Тема 31. Современная физическая картина мира

Вещество и поле. Атомно-молекулярное строение вещества. Атомное ядро. Элементарные частицы. Кварки. Гравитационное, электромагнитное, слабое и сильное взаимодействия. О единой теории поля. Физическая картина мира как философская категория.

ОРГАНИЗАЦИЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТА

Самостоятельная работа студентов по дисциплине включает:

• самостоятельное изучение некоторых теоретических разделов дисциплины по заданию лектора по рекомендованной литературе;

• повторение и углубленное изучение лекционного материала по рекомендованной литературе;

• решение практических задач и подготовку к практическим занятиям;

• подготовку к выполнению и защите отчетов по лабораторным работам;

• подготовку к зачету и экзамену.

ТЕМАТИКА КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

(для студентов заочного обучения)

1. Расчет напряженности и потенциала электростатического поля с помощью теоремы Гаусса и принципа суперпозиции.

2. Расчет параметров разветвленных цепей с помощью правил Кирхгофа.

3. Расчет кинематических, динамических и энергетических характеристик движения заряженных частиц в электростатических полях электровакуумных приборов.

4. Расчет вращающего момента, действующего на рамку с током со стороны магнитного поля, в приборах магнитоэлектрической системы и в электромоторах.

5. Расчет характеристик магнитного поля проводников с током и систем проводников с током с помощью закона Био-Савара-Лапласа.

6. Расчет работы по перемещению проводника с током в магнитном поле и работы при повороте рамки с током в магнитном поле.

7. Расчет кинематических, динамических и энергетических характеристик при движении заряженных частиц в магнитных и электрических полях.

8. Расчет Э.Д.С. в рамке, вращающейся в магнитном поле. Расчет силы тока в рамке, вращающейся в магнитном поле и замкнутой на нагрузку.

ФОРМЫ И ВИДЫ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ

1. Текущий контроль:

• опрос на практических занятиях;

• выполнение контрольных заданий и задач;

• отчет по результатам выполнения лабораторных работ;

• защита контрольной работы;

• рубежный контроль.

2. Промежуточная аттестация – зачетно-экзаменационная сессия:

• экзамен проводится в устной или письменной форме при условии выполнения всех форм текущего контроля и в соответствии с учебным планом;

• зачет – по результатам проведения всех форм текущего контроля в соответствии с учебным планом.

3. Контроль остаточных знаний студентов (тесты).

ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЭКЗАМЕНУ

1. Место физики в системе наук о природе. Методы физического исследования: наблюдение, опыт, гипотеза, эксперимент, теория. Физические модели.

2. Механическое движение. Система отсчета. Материальная точка. Траектория.

3. Механическое движение. Способы задания местоположения материальной точки в пространстве.

4. Кинематические характеристики движения: линейное перемещение, скорость и ускорение.

5. Кинематические характеристики движения: линейное перемещение, скорость и ускорение при криволинейном движении. Тангенциальная и нормальная составляющие ускорения.

6. Кинематические характеристики движения: угловое перемещение, скорость и ускорение при прямолинейном движении.

7. Связи между линейными и угловыми характеристиками движения.

8. Основная задача динамики. Уравнения движения.

9. Первый закон Ньютона и понятие инерциальной системы отсчета. Инертность тел.

10. Второй закон Ньютона как закон движения. Получение уравнений движения из закона движения, начальные данные.

11. Второй закон Ньютона в импульсной форме. Импульс материальной точки.

12. Силы в механике. Сила всемирного тяготения, сила тяжести и вес тела.

13. Силы в механике. Сила упругости и сила трения.

14. Третий закон Ньютона. Примеры сил действия и противодействия.

15. Понятие абсолютно твердого тела. Задание положения твердого тела в пространстве. Число степеней свободы.

16. Понятие абсолютно твердого тела. Центр инерции твердого тела. Поступательное движение центра инерции тела.

