Шепель И.О. - Южный федеральный университет

ОТЧЕТ
о работе кафедры физики за 2012/13 уч. год
1. УЧЕБНАЯ РАБОТА
Общий объем учебных часов  10944 (без учета рейтингов), 17,5 ставки.
Работало: 26 преподавателей, в том числе 2 преподавателя на 0,75 ставки;
7 преподавателей на 0,5 ставки; 7 преподавателей на 0,25 ставки.
На дневном отделении читались следующие спецкурсы:
1. Физические основы микроэлектроники (проф. Захаров А.Г.);
2. Физические основы измерений (доц. Голосов С.П.);
3. Физические основы измерений (проф. Сапогин В.Г.);
4. Физика сплошных сред (доц. Доценко И.Б.);
5. Квантовая механика (проф. Колпачев А.Б.);
6. Техническая физика (проф. Куповых Г.В.);
7. Гидравлика (проф. Куповых Г.В.);
8. Гидроаэродинамика (доц. Тимошенко Д.В.);
9. Концепции современного естествознания (доц. Богданов С.А.);
10. Физика моря (доц. Черепанцев А.С.).
На заочном отделении читались следующие спецкурсы:
1. «Термодинамика и теплопередача» (доц. Арзуманян Г.В.);
2. Физические основы электроники (проф. Захаров А.Г.);
3. Концепции современного естествознания (доц. Колпачева О.В.).
2. МЕТОДИЧЕСКАЯ РАБОТА
2.1. На кафедре постоянно действует методический семинар. В отчетном
учебном году было заслушано 12 докладов. Тематика докладов была
разнообразной и охватывала общую методику преподавания, частную методику
преподавания отдельных вопросов курса физики, методику проведения
дистанционного образования, а также методику постановки и проведения новых
лабораторных работ и лекционных демонстраций.
План работы методического семинара кафедры на 2012/13 год был
следующим:
1. Сентябрь 2012 г.
1. Практикум по дисциплине «Физика» (2 семестра) на РТФ.
Докл. М.И. Сластен, Н.С. Чилингарова
2. Октябрь 2012 г.
1. Практикум по дисциплине «Физика» (4 семестра) на РТФ.
Докл. Е.Н. Погорелов.
2
3. Ноябрь 2012 г.
1. Анализ качественного состава студентов первого курса по результатам
вступительных испытаний и входной контрольной работы по физике.
Докл. В.А. Фатеева
4. Декабрь 2012 г.
1. Методика проведения итогового тест-контроля в сессию на I-II курсах по
дисциплинам «Физика».
Докл. А.Б. Колпачев, И.И. Красюк.
2. План издания учебно-методической литературы по кафедре физики на 2012
г.
Докл. В.Г. Сапогин, В.А. Фатеева.
5. Январь 2013 г.
1. Практикум по дисциплине «Физика» в лаборатории Д-407.
Докл. Е.Е.Нестюрина, Н.Н. Филипьева
6. Февраль 2013 г.
1. Дистанционное образование и опыт внедрения учебно-методических
презентационных материалов в цифровой кампус ЮФУ по дисциплинам
«Физика» и «КСЕ».
Докл. И.Б.Доценко, И.И.Красюк, В.С. Клопченко.
2. Методика проведения промежуточного тест-контроля в 2 семестре на I курсе
по дисциплинам «КСЕ».
Докл. В.С. Клопченко, О.В. Колпачева.
7. Март 2013 г.
1. Информационный сайт кафедры и опыт модернизации личных страничек
преподавателей в сети ТТИ ЮФУ.
Докл. А.С. Болдырев.
2. Методика проведения промежуточного тест-контроля во 2 семестре на I
курсе по дисциплинам «Физика».
Докл. А.Б. Колпачев, И.И. Красюк.
8. Апрель 2013 г.
1. Практикум по дисциплине «Физика» в лаборатории Д-411.
Докл. Ю.Б. Какурин, Ю.А. Минаев.
9. Май 2013 г.
3
1. Методика проведения итогового тест-контроля в период сессии на I-II
курсах по дисциплинам «Физика» и «КСЕ».
Докл. А.Б. Колпачев, В.С. Клопченко, И.И. Красюк.
10. Июнь 2013 г.
1. Заключительный методический семинар по итогам 2012-2013 г.г.
Докл. В.Г. Сапогин.
На семинаре обсуждались и уточнялись критерии кафедральной системы
оценки знаний студентов, работающих по новому графику выполнения
лабораторных работ и практических занятий на первом и втором курсах.
Большой, обстоятельный доклад был сделан доц. Фатеевой по анализам среза
успеваемости студентов, начиная с вступительных экзаменов и до окончания
второго курса обучения. Ряд замечаний и выводов из представленного анализа
могут представлять интерес для руководства университета.
Большая работа была проделана лекторами кафедры физики по
составлению новых модульных программ по дисциплине «Физика».
Преподавание физики для различных специальностей ориентируется на то число
часов, которые были выделены спецкафедрами для бакалавоиата. На разных
факультетах они оказались различными. Доцентом Погореловым Е.Н. и
Красюком И.И. была разработана рабочая программа для двухсеместрового курса
лекций для специальностей бакалавриата на радиофаке. Она обсуждалась
кафедрой, была утверждена:
Лекционные занятия на радиотехническом факультете
Темы лекций
1 семестр
1.
Кинематика. Основные понятия и определения. Закон движения
материальной
скорости,
точки, уравнение траектории. Средняя и мгновенная
среднее
и
мгновенное
ускорения.
Связь
между
кинематическими величинами. Криволинейное движение материальной
точки
на
плоскости.
Ускорение
при
криволинейном
движении.
Тангенциальное и нормальное ускорения. Неравномерное движение по
окружности. Угловая скорость и угловое ускорение. Связь между
линейными и угловыми величинами. Преобразование скорости при
переходе в другую систему отсчёта: закон сложения скоростей.
Инерциальные системы отсчёта. Преобразование Галилея. Принцип
относительности Галилея.
2.
Законы Ньютона. Силы, рассматриваемые в механике. Упругая
4
и квазиупругая силы. Сухое и вязкое трение. Гравитационные силы.
Закон
всемирного
тяготения.
