Мета та завдання навчальної дисципліни
Мета: Метою викладання навчальної дисципліни “Фізика” є формування у студентів базових теоретичних знань з основ класичної, квантової та сучасної фізики, їх взаємозв’язку, основних фізичних принципів, фундаментальних понять, можливості використання фізичних знань у різних галузях прикладних наук, електричної техніки, автоматизації промислового устаткування, сформувати у студентів науковий світогляд та сучасне фізичне мислення.
Завдання: вивчення основних фізичних понять, принципів і законів.
У результаті вивчення навчальної дисципліни студент повинен
знати:
основи кінематики та динаміки матеріальної точки;
основні закони збереження;
елементи спецільної теорії відносності та елементи релятивістської динаміки;
основи молекулярної фізики и термодинаміки;
основи електростатики;
основні закони електричного струму та його властивості;
основи електромагнетизму;
рівняння Максвела та властивості електромагнітних хвиль;
коливання і хвилі;
основні явища і закони хвильової оптики;
елементи квантової механіки;
основи атомної фізики;
основи фізики твердого тіла;
основи фізики атомного ядра.
вміти:
аналізувати фізичні явища та процеси;
визначати фізичні величини;
працювати з фізичним обладнанням та проводити самостійну експериментальну роботу;
робити математичну обробку результатів дослідження;
зіставляти дослідні результати з теорією та єднати практичні навики і знання з фізичної теорії.
Програма навчальної дисципліни
Змістовий модуль 1. Механіка
1.1 Кінематика.
Вступ. Предмет, задачі та зміст дисципліни. Історичний огляд розвитку фізики. Кінематика матеріальної точки. Рівняння руху матеріальної точки. Швидкість. Прискорення. Тангенціальне та нормальне прискорення. Рівноприскоренний прямолінійний рух. Класифікація механічного руху. Кінематика обертального руху. [1]с.5-49; [4]с.5-19.
1.2 Динаміка поступального руху.
Класифікація сил в динаміці. Маса і сила. Закони Ньютона. Закон збереження імпульсу. Енергія, робота і потужність. Кінетична енергія. Потенціальна енергія. Закон збереження енергії. Сила, як градієнт потенціальної енергії. Неінерціальні системи відліку. Сили інерції. [1]с.50-63; [4]с.20-39.
1.3 Динаміка обертального руху.
Основні поняття динаміки обертального руху. Основне рівняння динаміки обертального руху. Момент інерції тіла відносно осі. Теорема Штейнера. Закон збереження моменту імпульсу. Кінетична енергія тіла, що обертається. Робота зовнішних сил при обертанні твердого тіла. Аналогії обертального та поступального руху. [1]с.103-146; [4]с.79-92.
1.4 Механіка рідин і газів.
Рівняння нерозривності струмини. Рівняння Бернуллі. В’язкість. Ламінарна і турбулентна течія. Рух тіл у рідинах і газах. [1]с.90-99.
1.5 Теорія відносності.
Елементи спеціальної теорії відносності. Перетворення Галілея. Механічний принцип відносності. Перетворення Лоренца. Наслідки перетворень Лоренца. Поняття одночасності, відносність довжин і проміжків часу. Релятивістський закон додавання швидкостей. Елементи релятивістської динаміки. Взаємозв’язок маси і енергії.[2]с.48-53; [5]с.39-41.
Змістовий модуль 2. Молекулярна фізика і термодинаміка
2.1 Молекулярна фізика.
Молекулярно-кінетична теорія ідеального газу. Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії ідеального газу. Розподіл Максвелла молекул ідеального газу за швидкостями. Закон рівномірного розподілу енергії за ступенями вільності молекул. Явища переносу. Теплопровідність, дифузія і внутрішнє тертя. [1]с.103-146; [4]с.79-92.
2.2 Термодинаміка
Перший закон термодинаміки. Робота газу при зміні його об’єму. Теплоємність. Застосування першого закону термодинаміки до ізопроцесів. Адіабатний процес. Коловий процес. Теплові двигуни і холодильні машини. Цикл Карно і його коефіцієнт корисної дії для ідеального газу. Ентропія. Другий закон термодинаміки. [1]с.168-199; [4]с.93-104.
2.3 Реальні гази.
Рівняння Ван-дер-Ваальса. Ізотерми Ван-дер-Ваальса. Фазові переходи I і II роду. Внутрішня енергія реального газу. [2]с.48-94; [4]с.105-116.
