Образовательные технологии

Бакалавр

Форма обучения

Очная

Томск

1. Цели освоения дисциплины

Целью освоения дисциплины «Физика» является понимание основных законов физики, обеспечивающих функционирование устройств вычислительной техники, позволяющее ориентироваться в потоке научной и технической информации, обеспечивающем систематическое обновление и поддержание современного уровня подготовки. Воспитание естественнонаучного мировоззрения, основанного на достижениях современной физической науки и естествознания в целом, включающих физику как часть общечеловеческой культуры.

2.Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата

Раздел программы Б2. Математический и естественнонаучный цикл. Базовая часть.

Для изучение курса требуется знание следующих дисциплин: математический анализ, линейная алгебра, аналитическая геометрия, теория вероятности.

Для того чтобы приступить к изучению курса «Физика», студент должен обладать следующими знаниями и умениями:

- основы математического анализа,

- дифференциальное и интегральное исчисление,

- основы теории линейных пространств (векторы, матрицы, линейные операторы),

Курс «Физика» позволит студентам качественно освоить курс «Физические основы ЭВМ».

3 Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Физика».

Курс «Физика» способствует выработке у студента следующих компетенций:

Иметь современный взгляд на строение материального мира, квантовые законы движения микрочастиц (электронов и фотонов, прежде всего), а также о классических законах движения и равновесия, о происхождении и развитии Вселенной. Иметь представление о решающих физических экспериментах, которых привели к этим представлениям.

4. Структура и содержание дисциплины (модуля)«Физика»

Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных единиц 144 часа.

Тема 1. Введение

История развития физического мировоззрения. Роль законов физики в развитии всех остальных естественных наук. Законы физики как регуляторы развития техники.

Тема 2. Механика

Физические основы механики. Основные положения теории Галилея: относительность скорости и абсолютность ускорения, принцип относительности Галилея. Преобразования Галилея. Понятие об инерциальных и неинерциальных системах отсчета. Абсолютность времени в классической механике. Преобразования Лоренца. Кинематика. Основные понятия кинематики. Механическое движение. Равноускоренное движение. Равномерное движение по окружности. Масса тела. Понятие силы. Основы динамики. Законы Ньютона. Опыт Генри Кавендиша. Закон всемирного тяготения. Сила упругости. Закон Гука. Силы трения. Импульс тела. Закон сохранения импульса. Механическая работа. Кинетическая энергия. Потенциальная энергия. Закон сохранения энергии в механических процессах. Элементы статики. Условия равновесия тел. Законы сохранения в механике. Закон взаимосвязи массы и энергии. Планетарная система, в которой мы живем. Законы Кеплера движения планет вокруг Солнца.

Тема 3. Специальная теория относительности

Преобразования Галилея. Преобразования Лоренца. Постулаты Эйнштейна. Следствия из преобразований Лоренца. Взаимосвязь энергии и массы. Интервал между событиями.

Тема 4. Молекулярная физика и термодинамика

Основные положения молекулярно-кинетической теории и их опытное обоснование. Кинетическая модель идеального газа. Броуновское движение. Закон Авогадро. Опыты Бойля и закон Бойля. Эксперименты Гей-Люссака. Масса молекул. Уравнение состояние идеального газа. Температура – мера средней кинетической энергии молекул. Уравнение состояния идеального газа. Распределение Максвелла-Больцмана. Опыт Ламмерта по опытной проверке распределения Максвелла. Свойства жидкостей. Испарение и конденсация. Кристаллические и аморфные тела. Механические свойства твёрдых тел. Внутренняя энергия. Количество теплоты. Работа в термодинамике. Первый закон термодинамики. Количество теплоты. Принципы действия тепловой машины. Цикл Карно. Необратимость тепловых процессов. Второй закон термодинамики. Понятие об энтропии.

Тема 5. Электродинамика

Закон сохранения электрического заряда. Открытие электрона как частицы. Опыты Дж. Дж. Томсона по отклонению катодных лучей в магнитном поле. Определение удельного заряда (q / m) и массы электрона. Опыты Герца по получению и исследованию электромагнитных волн. Опыты Лебедева. Закон Кулона. Электрическое поле. Потенциал. Электроёмкость. Закон Ома. Закон Ома для замкнутой цепи. Закон Кирхгофа для разветвленных цепей. Электрический ток в металлах. Мощность электрического тока. Постоянная и переменная электродвижущая сила. Трансформаторы. Трехфазный ток. Соотношения между линейными и фазовыми напряжениями и токами. Опасность поражения электрическим током для организма человека. Защитное заземление и заземление на нейтраль (зануление). Электрический ток в полупроводниках. Электрический ток в электролитах. Открытие электрона. Электрический ток в газах. Электрический ток в вакууме. Магнитное поле. Магнитное поле Земли. Радиационный пояс Ван Алена и его взаимодействие с магнитным полем Земли. Ферромагнетизм и антиферромагнетизм. Парамагнетики. Диамагнетизм. Эксперимент Фарадея по индукции электричества. Точка Кюри. Сила Лоренца. Электромагнитная индукция. Закон Фарадея — Максвелла. Уравнения Максвелла. Самоиндукция. Явление сверхпроводимости. Высокотемпературная сверхпроводимость.

