ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГТУ «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ»


Утверждено
на заседании Президиума Методсовета университета
«___________»________________________200____г.
_____________________/______________________/
(Председатель Совета)



БАЗОВАЯ ПРОГРАММА
УЧЕБНОЙ ОБЩЕУНИВЕРСИТЕТСКОЙ ДИСЦИПЛИНЫ



Физика



Москва 2006 г.
Аннотация
Физика – наука, изучающая наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи и законы её движения. Поэтому понятия физики и её законы лежат в основе всего естествознания. Физика изучает количественные закономерности явлений. Границы, отделяющие физику от других естественных наук, в значительной мере условны и меняются с течением времени.
В своей основе физика – экспериментальная наука: её законы базируются на фактах, установленных опытным путём. Эти законы представляют собой количественные соотношения и формулируются на математическом языке. Различают экспериментальную физику – опыты, проводимые для обнаружения новых фактов и для проверки известных физических законов, и теоретическую физику, цель которой состоит в формулировке законов природы и в объяснении конкретных явлений на основе этих законов, а также в предсказании новых явлений. При изучении любого явления опыт и теория в равной мере необходимы и взаимосвязаны.
Поэтому физика является базовой дисциплиной для естественнонаучного цикла дисциплин в подготовке бакалавров и магистров по всем направлениям обучения, связанным как с наукой о материалах, так и с техникой. Исторически курс физики разделяют на несколько частей, изучаемых последовательно. Настоящий курс разделен на три части: «Механика. Молекулярная физика и термодинамика» (6 зачетных единиц), «Электричество и магнетизм» (7 зачетных единиц), «Оптика. Атомная и ядерная физика» (5 зачетных единиц).

Часть I. Механика. Молекулярная физика и термодинамика

1. Цель обучения

Научить современным методам физического исследования на основе знаний универсальных физических законов механики, молекулярной физики и термодинамики. Сформировать навыки решения прикладных задач, умение выделять и моделировать конкретное физическое содержание в прикладных задачах будущей профессиональной деятельности. Сформировать навыки проведения физического эксперимента, использования современного физического оборудования и компьютерных методов обработки результатов.

2. Приобретаемые компетенции

Готовность демонстрировать знания:
1. - единиц измерения всех физических величин в интернациональной системе единиц (Л № 1 – 17; ПЗ № 1 – 17; ЛР № 1 – 13 – ИК2,3,5,7);
2. - уравнений, описывающих такие виды движения, как поступательное, вращательное, плоское (Л № 1 – 4; ПЗ № 1 – 4- ИК 1,2,3,5,7);
3. - законов кинематики и динамики материальной точки и твердого тела в классической механике (Л № 1 – 9; ПЗ № 1 – 9; ЛР № 1 – 8- ИК 1,2,3,5,7);
4. - основ специальной теории относительности (Л № 10; ПЗ № 10- ИК 1,2,3,5,7);
5. - законов сохранения импульса, момента импульса и энергии (Л № 5 – 10; ПЗ № 5 – 10; ЛР № 2 – 8 -ИК 1,2,3,5,7);
6. - основ молекулярной физики и термодинамики (Л № 11 – 17; ПЗ № 11 – 17; ЛР № 9 – 13 -ИК 1,2,3,5,7).