Змістовий модуль 3. Основи електростатики і електродинаміки
3.1 Електричне поле у вакуумі.
Електричний заряд. Закон збереження заряду. Закон Кулона. Електричне поле і його характеристики. Напруженість електричного поля. Потенціал електричного поля. Зв’язок між напруженістю та потенціалом електричного поля. Потік вектора напруженості електричного поля. [2]с.95-101; [4]с.117-136.
3.2 Теорема Остроградського – Гаусса.
Теорема Остроградського – Гаусса для електростатичного поля у вакуумі. Обчислення напруженості поля різних тіл. Циркуляція вектора напруженості електростатичного поля. [2]с.101-106; [4]с125-133.
3.3 Електричне поле в діелектриках.
Поляризація діелектриків. Теорема Остроградського – Гаусса для електростатичного поля в діелектрику. Електричне зміщення.Сегнетоелектрики.[2]с.107-114; [4]с.137-143.
3.4 Провідники в електричному полі.
Розподіл електричних зарядів у провіднику. Електроємність. Конденсатори. Енергія електричного поля. [2]с.115-122; [4]с.143-151.
3.5 Постійний струм. Характеристики електричного струму. Класична електронна теорія електропровідності металів. Закон Ома. Закон Джоуля-Ленца. Правила Кірхгофа. [2]с.123-132; [4]с.147-169.
3.6 Работа виходу електрону з металу. Струм в газах. Плазма.[2]с.133-143; [4]с.164-169.
Змістовий модуль 4. Електромагнетизм
4.1 Електромагнетизм.
Магнітне поле і його характеристики. Закон Біо-Савара-Лапласа. Закон Ампера. Сила Лоренца. Закон повного струму магнітного поля у вакуумі. Теорема Остроградського-Гаусса для магнітного поля. Дія магнітного поля на електричний заряд. [1]с.227-244; [4]с.170-182.
4.2 Явище електромагнітної індукції.
Закон Фарадея. Обертання рамки у магнітному полі. Вихрові струми. Явище самоіндукції. Індуктивність. Явище взаємної індукціі. Трансформатор. Енергія магнітного поля. [2]с.171-179; [4]с.183-197.
4.3 Магнітні властивості речовини.
Діамагнетики. Парамагнетики. Феромагнетики. [1]с.245-250; [5]с.340-354.
4.4 Основи теорії Максвелла.
Основи теорії Максвелла для електромагнітного поля. Струм зміщення. Рівняння Максвелла для електромагнітного поля. [2]с.180-185; [4]с.198-205.
Змістовий модуль 5. Коливання і хвилі
5.1 Гармонічні коливання.
Характеристики гармонічних коливань. Гармонічний осцилятор. Пружинний, математичний та фізичний маятники. Складання гармонічний коливань. [2]с.25-32; [4]с.57-60.
5.2 Згасаючі і вимушені механічні коливання.
Згасаючі коливання та їх характеристики. Вимушені коливання. Залежність амплітуди та фази коливань від частоти вимушуючої сили. Явище резонансу. [2]с.33-373; [4]с.60-68.
5.3 Змінний струм.
Активний, ємнісний та індуктивний опір. Складання напруги у колі змінного струму. Резонанси токів та напруг. [8]с.235-239; [5]с.359-362.
5.4 Хвилі.
Поперечні та поздовжні хвилі. Рівняння біжучої хвилі. Хвильове рівняння. Стоячі хвилі. Звукові хвилі. Ефект Доплера. [2]с.38-45; [4]с.57-78.
5.5 Електромагнітні хвилі.
Властивості електромагнітних хвиль. Енергія електромагнітних хвиль. Вектор Умова-Пойтінга. Спектр електромагнітних хвиль. [2]с.187-192; [4]с.198-205.
Змістовий модуль 6. Оптика
6.1 Хвильова оптика.
Інтерференція світла. Інтерференція світла в тонких плівках. Дифракція світла. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракція світла на щілині та на дифракційній гратці. Дифракція рентгенівського випромінювання. [2]с.193-218; [4]с.219-238.
6.2 Взаємодія світла з речовиною.
Дисперсія світла. Електронна теорія дисперсії світла. Поглинання світла. Закон Бугера. Ефект Доплера для електромагнітних хвиль. Випромінювання Вавилова-Черенкова. [2]с.219-226; [5]с.387-392.
