Механика
Рабочая программа для студентов
1 курса специальностей 01.07.01. «Физика» / 01.08.01. «Радиофизика и электроника»/ 01.08.02 «Радиофизика и электроника» (дневное отделение/вечернее отделение)
____________________________________
Программа является типовой
составлена профессором, д.ф.-м.н. М.А.Никитиным
Программа обсуждена и утверждена на заседании кафедры прикладной физики
(протокол №____ от «» _______ 2009 г.)
Зав. кафедрой прикладной физики
Доц., к.ф.-м.н. Н,.М.Никулин
Программа одобрена методическим советом физико-технического
факультета, протокол № от «» 2009 г.
Председатель методического совета
к.ф.-м.н., доцент А.В.Пец
Калининград
Пояснительная записка
Курс «Механика» является базовым курсом университетского образования по специальности «физика». Он закладывает фундамент будущих знаний и навыков студентов- физиков для специальностей: 01.07.01. - физика, 01.08.01. - радиофизика и электроника.
Основные задачи курса:
1. Дать студенту знания об основных принципах и законах физики.
2. Ознакомить его с основами ведения физического эксперимента и обработки результатов измерений.
3. Научить студента применять полученные теоретические знания на практике при решении задач и анализе результатов физических опытов.
4. Привить навыки самостоятельной работы с учебной и методической литературой и оформления отчетных материалов.
От того, насколько студент 1 курса физфака справляется с поставленными задачами, зависит качество его последующего обучения.
Курс «Механика» является первой дисциплиной общего курса физики, который читается в университете в течение первых пяти семестров. По этой причине механике отводится особая роль в развитии у студентов-физиков правильных представлений о сущности физических законов, взаимосвязи физических величин и роли математики в количественном описании физических закономерностей. По существу курс механики является фундаментом будущих знаний и умений студентов. От того как будет усвоен этот курс, зависит качество последующей профессиональной подготовки студентов.
Цель изучения дисциплины «Механика» состоит в том, чтобы представить механику как обобщение наблюдений, практического опыта и эксперимента. Поэтому курс механики имеет два аспекта:
- он должен ознакомить студента с основными методами наблюдения, измерения и экспериментирования;
- он должен сопровождаться необходимыми физическими демонстрациями и лабораторными работами в общем физическом практикуме.
Курс не сводится лишь к экспериментальному аспекту. Он представляет физическую теорию в адекватной математической форме, которая позволяет студентам использовать теоретические знания для решения практических задач, как по механике, так и на междисциплинарных границах механики с другими областями знаний. Поэтому курс излагается на соответствующем математическом уровне и с достаточной широтой, позволяющей четко обозначить эти междисциплинарные границы. Для достижения сказанных целей необходимо:
- сообщить студенту основные принципы и законы механики и их математическое выражение:
- ознакомить его с основными явлениями механики, методами их наблюдения и экспериментального исследования, с главными методами точного измерения физических величин, с простейшими методами обработки и анализа результатов эксперимента, с основными физическими приборами, с простейшими методами использования ЭВМ для обработки результатов эксперимента:
- сформировать у студента навыки экспериментальной работы, ознакомить его с основными принципами автоматизации физического эксперимент, научить правильно выражать физические идеи, количественно формулировать и решать физические задачи. оценивать порядки физических величин;
- дать студенту ясное представление о границах применимости физических моделей и гипотез;
- развить у него любознательность и интерес к изучению физики;
- дать студенту понятие о важнейших этапах истории развития физики, её философских и методологических проблемах.
В результате изучения дисциплины «Механика» студент должен уметь:
- правильно соотносить содержание конкретных задач с обидами законами физики,
эффективно применять общие законы физики для решения конкретных задач в области физики и на междисциплинарных границах физики с другими областями знаний:
- пользоваться физическими приборами, ставить и решать простейшие экспериментальные задачи, обрабатывать, анализировать и оценивать полученные результаты;
- строить математические модели простейших физических явлений и использовать для изучения этих моделей доступный ему математический аппарат, включая методы вычислительной математики;
- использовать при работе справочную и учебную литературу, находить другие необходимые источники информации и работать с ними.
CОСТАВ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ПО МЕХАНИКЕ
1. Рабочая программа.
2. Блок электронных учебных пособий, включая Интернет ресурс.
3. Блок заданий, тестов и вопросов для проверки и самоконтроля знаний.
4. Блок дополнительных сканированных материалов.
1. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
Физический факультет
Специальность 01.07.01. – физика; 01.08.01. - радиофизика
Отделение - дневное и вечернее
Дневное отделение: курс 1, семестр 1
Лекции – 54 часов
Практические занятия – 36 часа
Лабораторные занятия 95 часа
Индивидуальные занятия 5 часа
Время на самостоятельную работу 90 часов
Всего на дисциплину 185 часов в аудитории
Вечернее отделение: специальность 01.08.02. – радиофизика,
курс 1, семестр 2
Лекции – 45 часов
Практические занятия –36 часа
Лабораторные занятия 70 часа
Индивидуальные занятия 5 часа
Время на самостоятельную работу 60 часов
Всего на дисциплину 150 часов в аудитории
Программа составлена на основе Государственного образовательного стандарта Высшего профессионального образования, Москва, 2000 г.
Составитель – д.ф.- м.н., профессор Никитин М.А.
СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ
1. Введение. Предмет физики. Сочетание экспериментальных и теоретических методов в познании окружающей природы. Роль модельных представлений в физике. Физические величины, их измерение и оценка точности и достоверности полученных результатов. Системы единицы физических величин.
2. Пространство и время. Геометрия пространства и время в механике Ньютона и специальной теории относительности. Системы координат и их преобразования. Преобразования Галилея и Лоренца. Инерциальные и неинерциальные системы отсчета.
3. Кинематика материальной точки. Способы описания движений. Закон движения. Линейные и угловые скорости. Преобразования координат и скоростей в классической механике. Принцип относительности. Абсолютное время в классической механике.
4. Динамика материальной точки. Понятия массы, импульса и силы в механике Ньютона. Законы Ньютона. Уравнения движения. Начальные условия. Виды сил. Закон всемирного тяготения. Силы трения. Движение в поле заданных сил.
5. Законы сохранения. Замкнутые системы. Закон сохранения и изменения импульса материальной точки и системы материальных точек. Теорема о движении центра масс. Движение тел переменной массы. Уравнение Мещерского. Формула Циолковского.
Работа сил. Консервативные силы. Кинетическая и потенциальная энергия материальной точки и системы материальных точек. Закон сохранения механической энергии системы. Соударение тел. Абсолютно упругий и неупругий удары.
Момент импульса и момент силы. Уравнение моментов. Закон сохранения момента импульса. Движение в поле центральных сил. Основные законы движения планет.
6. Неинерциальные системы отсчета. Движение материальной точки в неинерциальной системе отсчета. Закон сложения ускорений в классической механике. Силы инерции. Переносная и кориолисова силы инерции. Центробежная сила инерции. Законы сохранения.
7. Основы специальной теории относительности. Принцип относительности и постулат постоянства скорости света. Пространство и время в теории относительности. Преобразования Лоренца и инварианты этих преобразований. Следствия преобразований Лоренца. Относительность одновременности и причинность. Эффекты сокращения длины и замедления темпа времени. Сложение скоростей. Релятивистское уравнение движения. Соотношение между массой и энергией.
8. Кинематика абсолютно твердого тела. Степени свободы абсолютно твердого тела. разложение движения на слагаемые. Поступательное, вращательное и плоское движение твердого тела. Мгновенная ось вращения.
9. Динамика абсолютно твердого тела. Момент силы. Момент импульса тела. Тензор инерции и его главные и центральные оси. Момент импульса относительно оси. Момент инерции. Теорема Гюйгенса. Уравнение движения и уравнение моментов. Динамика плоского движения твердого тела. Физический маятник. Кинетическая энергия твердого тела. Закон сохранения момента импульса тела. Гироскопы. Прецессия гироскопа. Гироскопические силы.
10. Основы механики деформируемых тел. Виды деформации и их количественная характеристика. Закон Гука. Модуль Юнга. Коэффициент Пуассона. Энергия упругих деформаций.
11. Колебательное движение. Свободные колебания с одной степенью свободы. Гармонические колебания. Сложение гармонических колебаний. Фигуры Лиссажу. Биения. Затухающие колебания. Показатель затухания. Логарифмический декремент затухания. Вынужденные колебания. Процесс установления колебаний. Амплитудно-часстотная и фазо-частотная характеристики. Резонанс. Энергетика вынужденных колебаний. Параметрические колебания.
12. Волны. Длина волны, период колебаний, скорость и фаза волны. Бегущие волны. продольные и поперечные волны. Уравнение бегущей волны. Волновое уравнение. Волны в струне. Связь скорости с параметрами среды. Отражение и преломление волн. Основные случаи граничных условий. Интерференция волн. Стоячие волны. Уравнение стоячих волн. Поток энергии в бегущей волне. Эффект Доплера. Звуковые воны. Интенсивность и тембр звука. Ультразвук.
