2

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Основной целью современного инженерного образования является формирование на

базе компетентностного подхода творческой личности будущего специалиста, обладающего

знаниями, умениями и навыками по профессиональному профилю подготовки, способного к

саморазвитию, самообразованию и инновационной деятельности.

Физика является фундаментальной дисциплиной, закладывающей основы мироздания

и миропонимания, знание которых позволяют воздействовать на окружающий нас мир и це-

ленаправленно управлять им во имя и на благо человечества.

Учебная дисциплина «Физика» является одной из основных дисциплин естественно-

научного цикла подготовки студентов по направлению 240100 - Химическая технология.

Дисциплина реализуется на факультете неорганической химии и технологии кафедрой физи-

ки.

Содержание дисциплины определяется ГОС и охватывает круг вопросов и задач, свя-

занных непосредственно как с формированием общих естественнонаучных знаний, так и

профессиональных навыков и умений выпускников, включающих производственно-

технологические, организационно-управленческие, научно-исследовательские, проектные и

сервисно-эксплуатационные виды деятельности будущего специалиста.

Задачи курса:

изучить основные физические явления и основные физические законы, которыми опи-

сываются эти явления

заложить фундамент основных понятий и теорий классической и современной кванто-

вой физики

научить студентов логически рассуждать и активно, творчески использовать теорети-

ческие знания для решения конкретных практических задач

освоить физический инструментарий и овладеть навыками и приемами измерения фи-

зических величин

подготовить студентов к активному использованию приобретенных знаний и умений

как при изучении смежных и других дисциплин подготовки специалиста, так и в своей

дальнейшей профессиональной деятельности

продемонстрировать студентам значимость физики для научно-технического прогрес-

са и привить им отношение к физике, как к части общечеловеческой культуры

сформировать у студентов «физическое» научное мировоззрение, как основы знаний и

интерпретации всех явлений и процессов, протекающих в природе, включая и сферу

технической деятельности человека

воспитать культурно-интеллектуальную личность на базе развития таких качеств, как:

ясность и точность изложения идей, логичность и критичность мышления, интуиция,

способность находить множество различных вариантов решения при одних и тех же

условиях и быстро принимать самостоятельное решение, элементы алгоритмической

культуры, готовность и способность к преодолению трудностей и т.д., необходимых

человеку для полноценной жизни в современном обществе.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП БАКАЛАВРИАТА

Дисциплина относится к естественнонаучному циклу и является одной из базовых дис-

циплин профиля.

Требования к входным знаниям, умениям и компетенциям студента, необходимым для

изучения дисциплины: студент должен знать физику в объеме курса средней школы и владеть

обязательным минимумом содержания основных образовательных программ по математике

(арифметике, алгебре, геометрии, тригонометрии, элементам логики и комбинаторики), ин-

форматике и химии.

3

Знать/понимать:

основные законы, определения и понятия физики;

основные физические явления, их суть и интерпретация;

алгоритмы решения простейших физических задач.

Уметь:

интерпретировать наблюдаемые явления природы, на основе известных физических

теорий;

применять основные законы физики для решения конкретных задач при выполнении

расчетных и экспериментальных заданий.

Владеть:

методиками решения типовых физических задач;

методиками проведения простейших физических измерений.

Освоение данной дисциплины, как предшествующей, необходимо при изучении сле-

дующих дисциплин:

Физическая и коллоидная химия

Теоретические основы электротехники

Квантовая механика и статистическая физика

Физические основы электроники

Вакуумно-плазменные процессы и технологии

Метрология, стандартизация и технические измерения

Органическая химия

Метрология, стандартизация и технические измерения

Физика конденсированного состояния

3. КОМПЕТЕНЦИИ ОБУЧАЮЩЕГОСЯ, ФОРМИРУЕМЫЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ ОСВО-

ЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Дисциплина направлена на формирование следующих компетенций выпускника (со-

гласно ФГОС):

Наименование компетенции Код компетенции

способность использовать основные законы естественнонауч-

ных дисциплин в профессиональной деятельности, применять

методы математического анализа и моделирования, теоретиче-

ского и экспериментального исследования

ОК-10

Способностью владеть основными приемами обработки и пред-

ставления экспериментальных данных

ПК-5

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

Знать:

основные этапы развития физики как науки, создаваемой на основе обобщения наблю-

дений природных явлений;

основные определения, понятия и законы физики;

как по мере накопления опытных данных расширялись и углублялись наши познания

материального мира, начиная от интерпретации макроскопических явлений природы до

проникновения в мир атомов и молекул; от фундамента классической физики до теории

относительности и квантовой механики;

как физические законы и уравнения их описывающие используются для решения кон-

кретных практических задач;

вероятностный характер некоторых закономерностей окружающего мира;

как потребности практики привели к открытию физических законов;

как физические теории позволяют не только интерпретировать наблюдающиеся явле-

ния, но и a priori предсказывать новые открытия.

4

Уметь:

объяснять природные явления и технологические процессы с точки зрения физических

законов;

применять физические законы для решения практических и теоретических задач;

организовывать физический эксперимент, проводить измерения физических величин,

анализировать экспериментальные данные и определять погрешности измерений;

применять математические методы для решения практических задач с использованием

персональных компьютеров и программных средств общего назначения.

Владеть: информацией об области применения конкретных физических законов;

алгоритмами решения физических прикладных задач;

методиками обработки и оценки погрешностей экспериментальных данных.

4. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ

Общая трудоемкость дисциплины составляет:

- 14 зачетных единиц / 504 час.

Вид учебной работы Всего

часов

Семестры

1 2 3

Аудиторные занятия (всего) 221 68 85 68

В том числе:

Лекции 102 34 34 34

Практические занятия (ПЗ) 17 - 17 -

Семинары (С)

Лабораторные работы (ЛР) 102 34 34 34

Самостоятельная работа (всего) 283 111 94 95

В том числе:

Оформление отчетов по лабораторным работам 36 12 12 12

Подготовка к текущим занятиям, коллоквиумам 175 71 71 52

Подготовка к экзамену 72 24 24 24

Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен) экз. экз. экз.

Общая трудоемкость час

зач. ед.

504 179 179 163

14 5 5 4

5. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

5.1. Содержание модулей (разделов) дисциплины

№

п/п Модуль (раздел) Содержание раздела

1 ФИЗИЧЕСКИЕ

ОСНОВЫ МЕХАНИКИ

Предмет и содержание курса физики. Место физики

среди других наук. Материя и движение. Две формы

существования материи - вещество и поле. Простран-

ство и время. Классическая и квантовая физика. Грани-

цы применимости классической физики. Связь физики с

философией и другими науками.

Основы кинематики. Основные понятия механики. Ма-

териальная точка. Абсолютно твердое тело. Системы

отсчета. Классификация простейших видов механиче-

ского движения. Основные характеристики движения.

Траектория. Путь. Перемещение. Скорость. Векторный,

координатный и естественный способы описания скоро-

5

сти. Ускорение. Кинематика вращательного движения.

Связь между линейными и угловыми величинами.

Динамика. Инерциальные системы отсчета. Первый за-

кон Ньютона. Принцип относительности Галилея. Пре-

образования Галилея. Масса. Сила. Импульс. Второй

закон Ньютона. Принцип суперпозиции. Третий закон

Ньютона. Виды сил в механике. Закон всемирного тяго-

тения. Практическое применение законов Ньютона. За-

дачи механики.

Законы сохранения и свойства симметрии пространства

- времени. Материалистическая трактовка законов со-

хранения. Закон сохранения импульса. Центр масс си-

стемы. Уравнение движения центра масс. Ц - система.

Закон сохранения энергии. Работа. Мощность. Консер-

вативные силы. Потенциальная энергия. Поле цен-

тральных сил. Потенциальная энергия частицы в сило-

вом поле. Кинетическая энергия. Полная механическая

энергия частицы. Потенциальная энергия системы ча-

стиц. Собственная энергия системы. Внешняя энергия

системы. Полная механическая энергия системы. Дис-

сипативные силы. Закон сохранения полной механиче-

ской энергии.

Столкновения двух частиц. Абсолютно упругое и абсо-

лютно неупругое столкновение.

Вращение твердого тела вокруг неподвижной оси. Мо-

мент инерции тела относительно оси вращения. Физи-

ческое толкование момента инерции тела. Вычисление

моментов инерции тел правильной геометрической

формы. Момент силы относительно точки и относи-

тельно оси вращения. Момент импульса относительно

точки и относительно оси вращения.

Уравнение моментов. Основной закон динамики для

вращательного движения. Кинетическая энергия и рабо-

та при вращении твердого тела вокруг неподвижной

оси. Работа внешних сил при вращении твердого тела

вокруг неподвижной оси. Закон сохранения момента

импульса применительно к твердому телу. Условия

равновесия твердого тела. Теорема Штейнера о парал-

лельных осях. Плоское движение твердого тела. Кине-

тическая энергия при плоском движении твердого тела.

Элементы теории относительности. Трудности дореля-

тивистской механики. Механика специальной теории

относительности как механика больших скоростей.

