WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 |
Министерство образования Российской Федерации Санкт-Петербургский государственный технический университет СОГЛАСОВАНО УТВЕРЖДАЮ Зав. кафедрой Декан РФФ экспериментальной физики профессор А.Э.Фотиади профессор В.К.Иванов ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ Физика Составлена кафедрой экспериментальной физики для студентов, обучающихся по направлениям 552200 - Радиотехника;

550400 - Телекоммуникации; 553100 - Техническая физика;

550700 - Электроника и микроэлектроника Санкт-Петербург 2002 г.

Программа дисциплины “Физика” 1. Цели изучения дисциплины Целями изучения дисциплины “Физика” являются 1) ознакомление студентов с современной физической картиной мира, с основными концепциями, моделями, теориями, описывающими поведение объектов в микро-, макро- и мегамире, с состоянием переднего края физической науки; 2) приобретение навыков экспериментального исследования физических процессов, освоение методов получения и обработки эмпирической информации; 3) изучение теоретических методов анализа физических явлений, расчетных процедур и алгоритмов, наиболее широко применяемых в физике.

В результате изучения физики бакалавр должен знать и уметь использовать физические основы механики систем материальных точек, твердого тела, жидкостей и газов, в том числе релятивистской механики; физику колебаний и волн, включая интерференцию и дифракцию волн, спектральное разложение; статистическую физику и термодинамику с элементами молекулярно-кинетической теории, свойствами статистических ансамблей, элементами термодинамики открытых систем, свойствами газов, жидкостей и кристаллов; электричество и магнетизм, включая электромагнитную теорию Максвелла, основы оптики, атомной и ядерной физики.

2. Место дисциплины в учебном плане.

Дисциплина изучается в первом, втором и третьем семестрах. В процессе ее изучения используются знания студентов, полученные ими в курсах “Введение в специальность”, “Высшая математика”. В свою очередь физика обеспечивает базовый уровень изучения материала общих профессиональных и специальных дисциплин, предусмотренных учебным планом направлений и специальностей.

3. Объем дисциплины по видам учебной работы и формы контроля Виды занятий и формы контроля 1 семестр 2 семестр 3 семестр Лекции, час/нед 4 3 Практические занятия, час/нед 2 2 Лабораторные занятия, час/нед 2 2 1,Самостоятельная работа, час/нед 8 7 4,Экзамены, шт/сем. 1 1 Зачеты, шт/сем. 1 1 Общая трудоемкость дисциплины составляет 638 часов 4. Содержание дисциплины 4.1. Разделы дисциплины и виды занятий Разделы программы Объем занятий, часов ЛК ПЗ ЛбЗ Сам Введение 2 - - 1. Классическая механика 24 20 14 2. Основы специальной теории относительности 8 2 - 3. Феноменологическая термодинамика 10 6 12 4. Статистическая физика 20 4 6 5. Электрическое поле в вакууме и в веществе 16 10 10 6. Электрический ток 10 8 8 7. Магнитное поле в вакууме и в веществе 15 8 8 8. Электромагнитная индукция 10 8 8 9. Физика колебаний и волн 8 5 10 10. Свойства электромагнитных волн 6 3 2 11. Интерференция, дифракция и поляризация волн 12 6 10 12. Взаимодействие излучения с веществом 6 2 2 Итого 147 82 90 4.2. Содержание разделов программы Введение. Физика в ряду естественных наук. Основные этапы развития физики.

Экспериментальные и теоретические методы физических исследований.

1. Классическая механика Кинематика материальных точек. Системы отсчета и системы координат. Радиусвектор и траектория движения. Скорость криволинейного движения и ее векторные характеристики. Ускорение при криволинейном движении, нормальное и тангенциальное ускорение. Кинематика вращательного движения, связь угловых и линейных кинематических характеристик.

Динамика материальных точек. Принцип инерции Галилея (первый закон Ньютона). Принцип относительности и преобразования Галилея. Закон сохранения импульса замкнутой системы материальных точек. Силовое взаимодействие (второй и третий законы Ньютона). Интегрирование уравнений движения, роль начальных условий. Импульс силы.

Работа в неоднородном силовом поле. Работа и потенциальная энергия.

Консервативные силы. Работа и кинетическая энергия. Закон сохранения полной механической энергии. Движение в потенциальном поле (финитное и инфинитное движение). Критическая плотность вещества во Вселенной.

Центр инерции и внутренняя энергия системы материальных точек. Столкновение частиц.

Закон сохранения момента импульса изолированной системы материальных точек. Уравнение моментов для вращающегося твердого тела. Момент инерции.

Кинетическая энергия вращения. Тензор моментов инерции, главные моменты инерции. Гироскопический эффект.

Законы сохранения и фундаментальная симметрия пространства и времени.

Ограниченность классической механики.

2. Основы специальной теории относительности Кризис классической концепции абсолютно неподвижного эфира. Скорость света и ее измерение. Опыты Физо и Майкельсона-Морли. Постулаты Эйнштейна.

Относительность одновременности и проблема синхронизации часов. Преобразования Лоренца и их следствия. Сложение скоростей в релятивистской кинематике.

Релятивистский импульс и релятивистская энергия. Взаимосвязь массы и энергии.

Интервал и диаграммы Минковского. Геометрическая интерпретация релятивистских эффектов.

Движение в неинерциальных системах отсчета. Теорема Кориолиса. Принцип эквивалентности гравитационных масс и сил инерции. Искривленное пространствовремя в общей теории относительности. Основные эксперименты, подтверждающие выводы общей теории относительности.

3. Феноменологическая термодинамика Термодинамическое равновесие и температура. Эмпирическая температурная шкала. Уравнение состояния. Квазистатические процессы. Макроскопическая работа.



Термодинамическая система в адиабатической оболочке. Внутренняя энергия и методы ее определения. Теплообмен. Теплоемкость. Первое начало термодинамики.

Изопроцессы в идеальных газах.

Циклические процессы. Теоремы Карно. Неравенство Клаузиуса. Энтропия как функция состояния системы. Второе начало термодинамики. Термодинамические потенциалы.

4. Статистическая физика Основные постулаты молекулярно-кинетической теории. Давление газа и его связь с температурой и концентрацией. Равномерное распределение энергии по степеням свободы молекул идеального газа. Распределение Максвелла по проекциям и по модулю скорости молекул идеального газа. Наиболее вероятная, средняя и среднеквадратичная скорости. Распределение Больцмана в силовом поле. Опытная проверка статистических распределений.

Состояние равновесия и флуктуации. Микросостояния и макросостояния.

Основной постулат статистической теории. Вероятность и статистический вес макросостояния. Статистическое определение энтропии. Биномиальное распределение и формула Стирлинга. Фазовое пространство.

Две системы в тепловом контакте, условие равновесия. Статистическая температура. Система в контакте с термостатом. Распределение Гиббса.

Статистический интеграл и статистическая сумма. Давление и внутренняя энергия идеального газа с точки зрения статистического подхода.

Длина свободного пробега молекул идеального газа. Вязкость, диффузия, теплопроводность. Эмпирические соотношения и молекулярно-кинетическая теория явлений переноса. Физический вакуум.

Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы Ван-дер-Ваальса и изотермы реального газа. Критическая точка, метастабильные состояния. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Эффект Джоуля-Томсона. Сжижение газов.

Термодинамика жидкостей. Поверхностное натяжение. Равновесие между паром, жидкостью и твердым телом. Краевые углы и смачивание.

Кристаллическая решетка и ее типы. Плавление и кристаллизация. Теплоемкость твердых тел. Упругие деформации.

5. Электрическое поле в вакууме и в веществе Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона. Напряженность и потенциал электростатического поля. Поток вектора напряженности электрического поля.

Теорема Гаусса и ее применение для расчета электростатических полей. Элементы теории поля: градиент, ротор, дивергенция. Теорема Остроградского и дифференциальная форма теоремы Гаусса. Уравнения Пуассона и Лапласа для потенциала. Теорема Стокса и ее следствие для электростатического поля. Теорема Ирншоу.

Электростатическое поле в проводниках. Емкость проводников и конденсаторов.

Энергия электростатического поля.

Электрическое поле диполя и системы зарядов на большом расстоянии. Поляризация диэлектриков. Полярные и неполярные диэлектрики. Объемная и поверхностная плотность зарядов и их связь с вектором поляризации. Вектор электрического смещения. Диэлектрическая восприимчивость и проницаемость. Граничные условия для векторов напряженности электрического поля и электрического смещения.

Сегнетоэлектрики.

6. Электрический ток Сила и плотность тока. Уравнение непрерывности. Электропроводность как одно из явлений переноса. Закон Ома и границы его применимости. Классическая теория электропроводности и ее ограниченность. Плазменные колебания и максвелловская релаксация неоднородности электрического заряда. Законы Джоуля-Ленца и ВидеманаФранца.

Электропроводность жидкостей и газов.

7. Магнитное поле в вакууме и в веществе Магнитное взаимодействие постоянных токов. Единицы измерения токов. Вектор магнитной индукции. Сила Лоренца. Закон Био-Савара-Лапласа и его применение для расчета магнитных полей. Закон Ампера. Работа, совершаемая при перемещении проводника с током в магнитном поле. Дивергенция вектора магнитной индукции.

Теорема о циркуляции вектора магнитной индукции и ее применение для расчета магнитных полей. Магнетизм как релятивистский эффект.

Магнитный дипольный момент. Намагничение магнетиков. Молекулярные токи.

Связь плотности молекулярных токов с вектором намагниченности. Напряженность магнитного поля. Магнитная восприимчивость и проницаемость. Граничные условия для векторов напряженности магнитного поля и магнитной индукции. Физика диамагнетизма. Ларморовская прецессия. Физика парамагнетизма. Закон Кюри.

Ферромагнетизм. Теория Вейсса. Поведение магнитных доменов при намагничении.

8. Электромагнитная индукция Физика электромагнитной индукции. Вихревое электрическое поле. Самоиндукция.

Индуктивность контура. Энергия магнитного поля. Подключение катушки индуктивности и конденсатора к источнику постоянной эдс. Ток смещения. Уравнения Максвелла в дифференциальной и интегральной формах.

9. Физика колебаний и волн Уравнение идеального гармонического осциллятора. Осциллятор с потерями.

Характеристики затухающих колебаний: постоянная времени, логарифмический декремент, добротность. Вынужденные колебания, резонанс. Связь добротности осциллятора с шириной резонансной кривой.

Сложение сдвинутых по фазе монохроматических колебаний. Сложение колебаний с близкими частотами, биения. Сложение ортогональных гармонических колебаний, фигуры Лиссажу. Анализ и синтез Фурье.

Уравнение и характеристики плоских и сферических волн. Волновое уравнение.

Комплексаная форма записи уравнений. Дивергенция и ротор плоской волны.





10. Электромагнитные волны Волновое уравнение для электромагнитного поля в вакууме и в однородном диэлектрике. Плоская электромагнитная волна и ее основные свойства (поперечность, ортогональность векторов Е и Н, связь между амплитудами Е и Н, волновое сопротивление среды).

Плотность энергии и плотность потока энергии (интенсивность) электромагнитной волны. Вектор Умова-Пойнтинга. Импульс электромагнитного поля. Световое давление. Опыты П.Н.Лебедева. Излучение электрического диполя. Диаграмма направленности излучения. Мощность излучения ускоренно движущегося заряда.

10. Интерференция, дифракция и поляризация волн Явление интерференции. Опыт Юнга. Интерференционное поле двух точечных источников. Интерферометр Майкельсона. Роль когерентности в образовании интерференционной картины. Временная когерентность. Пространственная когерентность. Звездный интерферометр Майкельсона.

Интерференция в тонких пленках. Полосы равной толщины и полосы равного наклона. Кольца Ньютона. Антиотражающие покрытия (просветление оптики).

Многослойные диэлектрические зеркала. Многолучевая интерференция.

Интерферометр Фабри-Перо и его разрешающая способность.

Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракционный интеграл Кирхгофа и его физический смысл. Дифракция Френеля на простейших преградах круглой формы (метод зон Френеля, дифракция на круглом отверстии, на круглом диске, пятно Пуассона, амплитудные и фазовые зонные пластинки Френеля). Дифракция Френеля на крае полуплоскости и на щели (спираль Корню и зоны Шустера).

Дифракция Фраунгофера на щели, влияние ширины щели на дифракционную картину, дифракция на двух щелях, на многих беспорядочно расположенных одинаковых преградах. Дифракционные решетки и их спектральная разрешающая способность.

Дифракция Брэгга и Рамана-Ната. Синусоидальные дифракционные решетки.

Принципы голографии. Голограммы Лейта-Упатниекса (запись и воспроизведение голографического изображения, микроструктура голограммы, требования к фоточувствительным материалам и источникам света). Объемность голографичского изображения. Голограммы Денисюка (отражательные толстослойные голограммы).

Отражение и преломление световых волн на границе раздела двух диэлектриков.

Полное внутреннее отражение и его применения в науке и технике. Форма и степень поляризации плоской волны. Формулы Френеля. Угол Брюстера. Скачок фазы при отражении. Ромб Френеля.

Получение и анализ линейно-поляризованного света. Закон Малюса. Основы кристаллооптики. Линейное двулучепреломление в кристаллах. Поляризатор ГланаТомсона. Преобразование формы поляризации света фазовыми пластинками.

Полуволновая и четвертьволновая линейная фазовая пластинка.

Циркулярная фазовая анизотропия (циркулярное двулучепреломление).

Естественная оптическая активность в живой и неживой природе. Электрооптические эффекты Керра и Поккельса. Магнитооптический эффект Фарадея. Наблюдение ферромагнитных доменов в ферритах-гранатах. Оптический вентиль.

10. Взаимодействие излучения с веществом Дисперсия и поглощение света. Дисперсионные кривые кристаллов и методы их наблюдения в оптической области. Аномальная дисперсия и спектры поглощения.

Рассеяние света.

Законы теплового излучения. “Ультрафиолетовая катастрофа”. Гипотеза квантов и формула Планка. Спонтанное и вынужденное излучение. Лазеры. Нелинейные оптические явления.

5. Лабораторный практикум 1-й семестр 1. Вводное занятие.

2. Семинар по измерительным приборам.

3. Моделирование случайного процесса.

4. Исследование электрических колебаний в LC-контуре.

5. Исследование электрических колебаний в LC-контуре (автоматизированный вариант) 6. Исследование упругих волн в жидкости.

7. Исследование резонансной акустической камеры.

8. Исследование поперечных колебаний металлического стержня.

9. Определение времени соударения упругих тел.

10. Измерение коэффициента теплопроводности воздуха.

11. Измерение постоянной Больцмана.

12. Измерение постоянной адиабаты газа резонансным методом.

13. Исследование плавления и кристаллизации металла.

2-й семестр 1. Вводное занятие.

2. Исследование термоэлектронного тока.

3. Исследование плазмы методом электрического зонда.

4. Исследование плазмы методом электрического зонда (автоматизированный вариант).

5. Вакуумный диод в магнитном поле.

6. Вакуумный диод в магнитном поле (автоматизированный вариант).

7. Определение основных параметров полупроводников.

8. Исследование фотопроводимости полупроводников.

9. Исследование электрических свойств р-n перехода в полупроводнике.

10. Исследование поляризации диэлектрика в переменном электрическом поле.

11. Исследование нелинейных и температурных характеристик сегнетоэлектрика.

12. Исследование нелинейных характеристик ферромагнетиков.

13. Исследование температурных зависимостей удельного сопротивления металлов и полупроводников.

3-й семестр 1. Вводное занятие.

2. Исследование явления полного внутреннего отражения.

3. Исследование поляризованного света.

4. Исследование эффектов Керра и Поккельса.

5. Исследование оптической активности твердых тел.

6. Исследование статистических свойств фотоэмиссии электронов.

7. Исследование дисперсионных свойств призмы и дифракционной решетки.

8. Дифракция Френеля на круглом отверстии (компьютерное моделирование).

9. Исследование автоэлектронной эмиссии.

10. Исследование примесного поглощения света в полупроводниках.

Pages:     || 2 |










© 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.