17. Понятие абсолютно твердого тела. Центр инерции твердого тела. Вращательное движение тела вокруг центра инерции.

18. Момент силы. Момент инерции тела.

19. Основной закон динамики вращательного движения.

20. Момент импульса абсолютно твердого тела.

21. Изолированная система материальных тел. Закон сохранения импульса.

22. Изолированная система материальных тел. Закон сохранения момента импульса.

23. Работа постоянной силы. Мощность.

24. Работа переменной силы. Мощность.

25. Работа потенциальной силы и изменение потенциальной энергии.

26. Работа силы. Консервативные и неконсервативные силы. Изменение кинетической энергии.

27. Работа силы при вращательном движении тел. Кинетическая энергия вращательного движения тел.

28. Полная механическая энергия. Закон сохранения механической энергии.

29. Полная механическая энергия. Закон изменения механической энергии.

30. Движение жидкостей и газов по трубам. Уравнение неразрывности. Уравнение Бернулли.

31. Принцип относительности в механике (Галилея). Принцип относительности Эйнштейна.

32. Специальная теория относительности. Постулаты Эйнштейна. Преобразования координат Лоренца и следствия из них.

33. Релятивистский закон сложения скоростей.

34. Релятивистский импульс и энергия. Релятивистский закон сохранения энергии-импульса. Взаимосвязь массы и энергии.

35. Основные положения молекулярно-кинетической теории. Идеальный газ как молекулярно-кинетическая модель реального газа.

36. Уравнение состояния идеального газа. Газовые законы.

37. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории для идеального газа.

38. Следствия из основного уравнения молекулярно-кинетической теории для идеального газа.

39. Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул и внутренняя энергия идеального газа.

40. Число степеней свободы и средняя энергия многоатомной молекулы.

41. Внутренняя энергия и теплоемкость идеального газа.

42. Распределение Максвелла по абсолютным значениям скоростей молекул.

43. Вероятностный характер закона распределения молекул газа по скоростям. Экспериментальные подтверждения закона распределения.

44. Распределение Максвелла по абсолютным значениям скоростей молекул. Характерные скорости теплового движения молекул.

45. Газы в поле силы тяжести. Формула Больцмана.

46. Состояние термодинамической системы. Параметры состояния идеального газа.

47. Первое начало термодинамики. Теплопередача и работа как способы изменения внутренней энергии.

48. Изменение внутренней энергии идеального газа. Внутренняя энергия как функция состояния.

49. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам.

50. Адиабатический процесс. Уравнение Пуассона.

51. Адиабатический процесс. Применение первого начала термодинамики к адиабатическому процессу.

52. Энтропия и приведенное количество тепла. Энтропия как функция состояния.

53. Энтропия и термодинамическая вероятность. Энтропия как функция состояния.

54. Изменение энтропии в изопроцессах. Энтропия и адиабатический процесс.

55. Изменение энтропии при обратимых и необратимых процессах. Второе начало термодинамики.

56. Энтропия и внутренняя энергия в круговых (циклических) процессах.

57. Тепловой двигатель. Цикл Карно и его коэффициент полезного действия.

58. Тепловой двигатель и пути повышения эффективности работы тепловых и холодильных машин.

59. Принцип действия холодильной машины.

60. Явление диффузии и перенос массы. Зависимость коэффициента диффузии от температуры и давления.

61. Явление вязкости и перенос импульса. Зависимость коэффициента вязкости от температуры и давления.

62. Явление теплопроводности и перенос энергии. Зависимость коэффициента теплопроводности от температуры и давления.

63. Размеры и взаимодействие молекул. Уравнение Ван-дер-Ваальса.

64. Изотермы Ван-дер-Ваальса. Критическая изотерма. Критическая точка. Метастабильные состояния.

65. Эффект Джоуля-Томсона. Сжижение газов.

66. Поверхностное натяжение. Поверхностная энергия. Смачивание.

67. Поверхностное натяжение. Поверхностная энергия. Капиллярные явления.

