страница 1
Титульный лист программы обучения по дисциплине
(Syllabus)
|
|
Форма
Ф СО ПГУ 7.18.3/37
|
Министерство образования и науки Республики Казахстан
Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова
Кафедра физики и приборостроения
Программа ОБУЧЕНИЯ ПО дисциплинЕ (Syllabus)
«Физика 1»
для студентов специальности:
5B070900 – «Металлургия»
Павлодар
Лист утверждения программы Форма
обучения по дисциплине Ф СО ПГУ 7.18.3/38
(Syllabus)
УТВЕРЖДАЮ
Декан факультета физики, математики и информационных технологий ______ Нурбекова Ж.К.
"___" __________2010 г.
Составитель: доцент, к.п.н. _________ Алинова М.Ш.
Кафедра физики и приборостроения
Программа обучения по дисциплине (Syllabus)
«Физика 1»
для студентов очной формы обучения специальности
5B070900 – «Металлургия»
Программа разработана на основании рабочей учебной программы, утвержденной «___» _______________ 20 г.
Рекомендована на заседании кафедры от «___»__________2010 г.
Протокол № _______.
Заведующий кафедрой _____________ Биболов Ш.К. «___»__________2010 г.
Одобрена учебно–методическим советом факультета физики, математики и информационных технологий «___» _________ 2010 г.
Протокол №_____
Председатель УМС _________________ Муканова Ж.Г. «___»__________2010 г.
СОГЛАСОВАНО
Заведующий кафедрой ________ __________ ____________ «__»______2010 г.
(подпись) (Ф.И.О.)
1 Сведения о преподавателях и контактная информация
Алинова Мансия Шарапатовна, к.п.н, профессор ПГУ им. С. Торайгырова.
Кафедра физики и приборостроения находится в главном корпусе (Ломова, 64), аудитория А – 313, контактный тел. 67–36–26 (внутр. 11-70).
2 Данные о дисциплине
Дисциплина Физика 1 будет изучаться во 2 семестре продолжительностью в 15 недель. Общая трудоемкость дисциплины 135 часов, из них 45 часов отведено на занятия в аудитории, 90 часа – на самостоятельную работу студентов (СРС) по изучению дисциплины. Распределение аудиторного времени по видам занятий приведено в календарном плане.
3 Трудоемкость дисциплины
Семестр
|
Количество кредитов
|
Количество контактных часов по видам аудиторных занятий
|
Количество часов самостоятельной
работы студента
|
Формы контроля
|
всего
|
лек
|
практ
|
лаб
|
студийные
|
инди-вид.
|
всего
|
срсп
|
экзамен
|
2
|
3
|
45
|
15
|
15
|
15(30)
|
-
|
-
|
90
|
45
|
4 Цель и задачи дисциплины:
Цель преподавания дисциплины
Формировании у студентов представления о современной физической картине мира и научного мировоззрения.
Формировании у студентов знаний и умений использования фундаментальных законов, теорий классической и современной физики, а также методов физического исследования как основы системы профессиональной деятельности.
Задачи изучения дисциплины
Раскрыть сущность основных представлений, теорий и законов классической и современной физики в их внутренней взаимосвязи; формировать у студентов умения и навыки решения обобщенных типовых задач дисциплины (теоретических и экспериментально-практических учебных задач) из различных областей физики как основы умения решать профессиональные задачи и находить индивидуальные способы самообразования в дальнейшем; способствовать развитию у студентов творческого мышления, навыков самостоятельной, познавательной деятельности, умения моделировать физические явления с использованием компьютера.
5 Требование к знаниям, умениям и навыкам
В результате изучения дисциплины «Физика» студент должен:
- знать основные физические теории и принципы, физические методы исследования, основные законы и границы их применимости;
- уметь применять теоретические знания для решения конкретных физических задач и ситуаций, анализировать результаты физического эксперимента, моделировать физические ситуации с использованием компьютера;
- иметь навыки проведения физического эксперимента, работы с измерительными приборами, расчета и обработки полученных данных.
6 Пререквизиты:
- курс химии;
- курс высшей математики.