Движение
заряженной
частицы
в
электрическом и магнитном полях. Импульс материальной точки.
Импульс механической системы. Уравнение поступательного движения
системы. Закон сохранения импульса. Закон сохранения проекции
импульса на координатную ось. Столкновения.
3.
Работа силы. Мощности средняя и мгновенная. Кинетическая
энергия системы. Теорема о кинетической энергии. Консервативные и
неконсервативные
силы.
Потенциальная
энергия.
Примеры
консервативных сил, вычисление соответствующих потенциальных
энергий. Консервативность суперпозиции консервативных силовых
полей.
Механическая
энергия
системы.
Теорема
об
изменении
механической энергии. Закон сохранения механической энергии. Вторая
космическая скорость. Абсолютно упругое столкновение.
4.
Момент импульса. Момент силы. Уравнение вращательного
движения системы. Вращательное движение
закреплённой осью.
твёрдого
тела с
Момент импульса относительно оси. Момент
инерции. Момент силы относительно оси. Уравнение вращательного
движения твёрдого тела с закреплённой осью. Закон сохранения момента
импульса. Закон сохранения момента импульса относительно оси.
Примеры вычисления моментов инерции твёрдых тел. Теорема
Штейнера. Кинетическая энергия вращающегося тела. Работа при
вращательном движении. Теорема о кинетической энергии. Таблица
соответствия
для
величин,
характеризующих
поступательное
и
вращательное движения.
5.
Релятивистская
Эйнштейна.
механика.
Относительность
Принцип
одновременности.
относительности
Инвариантность
интервала между двумя событиями. Преобразование Лоренца и его
свойства. Следствия преобразования Лоренца: сокращение длин ;
запаздывание движущихся часов; релятивистский закон сложения
скоростей. Масса материальной точки (частицы). Релятивистский
5
импульс (импульс релятивистской частицы). Второй закон Ньютона.
Релятивистская энергия частицы. Связь между энергией и импульсом.
Энергия покоя. Формула Эйнштейна. Эквивалентность массы и энергии.
Кинетическая энергия частицы. Релятивистская масса частицы. Частицы
с нулевой массой.
Статистический и термодинамический методы исследования
6.
макроскопических систем. Основное уравнение МКТ идеального газа.
Уравнение Клапейрона-Менделеева и газовые законы; закон Дальтона.
Физический смысл температуры. Закон равномерного распределения
кинетической энергии молекул по степеням свободы. Средняя энергия
молекулы. Внутренняя энергия тела. Идеальный газ. Внутренняя энергия
идеального газа. Первое начало термодинамики. Применение первого
начала термодинамики
A, U , Q
для
к
процессам в идеальном газе: вычисление
изотермического,
изохорического
и
изобарического
процессов. Адиабатический процесс.
7.
Характер
теплового
движения
молекул.
Изотропия
распределения молекул по скоростям. Функции распределения молекул
по
скоростям

 (vx ), f (v), F (v ) :
определения,
условия
нормировки,
физический смысл. Распределение молекул по компонентам скорости:
вид функций распределения  (vx ) ,  (v y ) ,  (vz ) ; вычисление постоянных.
8.
Распределение молекул по скоростям (по величине скорости)
f M (v) . Графики функции распределения Максвелла для различных
температур. Средняя квадратичная, средняя и наиболее вероятная
скорости молекул. Оценки. Распределение Больцмана.
9.
Макро-
и
микросостояния
макроскопической
системы.
Статистический вес макросостояния и вероятность макросостояния.
Мультипликативность статистического веса. Энтропия и её свойства.
Второе начало термодинамики. Третье начало термодинамики (теорема
Нернста). Энтропия как функция макросостояния. Изменение энтропии в
квазистатических процессах. Энтропия идеального газа. Изменение
энтропии в неравновесных (необратимых) процессах. Неравенство
6
Клаузиуса. Различные формулировки второго начала термодинамики.
Тепловые двигатели. Цикл Карно. Теорема Карно. КПД «необратимых»
тепловых двигателей.
10.
Электрический заряд: дискретный характер изменения заряда
системы; закон сохранения электрического заряда. Электростатическое
поле.
Напряжённость
электростатического
поля.
Закон
Кулона.
Напряжённость поля точечного заряда. Принцип суперпозиции для
электростатического
поля.
Поток
вектора
напряжённости
электростатического поля. Поток вектора напряжённости поля точечного
заряда через замкнутую поверхность. Теорема Гаусса в интегральной и
дифференциальной формах. Физическое содержание теоремы Гаусса.
11.
Применение
теоремы
Гаусса:
расчёт
напряжённостей
высокосимметричных полей (поле плоскости, поле нити, поле шара).
Консервативность произвольного электростатического поля. Условие
консервативности
электростатического
поля
в
интегральной
и
дифференциальной формах. Потенциал. Связь между потенциалом и
напряжённостью
электростатического
поля.
Силовые
линии
и
эквипотенциальные поверхности. Примеры. Потенциал поля точечного
заряда, поля заряженного шара, поля длинной нити.
Принцип
суперпозиции на языке потенциала. Потенциал поля произвольного
распределения
заряда. Уравнение Пуассона. Уравнение
Лапласа.
Граничные условия для потенциала. Физический смысл потенциала.
12.
Свободные и связанные заряды. Полярные и неполярные
молекулы диэлектрика. Электрический момент системы зарядов.



Описание электростатического поля в диэлектрике. Поля E0 , E  , E и
связь между ними. Поляризация диэлектрика, вектор поляризации. Связь
между поверхностной и объемной плотностями связанного заряда и
вектором поляризации. Поток вектора поляризации через замкнутую
поверхность.
Теорема
диэлектрике.
Вектор
Гаусса
для
электрического
электростатического
смещения.
поля
в
Диэлектрическая
восприимчивость и относительная диэлектрическая проницаемость
7
диэлектрика. Физический смысл  . Уравнения электростатического поля
в веществе в интегральной и дифференциальной формах.
13.
Проводники
проводника
и
у
в
его
электростатическом
поверхности.
поле.
Поле
Электроёмкость
внутри
уединённого
проводника в вакууме. Ёмкость проводящего шара. Ёмкость Земли.