Опытные основания теории относительности. Два по-

стулата специальной теории относительности. Преобра-

зования координат Лоренца. Относительность понятия

одновременности, замедление времени, сокращение

длины. Интервал. Сложения скоростей в теории относи-

тельности. Релятивистская динамика. Релятивистский

импульс. Основное уравнение релятивистской динами-

ки. Взаимосвязь массы и энергии, импульса и энергии.

2 КОЛЕБАНИЯ И

ВОЛНЫ

Механические колебания и волны. Общий признак ко-

лебательного движения. Гармонические колебания. Си-

ла, вызывающая гармонические колебания. Гармониче-

6

ский осциллятор. Дифференциальное и интегральное

уравнения гармонических колебаний. Амплитуда, пери-

од, частота, фаза колебаний. Связь циклической частоты

с массой колеблющегося тела. График зависимости

смещения от времени. Закон изменения скорости, уско-

рения и силы от времени, соответствующие графики.

Энергия гармонических колебаний (кинетическая, по-

тенциальная и полная), соответствующие графики.

Двухатомная молекула как линейный гармонический

осциллятор. Потенциальная кривая двухатомной моле-

кулы. Ангармонизм колебаний. Диссоциация. Физиче-

ский и математический маятники. Сложение гармони-

ческих колебаний: а) одинаково направленных с одина-

ковой частотой, б) одинаково направленных с близкими

частотами, в) взаимно-перпендикулярных с одинаковы-

ми частотами. Фигуры Лиссажу.

Затухающие колебания. Силы, действующие при зату-

хающих колебаниях. Дифференциальное и интеграль-

ное уравнения затухающих гармонических колебаний.

Зависимость амплитуды колебаний от времени, соот-

ветствующий график. Коэффициент затухания. Лога-

рифмический декремент затухания колебаний. Доброт-

ность колебательной системы.

Вынужденные колебания. Силы, действующие при вы-

нужденных колебаниях. Дифференциальное и инте-

гральное уравнения вынужденных гармонических коле-

баний. Амплитуда и частота вынужденных колебаний.

Явление механического резонанса. Резонансная ампли-

туда и частота, соответствующие графики. Примеры ре-

зонанса.

Механизм образования и распространения волн в упру-

гой среде. Волны поперечные и продольные. Фронт

волны и волновые поверхности. Длина волны. Уравне-

ние и график плоской бегущей волны. Уравнение сфе-

рических волн. Волновое уравнение. Поток энергии.

Вектор Умова.

Когерентные источники волн. Интерференция волн.

Условия максимумов и минимумов при интерференции.

Уравнение и график стоячей волны. Координаты узлов

и пучностей. Волны в замкнутом объеме (колебания

струны), собственные частоты. Понятие о фазовой и

групповой скорости и соотношение между ними.

3 ОСНОВЫ МОЛЕКУ-

ЛЯРНОЙ ФИЗИКИ И

ТЕРМОДИНАМИКИ

Физические основы термодинамики и молекулярной

физики. Два подхода к изучению макросистем: молеку-

лярно-кинетический (статистический) и термодинами-

ческий. Основные понятия. Состояние системы и ос-

новные параметры состояния макросистем: объем, тем-

пература, давление. Уравнение состояния идеального

газа (уравнение Менделеева - Клапейрона). Внутренняя

энергия идеального газа. Два способа изменения внут-

ренней энергии - путем совершения механической рабо-

ты и путем теплообмена (теплопередачи). Количество

теплоты, теплоемкость. Связь удельной и молярной

теплоемкостей. Зависимость теплоемкости от характера

7

процесса. Формула Майера (связь Сv и Cp).

Первое начало термодинамики. Работа объемного рас-

ширения. Работа, совершаемая газом в различных изо-

процессах. Применение первого начала термодинамики

к изопроцессам идеального газа. Уравнение Пуассона

(уравнение адиабаты). Политропный процесс. Уравне-

ние политропы.

Обратимые и необратимые процессы. Содержание вто-

рого начала термодинамики. Статистический характер

второго начала. Третье начало термодинамики. Термо-

динамические потенциалы.

Элементы статистической физики. Задачи статистиче-

ской физики. Распределение Максвелла молекул иде-

ального газа по скоростям и по энергиям. Вычисление

средней арифметической, средней квадратичной и

наиболее вероятной скоростей. Средняя длина свобод-

ного пробега и среднее число столкновений молекул

идеального газа в единицу времени. Эффективное сече-

ние столкновений. Распределение молекул во внешнем

потенциальном поле сил. Барометрическая формула

Лапласа. Распределения Больцмана для квантовых си-

стем. Статистики Ферми-Дирака и Бозе-Эйнштейна.

Основное уравнение кинетической теории идеальных

газов.

Теорема о равномерном распределении энергии по сте-

пеням свободы. Вычисление внутренней энергии иде-

ального газа через число степеней свободы его молекул.

Классическая теория теплоемкости идеального газа и ее

недостатки. Понятие о квантовой теории теплоемкости

Эйнштейна.

Явления переноса. Формальные уравнения, описываю-

щие явления переноса (диффузия, внутреннее трение,

теплопроводность). Связь диффузии с подвижностью

частиц. Вычисление коэффициентов диффузии, внут-

реннего трения, теплопроводности для идеального газа.

Связь между коэффициентами.

Реальный газ. Молекулярные силы и отклонения от за-

конов идеального газа. Эффект Джоуля - Томсона.

Уравнение состояния реального газа (уравнение Ван-

дер-Ваальса). Теоретическая изотерма Ван-дер-Ваальса

и экспериментальная изотерма реального газа.

Критическое состояние вещества. Связь критических

параметров с постоянными Ван-дер-Ваальса.

4 ЖИДКОЕ И

КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ

СОСТОЯНИЕ

ВЕЩЕСТВА

Жидкое состояние. Молекулярное строение и основные

свойства жидкости. Уравнение состояния жидкости.

Краевые углы. Смачивание и несмачивание. Нормаль-

ное молекулярное давление поверхностного слоя. По-

верхностное натяжение в жидкости. Методы экспери-

ментального определения коэффициента поверхностно-

го натяжения. Добавочное давление в случае неплоской

поверхности жидкости. Формула Лапласа. Капиллярные

явления.

Кристаллические и аморфные тела. Типы кристалличе-

ских решеток. Учение о симметрии. Поворотные оси,

8

плоскости симметрии, центр инверсии, зеркально-

поворотные оси. Семь сингоний, тридцать два кристал-

лических класса. Симметрия пространственной решет-

ки. Решетка Браве. Работы Федорова. Дефекты кристал-

лов. Классическая теория теплоемкости одноатомного

твердого тела. Закон Дюлонга и Пти. Недостатки клас-

сической теории теплоемкости. Зависимость теплоем-

кости от температуры. Понятие о квантовой теории теп-

лоемкости твердого тела. Фазовые переходы первого

рода. Насыщенный пар и его свойства. Теплота испаре-

ния. Теплоты плавления и возгонки. Зависимость тем-

пературы плавления от внешнего давления. Диаграмма

состояния. Фазовые переходы второго рода.

5 ЭЛЕКТРОСТАТИКА Электрический заряд. Закон Кулона. Линейная, поверх-

ностная и объемная плотности зарядов. Электрическое

поле. Напряженность электрического поля. Вектор

напряженности электрического поля. Силовые линии

поля. Вектор индукции электрического поля. Поток век-

тора напряженности электрического поля. Принцип су-

перпозиции полей. Теорема Гаусса в электростатике.

Применение теоремы для расчета полей заряженного

шара, проволоки, плоскости, плоского конденсатора.

Понятие дивергенции. Потенциальный характер элек-

трического поля. Теорема Стокса. Потенциал электри-

ческого поля. Разность потенциалов. Потенциал поля

точечного заряда (шара). Потенциал поля, созданного

системой зарядов. Эквипотенциальные поверхности.

Связь между напряженностью и потенциалом. Градиент

потенциала. Электрический диполь. Напряженность и

потенциал поля электрического диполя. Поведение ди-

поля в однородном и неоднородном электрическом по-

ле. Энергия диполя в электрическом поле. Дипольный

момент системы зарядов. Мультиполи.

Проводники в электрическом поле. Распределение заря-

дов в проводниках. Напряженность и потенциал поля

внутри проводника при равновесии зарядов. Поле вбли-

зи поверхности заряженного проводника. Теорема Ку-

лона (связь между напряженностью поля и поверхност-

ной плотностью заряда). Электростатическая защита.

Электроемкость проводника, факторы, от которых она

зависит. Вычисление емкости шара. Конденсаторы. Ем-

кость конденсатора. Вычисление емкости плоского, ци-

линдрического и сферического конденсаторов. Соеди-

нение конденсаторов в батареи. Энергия электрического

поля. Плотность энергии электрического поля.

Диэлектрики в электрическом поле. Полярные и непо-

лярные молекулы. Сущность явления поляризации ди-

электриков. Вектор поляризованности, его связь с

напряженностью внешнего электрического поля. Ди-

электрическая восприимчивость. Связь между диэлек-

трической восприимчивостью и поляризуемостью.

