WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Федеральное агентство по образованию Саратовский Государственный Университет имени Н.Г. Чернышевского РАБОЧАЯ ПРОГРАММА Дисциплины “ФИЗИКА” для специальности 073100 “МЕТЕОРОЛОГИЯ” Саратов 2005 год Составлено в соответствии с государственным образовательным стандартом высшей школы по специальности 073100 “Метеорология” ОДОБРЕНО УТВЕРЖДАЮ Председатель учебно-методической Проректор СГУ по учебной работе комиссии физического факультета профессор, доктор профессор, доктор Дербов В. Л. Иванюшина И. Ю.

“_”200_г. “_”200_г.

Заведующий кафедрой прикладной физики, профессор, доктор Шаповалов А.С.

Авторы:

доцент, кандидат физ.- мат. наук Мухамедов Р.Ф.

старший преподаватель Кондрашов Б.Н.

2 СТРУКТУРА РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ ФИЗИКА 1.Пояснительная записка Настоящая программа соответствует трех семестровому курсу физики для студентов специальности 073100 “Метеорология”. Цели и задачи данного курса, который строится как сочетание лекций, лабораторных и самостоятельных занятий студентов, состоят в следующем:

– сформировать у студентов научное мышление, прочные знания основных фундаментальных законов классической и современной физики;

– дать представление о различных физических моделях окружающего мира, границах применимости различных физических теорий, применении законов физики для объяснения явлений природы и процессов, протекающих на Земле, в недрах и окружающем пространстве;

– вооружить студетов-метеорологов последовательной системой физических знаний, которая необходима для становления их естественнонаучного образования, успешного усвоения специальных курсов и могла бы быть использована специалистами-метеорологами в их практической деятельности.

2.Тематический план учебной дисциплины Макс.

Наименование разделов и тем уч.на- Кол-во ауд. часов Самост.

грузка работа студ. студ.

час Всего Лекц. Практ.

ауд.

1 2 3 4 5 Введение 3 1 1 - 1.Механика 89 47 29 18 2.Молекулярная физика и 78 42 24 18 термодинамика 3.Электричество и магнетизм 138 70 38 32 4.Оптика 86 46 28 18 5.Атомная физика, физика 36 18 18 - твердого тела, физика атомного ядра и элементарных частиц Итого: 430 224 138 86 3.Содержание курса ВВЕДЕНИЕ Предмет физики. Методы физического исследования. Связь физики с другими естественными науками. Роль физики в ускорении научно-технического прогресса.

1.Механика 1.1. Элементы кинематики. Относительность движения. Системы движения.

Системы отсчета. Принципы относительности Галилея. Движение материальной точки. Скорость и ускорение материальной точки как производные радиусавектора. Угловая скорость и угловое ускорение точки; их связь с соответствую- щими линейными величинами. Центростремительное ускорение искусственного спутника Земли, движущегося по круговой орбите.

1.2. Динамика материальной точки и системы точек. Законы Ньютона. Виды взаимодействий и законы сил в механике. Закон всемирного тяготения. Расчет высоты геостационарного спутника Земли. Центр масс. Уравнение движения центра масс системы – основное уравнение динамики. Закон сохранения импульса для системы материальных точек. Момент силы и момент импульса точки. Уравнение моментов.

1.3. Неинерциальные системы отсчета. Особенности сил инерции. Центробежная сила инерции. Силы инерции, действующие на тело, движущееся во вращающейся системе отсчета. Кориолисово ускорение. Сила Кориолиса и ее роль на Земле.

1.4. Работа и энергия. Кинетическая и потенциальная энергия. Закон сохранения и превращения энергии в механике. Космические скорости спутников, планет и звезд.

1.5. Движение твердого тела. Твердое тело как система материальных точек.

Момент инерции. Уравнение моментов для твердого тела, вращающегося вокруг неподвижной оси. Кинетическая энергия вращающегося тела. Главные оси инерции. Понятие о гироскопах. Гироскопический эффект. Принцип работы гирокомпаса. Прецессия земной оси в пространстве.

1.6. Движение жидкостей и газов. Стационарный поток. Поле скоростей линии и трубки тока. Уравнение неразрывности струи. Уравнение Бернулли и его приложения (подъемная сила крыла самолета, аэрация почвы). Вязкость. Ламинарное и турбулентное течения. Число Рейнольдса. Формула Стокса. Характер движения водных потоков.

1.7. Механические колебания и волны. Гармонические колебания. Уравнения движения точки под действием упругой силы. Энергия собственных незатухающих колебаний. Математический и физический маятники. Сложение двух одинаково направленных гармонических колебаний с близкими частотами (биения) и взаимно перпендикулярных колебаний, фигуры Лиссажу. Колебания угла наклона земной оси к эклиптике.

Затухающие колебания. Дифференциальное уравнение движения. Декремент затухания. Вынужденные колебания. Резонанс. Учет силы трения. Амплитудные резонансные кривые. Явление резонанса в природе.