7 Постреквизиты
Данная дисциплина служит базой для изучения следующих дисциплин: «Теоретические основы электротехники», «Электроника», «Физика 2».
8 Тематический план
№ п/п
|
Наименование тем
|
Количество контактных часов по видам занятий
|
Лекц.
|
Практ.
|
Лаб.
|
СРС
|
1
|
Механика
|
6
|
6
|
6
|
40
|
2
|
Молекулярная физика и термодинамика
|
4
|
4
|
5
|
25
|
3
|
Электричество
|
5
|
5
|
4
|
25
|
ИТОГО:
|
15
|
15
|
15(30)
|
90
|
9 Краткое описание дисциплины
Дисциплина «Физика» совместно с дисциплиной «Высшая математика» составляет основу общетеоретической подготовки бакалавров и играет роль фундаментальной базы инженерно-технической деятельности выпускников высшей технической школы любого профиля.
Курс «Физика 1» включает в себя разделы механики, молекулярной физики и электричества. Содержание материала и логика его изложения должны быть подчинены перечисленным выше целям и задачам. Возможности эффективно формировать перечисленные знания, умения и навыки в процессе изучения физики вытекают из особенностей физики как науки, имеющей объектом исследования все многообразие неживой природы.
10 Компоненты курса
Содержание теоретического курса
Тема 1. Механика
Кинематика
Механическое движение как простейшая форма движения материи. Пространство и время. Система отсчета. Понятие материальной точки. Кинематическое описание движения материальной точки. Закон движения. Уравнение траектории. Скорость и ускорение как производные радиус-вектора по времени. Элементы кинематики вращателъного движения. Скорость и ускорение при криволинейном движении. Угловая скорость и угловое ускорение.
Динамика материальной точки и твердого тела
Законы Ньютона. Масса. Сила. Виды сил в механике. Гравитационные силы. Закон всемирного тяготения. Силы упругости. Закон Гука. Силы трения. Инерциальные системы отсчета. Механический принцип относительности. Преобразования Галилея. Неинерциальные системы отсчета. Понятие абсолютно твердого тела. Момент силы и момент инерции твердого тела. Уравнение динамики вращательного движения твердого тела относительно неподвижной оси. Теорема Штейнера.
Законы сохранения
Законы сохранения как следствие симметрии пространства и времени. Система материальных точек. Внешние и внутренние силы. Центр масс (центр инерции) механической системы и закон его движения. Закон сохранения импульса как фундаментальный закон природы.
Энергия как универсальная мера различных форм движения и взаимодействия. Работа силы и ее выражение через криволинейный интеграл. Мощность. Кинетическая энергия механичской сиситемы и ее связь с силой, действующей на материальную точку. Консервативные и неконсервативные силы. Движение в центральном поле сил. Закон сохранения энергии в механике.
Момент импульса. Реактивное движение. Закон сохранения момента импульса. Гироскопический эффект.
Элементы специальной теории относительности
Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца. Инварианты преобразований. Релятивистский закон сложения скоростей. Релятивистское преобразование импульса и энергии.
Элементы механики сплошных сред
Понятие сплошной среды. Общие свойства жидкостей и газов. Идеальная и вязкая жидкость. Уравнение Бернулли. Ламинарное и турбулентное течение жидкостей. Формула Стокса. Формула Пуазейля. Упругие напряжения. Энергия упруго деформированного тела.
Колебания и волны
Общие характеристики гармонических колебаний. Колебания груза на пружине. Математический маятник. Физический маятник. Сложение колебаний. Векторная диаграмма. Коэффициент затухания. Логарифмический декремент затухания. Вынужденные колебания под действием синусоидальной силы. Амплитуда и фаза вынужденных колебаний. Резонанс. Автоколебания. Волновые процессы. Основные характеристики волнового движения. Уравнение волны. Плоская волна. Бегущие и стоячие волны. Фазовая скорость. Эффект Допплера. Звук. Ультразвук.
Тема 2. Молекулярная физика и термодинамика
Статистическая физика и термодинамика. Статистические распределения
Основы молекулярно-кинетической теории. Молекулярно-кинетический смысл температуры. Средняя кинетическая энергия молекул идеального газа.