Связь между вектором поляризованности и поверхност-

ной плотностью связанных зарядов. Диэлектрическая

проницаемость. Поляризуемость и структура молекул.

9

Сегнетоэлектрики. Пьезоэффект.

6 ПОСТОЯННЫЙ ТОК Электрический ток. Условия поддержания тока в цепи.

Сила и плотность тока. Сторонние силы. Электродви-

жущая сила источника тока. Закон Ома для однородного

участка цепи. Сопротивление проводника. Явление

сверхпроводимости. Последовательное и параллельное

соединение проводников. Закон Ома в дифференциаль-

ной форме. Закон Ома для неоднородного участка цепи.

Закон Ома для полной цепи. Обоснование закона Ома

методом классической электронной теории. Правила

Кирхгофа для расчета разветвленных цепей.

Электрический ток в жидкостях. Электролитическая

диссоциация. Подвижность ионов. Закон Ома для элек-

тролитов. Явление электролиза. Законы Фарадея для

электролиза. Техническое применение электролиза.

Электрический ток в газах. Ионизация и рекомбинация

ионов. Несамостоятельная и самостоятельная проводи-

мость газов. Область применения закона Ома. Тлею-

щий, дуговой и коронный разряды. Газоразрядная плаз-

ма.

Объяснение проводимости твердых тел с точки зрения

зонной теории. Расщепление энергетических уровней

электронов и возникновение энергетических зон при

образовании кристаллической решетки. Зоны в метал-

лах, диэлектриках и полупроводниках. Механизм про-

водимости. Собственная и примесная проводимость. За-

висимость сопротивления полупроводников от темпе-

ратуры. Свойства p-n перехода. Полупроводниковые

диод и триод.

7 МАГНИТНОЕ ПОЛЕ Магнитное поле как основное свойство тока. Вектор

магнитной индукции. Силовые линии магнитного поля.

Вектор напряженности магнитного поля. Закон Био-

Саваpа-Лапласа. Вычисление индукции (напряженно-

сти) магнитного поля бесконечно длинного прямого

проводника с током и в центре кругового тока. Действие

магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца.

Примеры практического применения силы Лоренца.

Действие магнитного поля на проводник с током. Сила

Ампера. Взаимодействие двух параллельных токов.

Действие магнитного поля на контур с током. Магнит-

ный момент контура с током. Поток вектора магнитной

индукции. Работа по перемещению проводника с током

в магнитном поле. Циркуляция вектора напряженности

магнитного поля. Закон полного тока. Ротор магнитного

поля. Магнитное поле соленоида и тороида. Магнитное

поле тороида с малым воздушным зазором.

8 ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ

ИНДУКЦИЯ

Явление электромагнитной индукции. Опыты Фарадея.

Правило Ленца. ЭДС индукции. ЭДС индукции при

движении прямого проводника в магнитном поле. Явле-

ние самоиндукции. Индуктивность. Вычисление индук-

тивности соленоида. Экстратоки замыкания и размыка-

ния. Взаимная индукция. Вихревые токи. Энергия маг-

нитного поля. Плотность энергии.

Классификация веществ по магнитным свойствам. При-

10

рода диа- паpа -и ферромагнетизма. Магнитное поле в

веществе. Вектор намагничивания. Связь между основ-

ными векторами, характеризующими магнитное поле в

веществе. Магнитная проницаемость и магнитная вос-

приимчивость. Кривые намагничивания. Магнитный ги-

стерезис. Ферриты.

Электромагнитная теория Максвелла как обобщение и

развитие теории Фарадея. Две гипотезы и два основных

уравнения Максвелла. Ток смещения. Опыты Эйхен-

вальда. Уравнения Максвелла. Уравнение и график

электромагнитной волны. Работы Герца и Попова. Фор-

мула Томсона. Излучение колеблющегося диполя. Мо-

лекулы и атомы как излучатели.

9 ОПТИКА История развития представлений о природе света. Вол-

новая и корпускулярная теории света. Электромагнит-

ная природа света. Шкала электромагнитных волн. За-

кон прямолинейного распространения света в однород-

ной среде. Законы отражения света. Законы преломле-

ния света. Теорема Ферма. Абсолютный и относитель-

ный показатели преломления среды. Явление полного

внутреннего отражения. Предельный угол полного

внутреннего отражения. Призмы полного внутреннего

отражения. Ход лучей в трехгранной призме, плоскопа-

раллельной пластинке, линзах. Сущность дисперсии

света. Нормальная и аномальная дисперсия. Типы спек-

тров и их характеристики. Устройство спектрального

аппарата. Спектральный анализ. Поглощение света ве-

ществом. Закон Бугеpа-Ламбеpта в дифференциальной и

интегральной формах. Коэффициент поглощения. Зави-

симость коэффициента поглощения от длины волны

света и химической природы вещества. Зависимость ко-

эффициента поглощения света в растворе от концентра-

ции раствора. Закон Бера. Закон Бугера-Ламберта-Бера.

Цвет тел (прозрачных и непрозрачных). Классическое

рассеяние света. Закон Релея.

Интерференция света. Методы наблюдения интерфе-

ренции. Оптическая разность хода. Оптическая длина

пути. Условия максимумов и минимумов при интерфе-

ренции. Расчет интерференционной картины от двух ко-

герентных источников. Интерференция света в тонких

пленках. Просветленная оптика. Интерферометры. Ди-

фракция и условия ее наблюдения. Принцип Гюйгенса -

Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция от узкой ще-

ли. Дифракционная решетка. Формула главных макси-

мумов дифракционной решетки. Спектральные аппара-

ты. Дисперсия и разрешающая способность решетки.

Дифракция рентгеновских лучей. Формула Вульфа-

Бpегга. Исследование структуры кристаллов. Есте-

ственный свет и различные виды поляризованного све-

та. Поляризация света при отражении и преломлении.

Закон Бpюстеpа. Двойное лучепреломление. Положи-

тельные и отрицательные кристаллы. Объяснение двой-

ного лучепреломления на основе анизотропии электро-

оптических свойств кристаллов. Построение волновых

11

поверхностей для обыкновенных и необыкновенных лу-

чей. Поляризационные устройства (призма Николя,

призма Корну, поляроиды). Прохождение света через

поляризатор и анализатор. Закон Малюса. Вращение

плоскости колебаний оптически активными вещества-

ми, использование явления в химии. Поляриметры. Ис-

кусственное вращение плоскости колебаний (эффекты

Керра, и Фарадея).

Тепловое излучение и люминесценция. Лучеиспуска-

тельная и поглощательная способности тел. Абсолютно

черное тело. Закон Кирхгофа. Распределение энергии в

спектре абсолютно черного тела. Система изотерм.

"Ультрафиолетовая катастрофа". Квантовая гипотеза и

формула Планка для излучательной способности абсо-

лютно черного тела. Закон Стефана-Больцмана. Закон

смещения Вина. Излучение нечерных тел. Серое тело.

Использование законов излучения для определения

температуры нагретых тел. Фотоэлектрический эффект

и способы его наблюдения. Опыты Герца и Столетова.

Основные законы фотоэффекта. Квантовая теория явле-

ния. Фотоны. Уравнение Эйнштейна и объяснение зако-

нов фотоэффекта. Внешний и внутренний фотоэффект.

Фотоэлементы и их применение. Эффект Комптона.

Давление света. Опыты Лебедева. Объяснение явления с

точки зрения волновой и квантовой теории света. Масса

и импульс фотона.

10 ЭЛЕМЕНТЫ ФИЗИКИ

АТОМОВ

История развития представлений о строении атома.

Опыт по рассеянию - частиц. Модель атома по Резер-

форду. Несостоятельность классической теории строе-

ния атома. Постулаты Бора и теория атома водорода по

Бору. Недостатки теории Бора. Возникновение кванто-

вой механики.

11 ЭЛЕМЕНТЫ КВАНТО-

ВОЙ МЕХАНИКИ

Опытные основания квантовой механики. Опыт Франка

и Герца. Двойственная природа света. Гипотеза де-

Бройля о двойственной природе микрочастиц. Волны

де-Бройля. Опыты Девиссона и Джермера. Соотноше-

ние неопределенностей Гейзенберга. Обоснование ста-

ционарного уравнения Шредингера для одной частицы

с помощью гипотезы де-Бройля. Физический смысл

волновой функции. Уравнение Шредингера в оператор-

ной форме. Применение уравнения Шредингера к ча-

стице в потенциальном ящике и к линейному гармони-

ческому осциллятору. Уровни энергии и волновые

функции. Понятие об операторах. Изображение физиче-

ских величин операторами. Собственные функции и

собственные значения операторов. Основные постулаты

квантовой механики. Квантование момента импульса

электрона и его проекции. Спин электрона. Опыты

Штерна и Герлаха. Квантование спина и его проекции.

Атом водорода с точки зрения квантовой механики.

Уравнение Шредингера для водородоподобного атома.

