильностьатомов. Атомныеспектры. ПравилоРитца.

Излучение атомов. Тепловое излучение. Характеристики теплового излучения. Равновесное излучение. Абсолютно черное тело. Закон Кирхгоффа. Степени свободыэлектромагнитногоизлучения. ФормулаРэлея-Джинса. Квантоваягипотеза и формула Планка. Свойства равновесного излучения. Формула СтефанаБольцмана, закон смещения Вина. Оптическая пирометрия. Лазер. Виды и типы лазеров. Нерезонансное взаимодействие фотонов с веществом. Фотоэффект, эффект Комптона, тормозноеизлучение.

Теория атома водорода по Бору. Модели атома Томсона и Резерфорда. Линейчатыйспектратомаводорода. ПостулатыБора. СпектратомаводородапоБору.

Основные положения квантовой физики. Квантование энергии. Корпускуляр- но-волновой дуализм. Экспериментальные проявления корпускулярно-волнового дуализма. Фотоны и волны де Бройля. Квазичастицы. Соотношение неопределенностей как следствие корпускулярноволнового дуализма. Объяснение стабильности атомов.

7

Элементыквантовоймеханики.

Гипотеза де Бройля. Свойства микрочастиц. Соотношение неопределенностей. Состояние частицы в квантовой механике. Волновая функция и ее статистический смысл. Стационарные состояния. Уравнение Шредингера. Стационарное одномерное уравнение Шредингера. Собственные функции и собственные значения. Примеры решения уравнения Шредингера: свободная частица, частица в одномерной потенциальной яме, прохождение под потенциальным барьером, частица в центральномполе(атомводорода).

Современнаяфизическаякартинамира.

Вещество и поле. Атомно-молекулярное строение вещества. Атомное ядро. Кварки. Элементарные частицы. Взаимопревращения частиц. Сильное, электромагнитное, слабоеигравитационноевзаимодействия.

2. Распределение учебной аудиторной нагрузки в семестре

Учебный семестр длится 16 недель, а начинается с вводной лекции, на которой лектор знакомит студентов (лекционный поток) с особенностями их учебной деятельности, при изучении дисциплины «Физика» по технологии с использованием БРС и КМС (Схема 1).

Он разбит на 3 учебных модуля – М7, М8, М9. Все модули имеют длительность 5 недель.

Основной формой контроля знаний студента за семестр является экза-

мен.

Рейтинговая семестровая оценка студента складывается из усредненного балла за три семестровые внутримодульных контрольных мероприятия (ВКМ) и суммы рейтинга за индивидуальные домашние задания (ИДЗ), самостоятельную работу на практических и лабораторных занятиях (СРПр), бонусных баллов (Б), тренинги по ТТ и АКР.

8

Схема организации учебной аудиторной нагрузкив семестре

№ недели

Оценка за экзамен и отметка о зачете проставляется в ведомость и зачетную книжку студента экзаменатором – лектором и ассистентом потока.

Формула расчета рейтингового балла студента и критерии оценки приведены далее.

3. План –схема работы студента в модуле и критерии оценки различных видов его учебной деятельности

Деятельность студента на каждой неделе учебного модуля в третьем семестре изучения дисциплины физика в ТГУ регламентирована технологической картой учебного курса – «Физика-3/3», размещенной на образовательном портале ТГУ. Рассмотрим более подробно план-схему работы студента в учебном семестре. Семестр состоит из трех учебных модулей. Модуль имеет вид, представленный на рисунке 1.

Каждый модуль включает в себя девять видов деятельности студента: 1. Лекционные занятия (по расписанию учебных занятий);

9

2.Практические занятия (по расписанию учебных занятий);

3.Видеосеминары, на которых организована групповая работа студентов при повторении (основные формулы и компьютерное моделирование изученных физических явлений) учебного материала изучаемой дисциплины перед внутримодульными контрольными мероприятиями (далее ВКМ);

4.Лабораторные занятия согласно выбранному студентом индивидуальному маршруту их выполнения (по графику самозаписи) в учебной физической лаборатории УФЛ №3 (Г-331);

5.Индивидуальные внутримодульные домашние задания (ИДЗ) включаются для студента на четыре недели, начиная со второй недели учебного модуля. Их структура повторяет структуру автоматизированной контрольной работы (АКР) на ВКМ;

6.Тренинги, форма проверки подготовленности студента к теоретическому тестированию перед ВКМ. Структура тренинга такая же как и у теоретического теста (ТТ) на ВКМ;

7.Лекция-консультация преподавателя (по расписанию учебных занятий) перед проведением ВКМ – 2 часа в модуле;

8.Самостоятельная проработка теоретического материала по теме изучаемого модуля для подготовки к любым видам занятий (практическим, лабораторным, а также к ИДЗ);

9.ВКМ – (по расписанию учебных занятий), которые состоят из двух взаимно дополняющих друг друга частей: первая – ТТ – теоретический тест, вторая – автоматизированная контрольная работа (АКР);

Вплан-схеме работы студента в модуле использованы следующие обозначения:

1)Л1 – Л4 – лекции в модуле;

2)Пр.з.1 – Пр.з.4 – практические занятия в модуле;

3)ВС – видеосеминар;

4)ТТ – теоретический тест;

10