Термодинамические параметры. Равновесные состояния и процессы, их изображение на термодинамических диаграммах. Газовые законы. Уравнение состояния идеального газа.
Вероятность и флуктуации. Распределение Максвелла. Скорости теплового движения частиц. Распределение Больцмана для частиц во внешнем потенциальном поле. Число степеней свободы. Распределение энергии по степеням свободы. Внутренняя энергия идеального газа. Молекулярно-кинетическая теория теплоемкости идеальных газов и ее ограниченность.
Основы термодинамики
Первое начало термодинамики. Изопроцессы. Обратимые и необратимые тепловые процессы, равновесные состояния. Цикл Карно и его КПД. Теорема Карно. Приведенная теплота. Теорема Клаузиуса. Энтропия. Термодинамические потенциалы. Второе начало термодинамики и его физический смысл. Статистическое толкование второго начала термодинамики. Энтропия открытой нелинейной системы. Связь энтропии с вероятностью состояния. Самоорганизующиеся системы.
Явления переноса
Общая характеристика явлений переноса. Среднее число столкновений и средняя длина свободного пробега. Время релаксации. Явления переноса в неравновесных термодинамических системах. Молекулярно-кинетическая теория явлений переноса: теплопроводность, вязкое трение, диффузия. Коэффициенты переноса.
Реальные газы
Эффективный диаметр молекул. Силы межмолекулярного взаимодействия. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы Ван-дер-Ваальса.
Фазовые переходы первого и второго рода. Фазовые равновесия и фазовые превращения. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Критическая точка. Метастабильные состояния. Тройная точка.
Тема 3. Электричество
Электростатика
Взаимодействие электрических зарядов. Закон сохранения электрических зарядов. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции. Электрический диполь. Поток вектора. Теорема Гаусса. Применение теоремы Гаусса к расчету напряженностей электрических полей.
Работа электрического поля
Циркуляция вектора напряженности электрического поля. Потенциал. Связь потенциала с напряженностью электростатического поля. Проводники в электростатическом поле. Электрическое поле в проводнике и вблизи от поверхности проводника. Граничные условия на границе проводник-вакуум. Электроемкость. Конденсаторы. Емкость конденсаторов различной геометрической конфигурации.
Диэлектрики
Диэлектрики в электростатическом поле. Поляризационные заряды. Поляризованность. Типы диэлектриков. Диэлектрическая восприимчивость вещества и ее зависимость от температуры. Электрическое смещение. Условия на границе раздела двух диэлектриков и проводник-диэлектрик.
Энергия взаимодействия электрических зарядов
Энергия заряженного конденсатора и системы проводников. Энергия электростатического поля. Объемная плотность энергии электростатического поля
Постоянный электрический ток
Общие характеристики и условия существования электрического тока. Классическая электронная теория электропроводности металлов. Законы Ома и Джоуля-Ленца в дифференциальной форме. Сторонние силы. ЭДС гальванического элемента. Обобщенный закон Ома для участка цепи с гальваническим элементом. Правила Кирхгофа. Электрический ток в газе и электрический ток в плазме.
Содержание практических занятий
Наименование тем
|
Содержание занятий
|
1
|
2
|
1. Механика
|
Кинематическое описание движения. Кинематика поступательного и вращательного движения материальной точки.
|
Динамика материальной точки и поступательного движения твердого тела. Законы Ньютона. Силы в механике.
|
Момент силы. Момент инерции. Теорема Штейнера. Основное уравнение динамики вращательного движения.
|
Закон сохранения импульса. Работа силы. Мощность. Момент импульса. Закон сохранения момента импульса. Элементы механики жидкостей.
|
Элементы специальной теории относительности. Преобразования Лоренца. Релятивистский закон сложения скоростей. Релятивистские импульс и энергия.
|
Гармонические колебания. Характеристики гармонических колебаний. Маятники: пружинный, физический, математический. Волновые процессы.