Энергетические уровни и волновые функции. Кванто-

вые числа электрона в атоме. Распределение электрон-

ной плотности. Спектр атома водорода. Правило отбора.

12

Метастабильные уровни. Спектры излучения, поглоще-

ния, люминесценции. Применение атомной и молеку-

лярной спектроскопии в химии. Индуцированное излу-

чение. Лазеры. Магнитный момент атома. Квантование

магнитного момента. Связь магнитного момента и мо-

мента импульса. Магнетон Бора. Атом в магнитном по-

ле. Эффект Зеемана. Понятие о парамагнитном резонан-

се. Применение ЭПР и ЯМР в химии.

12 ЭЛЕМЕНТЫ ФИЗИКИ

ЯДРА И ЭЛЕМЕНТАР-

НЫХ ЧАСТИЦ

Основные характеристики атомного ядра. Масса и энер-

гия связи ядра. Ядерные силы. Радиоактивность. Свой-

ства -, -, - излучений. Правила смещения при - и

- распадах. Закон радиоактивного распада. Период по-

лураспада. Ядерные реакции. Деление ядер урана. Цеп-

ная реакция. Устройство атомной бомбы. Устройство

атомного реактора. Схема атомной электростанции. Ре-

акция синтеза легких ядер. Энергия солнца и звезд.

Проблемы управляемой ядерной реакции. Устройство

водородной бомбы.

Элементарные частицы и их классификация. Взаимо-

превращаемость элементарных частиц в современной

физике. Четыре типа взаимодействия. Проблема эле-

ментарных частиц в современной физике.

5.2. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми

(последующими) дисциплинами

№

п/п

Наименование обес-

печиваемых (после-

дующих) дисциплин

№ модуля (раздела) данной дисциплины, необходимый для

изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1 Квантовая механика и

статистическая физи-

ка

+ + + + + + + + +

2 Метрология, стандар-

тизация и техниче-

ские измерения

+ + + + +

3 Физика конденсиро-

ванного состояния

+ + + + + + + +

4 Органическая химия + + +

5 Физические основы

электроники

+ + + + + +

6 Теоретические осно-

вы электротехники + + +

7 Физическая и колло-

идная химия

+ + + + + + + + +

8 Вакуумно-

плазменные процессы

и технологии

+ + + + + + + +

13

5.3. Модули (разделы) дисциплин и виды занятий

№

п/п Наименование модуля (раздела)

дисциплины

Количество часов

Лекц. Практ.

зан.

Лаб.

зан. СРС Всего

1 Физические основы механики 12 - 12 35 59

2 Колебания и волны 6 - 8 20 34

3 Основы молекулярной физики и тер-

модинамики

12 - 10 35 57

4 Жидкое и кристаллическое состояние

вещества

2 - 4 10 16

5 Электростатика 12 5 14 35 66

6 Постоянный ток 4 4 6 20 34

7 Магнитное поле 12 4 10 35 61

8 Электромагнитная индукция 4 4 8 25 41

9 Оптика 18 - 16 35 69

10 Элементы физики атомов 8 - 6 8 22

11 Элементы квантовой механики 6 - 4 15 25

12 Элементы физики ядра и элементар-

ных частиц

6 - 4 10 20

Всего часов 102 17 102 283 504

6. Лабораторный практикум Модуль 1. .

Выполнение лабораторных работ:

- экспериментальная проверка основного закона динамики для вращательного тела;

- определение момента инерции системы тел с помощью маятника Обербека;

- измерение момента инерции с помощью маятника Максвелла;

- измерение скорости полета пули с помощью крутильного баллистического маятника;

- измерительные приборы.

Защита лабораторных работ и прием коллоквиума.

Модуль 2.

Выполнение лабораторных работ:

- определение момента инерции физического маятника;

- определение логарифмического декремента затухания маятника;

- определение скорости звука методом стоячих волн.

Защита лабораторных работ и прием коллоквиума.

Модуль 3.

Выполнение лабораторных работ:

- определение средней длины свободного пробега и эффективного диаметра молекул

воздуха;

- определение отношения теплоемкостей Cp/CV методом Клемана-Дезорма;

- определение приращения энтропии при нагревании и плавлении твердого тела. Защита лабораторных работ и прием коллоквиума.

Модуль 4.

Выполнение лабораторных работ:

- определение коэффициента динамической вязкости методом Стокса;

- определение коэффициента поверхностного натяжения методом отрыва кольца;

- определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом поднятия

в капилляре.

Защита лабораторных работ и прием коллоквиума.

Модуль 5.

Выполнение лабораторных работ:

14

- исследование электростатического поля;

- измерение емкости конденсаторов.

Модуль 6.

Выполнение лабораторных работ:

- определение ЭДС источника постоянного тока методом компенсации;

- определение удельного сопротивления раствора электролита;

- изучение электрического сопротивления металлов;

- изучение электропроводности полупроводников;

- снятие вольтамперной характеристики полупроводникового диода;

- снятие характеристик полупроводникового триода;

- градуировка термопары;

- изучение эффекта Холла.

Защита лабораторных работ и прием коллоквиума.

Модуль 7.

Выполнение лабораторных работ:

- определение удельного заряда электрона методом фокусировки электронного пучка

магнитным полем;

- измерение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли;

- изучение электрического сопротивления металлов;

- изучение электропроводности полупроводников;

- снятие вольтамперной характеристики полупроводникового диода;

- снятие характеристик полупроводникового триода;

- изучение эффекта Холла.

Защита лабораторных работ и прием коллоквиума.

Модуль 8.

Выполнение лабораторных работ:

- снятие кривой намагничивания железа;

- исследование намагничивания ферромагнетиков;

- индуктивности катушки.

Защита лабораторных работ и прием коллоквиума.

Модуль 9.

Выполнение лабораторных работ:

- определение показателя преломления и дисперсии жидкости рефрактометром

ИРФ-23;

- определение концентрации раствора при помощи фотометра Пульфриха и

фотоэлектроколориметра;

- изучение дифракции от узкой щели;

- определение длины волны с помощью отражательной дифракционной

решетки;

- определение концентрации и удельного вращения оптически активного раствора

при помощи поляриметра;

- определение постоянной Стефана-Больцмана при помощи оптического пирометра;

- изучение характеристик фотоэлемента.

Защита лабораторных работ и прием коллоквиума.

Модуль 10.

Выполнение лабораторных работ:

- изучение спектрального аппарата;

- изучение сериальных закономерностей в спектре водорода;

- изучение спектров излучения при помощи монохроматора УМ-2;

Защита лабораторных работ и прием коллоквиума.

Модуль 11.

Теоретическое собеседование по теме.

Модуль 12.

Выполнение лабораторных работ:

15

- определение максимальной энергии -частиц методом полного поглощения.

Защита лабораторных работ и прием коллоквиума.

Примечание. По каждому модулю выполняется 1-2 лабораторные работы.

7. Практические занятия

№

модуля Тематика занятия

Трудоемкость

час.

1 Кинематика и динамика поступательного движения материальной

точки.

Кинематика и динамика вращательного движения абсолютно

твердого тела вокруг неподвижной оси. Момент инерции тела.

Теорема о параллельных осях. Момент импульса.

Законы сохранения в механике.

4*

2 Гармонические колебания

Волны

4*

3 Уравнение состояния идеального газа. Внутренняя энергия иде-

ального газа. Количество теплоты. Теплоемкость. Работа объем-

ного расширения. Первое начало термодинамики в применении к

изопроцессам идеального газа.

Распределения Максвелла и Больцмана. Вычисление средних ве-

личин в статистической физике.

Средняя длина свободного пробега и среднее число столкновений

молекул идеального газа. Явления переноса.

4*

5 Взаимодействие точечных зарядов. Закон Кулона. Электростати-

ческое поле. Напряженность и потенциал электрического поля.

Работа перемещения зарядов в электростатическом поле.

Теорема Гаусса и ее применение к расчету электростатических

полей.

Электроемкость. Конденсаторы и соединение их в батареи.

Энергия электростатического поля, плотность энергии.

4

6 Электрический ток. Закон Ома для однородного и неоднородного

участков цепи. Закон Ома для замкнутой цепи.

Правила Кирхгофа для разветвленных цепей постоянного тока.

2

7 Магнитное поле. Действие магнитного поля на проводник с током

и движущийся заряд.

Закон Био-Савара-Лапласа и его применение к расчету магнитных

полей. Закон полного тока.

2

8 Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца. Явление

самоиндукция. Экстра токи. Взаимная индукция. Энергия магнит-

ного поля.

2

9 Геометрическая оптика.

Интерференция и дифракция света.

Поляризация света.

Тепловое излучение.

Фотоэффект.

Эффект Комптона.

Давление света.

8*

10 Атомная физика. Строение атома. Атомные спектры. 2*

11 Квантовая механика. Уравнение Шредингера. Частица в потенци-

альном ящике.

5*

16

12 Строение ядра. Дефект массы. Энергия связи ядра.

Закон радиоактивного распада.

Ядерные реакции.

2*

Примечания.

1) * Решение задач проводится в рамках лабораторных занятий.