Конденсаторы. Ёмкость плоского, цилиндрического и сферического
конденсаторов.
заряженного
Энергия
системы
уединённого
точечных
проводника.
зарядов.
Энергия
Энергия
заряженного
конденсатора. Энергия электрического поля. Объёмная плотность
энергии электрического поля.
14.
Постоянный электрический ток; сила тока, плотность тока и
связь между ними. Уравнение непрерывности. Законы Ома и Джоуля –
Ленца в интегральной и дифференциальной формах. Микроскопическая
картина
протекания
тока
в
проводнике.
Взаимодействие
токов.

Магнитное поле. Вектор B . Закон Био – Савара – Лапласа. Принцип
суперпозиции для магнитного поля. Поля прямого и кругового токов.
15.
Магнитное поле движущегося заряда. Поток вектора индукции
магнитного поля. Вихревой характер магнитного поля. Теорема Гаусса
для магнитного поля в дифференциальной и интегральной формах.

Циркуляция вектора B , теорема о циркуляции. Вычисление индукции
полей соленоида и тороида на основе теоремы о циркуляции.
Интегральная и дифференциальная формы теоремы о циркуляции
вектора
индукции
магнитного
поля
в
вакууме.
Уравнения
магнитостатики в вакууме. Закон Ампера. Взаимодействие двух
прямолинейных токов. Единица силы тока. Сила Лоренца.
16.
Контур с током в однородном магнитном поле. Механический
момент, действующий на контур. Работа, совершаемая при вращении
контура. Потенциальная энергия контура с током (магнитного момента)
в однородном магнитном поле. Потенциальная энергия магнитного
момента в неоднородном магнитном поле. Сила, действующая на
магнитный
момент
в
неоднородном
магнитном
поле.
Работа,
8
совершаемая при перемещении проводника с током в магнитном поле.
17.
Намагничивание вещества. Индукция магнитного поля в
веществе. Гипотеза Ампера. Вектор намагничивания. Циркуляция
вектора намагничивания. Вектор напряженности магнитного поля.
Теорема о циркуляции вектора напряженности (интегральная и
дифференциальная) формы. Уравнения магнитостатики в веществе.
Магнитная
восприимчивость,
магнитная
проницаемость
вещества.
Условия на границе раздела двух магнетиков.
18.
Классификация магнетиков. Магнитомеханические явления.
Магнитные моменты атомов и молекул. Гиромагнитное отношение.
Опыт Эйнштейна – де Гааза. Опыт Барнетта. Опыты Штерна и Герлаха.
Квантование
магнитного
(относительной)
момента.
магнитной
Диамагнетики.
Парамагнетики.
восприимчивости
Диамагнетизм
плазмы.
Зависимость
от
температуры.
Ферромагнетизм.
Домены.
Основная кривая намагничивания. Эффект Баркгаузена. Магнитный
гистерезис. Коэрцитивная сила. Температура Кюри.
1.
2 семестр
Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея. Правило
Ленца. Явление электромагнитной индукции в вакууме. Вихревое
электрическое поле. Примеры. Явление самоиндукции. Индуктивность.
Индуктивность соленоида. Энергия магнитного поля. Плотность энергии
магнитного поля.
2.
Условность
электрическое
возбуждении
и
разделения
магнитное.
магнитного
поля
электромагнитного
Примеры.
Гипотеза
переменным
поля
на
Максвелла
о
электрическим.
Ток
смещения. Закон сохранения электрического заряда в интегральной и
дифференциальной формах. Ток поляризации. Система уравнений
Максвелла
как
обобщение
законов
физики,
установленных
экспериментальным путем. Интегральная и дифференциальная формы
уравнений. Материальные уравнения для изотропных сред.
3.
Классификация
колебаний.
Свободные
незатухающие
9
колебания. Пружинный, математический и физический маятники;
идеальный
колебательный
осциллятора.
Гармонические
контур.
Уравнение
колебания.
Энергия
гармонического
гармонических
колебаний. Затухающие механические и электрические колебания.
Уравнение затухающих колебаний и его решение.
4.
Коэффициент
декремент
затухания.
затухания,
декремент
Добротность
и
логарифмический
колебательной
системы.
Апериодическое установление равновесного состояния в колебательной
системе
с
большим
трением.
Вынужденные
колебания.
Режим
установления колебаний и режим установившихся вынужденных
колебаний. Амплитудные резонансные кривые; фазовые кривые.
5.
Сложение колебаний, направленных вдоль одной прямой.
Метод векторных диаграмм, пример его применения. Колебания в
системе
связанных
маятников.
Биения.
Сложение
взаимно
перпендикулярных колебаний. Фигуры Лиссажу.
6.
Волновые
процессы.
Описание
распространения
волны.
Волновая поверхность. Плоские, сферические, цилиндрические волны.
Фазовая скорость волны, частота, длина волны, волновое число и
волновой вектор. Соотношения между этими величинами. Амплитуда
волны. Стоячие волны. Электромагнитные волны. Вывод волнового
уравнения из системы уравнений Максвелла для электромагнитного поля
в изотропном диэлектрике. Решение волнового уравнения. Фазовая
скорость волны.
7.
Энергия электромагнитного поля. Закон сохранения энергии для
электромагнитного поля. Вектор Пойнтинга. Закон сохранения энергии
в дифференциальной и интегральной формах. Вектор Пойнтинга для
плоской электромагнитной волны. Световые волны (длины, частоты,
периоды). Усредненные энергетические характеристики излучения
(плотность энергии, поток, освещенность, интенсивность и т.д.) и связь
между ними.
8.
Наложение световых волн. Интерференция. Интерференция
монохроматических
волн.
10
Когерентность
волн
и
когерентность
источников. Условие максимума и условие минимума. Оптическая длина
пути и оптическая разность хода. Время когерентности, длина
когерентности, временная когерентность. Реализация когерентных
источников: щели Юнга, бипризма Френеля, зеркало Френеля, зеркало
Ллойда.
9.
Интерференция двух монохроматических волн от щелевых
источников.
Распределение
освещенности
экрана.
Ширина
интерференционной полосы. Интерференционная картина в реальных
опытах с не лазерными источниками. Интерференция света при
отражении от тонких пластин. Полосы равного наклона. Интерференция
на тонком клине. Полосы равной толщины. Кольца Ньютона.