|
2. Молекулярная физика и термодинамика
|
Термодинамические параметры. Газовые законы. Уравнение состояния идеального газа
|
Статистические распределения. Средняя кинетическая энергия частиц. Внутренняя энергия идеального газа.
|
Первое начало термодинамики. Изопроцессы. Цикл Карно и его КПД.
|
Молекулярно-кинетическая теория явлений переноса: диффузии, вязкости, теплопроводности. Коэффициенты переноса.
| 3. Электричество |
Электростатическое поле, расчеты характеристик поля Е и φ. Принцип суперпозиции. Работа перемещения электрического заряда в поле. Потенциал.
|
Теорема Гаусса и её применение для расчета электростатических полей в вакууме и диэлектриках.
|
Конденсаторы. Емкость конденсаторов
|
Энергия электростатического поля. Электрический ток. Законы постоянного тока. Закон Ома и Джоуля-Ленца.
|
Закон Ома полной цепи. Правила Кирхгофа. Работа и мощность тока.
|
Содержание лабораторных занятий
Наименование тем
|
Содержание занятий
|
1
|
2
|
1. Механика
|
Математическая обработка результатов измерения физических величин. Определение плотности тел правильной геометрической формы. Изучение законов сохранения импульса и энергии при ударе. Определение момента инерции маятника Максвелла. Определение скорости полета снаряда на баллистическом крутильном маятнике. Изучение динамики вращательного движения на маятнике Обербека. Определение ускорения силы тяжести методом математического маятника. Определение момента инерции твердых тел с помощью крутильных колебаний.
|
3. Молекулярная физика и термодинамика
|
Определение вязкости жидкости методом Стокса.
Определение показателя адиабаты для воздуха. Определение отношения изобарной и изохорной теплоемкостей воздуха по скорости звука. Определение коэффициента вязкости воздуха капиллярным методом. Определение отношения сp/сv теплоемкостей воздуха при постоянном давлении и объёме методом Клемана и Дезорма.
|
4. Электричество
|
Исследование электрических полей. Изменение активного сопротивления методом амперметра и вольтметра. Определение емкости конденсатора баллистическим методом. Передача мощности в цепи постоянного тока.
|
Содержание СРС
№
|
Вид СРС
|
Форма отчетности
|
Вид контроля
|
Объем в часах
|
Очно на базе ОСО
|
1
|
Подготовка к лекционным занятиям
|
|
Участие на занятии
|
13
|
2
|
Подготовка к практическим занятиям, выполнение домашних заданий
|
Рабочая тетрадь
|
Выполнение домашних заданий
|
13
|
3
|
Подготовка к лабораторным работам
|
Конспект
|
Допуск к ЛР
|
11
|
4
|
Подготовка отчета и защита лабораторных работ
|
Отчет
|
Защита ЛР
|
13
|
5
|
Изучение материала, не вошедшего в содержание аудиторных занятий
|
Конспект (и другие)
|
РК 1, РК 2
|
15
|
6
|
Подготовка к контрольным мероприятиям
|
|
РК 1, РК 2, экзамен
|
25
|
Всего:
|
90
|
Темы, предлагаемые студентам для самостоятельного изучения:
Наименование темы
|
Содержание
|
Рекомендуемая литература, стр.
|
1. Закон сохранения импульса.
|
Система материальных точек. Внешние и внутренние силы. Центр инерции. Закон сохранения импульса как фундаментальный закон природы. Реактивное движение.
|
[11], 17-20 стр.
|
2. Элементы СТО в механике.
|
Постулаты СТО. Преобразования Лоренца. Следствия из преобразований Лоренца: сокращение движущихся масштабов, замедление движущихся часов, закон сложения скоростей. Релятивистский импульс. Преобразования импульса и энергии.
|
[11], 51-57 стр.
|
3. Физика колебаний
и волн
|
Колебания и волны. Колебательные и волновые процессы. Энергия и плотность энергии упругих и электромагнитных волн. Свет как электромагнитная волна.
|
[11], 170-280 стр.
|
4. Статистическая
физика и термодинамика
|
Статистическая физика и термодинамика. Молекулярно-кинетическая теория. Статистические распределения. Первое и второе начала термодинамики. Явления переноса.