* Модуль 4 - ЖИДКОЕ И КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ВЕЩЕСТВА - включен в СРС.

8. Примерная тематика курсовых проектов (работ)

Курсовые проекты или работы данной дисциплине не планируются

9. Образовательные технологии и методические рекомендации по организации изуче-

ния дисциплины

Чтение лекций по данной дисциплине может проводиться как традиционно, так и с

использованием мультимедийных презентаций, в том числе и подготовленных студентами в

качестве самостоятельной работы. Презентации позволяют хорошо иллюстрировать лекцию,

более четко структурировать ее материал, экономить время, затрачиваемое на рисование на

доске сложных объектов и написание формул и, таким образом, дают возможность увели-

чить объем излагаемого материала. Студентам рекомендуется предоставлять возможность

копирования презентаций для самоподготовки и подготовки к экзамену.

Проведение практических занятий целесообразно строить по следующей методике:

1. Вводная преподавателя (цели занятия, основные вопросы, которые должны быть рас-

смотрены).

2. Экспресс-тест (со 100% охватом) подготовленности студентов к занятию.

3. Решение типовых задач у доски.

4. Самостоятельное решение задач.

5. Разбор типовых ошибок при решении (в конце текущего занятия или в начале следующе-

го).

Для эффективного проведения занятий на кафедре должны быть разработаны методи-

ческие пособия по различным разделам курса с большим банком заданий и задач для само-

стоятельного решения, причем задания желательно дифференцировать по степени сложно-

сти.

Ряд занятий целесообразно проводится в дисплейном классе, где студенты могут про-

ходить экспресс-тестирование по завершению соответствующего учебного модуля или им

могут быть предложены демоверсии централизованного Интернет тестирования ФЭПО, с

последующим разбором и анализом наиболее сложных вопросов и задач. Результаты тести-

рования и самостоятельного решения задач необходимо оценивать в баллах, которые долж-

ны затем учитываться при простановке зачета. Кроме того, на каждом занятии студентам

необходимо выдать домашние задания и затем оценивать их выполнение в баллах.

При проведении лабораторного практикума необходимо создавать условия для са-

мостоятельного выполнения лабораторных работ.

На первом вводном занятии следует познакомить студентов с порядком освоения все-

го курса физики, а также с последовательностью прохождения лабораторного практикума и

проведения практических занятий. Особое внимание уделить технике безопасности при вы-

полнении студентами лабораторных работ. Подробно рассказать о порядок оформления от-

четов и методике оценки погрешности физических измерений.

Перед выполнением работы рекомендуется предварительно:

1. Провести экспресс-опрос с оценкой в устной или тестовой форме по теоретическому

материалу, необходимому для выполнения работы.

2. Проверить (с оценкой) качество предварительной подготовки студента к выполнению

лабораторной работы: план выполнения работы, записи в лабораторном журнале.

Далее:

3. Оценить работу студента в лаборатории непосредственно при выполнении и предвари-

тельном оформлении работы.

В ряде лабораторных работ целесообразно включать элементы научных исследований, ко-

17

торые требуют углубленной самостоятельной проработки теоретического материала. Такие

работы обычно выдаются наиболее успешным студентам.

4. После оформления отчета по работе на следующем занятии студенты должны защитить

свои экспериментальные данные с интерпретацией полученных результатов на основе

соответствующих теоретических представлений и получить итоговый балл за данную

работу.

При организации внеаудиторной самостоятельной работы по данной дисциплине

преподавателю рекомендуется использовать следующие формы:

подготовка и написание рефератов, докладов, очерков и других письменных работ на за-

данные темы.

выполнение домашних заданий разнообразного характера. Это - решение задач; подбор и

изучение литературных источников; подбор иллюстративного и описательного материала

по отдельным разделам курса в сети Интернет.

выполнение индивидуальных заданий, направленных на развитие у студентов самостоя-

тельности и инициативы. Индивидуальное задание может получать как каждый студент,

так и часть студентов группы;

подготовка докладов исследовательского характера для выступления на научной студен-

ческой конференции.

10. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной

аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение

самостоятельной работы студентов

Всего по текущей работе в семестре студент может набрать 50 баллов, в том числе:

- практические занятия – 20 балла;

- лабораторные работы по каждому – 30 баллов;

Зачет проставляется автоматически, если студент набрал по текущей работе не менее 26 бал-

лов.

Для самостоятельной работы используются задания и задачи, приведенные в перечис-

ленных ниже учебных пособиях:

1. Волькенштейн В. С. Сборник задач по общему курсу физики. Изд. 3-е, испр. и доп.- СПб.:

Книжный мир, 2007.-328с.

2. Касаткин И.Л. Практикум по общей физике / И.Л. Касаткин. – Ростов н/Д: Феникс, 2009. -

557с.

3. Дмитриева В.Ф. Задачи по физике: учеб. пособие для студ. Образоват. учреждений сред.

проф. Образования / В.Ф. Дмитриева. – 3-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия»,

2009. -336с.

4. Калашников Н.П., Кожевников Н.М. Физика. Интернет-тестирование базовых знаний.:

Учебное пособие. – СПб.: Издательство «Лань», 2009. – 160с.

5. Савельев И. В. Курс общей физики. Т .1,2,3.- М.: Наука, 1987.

6. Савельев И. В. Сборник вопросов и задач по общей физике. - М. Наука, 1988. – 288с.

7. Кудин Л.С., Бурдуковская Г.Г. Курс общей физики в вопросах и ответах. // Иваново 2007.

184с.

8. Кудин Л.С. Сборник тестов по курсу общей физики. // Иваново 2006. 136с.

9. Кудин Л.С., Бутман М.Ф., Бурдуковская Г.Г. Курс общей физики в вопросах и ответах.

Магнетизм. Учебное пособие. // Иваново 2005. 128с.

10. Кудин Л.С., Бурдуковская Г.Г., Бутман М.Ф. Курс общей физики в вопросах и ответах.

Электростатика. Методическое контрольно-обучающее пособие для программированного

многоуровневого тестирования самостоятельной работы студентов. // Иваново 2005. 84с.

11. Бутман М.Ф., Кудин Л.С. Обработка и представление результатов измерений. Методи-

ческие указания к лабораторному практикуму. // Иваново 2005. 36с.

12. Кудин Л.С., Погребной А.М., Смирнов А.А. Физика. Физические основы механики. Тер-

модинамика. Молекулярная физика. Учебное пособие для заочников. // Иваново 2001. 128с.

18

13. Кудин Л.С., Бутман М.Ф., Кузнецов А.Ю. Волновая оптика. Вопросы и задачи. Методи-

ческие указания для самостоятельной работы студентов. // Иваново 2001. 32с.

14. Кудин Л.С., Кузнецов А.Ю., Бурдуковская Г.Г. Постоянный ток. Качественные вопросы

и задачи для самостоятельной работы при подготовке коллоквиума. // Иваново 2000. 24с.

15. Лабораторные работы по механике и молекулярной физике (под ред. А. М. Александров-

ской, Л. Н. Журавлевой). - Иваново, ИХТИ, 1992. (библ. № 81).

16. Лабораторные работы по оптике, атомной и ядерной физике (под ред. Л.Н. Журавлевой,

Б.Н. Биргера) - Иваново; ИХТИ, 1986. (библ.N 426).

17. Кудин Л.С. "Электростатика». Качественные вопросы и задачи». - Иваново, ИГХТУ,

1998. 28с.

18. Сборник лабораторных работ по физике "Электростатика. Постоянный ток. Электромаг-

нетизм" - Иваново, ИГХТА, 1997, /сост. Алешонкова Ю.А., Биргер Б.Н., Бутман М.Ф., и др.

под ред. Ю.А. Алешонковой, Г.В. Гиричева.

19. Кудин Л.С., Бурдуковская Г.Г. Механические колебания и волны. Качественные вопросы

и задачи для самостоятельной работы при подготовке коллоквиума. // Иваново 1996. 17с.

20. Кудин Л.С., Бурдуковская Г.Г. Кинематика и динамика материальной точки. Законы со-

хранения. Качественные вопросы и задачи для самостоятельной работы при подготовке кол-

локвиума. // Иваново 1996. 20с.

Примерные темы рефератов:

1. К истории открытия законов сохранения.

2. Законы сохранения в «Механике».

3. Выдающиеся открытия в физике 20 века.

4. Парадокс близнецов – миф или реальность.

5. Об истории развития «Теории относительности».

6. «Теории относительности» на современном этапе.

7. Опыт Майкельсона и «Теории относительности».

8. Опыт Физо и «Специальная теория относительности».

9. От преобразований Галилея к преобразованиям Лоренца.

10. От А. Пуанкаре до Ф. Эйнштейна.

11. Современная теория гравитации.

12. Опыты Майкельсона и Морли.

13. Об истории открытия эффекта Джозефсона.

14. Фотоэффект в полупроводниках. Эффект Дембера.

15. Эффект Вавилова-Черенкова и его применение в ядерной физике.

16. Эффект Бома и Аронова – миф или реальность.