10.
Дифракция и геометрическая оптика. Принцип Гюйгенса –
Френеля. Интеграл Кирхгофа. Зоны Френеля. Расчет дифракционной
картины с помощью векторной диаграммы. Дифракция от круглого
отверстия.
Распределение
освещенности
экрана.
Прямолинейное
распространение света в однородной среде (объяснение на основе
волновой теории). Дифракция от круглого диска. Пятно Пуассона.
11.
Дифракция Фраунгофера от щели. Дифракционная решетка.
Векторная диаграмма для решетки. Условие главного максимума.
Условие минимума. Дифракционная решетка как спектральный прибор.
12.
Поляризация света. Естественный и поляризованный свет.
Линейно поляризованный свет. Плоскость колебаний светового вектора.
Поляризатор. Закон Малюса. Частично поляризованный свет. Степень
поляризации. Эллиптическая и круговая поляризации. Поляризация при
отражении
и
преломлении.
Закон
Брюстера.
Дисперсия
света.
Нормальная и аномальная дисперсии. Фазовая и групповая скорости
волн,
связь
между
ними.
Дисперсионное
уравнение.
Пример.
Элементарная теория дисперсии. Аномальная дисперсия и полосы
поглощения.
13.
Равновесное
тепловое
излучение.
11
Энергетическая светимость тела. Испускательная и поглощательная
способности тела. Абсолютно черное тело, модели. Закон Кирхгофа.
Универсальная
функция
Кирхгофа.
Спектр
теплового
излучения
абсолютно черного тела. Закон смещения Вина. Закон Стефана –
Больцмана.
14.
Формула Рэлея – Джинса. Ультрафиолетовая катастрофа.
Формула Планка (вывод).
15.
Корпускулярные
свойства
электромагнитного
излучения.
Корпускулярно – волновой дуализм электромагнитного излучения.
Коротковолновая
граница
тормозного
рентгеновского
спектра.
Фотоэффект. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Опыт Боте.
Фотоны. Энергия, импульс и масса фотона. Эффект Комптона.
16.
Волновые свойства вещества. Принцип неопределенности
Гейзенберга. Гипотеза де – Бройля. Волны де – Бройля. Фазовая и
групповая скорости
волн де – Бройля для нерелятивистских частиц.
Опыты по дифракции электронов. Волновые свойства вещества.
Прохождение частицы через щель. Связь между неопределенностями
координаты и импульса. Принцип неопределенности Гейзенберга:
а)
функция Гамильтона, уравнения Гамильтона, канонически сопряженные
переменные, примеры; б) соотношение неопределенности и оценки на
его основе: минимальная энергия микрочастицы в потенциальной яме,
радиус атома водорода в основном состоянии.
17.
Элементы квантовой механики. Уравнение Шредингера. Пси –
функция:
определение,
физический
смысл,
условие
нормировки,
стандартные условия. Собственные значения физической величины и
соответствующие собственные функции. Спектр физической величины.
Принцип суперпозиции состояний. Частица в бесконечно глубокой
одномерной прямоугольной потенциальной яме: энергетический спектр
и волновые функции.
18.
Атом водорода: 1) боровская теория; 2) квантовая теория.
Трехсеместровый курс лекций для бакалавров был
профессором Колпачёвым А.Б. для факультетов ФИБ и ФЭП.
подготовлен
12
I СЕМЕСТР
1. 1. Кинематика. Скорость, ускорение в криволинейном движении. Угловая
скорость, угловое ускорение. Связь линейных и угловых величин при
вращательном движении. Кинематическое уравнение движения.
2. Динамика материальной точки и поступательного движения твердого тела.
Законы Ньютона. Силы упругости, трения, гравитации. Сила, действующая на
заряд в электромагнитном поле. Движение материальной точки в однородном
силовом поле. Закон сохранения импульса и его векторный характер. Примеры
решения типовых задач по динамике.
3. Работа силы и ее выражение через криволинейный интеграл. Кинетическая
энергия и ее связь с работой силы. Мощность. Потенциальная энергия и ее связь
с силой. Понятие о градиенте скалярной функции. Электрический скалярный
потенциал. Работа по перемещению заряда в электростатическом поле.
4.
Закон сохранения механической энергии. Условия его выполнения.
Потенциальные кривые. Финитное и инфинитное движения. Виды равновесия.
2. 1. Динамика вращательного движения. Моменты силы, инерции, импульса.
Уравнение динамики вращательного движения твердого тела.
2. Закон сохранения момента импульса и условия его выполнения. Работа и
кинетическая энергия при вращательном движении. Примеры вычисления
моментов инерции симметричных тел. Теорема Штейнера. Примеры решения
типовых задач на динамику вращательного движения. Понятие о прецессии.
3. Элементы СТО. Преобразования Галилея. Принцип относительности
Галилея. Опыт Майкельсона. Постулаты СТО. Преобразования Лоренца.
Следствия из преобразований Лоренца. Относительность одновременности.
4. Релятивистский закон сложения скоростей. Релятивистский импульс.
Зависимость массы от скорости. Взаимосвязь массы и энергии. Релятивистская
кинетическая энергия. Соотношение между полной энергией и импульсом.
Эквивалентность гравитационной и инертной масс. Границы применимости
классической механики.
3. 1. Статистический и термодинамический методы исследования. Обратимые и
необратимые процессы. Анализ уравнения молекулярно-кинетической теории
идеальных газов для давления и уравнение Менделеева - Клапейрона. Средняя
кинетическая энергия молекулы. Температура. Закон равномерного
распределения энергии молекул по степеням свободы.
2. Статистические законы распределения. Закон Максвелла для распределения
молекул идеального газа по скоростям и энергиям теплового движения.
Следствия из ■закона распределения. 1
3. Газы в силовом поле. Принцип детального равнрвесия. Барометрическая
формула. Закон Больцмана для распределения частиц во внешнем
потенциальном поле. Работа газа при изменении его объема. Количество
теплоты. Внутренняя энергия. Первое начало термодинамики. Его применение к
изопроцессам.
4.