|
[11], 60- 67 стр.
|
5. Электростатика. Электрическое поле в вакууме.
|
Силовые линии электрического поля. Применение теоремы Остроградского-Гаусса к расчету полей. Экспериментальное определение заряда электрона. Напряженность и потенциал поля диполя.
|
[11], 128- 141стр.
|
Распределение баллов при определении первого и
второго рейтингов текущей успеваемости
№
|
Виды контроля
|
Максимальное число баллов
|
1 рейтинг (Р1)
|
2 рейтинг (Р2)
|
|
Р1(2) = ТУ1(2) · 0,7 + РК1(2) · 0,3
|
100
|
100
|
1
|
Текущий успеваемость (ТУ), том числе:
|
100
|
100
|
1.1
|
Посещение и подготовка к лекциям
|
16
|
16
|
1.2
|
Посещение, подготовка к практическим занятиям и работа в группе
|
24
|
24
|
1.3
|
Выполнение, оформление и защита лабораторных работ
|
40
|
40
|
1.4
|
Выполнение и защита заданий на СРС
|
20
|
20
|
|
Рубежный контроль (РК)
|
100
|
100
|
11 Политика курса
Система требований:
-
активно участвовать в учебном процессе;
-
своевременно и в полном объеме выполнять домашнее задание;
-
не нарушать правила внутреннего распорядка;
-
не пропускать и не опаздывать на занятия.
-
пропущенные занятия отрабатывать в определенное преподавателем время;
-
придерживаться доброжелательного, делового стиля общения с сокурсниками и преподавателями.
Подготовка к каждому занятию обязательна, также как и прочтение всего заданного материала. Ваша подготовка будет проверяться контрольными работами, тестами, опросами. Все задания должны выполняться к установленному времени. Любые нарушения правил поведения на занятиях будут наказываться, вплоть до удаления из аудитории. За пропуски занятий устанавливаются следующие штрафные санкции:
- за отсутствие на лекции или лабораторном занятии без уважительной причины - 0 баллов;
- за отработанное занятие максимальный балл будет составлять на 1 балл меньше.
Задания, выполненные с опозданием, будут автоматически оцениваться ниже, а именно - на 1 балл меньше. Списывание на экзаменах или при выполнении письменных работ запрещено. Если в силу каких-либо причин вы отсутствовали во время проведения контрольного мероприятия, вам предоставляется возможность пройти его в начале следующего занятия, прежде чем мы начнем обсуждение, в противном случае вы получаете «0» баллов.
Порядок оценивания знаний студентов
1. В середине и конце семестра по 100 бальной шкале определяется оценка текущей успеваемости (ТУ) по изученному модулю дисциплины. Оценка ТУ это сумма баллов набранных за:
- подготовку к занятиям, активную работу в группе и участие в контрольных мероприятиях на занятиях:
- своевременность, качество выполнения и защиты лабораторных и самостоятельных работ:
- своевременность и качество выполнения и защита заданий на СРС Перечень видов СРС, календарный график выполнения и сдачи заданий, требования преподавателя, критерии и правила выставления оценок по каждой дисциплине описаны в ПДС:
Распределения баллов текущей успеваемости по видам контроля приводится в таблице.
2. Оценка рубежного контроля (РК) также определяется по 100 балльной шкале.
К рубежному контролю по дисциплине допускаются студенты, имеющие баллы по ТУ.
3. По итогам оценки ТУ и РК определяется рейтинг (Р1 И Р2) студента по дисциплине
Р1(2)=ТУ1(2)*0,7+РК1(2)*0,3.
Если в учебном плане предусмотрены экзамен и зачет, то зачет следует учесть при определении Р2 как второй рубежный контроль.
Рейтинг не определяется, если студент не прошел РК или получил по РК менее 50 баллов. В данном случае декан устанавливает индивидуальные сроки сдачи РК.
4. Оценка рейтинга допуска студента по дисциплине за семестр равна
РД=(Р1+Р2)/2.