Приобретаемые навыки:
7. - проводить эксперимент и расчеты по определению всех кинематических параметров при поступательном и вращательном движении макроскопических тел (Л № 1 – 4, 10; ПЗ № 1 – 4, 10; ЛР № 2 – 8 – ИК2,3,5,7; ОПК1,2,4,5);
8. - проводить эксперимент по определению динамических линейных и угловых характеристик движения материальной точки и твердого тела (ЛР № 2 – 8 ИК2,3,5,7; ОПК1,2,4,5);
9. - экспериментально проверять выполнение и проводить расчеты с применением законов сохранения импульса, момента импульса и энергии для макроскопических систем (Л № 5 – 9; ПЗ № 5 – 9; ЛР № 2 – 8 ИК2,3,5,7; ОПК1,2,4,5);
10. - экспериментально определять и рассчитывать параметры молекулярно-кинетической теории: объем, давление, температуру, массу (Л № 11 – 17; ПЗ № 11 – 17; ЛР № 1, 11 ИК2,3,5,7; ОПК1,2,4,5);
11. - определять погрешности эксперимента (ЛР № 1 – 13 ИК2,3,5,7; ОПК1,2,4,5);
12. - самостоятельно работать с литературой при поиске информации для оптимального метода решения поставленных задач (ПЗ № 1 – 17; ЛР № 1 – 13 - ИК5,6,7; ОПК1,2,4,5);
13. - осуществлять обработку экспериментальных результатов с применением автоматизированных систем и компьютерной техники (ЛР № 1 – 13 ИК5,6,7; ОПК1,2,4,5).

3. Объем Части I. «Механика. Молекулярная физика и термодинамика» дисциплины «Физика» и виды учебной работы (час)

Таблица 1

Вид учебной работы Зачетных единиц Всего часов Часы в семестрах
2  
Общая трудоемкость 6 180 180  
Аудиторные занятия   85 85  
Лекции 34 34  
Практические занятия (ПЗ) 34 34  
Лабораторные работы (ЛР) 17 17  
Самостоятельная работа 95 95  
Курсовой проект (работа)      
Вид итогового контроля Экзамен


4. Содержание Части I. «Механика. Молекулярная физика и термодинамика» дисциплины «Физика»

4.1. Разделы дисциплины и виды занятий

Таблица 2

Раздел дисциплины Лекции ПЗ С ЛР
1 Физические основы нерелятивистской механики 14 14   6
2 Механические колебания 4 4   4
3 Основы специальной теории относительности 2 2    
4 Молекулярная физика и термодинамика 14 11-17   6

4.2. Содержание лекционного курса

Семестр 2*
Часть I. Механика. Молекулярная физика и термодинамика
(34 часа)

Раздел 1. Физические основы нерелятивистской механики /1а, 1б, 2б, 3б/
(14 часов)
1.1. Введение. Механика материальной точки.
Физика как наука об общих свойствах и законах движения материи. Методы физического исследования: опыт, гипотеза, эксперимент, теория. Роль физики в развитии техники и влияние техники на развитие физики. Курс физики как база для изучения общетехнических и специальных дисциплин. Предмет классической механики. Границы ее применимости. Механическое движение. Принцип относительности движения. Феноменологический и статистический методы описания движения. Модели движущихся объектов. Система отсчета. Единицы измерения и системы единиц. Основные единицы СИ.

1.2. Кинематика материальной точки. Кинематика твердого тела.
Способы задания движения материальной точки в кинематике. Основные кинематические параметры: траектория, путь, перемещение, скорость, нормальное, тангенциальное и полное ускорения. Движение материальной точки в однородном гравитационном поле. Кинематика вращательного движения абсолютно твердого тела. Угловое перемещение, угловая скорость, угловое ускорение и их связь с линейными параметрами.

1. 3. Динамика материальной точки и поступательного движения твердого тела.
Инертность тел. Масса. Импульс. Взаимодействие тел. Сила. Законы Ньютона. Виды сил в механике. Силы тяготения. Реакция опоры и вес. Сила упругости. Сила трения. Деформация упругих твердых тел. Основные виды деформации. Одноосное растяжение и сжатие. Деформация сдвига, кручения и изгиба. Упругие деформации. Законы Гука. Модуль Юнга и модуль сдвига. Пластическая деформация твердых тел. Предел прочности. Инерциальные и неинерциальные системы отсчета. Принцип относительности Галилея. Преобразования Галилея. Силы инерции при поступательном и вращательном движении. Принцип эквивалентности сил инерции и силы тяжести (инертной и гравитационной масс).

1.4. Динамика вращательного движения.
Основное уравнение динамики вращательного движения абсолютно твердого тела. Момент силы. Момент импульса относительно точки и оси. Момент инерции твердого тела относительно главных и произвольных осей. Теорема Штейнера.