Поперечные и продольные волны. Уравнение плоской бегущей волны. Сложение волн. Явление интерференции. Отражение волн от различных сред. Уравнение стоячей волны. Звуковые и ультразвуковые волны, скорость распространения звуковой волны. Эффект Доплера.

2.МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА 2.1. Молекулярно-кинетическая теория. Статистический и термодинамический методы изучения молекулярных систем. Флуктуации. Броуновское движение. Состояние вещества. Параметры системы. Модель идеального газа. Основное уравнение кинетической теории газов. Уравнение Клайперона-Менделеева.

Опыт Штерна. Максвелловское распределение молекул газа по скоростям.

Распределение Больцмана. Барометрическая формула. Атмосфера Земли и других планет. Явление переноса – диффузия, внутреннее трение и теплопроводность.

2.2. Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия. Теплота и работа.

Число степеней свободы молекул. Закон равнораспределения энергии по степеням свободы. Теплоемкости газа при постоянных давлении и объеме. Адиабатический процесс. Работа идеального газа при различных изо процессах.

2.3. Второй закон термодинамики. Обратимые и необратимые процессы.

Циклические процессы. Цикл Карно. Коэффициент полезного действия. Понятие об энтропии. Энтропия и беспорядок. Границы применимости второго начала термодинамики. Теорема Нернста.

2.4. Реальные газы. Молекулярные силы в реальных газах. Уравнение Вандер-Ваальса. Переход из газообразного состояние в жидкое. Метастабильные состояния. Внутренняя энергия реальных газов. Эффект Джоуля – Томсона.

2.5. Жидкости. Молекулярные силы в жидкостях. Поверхностная энергия.

Коэффициент поверхностного натяжения. Поверхностно-активные вещества.

Давление под изогнутой поверхностью жидкости. Смачивание. Капиллярные явления.

3.ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ 3.1. Электрическое поле. Электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона. Напряженность и поток напряженности электрического поля. Теорема Гаусса и ее применения. Работа, совершаемая при перемещении заряда в электрическом поле. Циркуляция вектора E. Потенциал и разность потенциалов. Эквипотенциальные поверхности. Связь между напряженностью электрического поля и потенциалом.

3.2. Проводники и диэлектрики в электрическом поле. Распределение зарядов на проводнике. Проводник в электрическом поле. Электроемкость и ее единицы.

Конденсаторы. Соединение конденсаторов. Энергия заряженного конденсатора.

Плотность энергии электрического поля. Диэлектрики в электрическом поле. Механизмы поляризации. Вектор поляризации, вектор электрической индукции и их связь с напряженностью электрического поля. Диэлектрическая проницаемость и восприимчивость. Сегнетоэлектрики.

3.3. Постоянный электрический ток. Сила и плотность тока. Закон Ома для участка цепи в векторной (дифференциальной) форме. ЭДС. Закон для участка цепи, содержащей э. д. с., и для полной цепи. Разветвленные электрические цепи.

Природа электрического тока в металлах и полупроводниках. Собственная и примесная проводимости полупроводников. Электрический ток в газах. Ионизация и рекомбинация. Виды разрядов в газах, в атмосфере. Полярные сияния.

3.4. Магнитное поле. Взаимодействие элементов тока. Закон Ампера. Индукция и направленность магнитного поля. Закон Био-Савара-Лапласа. Силовые линии магнитного поля и циркуляция вектора B. Теорема о полном токе. Действие магнитного поля на проводник с током и движущийся заряд. Сила Лоренца.

3.5. Электромагнитная индукция. Закон электромагнитной индукции Фарадея. Механизм возникновения э. д. с. индукции. Самоиндукция. Индуктивность контура. Энергия контура с током. Взаимная индукция.

3.6. Магнетизм вещества. Намагничивание вещества. Модель молекулярных токов. Вектор намагничивания. Общий вид теоремы о циркуляции для постоянного магнитного поля при наличии вещества. Магнитная проницаемость и восприимчивость веществ. Классификация магнитных материалов. Ферромагнетики и их основные свойства.

Магнитное поле Земли, механизм его возникновения. Понятие о магнитосфере Земли и магнитных полях планет. Магнитные звезды.

3.7. Переменный ток. Прохождение переменного тока через емкость и индуктивность. Векторные диаграммы. Закон Ома для переменного тока. Коэффициент мощности. Эффективные значения тока и напряжения.

3.8. Электрические колебания. Колебательный контур. Дифференциальное уравнение собственных электромагнитных колебаний в контуре. Затухающие электрические колебания. Добротность контура. Вынужденные электрические колебания в последовательном контуре. Резонанс токов и напряжений.

3.9. Электромагнитное поле. Взаимосвязь электрического и магнитного полей. Основные положения теории Максвелла. Вихревое электрическое поле. Ток смещения. Уравнения Максвелла в интегральной форме. Механизм образования электромагнитных волн и их свойства. Шкала электромагнитных волн.