В случае если по дисциплине согласно учебному плану предусмотрены курсовая работа (проект) и экзамен, то оценка КР по защите курсовой работы (проекта) учитывается при определении рейтинга допуска
РД=(Р1+Р2)*0,7/2+КР*0,3.
К итоговому контролю (ИК) по дисциплине допускаются студенты, выполнившие все требования рабочей учебной программы и набравшие рейтинг допуска (не менее 50 баллов).
5. Уровень учебных достижений студентов по каждой дисциплине (в том числе и по дисциплинам, по которым формой итогового контроля является ТЭ) определяется итоговой оценкой (И), которая складывается из оценок РД и ИК (экзамена, дифференцированного зачета или курсовой работы проекта) с учетом их весовых долей (ВДРД и ВДИК).
И=РД*ВДРД+ИК*ВДИК
Весовые доли ежегодно утверждаются ученым советом университета и должны быть для РД не менее 0,6, а для ИК не более 0,4.
Итоговый рейтинг по дисциплине в баллах в соответствии с таблицей 1, переводится в цифровой эквивалент, буквенную и традиционную оценку и вносится в «Журнал учебных достижений обучающихся» и «Рейтинговую ведомость».
Если Вы получили на экзамене оценку F в буквенной системе, то его итоговый рейтинг не определяется, а в ведомости заносится оценка «неудовлетворительно».
Таблица 1
Итоговая оценка в баллах (И)
|
Цифровой эквивалент баллов (Ц)
|
Оценка в буквенной системе (Б)
|
Оценка по традиционной системе
|
Экзамен, дифзачет
|
Зачет
|
95-100
|
4
|
A
|
Отлично
|
Зачтено
|
90-94
|
3,67
|
A-
|
85-89
|
3,33
|
B+
|
Хорошо
|
80-84
|
3,0
|
B
|
75-79
|
2,67
|
B-
|
70-74
|
2,33
|
C+
|
Удовлетворительно
|
65-69
|
2,0
|
C
|
60-64
|
1,67
|
C-
|
55-59
|
1,33
|
D+
|
50-54
|
1,0
|
D
|
0-49
|
0
|
F
|
Неудовлетворительно
|
Не зачтено
|
12 Список литературы
Основная:
1) Архангельский М. М. Механика. М.: Просвещение, 1975.
2) Волькенштейн B.C. Сборник задач по общему курсу физики. М: Наука, 1990.
3) Детлаф А. А., Яворский Б. М. Курс физики. М.: Высшая школа, 1999.
4) Иродов И.Е. Задачи по общей физике М: Наука, 1999.
5) Калашников С. Г. Электричество. М.: Наука, 1976.
6) Матвеев А. Н. Молекулярная физика. М.: Высшая школа. 1981.
7) Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 1-5. М.: Наука, Физматлит, 1998.
8. Савельев И.В. Сборник вопросов и задач по общей физике. М.: Наука, 1998.
9) Суханов А.Д. Фундаментальный курс физики Т. 3 Квантовая физика М: Агар, 1999.
10) Суханов А.Д. Фундаментальный курс физики. Т.1., Корпускулярная физика. М.: Изд. Фирма «Агар», 1996.
11) Трофимова Т. И. Краткий курс физики. М.: Высшая школа, 2004.
12) Чертов А., Воробьев А. Задачник по физике. М.: Высшая школа, 1981.
Дополнительная:
13) Беликов Б. Решение задач по физике. М,: Высшая школа, 1986.
14) Иродов И. Е. Основные законы механики. М.: Высшая школа, 2001.
15) Курс физики / Под ред. Лозовского В. Н. В 2 т. Санкт-Петербург: Лань, 2001.
16) Макаров Е. Ф., Озеров Р. П. Физика для химико-технологических специальностей. М.: Научный мир, 2002.
17) Милантьев В.П. Атомная физика. М: РУДН, 1999.
18) Трофимова Т. И., Павлова 3. Г. Сборник задач по курсу физики с решениями. М.: Высшая школа, 2003.
19) Трофимова Т.И. Сборник задач по общему курсу физики. М: Высшая школа, 2001.
страница 1
|