Теплоемкость системы. Классическая молекулярно-кинетическая теория
теплоемкости и ее ограниченность. Адиабатический процесс. Уравнение
Пуассона. Работа при изотермическом и адиабатическом процессах. Тепловые
двигатели. КПД двигателя. Цикл Карно. Второе начало термодинамики. Теорема
Карно.
5. Энтропия. Свойства энтропии. Цикл Карно на диаграмме S-T. Энтропия
идеального газа. Энтропия по Больцману. Статистическое толкование второго
начала термодинамики.
13
II СЕМЕСТР
заряд
и
его свойства. Электростатическое поле.
4
Напряженность и потенциал поля. Принцип суперпозиции электрических полей.
Поток вектора напряженности электрического поля. Теорема Остроградского Гаусса для поля в вакууме. Сложение потоков. Применение теоремы Гаусса к
расчету полей простейших симметрии: плоских, сферических, цилиндрических.
Теорема Гаусса в дифференциальной форме.
2. Работа по перемещению заряда в электростатическом поле. Потенциал. Связь
потенциала с напряженностью. Расчет потенциала полей простейших симметрии:
плоских, сферических, цилиндрических. Теорема о циркуляции вектора
напряженности электрического поля. Уравнение Пуассона.
3. Электрическое поле в веществе. Свободные и связанные заряды. Диполь и
его поле. Поведение диполя во внешнем поле. Поляризация диэлектриков и ее
виды. Теорема Гаусса для напряженности электрического поля в диэлектрике и
проблема его описания.
4. Вектор поляризации. Вектор электрического смещения, как вспомогательная
характеристика при описании поля в диэлектрике. Материальное уравнение.
Диэлектрическая восприимчивость и проницаемость. Поведение электрического
поля вблизи границы раздела двух диэлектриков. Граничные условия.
5. Проводники в электрическом поле. Поле заряженного проводника.
Электроемкость. Конденсаторы. Электроемкость плоского, сферического и
цилиндрического конденсаторов. Энергия системы точечных зарядов. Энергия
заряженного уединенного проводника. Энергия электрического поля. Объемная
плотность энергии электрического поля.
6.
Постоянный электрический ток, плотность тока. Условия существования
постоянного тока. Уравнение непрерывности. Электродвижущая сила. Работа
сторонних сил по замкнутому контуру. Законы Ома и Джоуля - Ленца в
интегральной и дифференциальной формах. Природа электрического тока в
металлах. Классическая электронная теория электропроводности. Вывод законов
Ома и Джоуля - Ленца из электронных представлений. Затруднения классической
теории электропроводности металлов.
5. 1. Магнитное поле и его природа. Относительный (релятивистский) характер
магнитного поля. Магнитное поля движущегося заряда. Поле элемента
проводника с током. Закон Био - Савара - Лапласа. Принцип суперпозиции для
индукции магнитного поля. Применение закона Био - Савара - Лапласа для
расчета полей прямого и кругового токов.
2. Силовое действие магнитного поля. Сила, действующая на заряд,
движущийся в магнитном поле. Сила Лоренца. Сила, действующая на проводник
с током в магнитном поле. Закон Ампера. Взаимодействие параллельных
проводников с током. Единица тока. Сравнение сил Кулоновского и магнитного
взаимодействия двух движущихся точечных зарядов.
3. Контур с током в магнитном поле. Момент сил, действующий на контур с
током. Магнитный момент контура с током. Потенциальная энергия контура с
током. Контур с током в неоднородном магнитном поле. Работа перемещения
проводника и контура с током в магнитном поле. Магнитный поток. Теорема
Гаусса для индукции магнитного поля в интегральной и дифференциальной
формах. Отсутствие магнитных зарядов. Теорема о циркуляции вектора
индукции магнитного поля в интегральной и дифференциальной формах.
Применение теоремы о циркуляции к расчету магнитных полей тороида и
соленоида.
4. Теорема Гаусса и теорема о циркуляции вектора напряженности магнитного
поля в интегральной и дифференциальной формах. Закон полного тока.
Преломление векторов в и н на границе двух магнетиков. Основные уравнения
магнитостатики в интегральной и дифференциальной формах.
1. Электрический
14
Магнитное поле в веществе. Проблема описания магнитного поля в
веществе. Гипотеза Ампера. Круговые молекулярные токи. Вектор
намагничивания. Связь вектора намагничивания с плотностью
молекулярных токов. Напряженность магнитного поля. Связь между
индукцией и напряженностью. Материальное уравнение. Магнитная
восприимчивость и магнитная проницаемость.
6. Магнитомеханические
явления.
Гиромагнитное
отношение.
Собственные и индуцированные магнитные моменты атомов. Магнетики и
их классификация. Парамагнетики и диамагнетики и их основные свойства.
Ферромагнетики и их характерные признаки. Основная кривая
намагничивания. Магнитный гистерезис. Магнитная проницаемость
ферромагнетика и ее зависимость от напряженности поля. Домены.
Процесс намагничивания ферромагнетика. Зависимость магнитной
восприимчивости
от
температуры.
Закон
Кюри
Вейса.
Антиферромагнетизм.
6. 1. Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея для ЭДС
индукции. Вихревое электрическое поле. Бетатрон. Явление самоиндукции.
Индуктивность. Индуктивность соленоида. Энергия магнитного поля.
Плотность энергии магнитного поля.
2.
Уравнения
Максвелла.
Ток
смещения.
Система
уравнений Максвелла как обобщение экспериментальных законов Кулона,
Био - Савара - Лапласа, Фарадея. Уравнения Максвелла в интегральной и
дифференциальной форме. Материальные уравнения.
3.
Колебания. Свободные колебания. Гармонические колебания. Энергия
гармонических колебаний. Дифференциальное уравнение гармонических
колебаний. Гармонический осциллятор. Идеальный колебательный контур.
Физический и математический маятники.
4. Затухающие
механические
и
электрические
колебания.
Дифференциальное уравнение затухающих колебаний и его решение.
Декремент
затухания.
Апериодический
процесс.
Вынужденные
механические и электрические колебания. Явление резонанса. Добротность
колебательной системы. Амплитудные и фазовые резонансные кривые.
5. Сложение колебаний, направленных вдоль одной прямой. Биения.
