Министерство образования и науки Республики Казахстан
Некоммерческое АО «Алматинский университет энергетики и связи»
Теплоэнергетический факультет
Кафедра физики
Программа курса (Syllabus)
Физика 1
Специальность 5В071800 – Электроэнергетика
Курс – 1
Семестр – 2
Всего – 4 кредита
Общее количество часов – 180
Лекции – 2 кредита
Практические занятия – 1,5 кредита
Лабораторные занятия – 0,5 кредита
СРО – 112 часов
в т.ч. СРОП – 30 часов
4 РГР – 2 семестр
Экзамен – 2 семестр
Алматы 2011
Программа курса составлена: Тонконогой Л.А., кандидатом физико-математических наук, доцентом, Завадской Л.В. кандидатом педагогических наук, доцентом кафедры физики, на основании рабочих учебных планов специальности 5В071800 – Электроэнергетика.
Рассмотрена на заседании кафедры физики
«18» июня 2011 г. Протокол № 9
Заведующий кафедрой ______________ проф. Карсыбаев М.Ш.
Дисциплина: ФИЗИКА 1
Описание курса
Дисциплина «Физика 1» является базовым курсом при подготовке бакалавров по специальности 5В071800 – Электроэнергетика, создавая основу профессиональной деятельности бакалавров в области электроэнергетики, формируя их научное мировоззрение и компетенцию. В курсе «Физика 1» изучаются основные разделы классической физики: механика, статистическая физика и термодинамика, электромагнетизм.
Целью курса является формирование у студентов умений и навыков использования фундаментальных законов, теорий классической и современной физики, а также методов физического исследования для решения теоретических и экспериментально-практических учебных задач из различных областей физики; формирование у студентов навыков самостоятельной познавательной деятельности; выработка приемов и навыков проведения экспериментальных научных исследований физических явлений, помогающих в дальнейшем решать конкретные задачи в профессиональной деятельности.
Пререквизиты и постреквизиты курса
Пререквизиты дисциплины – изучению дисциплины предшествует освоение высшей математики, информатики.
Постреквизиты дисциплины – знания по дисциплине «Физика 1» необходимы для изучения следующих дисциплин: теоретические основы электротехники, механика, электроэнергетика, электротехническое материаловедение, информационно-измерительная техника, физика 2.
Сведения о преподавателях:
Тонконогая Людмила Айзиковна, доцент, кандидат физико-математических наук, стаж научно-педагогической работы - 45 лет.
Завадская Лариса Васильевна, доцент, кандидат педагогических наук, стаж научно-педагогической работы – 42 года.
Ахметкалиев Рыскали Бахтыгереевич, доцент, кандидат химических наук, стаж научно-педагогической работы – 35 лет.
График занятий:
Для ЭЭФ схема занятий в течение первой половины семестра следующая: еженедельно 1 лекция – 2 контактных часа (по 100 минут каждая), еженедельно 1 практическое занятие – по 2 часа (100 минут), через неделю 1 лабораторное занятие (по 100 минут каждое занятие), еженедельно самостоятельная работа под руководством преподавателя (СРОП) – 2 часа (консультации и сдача РГР), еженедельно самостоятельная работа – 4 часа, включающая подготовку к лекциям, практическим и лабораторным занятиям, выполнение заданий РГР и СРО. Схема занятий во вторую половину семестра (после пересмены) следующая: еженедельно 1 лекция – 2 контактных часа (по 100 минут каждая), через неделю 1 практическое занятие – 2 часа (по 100 минут), через неделю 1 лабораторное занятие - 2 часа (100 минут каждое занятие), еженедельно самостоятельная работа под руководством преподавателя (СРОП) – 2 часа (консультации и сдача РГР), еженедельно самостоятельная работа – 5 часов, включающая подготовку к лекциям, практическим и лабораторным занятиям, выполнение заданий РГР и СРО.