68. Строение кристаллических тел. Типы кристаллических решеток. Дефекты кристаллов.

69. Испарение, сублимация, плавление и кристаллизация кристаллических и аморфных тел.

70. Фазовые равновесия и фазовые превращения 1 и 11 рода. Диаграмма состояния.

71. Колебательные процессы различной физической природы. Гармонические колебания.

72. Гармонические колебания. Характеристики колебательного движения: амплитуда, фаза, круговая частота, частота и период.

73. Свободные незатухающие механические и электромагнитные колебания.

74. Свободные затухающие колебания.

75. Вынужденные колебания. Резонанс.

76. Сложение одинаково направленных колебаний. Усиления колебаний. Биения.

77. Сложение одинаково направленных колебаний. Векторные диаграммы.

78. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний. Фигуры Лиссажу.

79. Продольные и поперечные волны в упругих средах. Волновой фронт, волновая поверхность.

80. Волна в упругой среде. Уравнение бегущей волны, длина волны, волновое число.

81. Интерференция волн, стоячие волны, отражение волн на границе двух сред.

82. Волновое уравнение, фазовая и групповая скорость.

83. Энергия и импульс волны в упругой среде, вектор Умова.

84. Звуковые волны, инфразвук и ультразвук.

85. Звуковые волны, эффект Доплера.

86. Получение электромагнитных волн различных спектральных диапазонов. Уравнение электромагнитной волны.

87. Энергия и импульс электромагнитной волны, вектор Пойнтинга.

88. Когерентность и монохроматичность волн, условия наблюдения интерференции. Оптическая длина пути, оптическая разность хода.

89. Разность фаз и оптическая разность хода, условия интерференционных максимумов и минимумов.

90. Методы наблюдения интерференции света.

91. Интерференция света в плоскопараллельных тонких пленках. Просветление оптики.

92. Интерференция света в пленках переменной толщины. Кольца Ньютона.

93. Явление дифракции. Принцип Гюйгенса-Френеля.

94. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля.

95. Метод зон Френеля, дифракция на круглом отверстии и диске.

96. Дифракция Фраунгофера на одной щели.

97. Дифракционная решетка. Дифракционные спектры.

98. Дифракция на пространственной решетке, формула Вульфа-Брэггов.

99. Естественный и поляризованный свет. Поляризация света при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков, закон Брюстера.

100. Естественный и поляризованный свет. Двойное лучепреломление. Поляризационные призмы и поляроиды.

101. Естественный и поляризованный свет. Поляризационные призмы и поляроиды, закон Малюса.

102. Искусственная оптическая анизотропия, эффект Керра.

103. Вращение плоскости поляризации, эффект Фарадея.

104. Дисперсия света, дисперсионные спектры. Поглощение света, светофильтры.

105. Характеристики излучения абсолютно черного тела. Закон Кирхгофа.

106. Характеристики теплового излучения. Закон Стефана-Больцмана. Оптическая пирометрия.

107. Характеристики теплового излучения. Закон смещения Вина.

108. Тепловое излучение, формула Рэлея-Джинса. Ультрафиолетовая катастрофа.

109. Тепловое излучение, формула Планка.

110. Линейчатые спектры атомов. Правило частот Бора.

111. Постулаты Бора. Теория Бора водородного атома.

112. Внешний фотоэлектрический эффект. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

113. Эффект Комптона. Рассеяние рентгеновского излучения на свободных электронах.

114. Квантовый характер излучения, поглощения и распространения света. Опыт Боте.

115. Корпускулярно-волновой дуализм свойств вещества. Гипотеза де-Бройля и её экспериментальные подтверждения.

116. Принцип неопределенности координаты и импульса частицы.

117. Задание квантовых состояний микрочастиц, статистический смысл волновой функции.

118. Уравнение Шредингера как закон движения в квантовой механике. Временное уравнение Шредингера.

119. Стационарное уравнение Шредингера. Частица в одномерной потенциальной яме.

