4. Содержание курса

Требования к обязательному минимуму содержания дисциплины, в соответствии с государственным образовательным стандартом специальности, включают освещение следующих разделов: "Физические основы механики. Колебания и волны. Молекулярная физика и термодинамика. Электричество и магнетизм. Оптика. Атомная и ядерная физика".

В качестве форм организации процесса обучения приняты лекция, практическое занятие и лабораторный практикум. Лекция ориентирована на дедуктивно-синтетическое изложение и объяснение студентам систематизированной, методически переработанной научной информации по программе курса, подлежащей осмыслению и запоминанию. Лекция предполагает разъяснение вводимых терминов и понятий; доказательность и аргументированность высказываемых суждений; формулировку выводов; предоставление студентам возможности слушать, осмысливать и кратко записывать информацию. Наряду с этим для активизации мышления слушателей в течение лекционного времени изложение новой учебной информации сочетается с постановкой вопросов и организацией дискуссии в поиске ответов на поставленные вопросы. На практических занятиях процесс познания студентов в сотрудничестве и диалоге с преподавателем приближается к исследовательской деятельности. В лабораторном практикуме ведущей деятельностью является углубленная практическая работа, в ходе выполнения которой осваиваются конкретные физические темы, приобретаются навыки работы с физическим оборудованием, самостоятельное получение экспериментальных результатов, их обработка, включающая как вычисления, так и построение графиков, сравнение экспериментальных результатов с теоретическими положениями, умение делать обобщения и выводы. Такой тип обучения должен способствовать повышению эффективности руководства учебным процессом.

Раздел 1. Физические основы механики

Общая характеристика. Цель и задачи изучения дисциплины. Объект, предмет и метод исследования. Материя и движение. Пространство и время. Относительность движения. Системы отсчета.

Тема 1. Кинематика

Понятие материальной точки. Радиус-вектор, векторы перемещения, скорости и ускорения. Уравнение движения материальной точки в векторной и координатной формах. Тангенциальное и нормальное ускорения. Элементы кинематики вращательного движения материальной точки. Соотношение между линейными и угловыми кинематическими величинами.

Тема 2. Динамика материальной точки

Закон инерции. Инерциальные системы отсчета. Масса и импульс тела. Силы. Фундаментальные взаимодействия. Законы Ньютона. Основной закон динамики. Гравитационное поле.

Тема 3. законы сохранения

Замкнутые системы. закон сохранения импульса. Движение тела переменной массы. Работа и энергия. Кинетическая энергия тела. Консервативные и диссипативные силы. Потенциальная энергия. Зависимость между силой и потенциальной энергией. Потенциальная энергия тела в поле тяготения. Закон сохранения механической энергии. Внутренняя энергия. Соударение тел.

Тема 4. Динамика вращательного движения твердого тела

Кинетическая энергия вращающегося твердого тела. Основное уравнение динамики вращательного движения. Моменты силы, момент импульса и момент инерции твердого тела. Теорема Штейнера. Закон сохранения момента импульса.

Раздел 2. Колебания и волны

Тема 5. Колебательное движение

Гармонические колебания. Смещение, скорость, ускорение, энергия колебательного движения. Графическая форма представления колебаний.

Тема 6. Сложение колебаний

Сложение колебаний одного направления с одинаковыми и близкими частотами. Биения. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний. Фигуры Лиссажу. Спектр колебаний, понятие о теореме Фурье.

Тема 7. Движение под действием упругих и квазиупругих сил

Вывод уравнения свободных колебаний на примере математического маятника. Решение дифференциального уравнения, его анализ. Физический маятник, приведенная длина физического маятника. Вывод дифференциального уравнения затухающих гармонических колебаний (на примере пружинного маятника), его решение и анализ. Характеристики затухания.

Тема 8. Вынужденные колебания

Вывод дифференциального уравнения, его решение и анализ. Резонанс. Позитивные и негативные примеры влияния резонанса.

Тема 9. Волны

Распространение колебаний в однородной упругой среде. Волновое движение. Фронт волны. Уравнение плоской волны, распространяющейся в произвольном направлении. Волновое уравнение. Энергия волны. Распределение энергии в бегущей волне, объемная плотность энергии. Поток энергии, вектор Умова.

Тема 10. Интерференция и дифракция волн

Принцип Гюйгенса. Когерентные волны. Интерференционная картина от двух когерентных источников. Образование стоячих волн. Распределение энергии в стоячей волне. Звуковые волны. Определение скорости звука в воздухе.

