Содержание и структура дисциплины
Содержание разделов дисциплины
Раздел 1. Механика. Механические колебания. Статистическая физика и термодинамика
| № п/п | Наименование раздела | Лекции (час) | Практика (час) | Лабора-торные занятия (час) | СРС (час) | Всего (час) | Форма текущего контроля успеваемости |
| 1. | Механика. | ||||||
| 1.1 | Введение. Физика в системе естественных наук. Физика и научно-технический прогресс. Роль физики в образовании. Общая структура и задачи дисциплины «Физика». | 0,5 | 0,5 | ||||
| Кинематика поступательного движения. Пространство и время в механике Ньютона. Основные характеристики криволинейного движения: скорость и ускорение. Нормальное и тангенциальное ускорение. | 1,5 | 11,5 | Тестиро-вание | ||||
| 1.2 | Динамика поступательного движения. Закон сохранения импульса. Инерциальные системы отсчета. Законы Ньютона. Масса, импульс, сила. Уравнение движения материальной точки. Понятие замкнутой системы. Закон сохранения импульса. Центр масс механической системы, закон движения центра масс. Движение тел переменной массы. Уравнение Мещерского. Формула Циолковского. | Тестиро-вание, защита лабора-торных работ | |||||
| 1.3 | Механическая энергия. Сила, работа и потенциальная энергия, связь между силой и потенциальной энергией. Консервативные и неконсервативные силы. Работа и кинетическая энергия. Закон сохранения полной механической энергии в поле потенциальных сил. Столкновение тел. | 1,5 | 5,5 | Тестиро-вание, защита лабора-торных работ | |||
| 1.4 | Кинематика и динамика вращательного движения. Кинематика вращательного движения: угловая скорость и угловое ускорение, их связь с линейной скоростью и ускорением. Момент силы. Уравнение моментов. Момент инерции. Теорема Штейнера. Кинетическая энергия вращательного движения твердого тела. Основное уравнение динамики вращательного движения твердого тела с закрепленной осью вращения. Момент импульса тела. Закон сохранения момента импульса. Гироскопические силы. Гироскопы и их применение в технике. | Тестиро-вание, защита лабора-торных работ | |||||
| 1.5 | Элементы динамики сплошных сред. Общие свойства жидкостей и газов. Стационарное течение идеальной жидкости. Уравнение Бернулли. Идеально упругое тело. Упругие напряжения и деформации. Закон Гука. Модуль Юнга. | 0,5 | 2,5 | Тестиро-вание, защита лабора-торных работ | |||
| 1.6 | Релятивистская механика. Принцип относительности Галилея. Постулаты специальной теории относительности (СТО) Эйнштейна. Относительность одновременности и преобразования Лоренца. Парадоксы релятивистской кинематики: сокращение длины и замедление времени в движущихся системах отсчета. Преобразования скоростей в релятивистской кинематике. Релятивистский импульс. Взаимосвязь массы и энергии в СТО. Сохранение релятивистского импульса. Релятивистская энергия. | Тестиро-вание, написание реферата | |||||
| 2. | Механические колебания. | ||||||
| Примеры колебательных движений различной физической природы. Гармонические колебания: амплитуда, частота и фаза колебаний. Кинематическая и векторная форма представления колебаний. Идеальный гармонический осциллятор. Уравнение идеального осциллятора и его решение. Свободные затухающие колебания. Вынужденные колебания. Время установления вынужденных колебаний и его связь с добротностью. Сложение колебаний. Векторное описание сложения колебаний. Биения, фигуры Лиссажу. Разложение и синтез колебаний, понятие о спектре колебаний. Связанные колебания. Волновое движение. Уравнение волны в газах, жидкостях и твердых телах. Плоская механическая волна. Длина волны, волновое число, фазовая скорость. Одномерное волновое уравнение. | Тестиро-вание, защита лабора-торных работ Тестиро-вание | ||||||
| 3. | Статистическая физика и термодинамика. | ||||||
| Статистический и термодинамический методы. Термодинамические параметры. Равновесные и неравновесные состояния и процессы. | 0,5 | 0,5 | |||||