6.3 Поляризація світла. Природне і поляризоване світло. Закон Малюса. Поляризація світла при відбиванні. Закон Брюстера. Подвійне променезаломлення. Штучна оптична анізотропія. Обертання площини поляризації. [2]с.227-242; [4]с.239-247.
6.4 Теплове випромінювання.
Характеристики теплового випромінювання. Закони Кірхгофа, Стефана - Больцмана, Віна для абсолютно чорного тіла. Теорія Планка. Оптична пірометрія. [2]с.244-249; [4]с.248-259.
6.5 Квантова оптика.
Фотоелектричний ефект. Закони зовнішнього фотоефекту. Маса і імпульс фотона. Тиск світла. Досліди Лебедєва. Ефект Комптона. [2]с.250-260; [4]с.259-266.
Змістовий модуль 7. Атомна фізика і квантова механіка
7.1 Теорія атома водню по Бору.
Модель атома Томсона і Резерфорда. Лінійчастий спектр атома водню. Постулати Бора. Спектральні серії. Досліди Франка і Герца. [1]с.361-377; [5]с.480-487.
7.2 Елементи квантової механіки.
Формула де Бройля. Співвідношення невизначеностей Гейзенберга. Хвильова функція та її статистичний зміст. Рівняння Шредінгера. Рух вільної частинки. Частинка в прямокутній потенціальній ямі. Принцип відносності Бора. Тунельний ефект. Лінійний гармонічний осцилятор в квантовій механіці. [2]с.268-288; [4]с.267-277.
7.3 Фізика атомів і молекул.
Атом водню в квантовій механіці. Квантові числа. Принцип Паулі. Розподіл електронів в атомах по станах. Енергетичні рівні молекул. Молекулярні спектри. Комбінаційне розсіяння світла. Поглинання. Спонтанне і вимушене випромінювання. Оптичні квантові генератори. [2]с.283-308; [4]с.281-305.
13. Методичне забезпечення
1. Методичні вказівки до лабораторних робіт з фізики «Механіка. Молекулярна фізика». Ч.1,2. Для студентів інженерно-технічних спеціальностей денної форми навчання / Укл.: С.В.Лоскутов та інші. – Запоріжжя: ЗНТУ, 2014.
2. Методичні вказівки до лабораторних робіт з фізики «Електрика і магнетизм» Для студентів інженерно-технічних спеціальностей денної форми навчання / Укл.: С.В.Лоскутов та інші. – Запоріжжя: ЗНТУ, 2009. – 78 с.
3. Методичні вказівки до лабораторних робіт з фізики «Коливання та хвилі». Ч.1,2. Для студентів інженерно-технічних спеціальностей денної форми навчання / Укл.: С.В.Лоскутов та інші. – Запоріжжя: ЗНТУ, 2009.
4. Методичні вказівки до лабораторних робіт з фізики «Оптика» Для студентів інженерно-технічних спеціальностей денної форми навчання / Укл.: С.В.Лоскутов та інші. – Запоріжжя: ЗНТУ, 2009. – 90 с.
5. Методичні вказівки до лабораторних робіт з фізики «Фізика твердого тіла». Ч.1,2. Для студентів інженерно-технічних спеціальностей денної форми навчання / Укл.: С.В.Лоскутов та інші. – Запоріжжя: ЗНТУ, 2009.
6. Физика. Методические указания и контрольные задания для студентов заочников инженерно-технических специальностей вузов / Под ред. А.Г. Чертова.-М.: Высш.шк., 1987.-208 с.
14. Рекомендована література
Базова
1. Чолпан П.П. Фізика: Підручник.-К.: Вища шк., 2003.- 567 с.:іл.
2. Зачек І. Р., Кравчук І. М., Романишин Б. М., Габа В. М., Гончар Ф. М. Курс фізики: Навчальний підручник. – Львів: Видавництво “Бескид Біт”, 2002 р.– 376 с.
3. Бушок Г.Ф., Пiвень Г.Ф.Курс фiзики: В 2-х ч.- 2-е ізд., пераб. і доп.- Кіев: Вища школа. Головне видавництво. - 1983.
4. Мєняйлов М.Е. Загалька фізика. Електрика і магнетизи.- К.: Вища шк., 1974.- 391 с.
5. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.1,2,3.-М.: Наука, 1986.
6. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высшая школа, 1985.- 300 с.
- Викладач: Єршов Анатолій т. 0967099906