Сложение взаимно перпендикулярных колебаний. Фигуры Лиссажу.
6. Волновые процессы. Упругие волны. Механизм образования волн.
Продольные и поперечные волны. Плоская монохроматическая волна.
Частота, волновой вектор, фазовая скорость. Волновое уравнение. Стоячие
волны.
Ill СЕМЕСТР
Электромагнитные
волны.
Излучение
и
распространение
7. 1.
электромагнитных волн. Вывод волнового уравнения для плоских
электромагнитных волн в диэлектрике из уравнений Максвелла. Плоская
электромагнитная волна и ее свойства. Волновой пакет. Групповая
скорость, дисперсия. Энергия волны. Закон сохранения энергии
электромагнитного поля. Поток энергии. Вектор Умова - Пойнтинга.
Импульс электромагнитного поля.
5.
И далее - разделы «Волновая оптика», «Квантовая физика»
Ещё одно направление методической деятельности кафедры – реанимация
лекционных демонстраций. В настоящее время лекционные демонстрации делятся
на две категории: экспериментальные лекционные демонстрации и
15
компьютерные.
Компьютерные включают в себя демонстрации,
состоящие из видеороликов, на которые засняты физические эксперименты, а
также чисто компьютерное моделирование физических явлений. За работу
демонстрационного кабинета на кафедре отвечает ассистент Тимошенко Д.В. В
этом году был уточнён список действующих экспериментальных демонстраций, а
сами демонстрации были представлены на заседании кафедры.
Лекционные демонстрации по физике
Физические основы механики
1. Инерция гири
2. Второй закон Ньютона (два шара и полоса)
3. Третий закон Ньютона (взаимодействие двух тележек)
4. Гироскопический эффект (диск)
5. Закон сохранения энергии и импульса (горка, соударение шаров)
6. Закон сохранения момента импульса (скамья Жуковского, велосипедное
колесо)
7. Катящаяся цепочка
8. Маятник Максвелла
Колебания и волны
1. Затухающие и незатухающие колебания материальной точки
2. Сложение колебаний
3. Вынужденные колебания, явления резонанса
4. Модель колеблющейся сплошной среды. Волны продольные и поперечные.
Демонстрация бегущей волны.
5. Стоячие волны
Электростатика
1. Электризация трением. Два вида зарядов
2. Взаимодействие одноименных и разноименных зарядов (султаны, гильзы,
электроскопы)
3. Пространственное распределение электрического поля в зависимости от
видов заряженных тел
4. Электростатическая индукция
5. Потенциал заряженного проводника
6. Электрофорная машина
7. Электростатический маятник
8. Раздвижной конденсатор (зависимость емкости от расстояния между
пластинами и наличия диэлектрика)
9. Электростатический звонок Франклина
Электромагнетизм
1. Магнитное поле токов различной конфигурации
16
токов
Взаимодействие параллельных
Контур с током в магнитном поле
Демонстрация явлений электромагнитной индукции. Опыты Фарадея
Токи Фуко (торможение маятника, возникновение вихревых токов в
алюминиевом диске при вращении дугового магнита )
6. Демонстрация точки Кюри
2.
3.
4.
5.
Волновая оптика
1. Демонстрация опыта Юнга
2. Полосы равной толщины и равного наклона. Кольца Ньютона
3. Дифракция на одной щели
4. Демонстрация поляризации света при отражении. Принцип действия
системы поляризатор-анализатор. Двойное лучепреломление в кристалле
исландского шпата
5. Применение поляризации света для исследования напряжений
Квантовая физика
1. Модель абсолютно черного тела
3. НАУЧНАЯ РАБОТА
В 2012-2013 гг. на кафедре физики проводились научные исследования
по пяти направлениям:
- Физика твердого тела и твердотельная электроника ;
- Радиофизика ;
- Акустика;
- Физика атмосферы;
- Методика преподавания физики.
Продолжают обучение в очной докторантуре 1 докторант (Богданов
С.А.) по направлению «Твердотельная электроника, микроэлектроника и
наноэлектроника», а также 3 аспирант по направленю «Математическое
моделирование, численные методы и комплексы программ» (Новикова
О.В., Пестов Д.В., Болдырева К.А. науч. рук. проф. Куповых Г.В.). По
результатам отчетов за 2012-2013 годы аспиранты аттестованы.
За отчетный период сотрудниками кафедры опубликована 54 научных
работ, в том числе 15 статей, 3 монографии и 33 тезисов докладов.
На научных семинарах кафедры заслушаны следующие доклады:
1. Сентябрь 2012 г.
Эффект фазового запрета для генерации вторичных волн модулированной
волной накачки. Физический механизм, условия реализации и возможности
для практического использования.
Докл. А.М. Гаврилов
2. Октябрь 2012 г.
Результаты участия во Всероссийской конференции по атмосферному
электричеству.
Докл. А.А. Редин, Г.В. Куповых
Отчет о командировке на
17
конференцию (г. Санкт-Петербург)
Докл. Г.В. Арзуманян
3. Ноябрь 2012 г.
Результаты экспериментальных исследований атмосферного электричества
в высокогорной зоне Приэльбрусья.
Докл. А.С. Болдырев, А.А. Редин, О.В. Новикова
4. Декабрь 2012 г.
Отчет о командировке на конференцию «33-я Генеральная ассамблея
Европейской сейсмологической комиссии» (г. Москва)
Докл. А.С. Черепанцев
5. Январь 2012 г.
О физической природе нелинейной дисперсии в акустике и ее взаимосвязи с
нелинейным затуханием при взаимодействии гармонических волн
Докл. А.М. Гаврилов
6. Февраль 2012 г.
Отчеты по грантам ФЦП.
Докл. А.С. Болдырев, А.А. Редин
7. Март 2012 г.
Моделирование процессов ионизации в приземном слое атмосферы.
Докл. О.В. Новикова
8. Апрель 2012 г.
Моделирование распределения потенциала в структурах металлполупроводник с учетом краевых эффектов.
Докл. С.А. Богданов
9. Май 2012 г.
Моделирование распределения атомов примесей в неоднородных
наноразмерных структурах.
Докл. Ю.Б. Какурин, А.Г. Захаров
10. Июнь 2012 г.
