010300_b2.b.6_fizika - Саратовский государственный

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского
Факультет компьютерных наук и информационных технологий
УТВЕРЖДАЮ
___________________________
"__" __________________20__ г.
Рабочая программа дисциплины
ФИЗИКА
Направление подготовки
010300 Фундаментальная информатика и информационные технологии
Профиль подготовки
Информатика и компьютерные науки
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр
Форма обучения
очная
Саратов,
2011 год
1. Цели освоения дисциплины
Цель освоения дисциплины (модуля) «Физика» состоит прежде всего в
формировании у обучаемого представления о физической теории как
обобщения наблюдений и эксперимента физических явлений и их
количественным описанием в математической форме. Знакомство студентов с
основными физическими явлениями и процессами, методами их наблюдения и
количественного описания и измерения, способствует формированию
естественнонаучного мировоззрения на основе фундаментальных знаний
окружающего мира.
2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
Данная учебная дисциплина входит в раздел «Математический и
естественнонаучный цикл. Базовая часть» ФГОС-3.
Для изучения дисциплины необходимы компетенции, сформированные у
обучающихся в результате изучения школьного курса физики.
Сформированные в процессе изучения дисциплины «Физика»
компетенции, необходимы студенту при изучении таких дисциплин как
«Физические основы построения ЭВМ».
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения
дисциплины «Физика»
Данная
дисциплина
способствует
формированию
следующих
компетенций:
 способность использовать основные законы естественнонаучных
дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы
математического анализа и моделирования, теоретического и
экспериментального исследования (ОК-10);
 понимание концепций и основных законов естествознания, в
частности, физики (ПК-16).
В результате освоения дисциплины обучающийся должен.
Знать: физические основы механики, природу колебаний и волн; основы
молекулярной физики и термодинамики, электричества и магнетизма, оптики,
атомной и ядерной физики; физические основы ЭВМ. Основные операции
математического анализа (интегрирование и дифференцирование, разложение
функций нескольких переменных в ряды).
Уметь: составить уравнения математического описания физического
процесса (математическую модель не противоречащую физическим законам).
Правильно задать граничные и начальные условия:
Владеть: методами решения дифференциальных и интегральных
уравнений, приемами использования ЗВМ для решения задач и обработки
результатов .Адекватно оценивать полученные результаты экспериментальных
наблюдений и теоретических расчётов.
4. Структура и содержание дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет 6 зачетных единиц, 216
часов.
№
п/п
1.
Раздел дисциплины
Кинематика точки и
твёрдого тела
Семест
р
1
2.
3.
Законы динамики и законы
сохранения.
1
Гравитационное поле.
Движение в
неинерциальных системах.
1
Элементы специальной
теории относительности
2
5
2
1
7
2
8
Теория идеального газа.
10.
11.
3
9
1
Явления переноса в газах.
Газ в поле внешних сил.
4
Отчёт по
лабораторной
работе
2
4
Отчёт по
лабораторной
работе
2
4
Контрольная работа
№1
2
4
Отчёт по
лабораторной
работе
4
Отчёт по
лабораторной
работе
4
Отчёт по
лабораторной
работе
2
2
2
2
10
11
2
2
6
8.
9.
2
4
6.
7.
1
2
4.
5.
Виды учебной работы,
Формы
включая
текущесамостоятельную работу го контроля
Неде- студентов и трудоёмкость успеваемоля
(в часах)
сти
семес- Лекции Лабо- Само- (по неделям)
тра
Формы
ратор- стоят.
аттеста-ции
ные
рабо(по семестработа.
рам)
ты
2
2
2
2
12.
13.
1
Первое и второе начала
термодинамики. Энтропия
14.
15.
17.
13
1
Электрические заряды и
электрическое поле.
16.
Электрическое поле в
веществе
19.
Промежуточная аттестация
20.
Постоянные электрический
ток.
2
2
23.
24.
2
25.
26.
27.
2
18
1
2
3
2
2
2
Контрольная рабо-та
№2
2
2
Отчёт по
лабораторной
работе
2
Отчёт по
лабораторной
работе
4
Контрольная работа
№3
2
2
5
2
7
8
2
2
4
Отчёт по
лабораторной
работе
2
4
Контрольная рабо-та
№3
2
2
6
Электромагнитные
колебания и волны
Отчёт по
лабораторной
работе
2
4
Электромагнитная
индукция Переменный ток.
3
2
2
Магнитное поле. Основные
законы.
2
Зачёт
21.
22.
2
16
17
1
2
14
15
1
18.
12
2
2
2
2
4
Отчёт по
лабораторной
работе
2
Отчёт по
лабораторной
2
2
работе
28.
Распространение света.
Интерференция.
Дифракция
2
29.
30.
Взаимодействие света с
веществом. Лазеры.
2
Физические основы
базовых элементов ЭВМ
2
2
13
Перспективные
технологии. Элементы
молекулярной и квантовой электроники.