17. Магнитомеханика и эффект Барнетта.

18. К истории открытия эффекта Блоха.

19. Эффект Ганна и его применение в технике.

20. Эффект Келдыша-Франца и его практическое применение.

21. К истории открытия эффекта Комптона.

22. Явление сверхпроводимости и эффект Купера.

23. Эффект Лэмба в квантовой электродинамике.

24. Термоэлектрические явления и их практическое применение.

25. Термомагнитные явления и их практическое применение. Эффект Маджи-Риги-Ледюка.

26. Поляризация света и явление Макалузо-Корбино.

27. Явление рассеяния света и Ми эффект.

28. Об истории открытия индуцированного излучения.

29. Дифракция рентгеновских лучей и ее применение в рентгеноструктурном анализе и

рентгеновской спектроскопии.

30. Голография – история открытия и ее применение.

31. Ядерный магнитный резонанс и его применение в технике.

32. Проблемы ядерной энергетики на современном этапе.

33. Атомная и ядерная энергетика сегодня и завтра.

19

34. Ядерные реакции в науке и технике.

35. Проблемы термоядерного синтеза.

36. Классификация элементарных частиц и законы сохранения.

37. Кварковая модель адронов и ее проблемы.

38. Пирометрия и оптические пирометры.

39. Типы интерферометров и их практическое использование.

40. Последние открытия в физике XXI века.

41. Ферромагнетизм и эффект Гопкинсона.

42. Ферромагнетизм и эффект Баркгаузена.

43. Квантовомеханическая интерпретация эффекта де Газа-Ван Альфена.

44. Эффект Виллари и магнитострикции и их применение в технике.

45. Эффект Векслера-Макмиллана. От волн де-Бройля к квантовой механике.

46. Электронный парамагнитный резонанс.

47. Эффект Рамзауэра – Таунсенда.

48. История развития и становления квантовой механики.

49. Из истории развития представлений о строении атома.

50. Строение атомного ядра и эффект Гамова.

51. Эффекты Холла и Кикоина-Носкова и их практическое применение.

52. Эффект Киркендалла и его интерпретация.

53. Эффект Мейснера и его практическое применение.

54. Мессбауэра эффект и его практическое применение.

55. Холодная эмиссия электронов и эффект Молтера.

56. Наследова-Царенкова эффект в истории лазерной техники.

57. Электролюминесценция твердых тел. Эффекты Лосева и Дестрио.

58. Магнитомеханика. Эффект Ричардсона-де Газа-Эйнштейна.

59. Эффект Яна-Теллера.

60. Явление Садовского.

Комплект контрольно-измерительных материалов для текущего, промежуточного и

итогового контроля

Контроль знаний студентов на всех этапах, включая экзамен, осуществляется с исполь-

зованием компьютерных технологий. В настоящее время для проведения тестирования на

кафедре создан банк тестовых заданий по основным разделам курса физики, насчитывающий

более 1000 заданий. Содержание тестовых заданий определяется требованиями Государ-

ственного образовательного стандарта по курсу физики для высших технических учебных

заведений нефизического профиля. Для подготовки студентов к экзаменам растиражирован в

достаточном количестве сборник тестовых заданий (Кудин Л.С., Бурдуковская Г.Г. Курс об-

щей физики в вопросах и ответах. // Иваново 2007. 184с.), который сертифицирован Центром

сертификации качества ПТМ Исследовательского центра проблем качества подготовки спе-

циалистов МОН РФ. Задания составлены по типу открытых и закрытых тестов и разбиты на

три уровня сложности. Уровень А – это задания базового (общеобразовательного) уровня,

ориентированного на проверку знаний определений, основных понятий, законов и положе-

ний курса. Уровень В включают задания, для ответов на которые требуется не только знание

основных понятий, законов и положений курса, но и умение использовать их для решения

конкретных задач с получением количественных результатов. Уровень С – это задания по-

вышенной сложности, требующие для своего решения творческого подхода и умения логи-

чески мыслить и рассуждать. Задания А и В состоят из заданий закрытой формы, задания С

являются заданиями открытого типа. Составленные тесты с максимальной широтой охваты-

вают содержание всех разделов курса физики и позволяют получить целостную картину

усвоения студентами учебного материала.

Тест уровня А, включающий 33 задания, рассчитан на 60 минут и является для выпол-

нения обязательным. Он позволяет набрать студенту минимальное количество баллов (26) и

получить удовлетворительную оценку. Тесты уровня В и С выполняются студентами по же-

ланию, рассчитаны на 60 минут и позволяют набрать на экзамене максимальное число бал-

20

лов (50). Решение тестовых заданий уровней В и С при необходимости не исключает допол-

нительной беседы с преподавателем.

Предлагаемая трехуровневая схема организации экзамена разумно сочетает инноваци-

онные и традиционные методы контроля знаний студентов, позволяя при этом существенно

минимизировать затраты времени на проведение экзамена.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

ФИЗИКА

1 семестр

1. Поступательное и вращательное движение. Формулы кинематики и динамики.

2. Законы Ньютона. Теорема о движении центра инерции.

3. Преобразования Галилея. Принцип относительности Галилея.

4. Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальное поле сил.

5. Законы сохранения энергии, импульса и момента импульса механических систем.

6. Постулаты специальной теории относительности. Преобразования Лоренца.

7. Следствия из преобразований Лоренца: относительность понятия одновременности, дли-

ны и промежутков времени.

8. Колебательное движение. Основные понятия: гармонические колебания, осциллятор, ам-

плитуда, частота, период, фаза

9. Уравнение гармонических колебаний в дифференциальной форме и его решение.

10. Молекулы как гармонические осцилляторы.

11. Законы изменения величин, характеризующих гармонические колебания.

12. Математический и физический маятники

13. Сложение колебаний одинаковой направленности и одинаковой частоты. Векторная диа-

грамма.

14. Биения

15. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний. Фигуры Лиссажу.

16. Затухающие колебания. Уравнение затухающих колебаний в дифференциальной форме и

его решение, логарифмический декремент затухания.

17. Вынужденные колебания. Резонанс.

18. Волны. Основные понятия: продольные и поперечные, бегущие и стоячие волны, фронт

волны, волновая поверхность, фазовая и групповая скорость.

19. Уравнение плоской бегущей волны. Графики, характеризующие смещение точек, участ-

вующих в колебательном процессе, от координаты, от времени.

20. Энергия упругой волны. Вектор Умова-Пойнтинга.

21. Сложение волн. Принцип суперпозиции. Условие образования максимумов и минимумов

при интерференции.

22. Стоячие волны. Замечание о стоячих волнах в замкнутом пространстве.

23. Фазовая и групповая скорость. Волновой пакет.

24. Основные понятия термодинамики: система, параметры состояния, состояние, процесс,

графическое изображение процессов, внутренняя энергия, идеальный газ, уравнение состоя-

ния, теплоемкость.

25. Классическая теория теплоемкости идеального газа.

26. Первое начало термодинамики. Связь между удельными и молярными теплоемкостями.

27. Работа расширения идеального газа в изопроцессах.

28. Адиабатический процесс. Уравнение адиабаты идеального газа (уравнение Пуассона).

29. Основные положения молекулярно-кинетической теории газов и ее особенности.

30. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов.

31. Распределение молекул идеального газа по скоростям. Наивероятнейшая, средняя квад-

ратичная и средняя арифметическая скорости.

32. Среднее число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул газа.

33. Распределение молекул газа во внешнем потенциальном поле сил тяготения. Барометри-

21

ческая формула.

34. Распределение Больцмана для классических и квантовых частиц.

35. Явления переноса в газах. Общий подход к рассмотрению явлений переноса. Диффузия.

36. Теплопроводность, внутреннее трение в газах. Связь между коэффициентами диффузии,

теплопроводности, внутреннего трения.

37. Реальный газ. Отклонение от законов идеальных газов и причины, их вызывающие. Эф-

фект Джоуля-Томсона.

38. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Анализ изотермы.

39. Критическое состояние вещества, жидкость, пар, газ. Фазовая диаграмма однокомпо-

нентной системы.

40. Твердое тело. Кристаллические и аморфные тела. Дефекты кристаллов.

41. Теплоемкость кристаллов. Закон Дюлонга и Пти.

2 семестр

42. Заряд и его свойства. Закон Кулона.

43. Напряженность и потенциал электростатического поля. Связь между напряженностью и

потенциалом.

44. Электрическое поле диполя. Напряженность и потенциал.

45. Диполь во внешнем электрическом поле. Энергия и вращающий момент.

46. Теорема Гаусса и ее доказательство.

47. Расчет поля бесконечной однородно заряженной плоскости; поле плоского и сферическо-

го конденсаторов.

48. Расчет поля бесконечно длинного однородно заряженного цилиндра; поле цилиндриче-

ского конденсатора.

49. Расчет поля заряженной сферической поверхности; поле объемно заряженного шара.

50. Проводники в электрическом поле. Условия равновесия зарядов на проводниках.

51. Электроемкость. Общий подход к вычислению емкости. Емкость проводника, имеющего

форму шара.