Электронная энергетическая структура соединений титана с медью и
соединений титан-медь-никель.
Докл. О.В. Колпачева, А.Б.
Колпачев, Г.В. Арзуманян
4. СТУДЕНЧЕСКАЯ НИР
1. Количество студентов, участвующих в НИР на кафедре
– 5.
в т.ч. по г/б №14077
(с оплатой и без оплаты)
в т.ч. по г/б №14078
(с оплатой и без оплаты)
в т.ч. по проект № 14.А18.21.0680 (с оплатой и без оплаты)
– 0/2;
– 0/2;
– 1/2.
г/б № 14077 «Теоретическое и экспериментальное исследование
электродного эффекта в приземном слое атмосферы в горных районах
Северного Кавказа»;
г/б № 14078 «Исследование электродного эффекта в атмосфере при
различных физических условиях»;
18
проект № 14.А18.21.0680 ФЦП "Научные и научно педагогические
кадры инновационной России на 2009-2013 гг."
2. Участие студентов в кружках, КБ, факультативах
2.1. Факультатив по квантовой механике (руководитель проф. Колпачёв
А.Б.).
В работе факультатива принимали участие 2 студента 1-го курса.
2.2.Факультатив по физике:
1. Руководитель доц. Гаврилов А.М. – 7 студентов 1-го курса;
1. Руководитель доц. Голосов С.П. – 1 студент 1-го курса;
2. Руководитель доц. Какурин Ю.Б. – 2 студента 1-го курса;
3. Руководитель доц. Колпачева О.В. – 2 студента 1-го курса, 1 студент
3-го курса;
4. Руководитель доц. Красюк И.В. – 4 студента 1-го курса.
3. Работы, опубликованные студентами в 2012 г.
№ Ка
Ф.И.О.
Груп Ф.И.О.
Вид
Название
Где издано
п/ фе студента
па
Руковод публика публикации
(название
п дителя
ции
конференции,
ра
(статья,
журнал, год
тезисы
издания,
доклада,
город, ВУЗ)
учебное,
метод.
пособие)
1. Ф Кудрявцева Э-108 Гаврилов тезисы Современное Неделя науки
из
Д.Е.,
Э-108 А.М.
доклада
состояние
– 2012:
ик
Михалева
проблемы
Материалы
и
Н.В.
измерений
научных
дисперсии
работ. –
скорости
Таганрог: Издволн в
во ТТИ ЮФУ,
акустике
2012. – С. 153
– 158.
Кудрявцева Э-108 Гаврилов Тезисы Аналитическ
Тезисы
2. Ф
из
Д.Е.,
Э-108 А.М.
доклада
ая модель
докладов XI
ик
Михалева
дисперсии Всероссийской
и
Н.В.
скорости
научной
волнового
конференции
пакета в
«Техническая
линейной
кибернетика,
среде
радиоэлектрон
ика и системы
управления». –
Таганрог: Издво ТТИ ЮФУ,
2012. – С. 258.
19
Кудрявцева Э-108 Гаврилов Тезисы
Д.Е.,
Э-108 А.М.
доклада
Михалева
Н.В.
3.
Ф
из
ик
и
4.
Ф
из
ик
и
Курситыс МГЭ- Гаврилов
А.Д.
31
А.М.
Тезисы
доклада
5.
Ф
из
ик
и
Курситыс МГЭ- Гаврилов
А.Д.
31
А.М.
Тезисы
доклада
Формализац
Тезисы
ия описания
докладов XI
дисперсионн Всероссийской
ых
научной
искажений в конференции
волновом
«Техническая
пакете,
кибернетика,
вызванных радиоэлектрон
нелинейным ика и системы
и эффектами управления». –
Таганрог: Издво ТТИ ЮФУ,
2012. – С. 259.
Методы
XI
измерений Всероссийская
дисперсии
научная
скорости
конференция
ультразвука
молодых
учёных,
студентов и
аспирантов
«Техническая
кибернетика,
радиоэлектрон
ика и системы
управления»:
Сборник
материалов. Т.
1 – Таганрог:
Изд-во ЮФУ,
2012. С. 253 –
254.
Дисперсия
XI
скорости
Всероссийская
акустических
научная
волн и
конференция
актуальность
молодых
её измерения
учёных,
для
студентов и
практически
аспирантов
х целей
«Техническая
кибернетика,
радиоэлектрон
ика и системы
управления»:
Сборник
материалов. Т.
20
1 – Таганрог:
Изд-во ЮФУ,
2012. С. 254 –
255.
6.
Ф
из
ик
и
Кудрявцева Э-108 Гаврилов
Д.Е.,
Э-108 А.М.
Михалёва МГЭН.В.,
31
Курситыс
А.Д.
Тезисы
доклада
7.
Ф
из
ик
и
Кудрявцева Э-108 Гаврилов
Д.Е.,
Э-108 А.М.
Михалёва МГЭН.В.,
31
Курситыс
А.Д.
Тезисы
доклада
8
Ф
из
ик
и
Гаврилов
Гаврилов
А.М.,
А.М.
Грачева МГЭГ.М.,
31
Курситыс
А.Д.
Тезисы
доклада
Проблемы
измерения
скорости
звука в
акустике
XI
Всероссийская
научная
конференция
молодых
учёных,
студентов
и
аспирантов
«Техническая
кибернетика,
радиоэлектрон
ика и системы
управления»:
Сборник
материалов. Т.
2– Таганрог:
Изд-во ЮФУ,
2012. С. 47.
Геометричес
XI
кая
Всероссийская
дисперсия
научная
звуковых
конференция
пучков и
молодых
роль и её
учёных,
роль в
студентов и
акустических
аспирантов
измерениях «Техническая
кибернетика,
радиоэлектрон
ика и системы
управления»:
Сборник
материалов. Т.
2 – Таганрог:
Изд-во ЮФУ,
2012. С. 48.
Особенности
Физическая
эволюции
акустика.
волнового
Оптоакустика.
фронта
Нелинейная
сферически
акустика.
Распространен
21
Ф
из
ик
и
Гаврилов
Гаврилов
А.М.,
Э-108 А.М.
КудрявцеваЭ-108
Д.Е.,
Михалёва
Н.В.