Раздел 3. Молекулярная физика и термодинамика

Тема 11. Основы молекулярно-кинетической теории идеального газа

Равновесное состояние как наиболее вероятное. Броуновское движение. Основное уравнение кинетической теории газов. Уравнение Менделеева – Клапейрона. Изопроцессы. Средняя энергия молекул идеального газа. Статистическое истолкование температуры и давления.

Тема 12. Основные понятия термодинамики

Термодинамическая система, термодинамические параметры, равновесие. Первое начало термодинамики. Применение первого начала термодинамики к изотермическому, изобарическому, изохорическому и адиабатическому процессам. Работа газа. Обратимые и необратимые процессы.

Тема 14. Барометрическая формула

Вывод барометрической формулы. Решение задач по теме.

Тема 15. Распределение Максвелла

Скорости молекул и методы их определения. Распределение молекул по скоростям.

Раздел 4. Электричество и магнетизм

Тема 16. Электростатика

Взаимодействие неподвижных зарядов. Закон Кулона. Электрическое поле, напряженность. Принцип суперпозиции полей (примеры). Теорема Остроградского − Гаусса. Применение теоремы Остроградского − Гаусса для расчета полей (поле однородно заряженных шара, пластины, поле в зазоре между двумя пластинами).

Тема 17. Потенциальный характер электростатического поля

Потенциал. Разность потенциалов. Связь напряженности с потенциалом. Расчет напряжения плоского конденсатора. Электроемкость. Энергия и плотность энергии электрического поля.

Тема 18. Постоянный электрический ток

Закон Ома для участка цепи. Сопротивление, электропроводность. Работа тока. Сторонние силы. ЭДС источника. Закон Ома для полной (замкнутой) цепи. Соединение и измерение сопротивлений. Правила Кирхгофа. Расчет мостовой схемы.

Тема 19. магнитное поле постоянного тока

Опыты Ампера и Эрстеда. Вектор магнитной индукции. Закон Био – Савара – Лапласа. Вихревой характер магнитного поля. Магнитное поле прямого тока. Сила магнитного взаимодействия (закон Ампера). Механическая работа в магнитном поле.

Тема 20. Теорема о циркуляции вектора магнитного поля

Поток вектора магнитной индукции. Теорема о циркуляции вектора магнитного поля. Применение теоремы о циркуляции для вычисления магнитного поля бесконечно длинного соленоида.

Тема 21. Сила Лоренца

движение заряженных частиц в постоянном электрическом поле. движение заряженных частиц в постоянном магнитном поле. Суть эффекта Холла.

Тема 22. электромагнитная индукция

Опыты Фарадея. Закон Ленца. Основной закон электромагнитной индукции (закон Фарадея – Максвелла). Явление самоиндукции. Индуктивность. Расчет индуктивности соленоида. Энергия магнитного поля. Плотность энергии.

Тема 23. электромагнитные колебания

Электрический контур. Собственные электрические колебания в контуре. Формула Томсона. Затухающие колебания в электрическом контуре с активным сопротивлением. Дифференциальные уравнения собственных и затухающих колебаний (вывод, решение, анализ решения). Вынужденные электрические колебания.

Тема 24. переменный ток

Сопротивление, емкость и индуктивность в цепи переменного тока. Резонанс напряжений. Понятие о резонансе токов. Работа и мощность в цепи переменного тока. Эффективные (действующие) значения силы тока и напряжения. Коэффициент мощности. Выпрямители.

Тема 25. электромагнитные волны

Свободные электромагнитные волны. Уравнение электромагнитной волны. Шкала электромагнитных волн. Энергия электромагнитных волн. Поток энергии. Вектор Умова – Пойнтинга.

Раздел 6. Атомная и ядерная физика

Тема 30. Волновая природа материи

Корпускулярно-волновой дуализм. Фотоэффект. Волновые свойства частиц. Понятие волновой функции.

Тема 31. Атомная физика

Строение и основные характеристики атомных ядер. Атом водорода по Бору. Спектральные закономерности в спектре излучения водорода. Рентгеновское излучение.

Тема 32. Ядерная физика.

Энергия связи и устойчивость ядер. Ядерные силы и их основные свойства. Радиоактивный распад: α – распад и его основные характеристики, γ – распад, β – лучи. Деление тяжелых ядер. Цепная реакция. Реакция синтеза. Проблема управляемых термоядерных реакций.