Тема 6. Колебания и волны

Механические колебания. Гармонические колебания. Свободные колебания. Вынужденные колебания. Резонанс, автоколебания. Превращения энергии при механических колебаниях. Механические волны. Продольные и поперечные волны. Эффект Доплера. Распространение колебаний в упругой среде. Звуковые волны. Прохождение волн землятресений в земной коре. Интерференция, дифракция и поляризация волн. Переменный электрический ток. Активное сопротивление в цепи переменного тока. Индуктивность и ёмкость в цепи переменного тока. Векторные диаграммы как средство отображения процессов в электрических цепях. Опыты Физо, Фуко и Майкельсона по измерению скорости света. Опыт Майкельсона-Морли и его трактовка Фитцджеральдом. Уравнение Фитцджеральда-Лоренца. Постулаты Эйнштейна и преобразования Лоренца. Взаимосвязь массы и энергии. Электромагнитные волны. Принципы радиосвязи. Спектр электромагнитных излучений. Опыт Ньютона по расщеплению спектра белого света. Фраунгоферовы линии. Эксперимент У. Гершеля и открытие инфракрасного излучения.

Тема 7. Квантовая физика

Фотоэлектрический эффект. Доказательства сложности структуры атома. Квантовая гипотеза и формула Планка. Эффект Комптона.

Опыты Резерфорда, Гейгера и Мардсена по рассеянию альфа-частиц на тонких фольгах. Неустойчивость классической (планетарной) модели атома. Постулаты Бора. Дискретность спектров атомов. Линейчатый спектр атома водорода. Волновые свойства массивных частиц. Квантовые постулаты Бора. Квантовая механика Шрёдингера. Корпускулярно-волновой дуализм фотона. Соотношение неопределённостей Гейзенберга. Волновая функция и её статистический смысл. Фундаментальные частицы – бозоны и фермионы. Распределение Бозе-Эйнштейна. Состав атомного ядра. Смысл атомного номера. Энергия связи атомного ядра. Радиоактивность. Свойства ядерных излучений. Цепная реакция деления ядер урана. Элементарные частицы. Периодическая таблица элементов Д.И. Менделеева. Классификация и методы получения нанокластеров и наноструктур. Твёрдотельные нанокластеры и наноструктуры. Углеродные нанотрубки. Фуллерены и фуллериты. Семейства радиоактивных элементов. Закон радиоактивного распада. Измерение величин ионизирующих излучений и радиоактивности. Счетчик Гейгера — Мюллера. Ускорители частиц. Линейные ускорители, циклотрон. Цепная реакция. Принцип действия ядерного реактора. Термоядерный синтез.

Тема 8. Современные представления об устройстве Вселенной

Размеры Вселенной. Опыт Эрастофена Киренского по оценке размеров Земли. Опыт Гиппарха из Никеи по определению расстояния до Луны. Опыт Генри Кавендиша и определение массы Земли и средней плотности. Оценка массы Солнца. Слоистая структура Земли. Гипотеза Вегенера. Явление параллакса. Понятие астрономической единицы (АЕ). Работы Гершеля по определению размеров Галактики. Гипотезы рождения Вселенной. Красное смещение. Классификация космических объектов. Квазары, нейтронные звёзды.

Образовательные технологии

В ходе преподавания дисциплины используются следующие образовательные технологии:

- разбор конкретных физических явлений и законов;

- решение задач по различным разделам физики.

6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.

Самостоятельная работа подразумевает изучение предлагаемых разделов физики по дополнительной учебной литературе.

Текущий контроль успеваемость осуществляется на контрольных точках.

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины«Физика»

а) основная литература:

1. Элементарный учебник физики: Учеб. пособие. В 3 т. / Под ред. Г. С. Ландсберга: Т. 1. Механика. Теплота. Молекулярная физика. – 13-е изд. – М: ФИЗМАТЛИТ, 2004. – 608 с.
2. Элементарный учебник физики: Учеб. пособие. В 3 т. / Под ред. Г. С. Ландсберга: Т. 2 Электричество и магнетизм. — 13-е изд. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. — 479 с.
3. Элементарный учебник физики: Учеб. пособие. В 3 т. / Под ред. Г. С. Ландсберга: Т. 3. Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика. — 12-е изд. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. — 656 с.
4. Иродов И.Е. Общая физика. В 5-и томах. М.: Лаборатория базовых знаний, 2003.
5. Иродов И.Е. Физика макросистем. Основные законы.
6. Трофимова Т. И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов.—2-е изд., перераб. и доп.— М.: Высш. шк., 1990.— 478 с.

б) дополнительная литература:

1. Л. Г. Асламазов, А. А. Варламов. Удивительная физика. - М.: Добросвет, 2002. — 236 с: ил.
2. А.С.Компанеец. Законы физической статистики. Издательство: Наука, 1976. – 140 с.
3. Пенроуз Роджер. Новый ум короля: О компьютерах, мышлении и законах физики: Пер. с англ. / Общ. ред. В. О. Малышенко. — М.: Едиториал УРСС, 2003. — 384 с.
4. Луи де Бройль. «Революция в физике» (Новая физика и кванты). Атомиздат, Москва, 1965 – 94 с.
5. Гельфер Я. М. История и методология термодинамики и статистической физики: Учеб. пособие.— 2-е изд. М.: Высш. школа, 1981.— 536 с.
6. Дж. Фен. Машины, энергия, энтропия: Пер. С англ. – Мир, 1986. – 336 с.
7. И. П. Суздалев. Нанотехнология: физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов. – М.: КомКнига. 2006. – 592 с.
8. А. Азимов. Краткая история химии. Развитие идей и представлений в химии. Пер. с англ. – 187 с.
9. К. Н. Мухин, А. Ф. Суставов, В.Н. Тихонов. Российская физика Нобелевского уровня.—М.: Издательство Физико-математической литературы, 2006. – 228 с.

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Для материально-технического обеспечения дисциплины требуется наличие компьютерной техники с установленным соответствующим программным обеспечением.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю подготовки 010300 «Фундаментальная информатика и информационные технологии».

Автор (ы) к. т. н. А.Д. Макиенко

Рецензент (ы)

Программа одобрена на заседании Ученого Совета Факультета информатики

от «__» _________ 2011 г., протокол № ________.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: