Рабочая программа учебной дисциплины «физика» Цикл icon

Рабочая программа учебной дисциплины «физика» Цикл



Смотрите также:


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ


(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)


ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ (ИЭЭ)
____________________________________________________________________
_______________________________________


Направление подготовки: 140400 Электроэнергетика и электротехника.

Профиль(и) подготовки: 1. Высоковольтные электроэнергетика и электротехника;

2. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии;

3. Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем;

^ 4. Электрические станции;

5. Электроэнергетические системы и сети;

6. Гидроэлектростанции;

7. Электроснабжение.

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр.

Форма обучения: очная.


^ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

«ФИЗИКА»


Цикл:

математический и естественнонаучный




^ Часть цикла:

базовая




дисциплины по учебному плану:

Б2.2




^ Часов (всего) по учебному плану:

360




Трудоемкость в зачетных единицах:

10

1 семестр – 4

2 семестр – 4

3 семестр - 2

Лекции

104 час

1 семестр – 34 час

2 семестр – 34 час

3 семестр – 36 час

Практические занятия

68 час

1 семестр – 34 час.

2 семестр – 34 час.

3 семестр – 0 час.

Лабораторные работы

52 час

1 семестр – 17 час.

2 семестр - 17 час.

3 семестр – 18 час.

Расчетные задания

12 час самостоят. работы

^ 2 семестр - 8 час

3 семестр - 4 час.

Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)

136 час




Экзамены




^ 1, 2, 3 семестры

Курсовые проекты (работы)

Учебным планом не предусмотрены





Москва – 2010



  1. ^ ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ


Целью дисциплины является получение фундаментального образования, способствующего дальнейшему развитию личности. В процессе освоения данной дисциплины студент способен и готов: уметь применять методы математического анализа при решении инженерных задач; выявлять физическую сущность явлений и процессов в устройствах различной физической природы и выполнять применительно к ним простые технические расчеты; применять компьютерную технику и информационные технологии в своей профессиональной деятельности; должен владеть инструментарием для решения физических задач в своей предметной области; владеть методами анализа физических явлений в технических устройствах и системах; владеть информацией о назначении и областях применения этих технических устройств.

Задачами дисциплины являются: изучение основных физических явлений; овладение фундаментальными понятиями, законами и теориями физики, а также методами физического исследования; овладение приемами и методами решения конкретных задач из различных областей физики; формирование навыков проведения физического эксперимента, умения выделить конкретное физическое содержание в прикладных задачах будущей деятельности.

^ 2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к базовой части математического и естественнонаучного цикла Б2.02 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилям:

1. Высоковольтные электроэнергетика и электротехника;

2. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии;

3. Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем;

4. Электрические станции;

5. Электроэнергетические системы и сети;

6. Гидроэлектростанции;

7. Электроснабжение

направления 140400 Электроэнергетика и электротехника.

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Физика» и «Математика» в объеме школьной программы.

Знания, полученные по освоению дисциплины необходимы для дальнейшего освоения общетехнических и специальных дисциплин.

^ 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

- способность демонстрировать базовые знания в области естественнонаучных дисциплин и готовность использовать основные законы физики в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-2);


- готовность выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, и способность привлечь для их решения соответствующих физико-математический аппарат (ПК-3);

- способность выполнять численные и экспериментальные исследования, проводить обработку и анализ результатов (ПК-14);

- способность использовать технические средства для измерения основных параметров электроэнергетических и электротехнических объектов и систем и происходящих в них процессов (ПК -18);

- способность к дальнейшему обучению на втором уровне высшего профессионального образования, получению знаний в рамках одного из конкретных профилей в области научных исследований и педагогической деятельности (ПК -33).

В результате освоения дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:

Знать:

основные физические законы, явления и процессы, на которых основаны принципы действия объектов профессиональной деятельности и средств контроля и измерения.

^ Уметь:

Использовать для решения прикладных задач основные законы и понятия.


Владеть:

навыками описания основных физических явлений и решения типовых задач.


^ 4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 10 зачетных единиц, 360 часов.



п/п

Раздел дисциплины.

Форма промежуточной аттестации
(по семестрам)

Всего часов на раздел

Семестр

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и
трудоемкость (в часах)

Формы текущего контроля успеваемости

(по разделам)


лк

пр

лаб

сам.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

Механика и молекулярная физика

92

1

34

34

17

7

Контрольная работа по механике.

Защита лаборатор-ных работ по механике.

Контрольная работа по молекулярной физике.

Защита лаборатор-ных работ по молекулярной физике.

2

Электричество и магнетизм

94

2

34

34

17

9

Контрольная работа по электростатике.

Защита лаборатор-ных работ по электростатике.

Контрольная работа по магнетизму.

Защита лаборатор-ных работ по магнетизму.

3

Оптика.

Квантовая физика. Статистическая физика.

Теория проводимости.

Ядерная физика

60

3

36

0

18

6

Защита лаборатор-ных работ по волновой оптике.

Защита лаборатор-ных работ по атомной физике.




Зачет

2

2

2

1

2

3

--

--

--

2

2

2







Экзамен

36

36

36

1

2

3

--

--

--

36

36

36

устный

устный

устный




Итого:

360




104

68

52

136





^ 4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции

I семестр


1.1 Физические основы механики.

Предмет физики. Физические модели. Механика. Кинематика материальной точки. Скорость, ускорение. Нормальное и тангенциальное ускорения. Кинематический закон движения материальной точки. Кинематика поступательного и вращательного движения твердого тела. Связь угловых кинематических параметров с соответствующими линейными величинами.

Динамика материальной точки, системы материальных точек и поступательного движения твердого тела. Центр масс механической системы и закон его движения.

Динамика вращательного движения твердого тела относительно неподвижной оси. Момент силы и момент импульса тела относительно оси. Момент инерции тела относительно оси. Теорема Штейнера. Основное уравнение динамики вращательного движения твердого тела относительно неподвижной оси.

Законы сохранения в механике. Закон сохранения импульса. Закон сохранения момента импульса. Энергия. Работа. Кинетическая энергия. Кинетическая энергия вращающегося тела. Кинетическая энергия механической системы и ее связь с работой внешних и внутренних сил. Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальные поля. Потенциальная энергия материальной точки и системы материальных точек. Поле центральных сил. Механическая энергия системы тел. Закон изменения и сохранения механической энергии системы тел. Удар абсолютно упругих и неупругих тел. Преобразования Галилея. Механический принцип относительности Галилея.

1.2. Элементы специальной теории относительности.

Постулаты специальной теории относительности. Преобразования Лоренца. Следствия из преобразований Лоренца. Относительность одновременности, относительность длин и промежутков времени, интервал между двумя событиями и его инвариантность. Релятивистский закон сложения скоростей.

Динамика материальной точки. Релятивистский импульс. Релятивистское уравнение динамики материальной точки. Кинетическая энергия. Закон взаимосвязи массы и энергии. Вектор энергии-импульса.

1.3. Основы молекулярной физики и термодинамики.

Статистические и термодинамические методы исследования. Термодинамические параметры. Идеальный газ. Уравнение состояния идеального газа. Молекулярно-кинетическая теория газов. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории для давления идеального газа. Молекулярно-кинетическое толкование абсолютной температуры. Внутренняя энергия идеального газа.

Работа, количество теплоты. Первое начало термодинамики. Политропные процессы. Теплоемкость. Тепловые машины. Цикл Карно и его КПД. Неравенство Клаузиуса.

Термодинамическое равновесие системы. Макро- и микросостояния. Статистический вес. Энтропия и ее свойства. Второе начало термодинамики.

Закон Максвелла для распределения молекул по скоростям. Закон Больцмана для распределения молекул и частиц в потенциальном поле.

Явления переноса в термодинамических неравновесных системах. Длина свободного пробега.
^

II семестр



2.1. Электростатика.


Уравнения Максвелла. Электростатическое поле в вакууме. Вектор напряженности электростатического поля и методы его расчета. Потенциал. Связь между потенциалом и напряженностью поля. Методы расчета потенциала. Диполь в электростатическом поле.

Электростатическое поле в веществе. Типы диэлектриков Электронная и ориентационная поляризации. Вектор поляризации. Свободные и связанные заряды. Теорема Остроградского-Гаусса для электростатического поля в диэлектрике. Вектор электрического смещения. Диэлектрическая проницаемость вещества. Граничные условия на границе раздела двух сред.

Проводники в электростатическом поле. Поле внутри проводника и у его поверхности. Распределение зарядов в проводнике. Постоянный электрический ток.

Электроемкость уединенного проводника. Взаимная емкость двух проводников. Конденсаторы. Энергия заряженного проводника и конденсатора. Энергия электростатического поля. Объемная плотность энергии.

2.2. Электромагнетизм.

Постоянное магнитное поле в вакууме. Закон Ампера. Вектор индукции магнитного поля и методы его расчета. Контур с током в магнитном поле. Магнитный момент. Закон Био-Савара-Лапласа. Закон полного тока для магнитного поля в вакууме. Метод суперпозиции полей. Расчет поля кругового тока, длинного соленоида и тороида.

Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле. Явление электромагнитной индукции. Вывод закона Фарадея-Максвелла. Индуктивность. Явление самоиндукции и взаимной индукции. Энергия магнитного поля. Объемная плотность энергии.

Магнитное поле в веществе. Микротоки. Вектор намагниченности. Закон полного тока для магнитного поля в веществе. Вектор напряженности магнитного поля. Связь между векторами индукции, напряженности и намагниченности. Магнитная проницаемость вещества. Граничные условия на границе раздела двух сред. Классификация магнетиков. Электронная теория диа- и парамагнетиков. Основные свойства ферромагнетиков. Домены. Точка Кюри.

Уравнения Максвелла. Переменное магнитное поле и его свойства. Волны. Вектор Умова-Пойнтинга.

III семестр

3.1. Физические основы оптики.

Волновые свойства света. Интерференция. Когерентность и методы ее осуществления. Расчет интерференционной картины от двух когерентных источников света. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция Фраунгофера на одной щели. Дифракционная решетка.

Корпускулярные свойства света. Масса и импульс фотона. Фотоэффект. Корпускулярно-волновой дуализм свойств света.


3.2. Физические основы квантовой механики.

Корпускулярно-волновой дуализм свойств вещества. Гипотеза де Бройля. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Квантово-механическое описание движения микрочастицы. Волновая функция и ее статистический смысл. Уравнение Шредингера. Стационарное состояние. Частица в одномерной потенциальной яме бесконечной глубины. Квантование энергии. Потенциальный барьер, туннельный эффект.

Квантово-механическая модель атома водорода. Квантование энергии, момента импульса и проекции момента импульса электрона. Квантовые числа. Спектры излучения атома водорода. Спин электрона. Принцип Паули. Распределение электронов в атоме по состояниям. Спонтанное и вынужденное излучение. Лазеры.

3.3. Элементы статистической физики и теории проводимости

Методы описания состояния макросистемы. Термодинамический метод. Статистический метод. Изображение состояния термодинамической системы в фазовом пространстве. Фазовые ячейки и их заполняемость. Критерий вырождения газа. Функция распределения и ее физический смысл. Статистики Максвелла-Больцмана, Бозе-Эйнштейна и Ферми-Дирака.

Равновесное тепловое излучение. Фотонный газ. Абсолютно черное тело. Распределение Бозе-Эйнштейна. Подсчет числа фотонов с энергией от ε до ε + dε. Формула Планка. Законы теплового излучения. Оптическая пирометрия.

Квантовая теория свободных электронов в металлах. Распределение Ферми-Дирака. Подсчет числа частиц с энергией от ε до ε + dε. Энергия Ферми. Влияние температуры на распределение электронов. Теплоемкость. Электропроводность металлов.

Зонная теория проводимости твердого тела. Расщепление энергетических уровней атома при формировании кристаллической решетки твердого тела.

Разрешенные и запрещенные зоны. Валентная зона и зона проводимости. Деление твердых тел на проводники, диэлектрики и полупроводники с точки зрения зонной теории твердых тел. Собственная и примесная проводимость полупроводников и ее зависимость от температуры.

Контактные явления. Работа выхода. Внутренняя и внешняя контактная разность потенциалов. Вольтамперная характеристика полупроводникового диода. Внутренний фотоэффект. Солнечные батареи.

3.4. Элементы физики атомного ядра.

Состав ядра. Нуклоны. Заряд, размер и масса ядра. Дефект масс и энергия связи ядра. Взаимодействие нуклонов и понятие о природе и свойствах ядерных сил.

Ядерные реакции. Реакция деления ядра. Цепкая ядерная реакция. Критическая масса. Проблемы ядерной энергетики. Реакция синтеза атомного ядра. Проблемы управляемой термоядерной реакции.


^ 4.2.2. Практические занятия

I семестр


1 занятие. Кинематика.

2 занятие. Динамика материальной точки.

3 занятие. Движение материальной точки по окружности.

4, 5 занятия. Динамика вращательного движения твердого тела.

6, 7 занятия. Законы сохранения импульса, энергии и момента импульса.

8 занятие. Контрольная работа.

9 занятие. Уравнение состояния идеального газа.

10 занятие. Молекулярно-кинетическая теория идеального газа.

11 занятие. Первое начало термодинамики.

12 занятие. Теплоемкость.

13 занятие. Тепловые машины и их К.П.Д. Энтропия.

14 занятие. Контрольная работа по молекулярной физике.

15 занятие. Распределение молекул по скоростям Максвелла. Распределение Больцмана.

16 занятие. Явления переноса.

17 занятие. Зачетное занятие.


II семестр


1, 2 занятия. Методы расчета вектора напряженности электростатического поля.

3 занятие. Потенциал и методы его расчета.

4, 5 занятия. Проводники и диэлектрики в электростатическом поле.

6 занятие. Электроемкость. Конденсаторы. Энергия электростатического поля.

7 занятие. Консультация по методике выполнения типового расчета по электростатике.

8 занятие. Контрольная работа по электростатике.

9 занятие. Обобщенный закон Ома для участка цепи. Законы Кирхгофа.

10 занятие. Методы расчета вектора индукции магнитного поля.

11 занятие Действие магнитного поля на ток и движущийся заряд.

12 занятие Магнитный поток. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле.

13 занятие Явление электромагнитной индукции.

14 занятие. Контрольная работа по магнетизму.

15 занятие. Индуктивность. Э.Д.С. самоиндукции и взаимной индукции.

Энергия магнитного поля.

16 занятие. Уравнения Максвелла. Магнитное поле в среде.

17 занятие. Зачетное занятие.

III семестр


Практические занятия учебным планом не предусмотрены.


^ 4.3. Лабораторные работы

I семестр

1. Погрешности при физических измерениях. Измерение объема цилиндра.

2. Определение плотности вещества и моментов инерции цилиндра и кольца.

3. Изучение законов сохранения при соударении шаров.

4. Изучение закона сохранения импульса.

5. Определение скорости пули методом физического маятника.

6. Определение средней силы сопротивления грунта и изучение неупругого соударения

груза и сваи на модели копра.

7. Изучение динамики вращательного движения твердого тела и определение момента

инерции маятника Обербека.

8. Изучение динамики плоского движения маятника Максвелла.

9. Определение момента инерции маховика.

10. Определение момента инерции трубы и изучение теоремы Штейнера.

11. Изучение динамики поступательного и вращательного движения с помощью прибора

Атвуда.

12. Определение момента инерции плоского физического маятника.

13. Определение удельной теплоты кристаллизации и изменения энтропии при охлаждении

сплава олова.

14. Определение молярной массы воздуха..

15. Определение отношения теплоемкостей Сp/Cv газов.

16. Определение средней длины свободного пробега и эффективного диаметра молекул

воздуха.

17. Определение коэффициента внутреннего трения жидкости по методу Стокса.


ІІ семестр

1. Исследование электрического поля с помощью электролитической ванны.

2. Определение электрической емкости конденсатора баллистическим гальванометром.

3. Весы напряжения.

4. Определение емкости коаксиального кабеля и плоского конденсатора.

5. Изучение диэлектрических свойств жидкостей.

6 Определение диэлектрической проницаемости жидкого диэлектрика.

7. Изучение электродвижущей силы методом компенсации.

8 Определение индукции магнитного поля измерительным генератором.

9. Измерение индуктивности системы катушек.

10. Изучение переходных процессов в цепи с индуктивностью.

11. Измерение взаимной индуктивности.

12. Изучение кривой намагничивания железа по методу Столетова.

13. Ознакомление с осциллографом и изучение петли гистерезиса.

14. Определение удельного заряда электрона методом магнетрона..


ІІІ семестр

1. Измерение длины световой волны с помощью бипризмы Френеля.

2. Определение длины волны света методом колец Ньютона.

3. Определение длины световой волны с помощью дифракционной решетки.

4. Изучение дифракции в параллельных лучах.

5. Изучение линейной дисперсии спектрального прибора.

6. Изучение дифракции Фраунгофера на одной и двух щелях.

7. Экспериментальная проверка закона Малю.

8. Исследование линейных спектров испускания.

9 Изучение свойств лазерного излучения.

10 Определение потенциала возбуждения атомов по методу Франка и Герца.

11. Определение ширины запрещенной зоны кремния по красной границе внутреннего

фотоэффекта.

12 Определение красной границы фотоэффекта и работы выхода электрона из металла.

13. Измерение температуры спирали лампы с помощью оптического пирометра.


4.4 ^ Расчетные задания


І семестр


Расчетные задания учебным планом не предусмотрены.


ІІ семестр


Методы расчета напряженности поля.

Методы расчета вектора смещения.

Методы расчета потенциала.

Определение емкости системы и расчет энергии электрического поля.

Методы расчета вектора индукции магнитного поля.

Расчет Э.Д.С. индукции.

Магнитное поле в веществе.


ІІІ семестр

Интерференция

Дифракция

Фотоэффект

Потенциальная яма. Потенциальный барьер.

Атом водорода

Квантовые числа

Тепловое излучение


4.5. Курсовые проекты и курсовые работы


Курсовой проект (курсовая работа) учебным планом не предусмотрен.


5. Образовательные технологии.


Весь курс физики подкреплен электронной базой знаний (Э.Б.З.) которая включает в себя содержание лекций по всем разделам читаемого курса, литературу для проведения практических занятий и лабораторных работ, лекционные демонстрации, вопросы для самостоятельного контроля знаний и ряд других материалов.


^ Лекционные занятия проводятся как в традиционной форме так и в форме лекций-визуализаций с использованием презентаций и видеороликов. Кроме того широко используются лекционные демонстрации.

^ Практические занятия проводятся в традиционной форме.


Самостоятельная работа включает подготовку к текстам и контрольным работам, оформление типовых расчетов и подготовку к защите лабораторных работ, подготовку к зачету и экзамену.


6. ^ Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.


Для текущего контроля успеваемости используются различные виды тестов, контрольные работы, устный опрос.


Аттестация по дисциплине – зачеты и экзамены


Оценка за освоение дисциплины, которая выносится в приложении к диплому, определяется как оценка за второй семестр.


7. Учебно- методическое и информационное обеспечение дисциплины


7.1 Литература:


а) основная


1. Савельев И.В. Курс общей физики, Т. 1.- СПб: Издательство «Лань», 2007 г.

2. Савельев И.В. Курс общей физики, Т. 2.- СПб: Издательство «Лань», 2007 г.

3. Савельев И.В. Курс общей физики», Т. 3.- СПб: Издательство «Лань», 2007 г.

4. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. – М.: Издательство Высшая школа, 2000 г.

5. Ермаков Б.В., Коваль О.И., Корецкая И.В., Кубарев В.Ф. Механика и молекулярная физика. Сборник задач. – М.: Издательство МЭИ, 2006 г.

6. Электричество. Сборник задач // Под редакцией Авиловой И.В. М.: Издательство МЭИ, 1992 г.

7. Ермаков Б.В., Коваль О.И., Гуреев А.Н., Зелепукина Е.В. Механика и молекулярная

физика. Лабораторный практикум. – М.: Издательство МЭИ, 2003 г.

8. Физика. Электродинамика. Колебательные и волновые процессы. Лабораторный

практикум // Под редакцией Зелепукиной Е.В. М.: Издательство МЭИ, 2005 г.

9. Ермаков Б.В., Бамбуркина И.А., Близнюк В.В., Янина Г.М. Волновая оптика и атомная физика. Лабораторный практикум. – М.: Издательский дом МЭИ, 2008 г.

10. Новодворская Е.М., Дмитриев Э.М. Сборник задач по физике с решениями для ВТУЗов. М.: Издательство «Высшая школа», 2003 г.


б) дополнительная


  1. Иродов И.Е. Механика. Основные законы. М.: Издательство «Лаборатория базовых знаний», 2001 г.

  2. Иродов И.Е. Электромагнетизм. Основные законы. М.: Издательство «Лаборатория базовых знаний», 2001 г.

  3. Иродов И.Е. Волновые процессы. Основные законы. М.: Издательство «Лаборатория базовых знаний», 2001 г.

  4. Иродов И.Е. Квантовая физика, основные законы. – М.: Издательство «Лаборатория базовых знаний», 2001 г.

  5. Иродов И.Е. Физика макросистем. Основные законы. М.: Издательство «Лаборатория базовых знаний», 2001 г.


7.2. Электронные образовательные ресурсы


лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

www.auditoriya.info/index/students_fizika/id.488 - Электронный учебно-методический комплекс по физике для студентов МЭИ.


8. ^ Материально-техническое обеспечение дисциплины

Для обеспечения учебного процесса имеются две лекционные аудитории, снабженные мультимедийными средствами для представления презентаций лекций и показа учебных фильмов, а также демонстрационный кабинет.

Для проведения лабораторных работ имеются лаборатории механики и молекулярной физики, электричества и магнетизма, оптики и атомной физики.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 140400 Электроэнергетика и электротехника.


ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

ст. преподаватель Ермаков Б.В.


"СОГЛАСОВАНО":

Директор ИЭЭ

к.т.н. Кузнецов О.Н.


"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой физики им. В.А.Фабриканта

к.т.н., профессор Евтихиева О.А.



Скачать 195,49 Kb.
Дата конвертации13.05.2013
Размер195,49 Kb.
ТипРабочая программа
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rud.exdat.com


База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2012
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Документы