52. Конденсаторы. Емкость плоского, цилиндрического и сферического конденсаторов.

53. Энергия электростатического поля; плотность энергии. Сила притяжения пластин плос-

кого конденсатора.

54. Диэлектрики. Полярные и неполярные диэлектрики и их поведение во внешнем электри-

ческом поле.

55. Поле внутри диэлектрика. Связанные и сторонние заряды.

56. Вектор электрического смещения(индукции). Связь векторов напряженности и смеще-

ния. Изображение полей.

57. Специфические свойства твердых диэлектриков. Пьезоэлектрики, сегнетоэлектрики,

электреты.

58. Постоянный электрический ток. Перенос заряда, сила и плотность тока. ЭДС. Типы ис-

точников ЭДС.

59. Законы Ома для однородного участка цепи в дифференциальной и интегральной форме.

Зависимость сопротивления металлов от температуры.

60. Законы Ома для неоднородного участка цепи и замкнутой цепи. Мощность тока. Закон

Джоуля -Ленца.

61. Правила Кирхгофа для расчета разветвленных электрических цепей.

62. Магнитное поле, его основные особенности. Магнитное поле движущегося заряда.

63. Магнитное поле проводника с током. Закон Био - Савара - Лапласа и его применение к

расчету индукции поля бесконечно длинного прямого проводника с током.

64. Закон Био - Савара - Лапласа; расчет индукции поля в центре кругового витка с током.

Магнитный момент.

65. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца. Движение заряда в од-

нородном магнитном поле.

66. Закон Ампера. Взаимодействие параллельных проводников с током.

67. Поведение контура с током в магнитном поле; вращающий момент и энергия.

22

68. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле.

69. Циркуляция вектора магнитной индукции в магнитном поле. Закон полного тока.

70. Расчет магнитных полей бесконечно длинного соленоида и тороида и тороида с воздуш-

ным зазором.

71. Магнитное поле в веществе. Напряженность магнитного поля.

72. Виды магнетиков. Природа диа- и парамагнетиков и их свойства.

73. Виды магнетиков. Природа ферромагнетиков и их свойства.

74. Электромагнитная индукция. Правило Ленца. ЭДС электромагнитной индукции.

75. Явление самоиндукции. Индуктивность. Расчет индуктивности соленоида.

76. Изменение силы тока в цепи при отключении и подключении источника ЭДС.

77. Взаимная индукция. Принцип действия трансформатора переменного тока.

78. Энергия магнитного поля; плотность энергии.

79. Зонная теория твердых тел. Зоны в металлах и диэлектриках, механизм проводимости

металлов и диэлектриков.

80. Зонная теория применительно к полупроводникам. Собственная и примесная проводи-

мость, полупроводники типа p и n.

81. Полупроводники: p-n переход. Работа полупроводникового диода и триода.

3 семестр 82. Волновая и корпускулярная теории света.

83. Геометрическая оптики. Законы геометрической оптики.

84. Дисперсии света. Устройство спектрального аппарата. Спектральный анализ.

85. Поглощение света веществом. Закон Бугера-Ламберта-Бера. Цвет тел.

86. Рассеяние света. Закон Релея.

87. Волновая оптика. Основные понятия и величины (двойственная природа света, уравне-

ния и график электромагнитной волны, фронт волны, волновая поверхность, плоские и сфе-

рические волны, цуг волн, принцип Гюйгенса, шкала электромагнитных колебаний.

88. Интерференция света, условия максимумов и минимумов при интенсивности света.

89. Расчет интерференционной картины от двух когерентных источников.

90. Интерференция в тонких пленках. Пространственная и временная когерентность. Спосо-

бы наблюдения интерференции света.

91. Дифракция. Метод зон Френеля, применение метода для описания дифракции на круглом

отверстии и диске.

92. Дифракция в параллельных лучах: узкая щель, дифракционная решетка.

93. Характеристики спектральных приборов: угловая и линейная дисперсия, разрешающая

сила; сопоставление дисперсионной способности призмы и дифракционной решетки.

94. Дифракция рентгеновских лучей и электронов. Формула Вульфа-Брегга.

95. Поляризация света, основные понятия. Формула Малюса.

96. Поляризация при отражении и преломлении, закон Брюстера.

97. Поляризация света при двойном лучепреломлении. Одноосные кристаллы, призма Нико-

ля, искусственное двойное лучепреломление, эффекты Керра Фарадея.

98. Оптически активные вещества, вращение плоскости поляризации. Использование явле-

ния в химии.

99. Излучение, классификация видов излучения, основные понятия :энергетическая свети-

мость, поглощательная и испускательная способность. Закон Кирхгофа для теплового излу-

чения.

100. Законы излучения абсолютно черного тела.

101. Тепловое излучение в представлении классической и квантовой теории, формула

Релея и Джинса, формула Вина, формула Планка.

102. Рентгеновское излучение, тормозное и характеристическое излучение.

103. Фотоэффект. Особенности фотоэффекта, вольтамперная характеристика вакуумного

фотоэлемента, формула Эйнштейна.

104. Корпускулярные свойства рентгеновских лучей. Эффект Комптона.

105. Фотоны. Энергия и импульс фотона. Давление света, опыты Лебедева.

23

106. Опытные основания квантовой механики. Опыт Франка и Герца. Гипотеза де-Бройля,

опыты по дифракции электронов.

107. Уравнение Шредингера. Оператор Гамильтона. Физический смысл волновой функ-

ции.

108. Применение уравнения Шредингера для описания движения частицы в потенциальной

яме.

109. Квантово-механическое рассмотрение атома. Квантовые числа.

110. Спектры атомов. Мультиплетное расщепление и спин электрона.

111. Атом в магнитном поле, эффект Зеемана. ЭПР.

112. Опыт Штерна и Герлаха по отклонению атомных пучков в неоднородном магнитном

поле.

113. Лазеры. Принцип действия. Особенности лазерного излучения.

114. Ядерная физика. Характеристики атомного ядра. Ядерные силы.

115. Радиоактивность. Виды радиоактивного распада.

116. Закон радиоактивного распада.

117. Ядерные реакции и деление ядер. Радиоуглеродный анализ.

Пример экзаменационных контрольно измерительных материалов

(вариант трехуровневой системы организации экзамена в дисплейном классе)

Тест А

1. Что нужно поставить вместо многоточия в предложении: “Система отсчета, в кото-

рой тело, неподверженное действию других тел,……., называется инерциальной.”

а) движется с постоянным ускорением по отношению к другим системам отсчета;

б) движется прямолинейно по отношению к другим системам отсчета;

в) движется равномерно по отношению к другим системам отсчета;

г) находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.

2. Принцип относительности Галилея утверждает:

а) все инерциальные системы отсчета по своим механическим свойствам экви-

валентны друг другу;

б) во всех инерциальных системах отсчета все законы механики записываются

одинаковым образом;

в) во всех инерциальных системах отсчета свойства пространства и времени

одинаковы;

г) все приведенные утверждения эквивалентны друг другу.

3. Радиус-вектор, определяющий положение материальной точки в пространстве, из-

меняется со временем по закону r = 3tex + 4tey + 7ez. Чему равен модуль скорости?

а) 74 м/с; б) 25 м/с; в) 14 м/с; г) 8,6 м/с; д) 5 м/с.

4. Установите соответствие между потенциальной энергией тела в поле различных сил

и ее математическим выражением.

Потенциальная энергия Математическое выражение

а) потенциальная энергия тела в поле кон-

сервативных сил 1) mgz

б) потенциальная энергия тела в поле силы

тяжести 2) kr

2

2

24

в) потенциальная энергия тела в поле упру-

гой силы 3) m1m2

r

г) потенциальная энергия тела в гравитаци-

онном поле 4)

P

0Fdr

а) ; б) ; в) ; г) .

5. Момент инерции стержня длиной l относительно оси, проходящей через конец

стержня, равен

а) 1

2 ml

2; б)

1

12 ml

2; в)

1

3 ml

2; г)

1

4 ml

2; д) ml

2.

6. Установите соответствие для моментов инерции однородных тел относительно оси

zc, проходящей через центр масс тела.

Твердое тело Ось zc Момент инерции

а) тонкий стержень длины а

1) ma

2

б) сплошной цилиндр радиуса a

2)

1

12 ma

2

в) тонкий диск радиуса

3) 2

5 ma

2

г) шар радиуса a

4)

1

4 ma

2

д) обруч радиуса a

5)

1

2 ma

2

а) ; б) ; в) ; г) ; д) .

7. Установите соответствие между силой и ее математическим выражением.

Сила Математическое

выражение

а) сила гравитационного взаимодействия 1) F = N

б) сила тяжести 2) F = rv

25

в) сила упругости 3) F =

m1m2

r2

г) сила трения скольжения 4) F = mg

д) сила сопротивления 5) F = kr

а) ; б) ; в) ; г) ; д) .

8. Как изменится момент инерции двух материальных точек массами m, если ось OO

перевести: (1) в положение I; (2) в положение II?