120. Стационарное уравнение Шредингера. Прохождение частицы сквозь потенциальный барьер, туннельный эффект.

121. Атом водорода в квантовой механике, квантовые числа.

122. Энергетический спектр атома водорода.

123. Энергетический спектр водородоподобных атомов.

124. Спин электрона. Принцип Паули, распределение электронов в атоме по состояниям.

125. Периодическая система элементов Д.И. Менделеева в квантово-механическом представлении.

126. Энергетический спектр молекул. Колебательная и вращательная структура молекулярных спектров.

127. Спонтанное и вынужденное излучения. Квантовые генераторы.

128. Ядро атома. Размер, состав и заряд ядра.

129. Дефект массы и энергия связи ядра.

130. Ядерные силы и модели ядра.

131. Радиоактивное излучение, закон радиоактивного распада.

132. Радиоактивное излучение, правила смещения при альфа-распаде.

133. Радиоактивное излучение, правила смещения при бета-распаде.

134. Реакции деления, цепная ядерная реакция.

135. Реакции термоядерного синтеза. Проблемы управляемых термоядерных реакций.

136. Ядерная энергетика: достижения и проблемы.

137. Элементарные частицы. Кварки. Гравитационное, электромагнитное, слабое и сильное взаимодействия.

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Основная:

1. Волькенштейн, В. С. Сборник задач по общему курсу физики / В. С. Волькенштейн. - М. : Книжный мир, 2007.

2. Савельев, И. В. Курс общей физики. В 5 кн. Кн. 1. Механика : учеб. пособие / И. В. Савельев. - М. : Наука, 2005.

3. Савельев, И. В. Курс общей физики. В 5 кн. Кн. 2. Электричество и магнетизм : учеб. пособие / И. В. Савельев. - М. : Астрель, 2005.

4. Савельев, И. В. Курс общей физики. В 5 кн. Кн. 3. Молекулярная физика и термодинамика : учеб. пособие / И. В. Савельев. - М. : АСТ, 2003.

5. Савельев, И. В. Курс общей физики. В 5 кн. Кн. 4. Волны. Оптика : учеб. пособие / И. В. Савельев. - М. : АСТ, 2002.

6. Савельев, И. В. Курс общей физики. В 5 кн. Кн. 5. : Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела : учеб. пособие / И. В. Савельев. - М. : АСТ, 2002.

7. Трофимова, Т. И. Курс физики : учеб. пособие / Т. И. Трофимова. - М. : Академия, 2007.

Дополнительная:

1. Иродов, И. Е. Задачи по общей физике : учеб. пособие / И. Е. Иродов. - М. : Лаборатория базовых знаний,2001.

2. Парантаев, Г. В. Оптика. Физика атома. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц : метод. указ. по выполнению контрольной работы / Г. В. Парантаев. - СПб. : СПбГАСЭ, 2005.

3. Парантаев, Г. В. Физика III. Оптика. Квантовая физика. Атомная и ядерная физика : метод. пособие к самостоятельной работе / Г. В. Парантаев. - СПб. : СПбГУСЭ, 2005.

4. Трофимова, Т. И. Физика. Законы, формулы, определения : учебное пособие / Т. И. Трофимова. - М. : Дрофа, 2004.

5. Физика I. Механика. Молекулярная физика : метод. пособие к самостоятельной работе / сост. Г. В. Парантаев, Н. П. Рузина, Г. Н. Михайлов, А. И. Дорощук ; под общ. ред. Г. В. Парантаева. - СПб. : СПбГИСЭ, 2000.

6. Физика II. Электричество и магнетизм : метод. пособие к самостоятельной работе / сост. Г. В. Парантаев, Н. П. Рузина, Г. Н. Михайлов, А. И. Дорощук.; под ред. Г.В. Парантаева. - СПб. : СПбГИСЭ, 2000.