1.5. Законы сохранения и изменения импульса и момента импульса в механике.
Импульс материальной точки и системы материальных точек. Центр инерции. Законы движения центра инерции и движение относительно центра инерции. Закон сохранения и изменения импульса материальной точки и системы материальных точек. Движение тел переменной массы. Уравнения Мещерского и Циолковского. Закон сохранения момента импульса. Гироскопический эффект и прецессия гироскопа.

1.6. Работа и мощность в механике.
Работа и мощность силы и момента сил. Консервативные и диссипативные силы. Потенциальное поле. Работа сил потенциального поля на конечном перемещении и на замкнутом пути. Связь между потенциальной энергией и силой.

1.7. Законы сохранения и превращения энергии.
Кинетическая, потенциальная и полная энергия механической системы. Закон сохранения и превращения энергии. Связь законов сохранения с симметрией пространства и времени. Практическое применение законов сохранения в механике. Понятие удара. Абсолютно упругий и неупругий удары. Работа и энергия при вращательном движении. Плоское движение. Кинетическая энергия при плоском движении.

Раздел 2. Механические колебания /1а, 1б, 2б, 3б/
(4 часа)

2.1. Свободные механические колебания.
Гармонические колебания. Свободные незатухающие гармонические колебания механического осциллятора. Амплитуда, круговая частота и фаза гармонических колебаний. Дифференциальное уравнение колебательного движения и его решение. Законы изменения скорости и ускорения при гармонических колебаниях. Математический и физический маятники, груз на пружине. Закон сохранения энергии при гармонических колебаниях. Сложения одинаково направленных гармонических колебаний с одинаковыми и близкими частотами. Биения. Сложения взаимноперпендикулярных колебаний. Фигуры Лиссажу.

2.2. Затухающие колебания. Вынужденные колебания.
Свободные затухающие колебания. Коэффициент затухания. Логарифмический декремент затухания. Добротность. Собственная частота осциллятора и частота затухающих колебаний. Вынужденные механические колебания. Уравнения установившихся вынужденных колебаний. Амплитуда и фаза вынужденных колебаний. Векторные диаграммы. Явление резонанса. Явление резонанса в науке и технике.

Раздел 3. Основы специальной теории относительности /1а, 1б, 3б/
(2 часа)

3.1. Основы специальной теории относительности.
Элементы специальной теории относительности. Преобразования Лоренца. Релятивистская кинематика и динамика. Гравитационное поле.

Раздел 4. Молекулярная физика и термодинамика /1а, 2а, 1б/
(14 часов)

4.1. Молекулярная физика.
Основные положения молекулярно-кинетической теории. Виды агрегатных состояний. Уравнение состояния идеального газа. Параметры состояния. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории. Понятие числа степеней свободы молекул. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы.

4.2. Термодинамические распределения.
Распределение молекул идеального газа по скоростям и кинетическим энергиям. Средняя, среднеквадратичная, и наиболее вероятная скорости молекул газа. Барометрическая формула. Распределение Больцмана.
Явления переноса в газах. Число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул. Диффузия, теплопроводность, внутреннее трение.

4.3. Основы классической термодинамики. Первое начало термодинамики.
Термодинамическая система. Теплота и работа. Первое начало термодинамики. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам. Внутренняя энергия термодинамической системы и способы ее изменения. Классическая теория теплоемкости идеальных газов. Теплоемкость идеального газа при постоянном объеме и постоянном давлении.

4.4. Политропические процессы.
Политропические процессы. Показатель политропы. Вычисление работы газа при произвольном политропическом процессе. Адиабатический процесс. Показатель адиабаты. Уравнение Пуассона.

4.5. Второе и третье начала термодинамики.
Обратимые и необратимые процессы. Круговые термодинамические процессы (циклы). Работа цикла. КПД цикла. Цикл Карно. Энтропия как функция состояния. Неравенство Клаузиуса. Второе начало термодинамики. Вероятностный смысл энтропии. Закон возрастания энтропии. Третье начало термодинамики. Теорема Нернста. Недостижимость абсолютного нуля.