4
15
4
Контрольная рабо-та
№4
4
Отчёт по
лабораторной
работе
4
Отчёт по
лабораторной
работе
4
Отчёт по
лабораторной
работе.
2
2
2
14
35.
36.
11
2
2
12
33.
34.
2
10
31.
32.
9
2
2
2
16
2
2
Промежуточная аттестация
Итого
Экзамен
34
68
69
СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ «ФИЗИКА»
МЕХАНИКА
Раздел 1. Введение.
Математический аппарат физики. Векторы и операции с ними.
Раздел 2. Кинематика материальной точки и твёрдого тела.
Материальная точка. Системы отсчета. Параметры движения.. Классификация
движения по ускорению. Кинематика прямолинейного и вращательного
движений точки. Кинематика колебательного и волнового движений.
Движение твёрдого тела. Степени свободы. Поступательное и вращательное
движение твёрдого тела. Теорема Эйлера о произвольном движение твёрдого
тела.
Раздел 3. Законы динамики.
Основная задача динамики. Первый закон Ньютона и его особенности.
Взаимодействие тел. Сила. Масса и импульс тела. Второй закон Ньютонадифференциальное уравнение движения материальной точки. Третий закон
Ньютона и границы его применимости.
Твёрдое тело. Момент импульса, момент силы, момент инерции.
Уравнение моментов - дифференциальное уравнение движения твёрдого тела.
Уравнение динамики колебательного и волнового движений (волновое
уравнение).
Раздел 4. Законы сохранения.
Закон сохранения импульса и его особенности. Закон сохранения момента
импульса. Примеры: распад нейтрона, движение планет солнечной системы,
гироскоп.
Работа сил. Потенциальная и кинетическая энергия. Работа и энергия вращения
Закон сохранения механической энергии.
Раздел 5. Гравитационное поле.
Закон всемирного тяготения. Гравитационное поле. Гравитационная энергия.
Гравитационный радиус. «Чёрные дыры» Движение в поле тяготения Земли.
Космические скорости.
Раздел 6. Движение в неинерциальных системах отсчёта.
Силы инерции в общем случае. Поступательные и центробежные силы
инерции. Сила Кориолиса. Проявления сил инерции в движениях на Земле.
Раздел 7. Элементы теории относительности.
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА.
Раздел 1. Введение.
Предмет и методы молекулярной физики и термодинамики. Развитие
представлений о строении вещества. Молекулярно-тепловое движение.
Межмолекулярные силы. Равновесное состояние термодинамической системы.
Температура.
Раздел 2. Теория идеального газа.
Давление и средняя энергия молекул газа. Основное уравнение молекулярнокинетической теории идеального газа. Изопроцессы. Явления переноса в газах:
диффузия, внутреннее трение, теплопроводность. Газ в поле внешних сил.
Барометрическая формула.
Раздел 3. Первое начало термодинамики.
Внутренняя энергия и работа термодинамической системы. Теплообмен.
Математическая формула первого начала и его физический смысл. Следствия.
Раздел 4. Второе начало термодинамики.
Обратимые и необратимые процессы, равновесные и неравновесные,
циклические процессы. Понятие об энтропии. Второе начало термодинамики.
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ.
Введение. Развитие представлений об электричестве и магнетизме.
Раздел 1. Электрические заряды и электрическое поле.
Классический и квантовый подход к описанию электромагнитных явлений.
Заряд и его фундаментальные свойства- сохранения и квантование заряда.
Закон Кулона. Принцип суперпозиции электростатических полей
Электрическое поле и его свойства Напряженность. Поток вектора
напряженности
Теорема Остроградского-Гаусса и примеры ее применения.
Работа сил электрического поля. Разность потенциалов и потенциал. Связь
разности потенциалов с напряженностью.
Раздел 2. Электрическое поле в веществе.
Классификация веществ по энергетическому спектру электронов. Зонная
теория проводимости. Проводники в электростатическом поле. Условия
равновесия зарядов на проводнике. Электроемкость. Конденсаторы.
Диэлектрики в электростатическом поле. Поляризация молекул. Коэффициент
поляризуемости и диэлектрическая проницаемость вещества.
Полупроводники. Собственная и примесная проводимость.
Раздел 3. Постоянный электрический ток.
Основные параметры тока и элементов электрических цепей. Законы Ома,
Джоуля - Ленца. Сверхпроводимость.
Электрический ток в электролитах и газах. Закон электролиза Фарадея.
Контактные явления в металлах и полупроводниках, p–n переход. Диод
Раздел 4. Магнитное поле.
Свойства магнитного поля. Вектор магнитной индукции. Закон Ампера. Сила
Лоренца. Закон Био- Савара –Лапласа.
Магнитное поле в веществе. Магнитный момент атома.
Магнитная
проницаемость вещества.
Современное объяснение диа-, пара- и
ферромагнетизма.
Раздел 5. Электромагнитная индукция.
Закон электромагнитной индукции Фарадея и его значение.
Само- и взаимоиндукция.Энергия магнитного поля.