7. Физика. Часть 2. Электричество и магнетизм : лабораторный практикум / Ю.В Гомзин., Г. В. Парантаев, А. А. Романова., П. П. Рымкевич [ и др.] ; под общ. ред. Ю. В. Гомзина. - СПб. : СПбГУСЭ, 2006.

8. Чертов, А. Г. Задачник по физике : учеб. пособие / А. Г. Чертов. - М. : Физматлит, 2003.

МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Лабораторные и практические работы проводятся в специализированном лабораторном классе «Физика», укомплектованном учебно-наглядными материалами.

Составители: к.т.н., проф. Ю.В. Гомзин, к.т.н., проф. А.А. Романова, ст. преподаватель М.Н. Рыков кафедры «Прикладная Физика», к.т.н., доц. С.Н. Найденова кафедры Выборгского филиала.

Рецензент: к.ф.-м.н., проф. кафедры «Прикладная Физика», П.П. Рымкевич.

ХИМИЯ

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Основные цели дисциплины - подготовка специалистов, обладающих фундаментальными знаниями и практическими навыками решения задач в области химии.

Задачи дисциплины - научить студентов:

• основным законам химии;

• общим закономерностям протекания химических превращений.

Знания, полученные при изучении дисциплины, позволяют сформулировать наиболее оптимальный комплекс знаний будущего специалиста в основных направлениях его профессиональной деятельности по обслуживанию, контролю и управлению технологических процессов.

ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате изучения дисциплины «Химия » студент должен:

• знать:

• состав, строение и свойства атомов химических элементов;

• основные классы органических и неорганических соединений;

• общие закономерности протекания химических процессов;

• методы проведения химического и физико-химического анализа индивидуальных веществ и смесей.

• уметь:

• осуществлять цепь химических превращений веществ;

• анализировать качественный и количественный состав веществ;

• готовить растворы веществ определенной концентрации.

• получить навыки:

• работы на современных химических приборах и оборудовании;

• планирования постановки исследовательской работы в области прикладной химии.

ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ. УЧЕБНО-ТЕМАТИЧЕСКАЯ КАРТА ДИСЦИПЛИНЫ

№ п/п	Наименование темы	Объем аудиторных занятий (в часах)					Объем сам. раб. студентов (в час.)
		лекции	лаб. раб.	пр. зан.	сем. зан.	итого
Раздел 1: Общая химия
1.	Введение	2	-	-	-	2	6
	Состав, строение и свойства атомов химических элементов		-	-	-
2.	Химическая связь и реакционная способность веществ	2	2	4	-	8	6
3.	Элементы химической термодинамики	4	2	-	-	6	8
4.	Химия веществ в конденсированном состоянии	2	-	6	-	8	8
5.	Гомогенные химические системы и процессы	2	2	-		4	6
6.	Электрохимические системы	2	-	6	-	8	8
Раздел 2: Общая характеристика химических элементов и их соединений
7.	Свойства химических элементов и простых веществ.	2	2	-	-	4	6
8.	Классы органических и неорганических соединений	2	-	4	-	6	6
9.	Общие свойства металлов	2	4	-		6	6
10.	Химия воды	2	2	4	-	8	8
11.	Органические полимерные материалы	4	2	-	-	6	6
Раздел 3: Химическая идентификация
12.	Теоретические основы реакций, применяемых в аналитической химии	2	-	4	-	6	6
13.	Качественный анализ. Аналитический сигнал.	2	-	4	-	6	6
14.	Количественный анализ	2	2	-		4	6
15.	Физико-химический и физический анализ	4	-	4	-	8	8
	Всего:	36	18	36	-	90	100
	Формы итогового контроля:	Курс. работа (проект)		Контр. работа		Зачет	Экзамен
	Семестры:	-		-		-	2
Для заочной формы обучения
	Всего:	10	4	-	-	14	176
	Формы итогового контроля:	Курс. работа (проект)		Контр. работа		Зачет	Экзамен
	Семестры:	-		1		-	1

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