а) увеличится, не изменится; б) не изменится, увеличится;

в) увеличится, увеличится; г) не изменится, не изменится;

д) увеличится, уменьшится; е) уменьшится; увеличится;

ж) уменьшится; не изменится; з) не изменится; уменьшится.

9. Как изменится момент инерции свинцового цилиндра относительно оси, совпадаю-

щей с его геометрической осью симметрии, если цилиндр сплющить в диск?

а) не изменится; б) увеличится; в) уменьшится.

10. Установите соответствие между физическим законом и его математическим выра-

жением.

Закон Математическое

выражение

а) второй закон Ньютона 1) i=1

n

Ii i = const

б) закон всемирного тяготения 2) E = T + U = const

в) закон сохранения импульса 3) F =

m1m2

r2 er

г) закон сохранения механической энергии 4) F =

dp

dt

д) закон сохранения момента импульса 5) i=1

n

miVi = const

а) ; б) ; в) ; г) ; д) .

11. В каком из приведенных ниже выражений допущена ошибка?

m m

I II О

О

26

а) V = r ; б) L = [r p]; в) M = [r F]; г) dr = [d r]; д) a = [ r].

12. Какое из приведенных ниже выражений определяет перемещение материальной

точки?

а) r12 = r2 – r1;

б) r = xex + yey + zez;

в) r = Vdt; г) r =

1

m i=1

n

miri.

13. Какое из приведенных ниже выражений есть определение момента силы относи-

тельно точки?

а) M = dL

dt; б) M = [r F]; в) M = I ; г) M = rF sin

.

14. Какое из приведенных ниже выражений есть определение момента импульса отно-

сительно оси?

а) L = [r P]; б) L = [r P] cos; в) L = I ; г) L = rpsin .

15. Кинетическая энергия твердого тела, вращающегося вокруг неподвижной оси, рас-

считывается по выражению:

а) p

2

2m; б)

L2

2I; в)

mv2

2; г)

Ic2

2 +

mvс2

2.

16. Кинетическая энергия твердого тела при сложном движении равна:

а) p

2

2m; б)

L2

2I; в)

mv2

2; г)

Ic2

2 +

mvc2

2; д)

I2

2.

17. При переходе из одной инерциальной системы отсчета K к другой - K', движущейся

относительно первой со скоростью V0, в классической физике используется закон

преобразования скорости:

а) V' = V0 – V; б) V' = V + V0; в) V' = V – V0.

18. Проведите аналогию между величинами, характеризующими поступательное и вра-

щательное движение.

Поступательное движение Вращательное движение

а) r 1) I

б) V 2) L

в) a 3)

г) p 4)M

д) F 5)

е) m 6)

27

а) ; б) ; в) ; г) ; д) ; е) .

19. Условие равновесия твердого тела имеет вид:

а) F =i=1

n

Fi внеш = 0,

M =i=1

n

Mi внеш = 0;

б) M =i=1

n

Mi внеш = 0,

L =i=1

n

Li внеш = 0;

в) F =i=1

n

Fi внеш = 0,

L =i=1

n

Li внеш = 0.

20. Работа внешних сил при повороте твердого тела вокруг неподвижной оси рассчиты-

вается по выражению:

а) A12 =

1

2F dr; б) A12 =

1

2F cos

dr; в) A12 =

1

2Fs ds; г) A12 =

1

2M d.

21. Имеется система частиц, на которую не действуют внешние силы. В каких из при-

веденных ниже выражений законов сохранения допущены ошибки?

1) E = T + U const; 2)

i=1

n

Li = const; 3) i=1

n

pi = const;

4) I const.

а) 1, 4; б) 2; в) 1, 3, 4; г) 3.

22. Какое из приведенных ниже уравнений описывает равномерное прямолинейное

движение?

1) v = v0 + at; 2) = 0 + t; 3) v = s

t; 4) =

t; 5) s = v 0t +

at2

2.

а) 1; б) 2, 4; в) 3; г) 3, 4; д) 5.

23. Какие из приведенных ниже уравнений описывают криволинейное ускоренное дви-

жение?

1) v = v0 + at; 2) = 0 + t; 3) v = s

t; 4) =

t; 5) = 0t +

t2

2.

а) 1, 2; б) 2, 5; в) 3; г) 3, 4; д) 5.

24. В каком из приведенных ниже выражений допущена ошибка?

1) v = R; 2) a = R; 3) an = 2R; 4) s = R; 5) a =

2 +

4.

а) 1; б) 2; в) 3; г) 4; д) 5.

25. Какому из графиков ускорения прямолинейного движения (рис. 1-4) соответствует

график скорости (рис. 5)?

28

а) 1; б) 2; в) 3; г) 4.

26. Частица движется равномерно по траектории, изображенной на рисунке. В каких

точках траектории ускорение частицы равно нулю?

а) 1, 5; б) 3; в) 1, 3 5; г) 2, 4; д) 5.

27. Материальная точка движется равномерно по криволинейной траектории. В какой

точке траектории ускорение максимально?

а) 1; б) 2; в) 3; г) 4.

28. Частица движется равномерно с постоянным по величине ускорением. Какова тра-

ектория движения частицы?

а) прямая линия; б) кривая линия с перегибом;

в) парабола; г) окружность.

29. Точка M движется равномерно по свертывающейся плоской спирали. Как изменяется

модуль ускорения точки?

xVxxx

xx

5 4 3 2 1

3

4

1

2

2

4 5

1

3

29

а) возрастает; б) не изменяется; в) уменьшается.

30. На рисунке изображены графики Vx(t) двух прямолинейных движений. Сравнить в

этих движениях: а) модули ускорений а1 и а2; б) пути s1 и s2, пройденные точкой за

время .

а) а1 > а2, s1 > s2; б) а1< а2; s1 > s2; в) а1= а2; s1 > s2;

г) а1 > а2, s1 < s2; д) а1< а2; s1 < s2; е) а1= а2; s1 < s2;

ж) а1 > а2, s1 = s2; з) а1< а2; s1 = s2; и) а1= а2; s1 = s2.

31. Как изменится угловое ускорение вала, если грузы переместить ближе к оси враще-

ния? Момент сил, действующий на вал, сохраняется прежним.

а) увеличится; б) уменьшится; в) не изменится.

32. Два диска с равными массами и радиусами R1 и R2 (R1 = 2R2) раскручивают из со-

стояния покоя до одинаковых угловых скоростей. Найти отношение произведенных

работ (A1 /A2 ).

а) 1; б) 2; в) 4.

33. Происходит абсолютно неупругий удар частиц массами m1 = 4m2 и с кинетическими

энергиями T2 = 6T1. Как движутся частицы после соударения?

M

12

1

2

Vx

t

30

а) ; б) ; в) частицы покоятся (v = 0).

Тест В

1. Зависимость пройденного телом пути S от времени t дается уравнением

S = А+Вt+Ct2+Dt

3 ( А=0,1 м; В = - 0,1 м/с; С = 0,1 м/с

2, D = 0,01 м/с

3 ). Найдите: 1) путь,

пройденный телом за третью секунду движения; 2) через какое время t после начала

движения тело будет иметь ускорение а=1 м/c2

?

2. Колесо автомашины вращается замедленно. За время t = 2 мин оно изменило частоту

вращения от 240 до 60 мин–1

. Определите угловое ускорение колеса и число полных обо-

ротов, сделанных колесом за это время.

3. Автомобиль массой 1 т поднимается по шоссе с уклоном 30о под действием силы тяги 7

кН. Найдите ускорение автомобиля, считая, что сила сопротивления зависит от скорости

и составляет 0,1 от силы нормальной реакции опоры.

4. Для сжатия пружины на х1 = 1 см нужно приложить силу F = 10 Н. Какую работу А нуж-

но совершить, чтобы сжать пружину на х2 = 10 см, если сила пропорциональна сжатию.

5. С железнодорожной платформы, движущейся со скоростью υ1 = 2,4 м/с, выстрелили из

пушки в горизонтальном направлении. Масса платформы с пушкой М = 20 т, масса сна-

ряда m = 25 кг. Определите скорость платформы после выстрела, скорость снаряда равна

υ2 = 800 м/с. Направление выстрела противоположно направлению движения платфор-

мы.

Тест С

1. Шайба соскальзывает без трения по наклонному желобу, переходящему в мертвую пет-

лю радиусом R, с высоты H = 3,5R. Найдите в точке A отношение модулей силы реакции и

силы тяжести.

11. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:

а) основная литература:

1. Савельев И.В. Курс физики. В 3 тт. СПб.: Издательство «Лань», 2008.

2. Трофимова Т.И. Курс физики: учеб. пособие для вузов /Т.И. Трофимова. – 16-у изд.,

стер. – М.: Издательский цунтр «Академия», 2008. – 560с.

б) дополнительная литература:

3. Яворский Б.М., Пинский А.А. Основы физики. В 2 тт. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2000.

4. Сивухин Д.В. Общий курс физики. В 5 тт. М.: Высшая школа, 1983-1990.

R R RH

R

A

HR

A A

V2 V1

x

m2 m1