| 3.1 | Молекулярно-кинетическая теория (МКТ). Макроскопическое состояние. Макроскопические параметры как средние значения микроскопических параметров. Модель идеального газа. Законы идеального газа. Уравнение состояния идеального газа. Давление гага с точки зрения МКТ. Основное уравнение МКТ. Среднеквадратичная скорость молекул. Распределение Максвелла для молекул и проекций скорости молекул идеального газа, экспериментальное обоснование распределения Максвелла. Распределение Больцмана и барометрическая формула. Наиболее вероятная, арифметическая скорости молекул. Определение числа Авогадро методом Перрена. | 3,5 | Тестиро-вание, защита лабора-торных работ | ||||
| 3.2 | Элементы физической кинетики. Число столкновений и длина свободного пробега молекул идеального газа. Явления переноса: диффузия, теплопроводность, внутреннее трение. Броуновское движение. Эмпирические уравнения переноса: Фика, Фурье, Ньютона. Релаксация к состоянию переноса. | Тестиро-вание, защита лабора-торных работ | |||||
| 3.3 | Феноменологическая термодинамика. Термодинамическое равновесие и температура. Внутренняя энергия. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы. Первое начало термодинамики. Теплоемкость. Уравнение Майера. Теплоемкость твердых тел. Закон Дюлонга-Пти. Адиабатический процесс, политропический процесс и его частные случаи, обратимые и необратимые процессы. Преобразование теплоты в механическую работу. Цикл Карно и его коэффициент полезного действия. Энтропия и ее статистический смысл. Энтропия как количественная мера хаотичности. Второе начало термодинамики. Теорема Нернста. Фазовые превращения. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Критическая изотерма. Эффект Джоуля-Томсона. | Тестиро-вание, защита лабора-торных работ | |||||
| Итого: |
| Вид учебной работы | Всего часов | Семестры | |||
| Аудиторные занятия | |||||
| Лекции | |||||
| Практические занятия (ПЗ) | |||||
| Семинары (С) | |||||
| Лабораторные работы (ЛР) | |||||
| Всего | |||||
| Промежуточная аттестация | |||||
| Экзамены | |||||
| Зачеты | |||||
| Самостоятельная работа студентов | |||||
| Проработка лекционного материала | |||||
| Подготовка к лабораторным занятиям | |||||
| Подготовка к практическим занятиям |
Раздел 1. Механика. Статистическая физика и термодинамика
| № п/п | Наименование разделов дисциплины | Лекции (час) | Практические занятия (час) | Лабора-торные занятия (час) | СРС (час) | Всего (час) |
| 1. | Механика | |||||
| 1.1 | Кинематика поступательного движения | |||||
| 1.2 | Динамика поступательного движения. Закон сохранения импульса | |||||
| 1.3 | Механическая энергия | 1,5 | 5,5 | |||
| 1.4 | Кинематика и динамика вращательного движения | |||||
| 1.5 | Элементы механики сплошных сред | 0,5 | 2,5 | |||
| 1.6 | Релятивистская механика | |||||
| 2. | Механические колебания и волны | |||||
| 3. | Статистическая физика и термодинамика | |||||
| 3.1 | Молекулярно-кинетическая теория | |||||
| 3.2 | Элементы физической кинетики | |||||
| 3.3 | Феноменологическая термодинамика | |||||
| Итого: |
Лабораторные работы
Раздел 1. Механика. Механические колебания. Статистическая физика и термодинамика
| № | Наименования разделов дисциплины | Наименования лабораторных работ | Количество часов |
| 1. | Механика. Механические колебания. | № 1. Определение моментов инерции твердых тел методом трифилярного подвеса. № 2. Изучение законов сохранения момента импульса и энергии. № 3. Изучение законов вращательного движения твердого тела. № 4. Определение моментов инерции твердых тел методом крутильных колебаний. № 5. Определение моментов инерции тел произвольной формы. № 6. Изучение законов поступательного движения. № 7. Изучение законов соударения тел. № 9. Определение ускорения свободного падения с помощью математического и физического маятников. № 10. Изучение колебаний пружинного маятника. № 11а. Изучение собственных колебаний струны. № 12. Определение ускорения силы тяжести при свободном падении тела. № 13. Изучение закона сохранения энергии с помощью маятника Максвелла. № 107 Изучение законов сохранения импульса и энергии при столкновениях кареток Флетчера с помощью устройства | (в течение семестра студенты выполняют по 3 лабораторные работы из нижеприведенного перечня, включая работы по моделированию физических процессов) |