Лекции:
Лек/ нед. | Тема | Источники |
1/ 1 | I Физические основы механики (10 часов, 4 часа*) 1 Кинематика и динамика материальной точки и твердого тела Введение. Механическое движение как простейшая форма движения материи. Пространство и время. Система отсчета. Физические модели: материальная точка, абсолютно твердое тело, сплошная среда. Кинематика материальной точки (линейные и угловые характеристики движения). | Л. 1, 2, 3, 4, 7, 14 |
2/2 | 2 Динамика твердого тела. Энергия и работа Момент импульса. Момент силы. Момент инерции твердого тела. Теорема Штейнера. Уравнение динамики вращательного движения твердого тела относительно неподвижной оси. Аналогия между описанием вращательного и поступательного движений. Энергия как универсальная мера различных форм движения и взаимодействия. Работа силы и ее выражение через криволинейный интеграл. Мощность. Кинетическая энергия механической системы и ее связь с работой внешних и внутренних сил, приложенных к системе. | Л. 1, 2, 3, 4, 7, 14 |
3/3 | 3 Потенциальная энергия. Законы сохранения Потенциальная энергия материальной точки во внешнем силовом поле и ее связь с силой, действующей на материальную точку. Консервативные и неконсервативные силы. Движение в центральном поле сил.Законы сохранения как следствие симметрии пространства и времени. Закон сохранения импульса. Закон сохранения момента импульса. Закон сохранения энергии в механике. | Л. 1, 2, 3, 4, 7, 14 |
4/4 | 4 Принцип относительности в механике Механический принцип относительности. Преобразования Галилея. Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца. Инварианты преобразований. | Л. 1, 2, 3, 4, 7, 14 |
5/5 | 5 Элементы релятивистской динамики Релятивистское преобразование импульса и энергии. Описание движения в неинерциальных системах отсчета. | Л. 1, 2, 3, 4, 7, 14 |
6/6 | II Статистическая физика и термодинамика (8 часов, 4 часа*) 6 Статистические распределения. Реальные газы. Статистический и термодинамический методы исследования. Вероятность и флуктуации. Распределение Максвелла. Скорости теплового движения частиц. Распределение Больцмана для частиц во внешнем потенциальном поле. Число степеней свободы. Распределение энергии по степеням свободы. Внутренняя энергия идеального газа. Реальные газы: уравнение Ван-дер – Ваальса, внутренняя энергия. | Л. 1, 2, 3, 4, 7, 14 |
7/7 8/8 | 7, 8 Основы термодинамики Теплота и работа как изменение энергии.Первый закон термодинамики.Обратимые и необратимые тепловые процессы. Цикл Карно и его КПД. Теорема Карно. Приведенная теплота. Энтропия. Второе начало термодинамики и его физический смысл. Статистическое толкование второго начала термодинамики. Связь энтропии с вероятностью состояния. Энтропия открытой нелинейной системы. Самоорганизующиеся системы. | Л. 1, 2, 3, 4, 7, 14 |
9/9 | 9 Явления переноса в неравновесных термодинамических системах Общая характеристика явлений переноса. Среднее число столкновений и средняя длина свободного пробега. Время релаксации. Явления переноса в неравновесных термодинамических системах. Молекулярно-кинетическая теория явлений переноса: теплопроводности, вязкого трения, диффузии. Коэффициенты переноса. | Л. 1, 2, 3, 4, 7, 14 |
10, 10/ 11, | III Электростатика. Постоянный ток (8 часов, 2 часа*) 10,11 Электростатическое поле в вакууме Электрический заряд. Электрическое поле, его характеристики. Принцип суперпозиции. Связь напряженности с потенциалом поля. Работа по перемещению заряда в электрическом поле. Циркуляция электростатического поля. Основная задача электростатики. Поток вектора. Теорема Гаусса. Применение теоремы Гаусса к расчету напряженностей электрических полей. | Л. 1, 2, 3, 4, 5, 8, 14 |
12/ | 12 Электростатическое поле в веществе Диэлектрики в электростатическом поле. Поляризационные заряды. Поляризованность. Типы диэлектриков. Диэлектрическая восприимчивость вещества и ее зависимость от температуры. Электрическое смещение. Основные теоремы электростатики как отражение свойств электростатического поля. Условие на границе раздела двух диэлектриков. | Л. 1, 2, 3, 4, 5, 8, 14 |
13/ | 13 Энергия электрического поля. Постоянный электрический ток Энергия взаимодействия электрических зарядов. Энергия заряженного конденсатора и системы проводников. Энергия электростатического поля. Объемная плотность энергии электростатического поля. Общие характеристики и условия существования электрического тока. Стационарное электрическое поле. Уравнение непрерывности, стационарности электрического поля. Классическая электронная теория электропроводности металлов. Законы Ома и Джоуля - Ленца в дифференциальной форме. | |
14/ | IV Магнетизм (4 часа, 2 часа*) 14 Магнитное поле в вакууме Магнитное поле. Вектор магнитной индукции. Принцип суперпозиции. Закон Био-Савара-Лапласа. Расчеты магнитных полей простейших систем. Эффект Холла. Магнитный поток. Теорема Гаусса для магнитного поля. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле. | Л. 1, 2, 3, 4, 5, 8, 14 |
15/ | 15 Магнитное поле в веществе Магнетики. Виды магнетиков. Диамагнетики. Парамагнетики. Ферромагнетики. Магнитный гистерезис. Закон полного тока для магнитного поля в веществе. Основные теоремы магнитостатики как отражение свойств магнитного поля. | Л. 1, 2, 3, 4, 5, 8, 14 |
Примечание: * – для заочного обучения
Практические занятия (22 часа, 10 часов*):
прак. зан./ нед | Тема | Источники |
1/1 | Кинематическое описание движения * Кинематические характеристики движения материальной точки. * Основная задача кинематики. *Поступательное и вращательное движения твердого тела. [10] №№ 1.10, 1.25, 1.28, 1.53, 1.55 | Л. 1, стр. 11-33; Л. 3, стр. 8-19, 47-50; Л. 7, стр. 9-25 |
2/2 | Основная задача динамики. Импульс, момент импульса. * Законы динамики поступательного и вращательного движения. * Импульс, момент силы, момент импульса. * Момент инерции. Вычисление моментов инерции. Теорема Штейнера. [10] №№ 2.6, 2.12, 3.8, 3.22, 3.28 | Л. 1, стр. 34-43, 84-88, 94-108; Л. 3, стр. 19-30, 50-59; Л. 7, стр. 32-41, 119-123, 132-136 |
3/3 | Механическая энергия и работа. Законы сохранения в механике * Работа силы. Мощность. * Кинетическая энергия поступательного и вращательного движения. * Потенциальная энергия и ее связь с силой. * Закон сохранения импульса и его применение к решению задач о столкновении тел. * Закон сохранения момента импульса. * Полная механическая энергия. Закон сохранения энергии в механике. * Границы применимости законов сохранения. * Абсолютно упругий и неупругий удары. [10] №№ 2.59, 2.35, 2.79, 2.91, 3.30(3), 3.51 | Л. 1, стр. 56-84, 88-92, 108-112; Л. 3, стр. 33-44, 59-67; Л. 7, стр. 57-65, 71-104 |
4/4 | Статистические распределения * Физический смысл функции распределения для системы частиц. * Распределения Максвелла и Больцмана. * Средняя кинетическая энергия частиц. * Распределение энергии по степеням свободы молекул. Внутренняя энергия идеального газа с точки зрения МКТ. [10] №№ 8.39, 9.19, 9.28, 10.3, 10.20 | Л. 1, стр. 222-226, 250-266; Л. 3, стр. 126-132, 133-136, 144-146 |
5/5 | Первое и второе начала термодинамики. Энтропия. * Теплота и работа как мера изменения энергии. Теплоемкость. * Применение первого начала термодинамики к изопроцессам идеального газа. * Энтропия. Вычисление энтропии. * Цикл Карно. КПД теплового двигателя. * Второе начало термодинамики. [10] №№ 11.3, 11.31, 11.57, 11.72, 11.74 | Л. 1, стр. 227-249, 289-307; Л. 3, стр. 113-122, 146-164 |
6/6 | Контрольная работа № 1 | |
7/7 | Электростатическое поле в вакууме * Принцип суперпозиции. * Напряженность и потенциал электростатического поля, связь между ними. * Работа перемещения электрического заряда в поле. Движение заряженных частиц в электрическом поле. [10] №№ 13.15, 15.7, 15.39, 15.43, 15.57 | Л. 1, стр. 11-24, 25-28; Л. 3, стр. 182-193; Л. 8, стр. 9-14, 31-34 |
8/8 | Электростатическое поле в веществе * Теорема Гаусса и её применение для расчета электростатических полей в вакууме и диэлектриках. * Диэлектрики. Поляризация диэлектриков. * Электрическое смещение. * Условия на границе двух диэлектрических сред. [10] №№ 14.15, 14.27, 14.50, 16.22, 16.33 | Л. 1, стр. 53-80; Л. 3, стр. 193-215; Л. 8, стр. 72-92 |
9/10 | Энергия электростатического поля. Электрический ток. Законы постоянного тока. * Энергия и плотность энергии электрического поля. * Характеристики и условия существования постоянного электрического тока. * Обобщенный закон Ома. Понятия ЭДС, разности потенциалов, напряжения. * Законы Ома и Джоуля-Ленца в дифференциальной форме. [10] №№ 18.8, 18.18, 19.17, 19.27, 19.32, 20.3 | Л. 1, стр. 92-108, 227-233; Л. 3, стр. 227-236, 246-250; Л. 8, стр. 101-113, 126-136 |
10/12 | Магнитное поле в вакууме * Магнитная индукция. Принцип суперпозиции. * Закон Био-Савара-Лапласа и его применение к расчету магнитных полей токов.* Действие магнитного поля на токи и заряженные частицы. [10] №№ 21.17, 21.30, 22.16, 22.26, 23.11, 23.36 | Л. 1, стр. 114-127; Л. 3, стр. 270-287, 296-299; Л. 8, стр. 154-160, 170-176 |
11/14 | Теоремы магнитостатики. Магнитное поле в веществе * Магнитный поток. *Теорема Гаусса и теорема о циркуляции (закон полного тока) для магнитного поля в вакууме и веществе. *Граничные условия для векторов В и Н. *Вычисление магнитного поля в веществе. Магнитные цепи. [10] №№ 24.2, 24.6, 24.15, 21.21 | Л. 1, стр. 133-143; Л. 3, стр. 287-291, 312-328; Л. 8, стр. 189-207 |