Тольяттинский государственный университет Физико-технический институт

Кафедра «Общая и теоретическая физика»

В.А. Сарафанова, С.В. Талалов

ПОСОБИЕ ДЛЯ ТЬЮТОРА ПО КУРСУ ОБЩЕЙ ФИЗИКИ

организация работы при модульном изучении курса «Общая физика» в 3 семестре

Тольятти 2007

УДК (378.147:530.1) (075.8) ББК 22.9

С

Сарафанова В.А., Талалов С.В. Пособие для тьютора по курсу общей физики (организация работы по модульной технологии), Тольятти: ТГУ, 2007.

Данное пособие предназначено для организации работы академического консультанта (тьютора) при изучении курса общей физики в рамках модульной технологи. В пособии указаны цели и задачи дисциплины, дана рабочая программа изучаемого курса, разбитая по модулям и семестрам. Приведены план-схема работы студентов, график распределения видов и объёмов работы в каждом модуле семестра, прописаны формы контроля и время их проведения.

Предлагается также примерный список литературы, рекомендуемый для использования при изучении курса физики для инженерных специальностей в нашем ВУЗе. Кроме того, приводится ссылка на web-сайт, которым можно пользоваться в локальной сети ВУЗа. В пособии указаны критерии оценки работы студента в модуле и семестре и указания по их применению.

УДК (378.147:530.1) (075.8) ББК 22.9

© Тольяттинский государственный университет, 2007

2

3

1. Пояснительная записка к программе курса физики

Предлагаемая программа по дисциплине "Физика" предназначена для инженернотехнических специальностей вузов и составлена с учетом требований Государственных образовательных стандартов по соответствующим направлениям подготовки. Важная особенность программы – отсутствие акцента на будущей профессионализации выпускника. При подготовке инженера дисциплина «Физика» является важнейшей общеобразовательной дисциплиной, на основе которой будет строиться его специализация. Программа включает в себя наиболее универсальные методы, законы и модели физики, демонстрирует специфику рационального метода познания окружающего мира, способствует формированию у студентов общего физического мировоззрения и развития физического мышления. Дисциплина "Физика" представляет собой целостный и фундаментальный курс, единый в своих частях и демонстрирующий роль этой науки как основы современного естествознания.

В основании современной естественнонаучной картины мира лежат физические принципы и концепции; в этой связи роль физики как основы всего естествознания трудно переоценить. С другой стороны, физика является теоретической базой, без которой невозможна успешная деятельность выпускника вуза в области знаний "Технические науки". Данная программа отражает современное состояние физики и ее приложений. В ней естественным образом сочетаются макро- и микроскопические подходы. В ее разделах вскрыты внутренние логические связи. Порядок расположения материала соответствует современной структуре физики как науки и отражает мировой педагогический опыт. Программа носит комплексный характер: в ней приведен минимальный перечень рекомендуемых теоретических семинаров, лабораторных работ, практических занятий, лекционных и компьютерных демонстраций, видеозадач.

Приоритетами курса являются:

•изучение основных физических явлений; овладение фундаментальными понятиями, законами и теориями классической и современной физики, а также методами физического исследования;

•овладение приемами и методами решения конкретных задач из различных областей физики;

•ознакомление с лабораторным оборудованием, формирование навыков проведения физического эксперимента, умения выделить конкретное физическое содержание в прикладных задачах будущей деятельности.

Одним из принципиальных отличий предлагаемой программы от традиционной является новый подход к организации аудиторной и самостоятельной работы студентов. Его основу составляет аудиторная работа студентов над теоретическим курсом под руководством преподавателя, осуществляемая в рамках обзорных лекций и видеосеминаров. В самостоятельную работу студентов входит подготовка к практическим и лабораторным занятиям, а также сам лабораторный практикум, выполняемый в учебных физических лабораториях, оснащенных, наряду с традиционным лабораторным оборудованием, компьютерами. Для поддержания интереса студентов к физике используется богатый и разнообразный материал, в том числе видео - и лекционные демонстрации. Используется новая форма организации семинарских занятий – видеосеминары, в ходе которых демонстрируются видеозадачи. Последние представляют из себя видеозаписи реальных физических экспериментов с последующей постановкой вопроса, проблемы для обсуждения и решения. В программе курса находят отражение основные этапы сложного исторического развития физики как научной дисциплины. Это означает, что все атрибуты процесса научного познания (анализ и синтез; абстрагирование, идеализация, обобщения и ограничения; аналогия, моделирование, формализация; историческое и логическое; индукция и дедукция) используются преподавателями в работе. Данная программа разработана на основе «Примерной программы

4

дисциплины «Физика» для направления 550000 – технические науки», принятой Министерством образования Российской Федерации в 2000г.

2. Цели и задачи курса

Курс физики совместно с курсами математики и теоретической механики составляет основу теоретической подготовки инженеров и играет роль фундаментальной базы, без которой невозможна успешная деятельность инженера.