| 2. | Статистическая физика и термодинамика. | № 16. Определение коэффициента Пуассона для воздуха методом адиабатического расширения. № 17. Экспериментальная проверка уравнения состояния и законов идеального газа. № 19. Определение коэффициента Пуассона воздуха акустическим методом. № 21.Исследование температурной зависимости удельной теплоемкости алюминия методом охлаждения. № 23. Определение коэффициента вязкости воздуха и кинематических характеристик движения его молекул. № 26. Определение коэффициентов теплопроводности твердых диэлектриков. № 27. Определение коэффициента теплопроводности воздуха и кинематических характеристик теплового движения его молекул. № 116. Определение отношения теплоемкостей газа при постоянном давлении и объеме. № 119. Определение отношения теплоемкостей газа при постоянном давлении и объеме резонансным методом. № 122. Определение теплоты парообразования воды. № 123. Определение коэффициента вязкости воздуха капиллярным методом. № 124. Определение молекулярной массы и плотности газа методом откачки. № 125. Определение теплоемкости твердых тел. № 127. Определение коэффициента теплоемкости газа методом нагретой нити. № 128. Определение энтропии твердого тела при его нагревании и плавлении. № 130. Определение коэффициента взаимной диффузии воздуха и паров воды по скорости испарения жидкости. | (в течение семестра студенты выполняют по 3 лабораторные работы из нижеприведенного перечня, включая работы по моделирова-нию физических процессов) |
| Итого: |
Практические занятия
Раздел 1. Механика. Механические колебания. Статистическая физика и термодинамика
| № | Наименования разделов дисциплины | Наименования практических занятий (семинаров) | Кол-во часов |
| 1. | Механика | 1. Кинематика поступательного движения. Путь, перемещение. Мгновенная и средняя скорости. Нормальное и тангенциальное составляющие ускорения. Движение тела, брошенного вертикально, горизонтально под углом к горизонту. 2. Динамика поступательного движения. Законы Ньютона. Движение тела под действием нескольких сил (силы тяжести, упругости, трения) в горизонтальном и вертикальном направлениях, по наклонной плоскости. Движение связанных тел. Движение тела под действием переменной силы. Импульс. Закон сохранения импульса. Движение тела с переменной массой. 3. Энергия. Работа, мощность. Связь между силой и потенциальной энергией. Связь между работой и изменением потенциальной и кинетической энергий. Закон сохранения энергии. Столкновение тел. 4. Кинематика вращательного движения. Угловая скорость, угловое ускорение. Связь между линейными и угловыми величинами 5. Динамика вращательного движения. Момент инерции. Теорема Штейнера. Момент силы. Основное уравнение динамики вращательного движения. Кинетическая энергия вращательного движения. Момент импульса. Закон сохранения момента импульса. 6. Релятивистская механика. Сокращение длины и замедление времени в движущихся системах отсчета. Преобразование скоростей в релятивистской механике. Релятивистская масса и импульс. Взаимосвязь энергии и массы. Релятивистская энергия. | |
| 2. | Механические колебания и волны. | 7. Сложение гармонических колебаний одного направления и взаимно перпендикулярных колебаний. Скорость, ускорение, возвращающая сила. Математический, физический пружинный маятник. Энергия гармонического осциллятора. Свободные затухающие колебания. Коэффициент затухания, логарифмический декремент. Вынужденные гармонические колебания. Резонанс. Механические волны, скорость и период механических волн. | |
| 3. | Статистическая физика и термодинамика | 8. Молекулярно-кинетическая теория газов. Законы идеального газа. Уравнение Менделеева-Клапейрона. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории. 9. Функции распределения в классической физике. Распределение Максвелла молекул идеального газа по скоростям. Скорости теплового движения молекул. Распределение Больцмана. Барометрическая формула. 10. Законы термодинамики. Внутренняя энергия идеального газа. Работа газа при изменении его объема. Количество теплоты. Первое начало термодинамики. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам. Адиабатический процесс. Теплоемкость газов. Цикл Карно. Коэффициент полезного действия тепловой и холодильной машины. Энтропия. Определение изменения энтропии в термодинамических системах. | |
| Итого: |
Учебно-методическое обеспечение дисциплины
7.1. Основная литература