Раздел 6. Переменный ток.
Особенности переменного синусоидального тока. Закон Ома для переменного
тока в общем случае.
Раздел 7. Электромагнитные колебания и волны.
Колебательный контур. Вихревое электрическое поле. Ток смещения.
Основные положения теории Максвелла. Электромагнитные волны и их
свойства.
ОПТИКА.
Введение. Развитие взглядов на природу света Современные представления.
Раздел 1. Распространение света.
Интерференция света. Условия максимума и минимума. Применение
интерференции.
Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракционная решетка.
Принцип голографии. Голографическая запись информации.
Раздел 2. Взаймодействие света с веществом.
Поляризация света. Поляризаторы. Вращение плоскости поляризации.
Дисперсия света. Основы квантовой теории дисперсии.
Фотоэффект. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.
АТОМ И АТОМНОЕ ЯДРО.
Раздел 1. Модель атома Резерфорда. Постулаты Бора. Спектры излучения и
поглощения.
Основы спектрального анализа. Вынужденное излучение. Лазеры и их
применение.
Раздел 2.Строение ядра. Состав и современные модели ядра. Ядерные силы.
Энергия связи. Радиоактивность. Законы радиоактивного распада.
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ЭВМ.
Раздел 1. Физические основы построения базовых элементов ЭВМ.
Полупроводниковые материалы.. P-n переход и его свойства. Гетеропереходы.
Диоды, Диод Ганна, ЛПД. Транзисторы (МОП-, МПД-транзисторы, приборы с
зарядовой связью). Элементы оптоэлектроники. Элементы интегральных
микросхем: полупроводниковые пластины, эпитаксиальные структуры,
полупроводниковые сверхрешетки, квантовые нити, квантовые точки,
углеродные и полупроводниковые нанотрубки. Литография.
Перспективы и направления развития технологии производства элементной
базы ЭВМ.
Элементы молекулярной электроники. Молекулы-проводники и молекулыизоляторы. Молекулярные диоды, транзисторы и элементы памяти.
Молекулярные интегральные микросхемы.
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ФИЗИКЕ.
К каждому разделу физики, по семестрам, студенту даётся график
выполнения лабораторных работ. Так по механике и молекулярной физике в
третьем семестре необходимо выполнить 6 работ. По электромагнетизму и
оптике 5 работ в 4 семестре
Наименование и конкретное задание по работам даёт преподаватель из
методического пособия «Физический практикум» соответствующего раздела. В
пособии к каждой работе имеется краткая теория, алгоритм выполнения
эксперимента, формы отчётности и методы
расчёта допускаемых
погрешностей. По каждой работе студент обязан отчитаться дважды: первый,
предварительный, по теории выполняемой работы, второй - по теории и
эксперименту.
Результаты всех отчётов фиксируются в специальной ведомости, на
основании
которой выставляется официальный зачёт по лабораторным
работам (если таковой предусмотрен учебным планом) или даётся допуск к
сдаче теоретической части курса.
5. Образовательные технологии
В учебном процессе при реализации компетентностного подхода
используются активные и интерактивные формы проведения занятий:
 чтение лекционного курса с использованием, лекционныхдемонстраций;
 на лабораторных занятиях эвристические технологии генерирования
идей, «мозговой штурм»;
 тренинг – активное овладение и развитие знаний, умений и навыков.
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы
студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости,
промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
а) основная литература:
1. Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 1, 2, 3. Изд.,Лань 2007..
2. Иродов И.Е. Физика макросистем. Изд., Бином, 2006.
3. Матвеев А.Н. Атомная физика. Изд. Мир и образование., 2007.
4. Мартинес-Дуарт Д.М., Нанотехнология для микро- и оптоэлектроники ,
М., Техносфера, 2007.
5. Лозовский В.Н. и др. Нанотехнология в электронике. Изд. «Лань», 2008.
6. Физический практикум. Изд.,СГУ. Механика. Молекулярная физика.
Электричество и магнетизм. Оптика.
б) дополнительная литература:
1. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т. 1,2,3,4. М., 1974-1980.
2. Стратонович Р.Л, Поляков М.С.. Элементы молекулярной физики,
термодинамики и статистической физики. Изд. МГУ,1981.
3. Ф. Рейф. Статистическая физика. ВКФ. Изд. «Наука», М.,1977.
4. Н.Ашкрофт, Н.Мермин, физика твёрдего тела. Перевод с анг., Изд.
«Мир», М., 1979 .
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом
рекомендаций и Примерной ООП ВПО по направлению и профилю подготовки
«Информатика и компьютерные науки».
Автор
доцент
___________
В. В. Машников
Программа одобрена на заседании кафедры прикладной физики от «___»
_______ 2011 года, протокол № ____.
Заведующий кафедрой
прикладной физики,
профессор
___________
А. С. Шаповалов
Декан физического факультета
профессор
___________
В. М. Аникин
Декан факультета КНиИТ,
доцент
___________
А. Г. Федорова