Тезисы
доклада
Формализац
ия и
обобщение
аналитическ
ой записи
дисперсионн
ых
проявлений
при
распростране
нии
волнового
пакета
конечной
амплитуды в
акустике
10 Ф
из
ик
и
Гаврилов
Гаврилов
А.М.,
МГЭ- А.М.
Курситыс 31
А.Д.
Статья
11 Ф
из
.
Гаврилов
Гаврилов
А.М.,
МГЭ- А.М
Тезисы
доклада
Распростране
ние
гауссового
волнового
пакета с
высокочасто
тным ЛЧМ
заполнением
в
диссипативн
ой среде
Современное
состояние
9.
ие и
дифракция
волн.
Акустоэлектро
ника.
Геоакустика. –
Сборник
трудов XХV
сессии
Российского
акустического
общества. Т.1.
– М.: ГЕОС,
2012. С. 242 –
246.
Материалы
международно
й молодежной
научной
конференции
«Математичес
кая физика и
ее
приложения»
(в 5 томах). –
Т. 5.
Математическ
ое
моделировани
е и волновые
процессы. –
Пятигорск.
СКФУ, 2012.
С. 50 – 56
Электронный
журнал
«Техническая
акустика»,
http://ejta.org,
2012, 4
Инновации и
перспективы
22
ик
и
Курситыс
А.Д.
методов и
техники
измерений
дисперсии
скорости
звука
31
12 Ф
из
.
ик
и
Гаврилов
Гаврилов
А.М.,
Э-108 А.М
Кудрявцева
Д.Е.
Тезисы
доклада
Особенности
распростране
ния
ультразвуков
ого импульса
в
диссипативн
ой среде
13 Ф
из
.
ик
и
Гаврилов
Гаврилов
А.М.,
МГЭ- А.М
Курситыс 31
А.Д.
Тезисы
доклада
Распростране
ние ЛЧМ
импульса в
диссипативн
ой среде
14 Ф
из
.
ик
и
Пастухов А-52 Какурин
К.Д.
Ю.Б.
Тезисы
доклада
Метод
определения
коэффициент
а
зерногранич
ной
диффузии
атмов в
материалах
медицинских
информационн
ых систем. –
Тезисы трудов
молодежной
школысеминара. –
Ростов-наДону: Изд-во
Южного
федерального
университета,
2012. – С. 37 –
39.
Труды
Всероссийской
молодежной
научной
школы
«Актуальные
проблемы
физики».
Таганрог, 2012
Материалы
Всероссийской
молодежной
научной школы
«Актуальные
проблемы
физики» в
рамках
фестиваля
науки. –
Ростов-наДону: Изд-во
ЮФУ, 2012. С.
105 – 107.
Материалы
Девятнадцатой
Всероссийской
научной
конференции
студентовфизиков и
молодых
ученых
(ВНКСФ 19,
23
Архангельск),
2013. С. 470 –
471.
4. Участие студентов в университетском, зональном и заключительном турах
Российской олимпиады по физике
Число участников в первом туре: 1-й курс – 57 студента; 2-й курс – 10
студентов
№ Кафе
Ф.И.О.
Груп
Город,
Название
Награды
п/ дра
студентов;
па
ВУЗ
олимпиады (дипломы
п
победителей
, грамота,
олимпиады
приз,
место,
премии,
медали)
Таганрог,
Всероссийска Грамоты
1. Физи
Куприянова
А.А.
ки
Н-42
ТТИ ЮФУ я олимпиада за:
Н-42
по
физике I место
Шепель И.О.
Асреди
II место
Боженюк В.А.
102
студентов
II место
Деркаче6в В.А. Р-81
ВТУЗов.
III место
Петров А.А.
Р-81
Первый тур. III место
Число
участников-67
студентов.
Новочеркасск Всероссийска Грамота
2. Физи
ки
Н-42
,
я олимпиада за:
Н-42
ЮРГТУ
по
физике
Куприянова А.А.
А(НПИ)
среди
102
студентов
V личное
Шепель И.О.
Р-81
ВТУЗов.
место
Боженюк В.А.
Р-81
Второй тур.
Деркаче6в В.А.
IVличное
Петров А.А.
место
II
командно
е место
5. Пятьдесят девятая студенческая научная конференция (секция «Физика»)
В работе конференции приняли участие 12 преподавателей кафедры и 59
студента. Прослушано докладов - 15, докладчиков - 15.
24
1 место
К. Пастухов (А-52) "Качественное моделирование интерференции"
(руководитель доц. Какурин Ю.Б.)
2 место
Д. Артюшин (Н–42) «Исследование причин гибели рыбных запасов
Азовского моря» (руководитель проф. Гаврилов А.М.);
А Куприянова (Н–42) «Акустические волны: параметры, типы,
особенности распространения» (руководитель проф. Гаврилов А.М.)
3 место
А. Горбенко (Э–52) «Принципы решения задач квантовой механики»
(руководитель доц. Колпачева О.В.);
5. ПОВЫШЕНИЕ КВАЛИФИКАЦИИ
1. Все преподаватели изучали особенности в проведении новых и
модернизированных лабораторных работ, осваивали новые технологии
проведения тестирования по выявлению достаточного уровня знаний
студентов и знакомились с новым программным обеспечением, применяемым
при проведении занятий.
2. На кафедре регулярно работал научный семинар по проблемам
основных направлений научных и научно-методических исследований.
3. Освоена работа по заполнению персональных страниц на портале
ЮФУ www.egf.sfedu.ru. Ведущий состав кафедры обновил краткую
информацию четырех разделов персональных страниц сайта:
- общие сведения;
- учебно-методическая деятельность;
- научно-исследовательская работа;
- публикации.
5. Заполнены следующие кафедральные страницы факультетского сайта
www.egf.sfedu.ru.:
- новости кафедры;
- общие сведения;
- специальности;
- курсы;
- профессорско-преподавательский состав;
- научно-исследовательская работа и научные направления.
6. Подобран материал и подготовлены к заполнению следующие
кафедральные страницы факультетского сайта www.egf.sfedu.ru.:
- учебно-методические материалы;
- контактная информация.
Заведующий кафедрой физики
Гаврилов А.М.