4. ОПТИКА 4.1. Взаимодейсвие света с веществом. Волновые и квантовые представления о природе света. Принцип Гюйгенса. Поглощение света. Закон Бугера. Линии и полосы поглощения. Рассеяние света. Закон Рэлея. Качественный механизм явлений нормальной и аномальной дисперсии.

4.2. Интерференция света. Когерентность волн. Оптическая разность хода.

Способы осуществления когерентных источников света. Интерференция в тонких пленках. Полосы равного наклона и равной толщины. Кольца Ньютона.

4.3. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля.

Дифракция Френеля на круглом отверстии, круглом экране. Дифракция Фраунгофера на одной щели и двух щелях. Дифракционная картина, решетка. Дифракционный спектр. Дифракция рентгеновских лучей в кристаллах. Формула ВульфаБрегга.

4.4. Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Поляризатор и анализатор. Закон Малюса. Поляризация света при отражении и преломлении. Закон Брюстера. Двойное лучепреломление в одноосных кристаллах. Оптическая ось и главная плоскость кристалла. Механизм двойного лучепреломления.

Искусственная анизотропия. Положительные и отрицательные одноосные кристаллы. Построение Гюйгенса в одноосных положительных кристаллах. Вращение плоскости поляризации. Эффект Фарадея.

4.5. Тепловое излучение. Излучательная и поглощательная способности тел. Абсолютно черное тело. Закон Кирхгофа. Закон Стефана-Больцмана. Закон Вина и его следствия. Формула Рэлея-Джинса. Гипотеза и формула Планка для излучения.

5. АТОМНАЯ ФИЗИКА. ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА, ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА И ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ 5.1. Фотоны и их свойства. Основные законы внешнего фотоэффекта. Закон Столетова. Уравнение Эйнштейна. Определение постоянной Планка. Энергия и импульс фотона. Экспериментальное обнаружение давления света Лебедевым.

Лазеры.

5.2. Строение атома. Спектральные закономерности излучения атомов.

Экспериментальное обоснование существования дискретных энергетических уровней атома. Модель атома Резерфорда. Постулаты Бора. Волновые свойства микрочастиц. Гипотеза де Бройля. Волновая функция. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Уравнение Шредингера. Квантовые энергии электрона в потенциальном ящике. Основные результаты квантово-механической теории атома водорода. Орбитальный механический и магнитный моменты электрона. Спин электрона. Атом водорода в магнитном поле. Рентгеновские спектры. Распределение электронов по энергетическим уровням в многоэлектронных атомах. Принцип Паули. Свойства элементов периодической системы Менделеева.

5.3. Физика твердого тела. Кристаллическое строение твердых тел.

Аморфные тела. Сила связи в кристаллах. Зависимость точек плавления и кипения от давления. Плавление и возгонка. Тройная точка. Полиморфизм. Зависимость потенциальной энергии твердых тел от межатомных расстояний. Тепловое расширение и упругие свойства твердых тел. Тепловые колебания атомов в кристаллической решетке. Температурный ход теплоемкости твердых тел. Основные идеи квантовой теории электронного газа и ее применение к металлам. Энергетические зоны в металлах, полупроводниках и диэлектриках. Термоэлектронная эмиссия и термодвижущая сила. Контактная разность потенциалов. Электропроводность металлов. Сверхпроводимость. Полупроводники. Электронные и дырочные носители тока. Собственная и примесная проводимость. Полупроводниковый выпрямитель и детектор. Транзистор. Внутренний эффект в полупроводниках.

5.4. Физика атомного ядра и элементарных частиц. Состав атомного ядра.

Характеристики атомного ядра. Опии ядра. Масса и энергия связи ядра. Ядерные силы и модели атомного ядра. Радиоактивность. Законы радиоактивного превращения. Альфа- и бета распады. Ядерные реакции. Деление ядер. Термоядерный синтез. Классификация элементарных частиц. Виды их взаимодействий. Понятие об основных проблемах современной астрофизики. Космические лучи, состав и взаимодействие космического излучения с веществом. Радиационные пояса Земли.

4.ЛИТЕРАТУРА Основная литература 1. Савельев И.В. Курс общей физики: В 3 т. М.: Наука, 1973-1997. Т. 1-3.

2. Матвеев А.Н. Учебные пособия: Механика и теория относительности. Молекулярная физика. Электричество и магнетизм. Оптика. Атомная физика. М., Высш.

школа, 1981-1989.

Дополнительная литература 1. Детлаф А.А., Яворский Б.М., Милковская Л.Б. Курс физики: В 3 т. М.: Высш.

Школа, 1973-1979. Т.1-3.

2. Стрелков С.П. Механика: Учеб. Пособие. М.: Наука, 1975.

3. Кикоин И.К., Кикоин А.К. Молекулярная физика: Учеб. пособие. М.: Наука, 1976.

4. Калашников С.Г. Электричество: Учеб. пособие. М.: Наука, 1985.

5. Ландсберг Г.С. Оптика: Учеб. пособие. М.: Наука, 1976.

6. Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия. 1983.











© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.