Основные задачи данного курса физики:

1.создание основ достаточно широкой теоретической подготовки в области физики, позволяющей будущим инженерам ориентироваться в потоке научной и технической информации и обеспечивающей им возможность использования новых физических принципов в тех областях техники, в которых они будут специализироваться;

2.формирование основ научного мышления, правильного понимания границ применимости различных физических понятий, законов, теорий и умения оценивать степень достоверности результатов, полученных с помощью экспериментальных или научных методов исследования;

3.усвоение основных физических явлений и законов, методов физического мышления;

4.выработка приёмов владения основными методами решения и навыков их применения к решению конкретных физических задач из разных областей физики, помогающих в дальнейшем решать инженерные задачи;

5.ознакомление с современным лабораторным оборудованием и выработка начальных навыков проведения экспериментальных исследований различных физических явлений и оценки погрешности измерений.

После прохождения курса специалист должен:

знать основные законы физики и их следствия в объёме излагаемого курса;

уметь применять изученные законы физики к анализу и решению конкретных инженерных задач.

3. Рабочая программа курса

Третий семестр Модуль 7

Физика колебаний и волн.

Колебательные процессы. Понятие о колебательных процессах. Единый подход к колебаниям различной физической природы. Кинематика колебательного движения. Гармонические колебания и их характеристики. Комплексная форма представления гармонических колебаний. Метод векторных диаграмм. Дифференциальное уравнение гармонических колебаний. Пружинный, математический, физический маятники, колебательный контур без активного сопротивления. Энергия гармонических колебаний. Затухающие колебания. Дифференциальное уравнение затухающих колебаний и его решение. Коэффициент затухания, логарифмический декремент, добротность.

Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний и его решение. Амплитуда и фаза вынужденных колебаний. Резонанс. Резонанс в колебательном контуре. Сложение гармонических колебаний. Биения.

Волновые процессы.

5

Понятие о волновых процессах. Единый подход к волнам различной физической природы. Характеристики волнового движения. Продольные и поперечные волны. Уравнение волны. Волновое уравнение (дифференциальное). Плоские, цилиндрические и сферические волны. Монохроматические волны. Плоские электромагнитные волны (ЭМВ) и их свойства. Стоячие волны Энергия волны, поток энергии, вектор Пойнтинга. Стоячая ЭМВ. Резонатор. Излучение ЭМВ. Давление и импульс ЭМВ. Немонохроматические волны. Волновой пакет. Групповая скорость.

Модуль 8

Оптика.

Свет как частный случай ЭМВ. Законы геометрической оптики. Поляризация при отражении света. Интерференция. Разность хода и порядок интерференции. Когерентность. Методы наблюдения интерференции. Интерференция в тонких пленках. Дифракция. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция Френеля и Фраунгофера. Метод зон Френеля. Дифракция света на одной щели. Дифракционная решетка. Разрешающая способность. Голография. Дифракция волн на пространственной решетке. Условие Вульфа-Брэгга. Поляризация ЭМВ. Законы Малюса и Брюстера.

Элементы квантовой физики.

Противоречия классической физики. Фотоэффект, излучение АЧТ, стабильность атомов. Атомные спектры. Правило Ритца.

Основные положения квантовой физики. Квантование энергии. Корпускулярно-волновой дуализм. Экспериментальные проявления корпускулярно-волнового дуализма. Фотоны и волны Де Бройля. Квазичастицы. Соотношение неопределенностей как следствие корпускулярноволнового дуализма. Объяснение стабильности атомов.

Излучение атомов. Тепловое излучение. Характеристики теплового излучения. Равновесное излучение. Абсолютно черное тело. Закон Кирхгоффа. Степени свободы электромагнитного излучения. Формула Рэлея-Джинса. Квантовая гипотеза и формула Планка. Свойства равновесного излучения. Формула Стефана-Больцмана, закон смещения Вина. Оптическая пирометрия. Лазер. Виды и типы лазеров. Нерезонансное взаимодействие фотонов с веществом. Фотоэффект, эффект Комптона, тормозное излучение.

Модуль 9

Теория атома водорода по Бору. Модели атома Томсона и Резерфорда. Линейчатый спектр атома водорода. Постулаты Бора.

Элементы квантовой механики.

Гипотеза де Бройля. Свойства микрочастиц. Соотношение неопределенностей. Состояние частицы в квантовой механике. Волновая функция и ее статистический смысл. Стационарные состояния. Уравнение Шредингера. Стационарное одномерное уравнение Шредингера.

Собственные функции и собственные значения. Примеры решения уравнения Шредингера: свободная частица, частица в одномерной потенциальной яме, прохождение под потенциальным барьером, частица в центральном поле (атом водорода).

Современная физическая картина мира.

Вещество и поле. Атомно-молекулярное строение вещества. Атомное ядро. Кварки. Элементарные частицы. Взаимопревращения частиц. Сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное взаимодействия.

6

4. График учебного процесса в осеннем семестре по модульной технологии 2006/07 уч. года

Таблица 4.1

7