4.6. Реальные газы.
Взаимодействие молекул реального газа. Уравнение состояния газа Ван-дер-Ваальса. Изотермы идеального и реального газов. Критические параметры состояния. Уравнение Клапейрона – Клаузиуса. Фазовые переходы.

4.7. Конденсированное состояние вещества.
Жидкости. Ближний порядок. Силы поверхностного натяжения. Формула Лапласа. Смачивание и несмачивание. Капиллярные явления. Кристаллическое состояние вещества. Дальний порядок. Дефекты в кристаллах.

4.3. Перечень тем практических занятий
Семестр 2
(34 часа)
Таблица 3

Наименование Кол-во часов
1 Кинематика поступательного движения. Понятия линейного перемещения, линейной скорости, ускорения. Система отсчета. Системы единиц СИ. Расчет средней и мгновенной скорости, нормального и тангенциального ускорения. 2
2 Кинематика вращательного движения. Основные параметры вращательного движения. Связь линейных и угловых параметров. 2
3 Динамика поступательного движения. Понятие массы, силы. Законы Ньютона. 2
4 Динамика вращательного движения. Понятие момента инерции. Решение задач. 2
5 Закон сохранения импульса и момента импульса. Реактивное движение. 2
6 Работа и энергия. Мощность. Потенциальное поле. Связь между потенциальной энергией и силой. 2
7 Закон сохранения и превращения механической энергии. Абсолютно упругий и неупругий удары. Плоское движение. 2
8 Свободные механические колебания. Параметры колебаний. Сложение колебаний. Биение, фигуры Лиссажу. 2
9 Затухающие и вынужденные колебания. Явление резонанса. 2
10 Основы специальной теории относительности. Релятивистская кинематика и динамика. 2
11 Основы молекулярно-кинетической теории газов. 2
12 Распределение молекул идеального газа по скоростям и кинетическим энергиям. Распределение Больцмана. 2
13 Первое начало термодинамики. Теплоемкость. 2
14 Политропические процессы. 2
15 Второе начало термодинамики. Циклы. Цикл Карно. Энтропия и ее свойства. Третье начало термодинамики. 2
16 Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. 2
17 Жидкости. Кристаллическое строение вещества. Дефекты в кристаллах. 2


4.4. Перечень тем лабораторных занятий
Семестр 2
(17 часов)
Таблица 4

Наименование Кол-во часов
1 Определение плотности твердых тел по их геометрическим размерам и массе 2
2 Определение ускорения силы тяжести про помощи прибора Атвуда 2
3 Изучение законов импульса и энергии при соударениях 2
4 Изучение динамики вращательного движения при помощи маятника Обербека 2
5 Изучение законов динамики вращательного движения при помощи маятника Максвелла 2
6 Определение скорости тела при помощи крутильно-баллистического маятника 2
7 Определение моментов инерции тел при помощи крутильного маятника 2
8 Определение ускорения силы тяжести при помощи универсального маятника 2
9 Определение модулей сдвига и кручения в статическом режиме 2
10 Определение модуля Юнга на приборе Лермантова 2
11 Определение отношения теплоемкостей Срv воздуха методом Клемана и Дезорма 2
12 Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости по методу максимального давления в пузырьке воздуха 2
13 Определение коэффициента поверхностного натяжения по высоте подъема жидкости в капиллярах 2
Примечание. Каждый студент выполняет только ту часть лабораторных работ, которая предусмотрена его маршрутом.

5. Учебно-методическое обеспечение части «Механика. Молекулярная физика. Термодинамика».
  5.1. Рекомендуемая литература (основная и дополнительная).
 
а) Основная литература:
1а. Савельев И.В. Курс общей физики. Кн. 1. АСТ – Москва. 2006
2а. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Молекулярная физика. М. Наука 1979-687с.
3а. Иродов И.Е. Задачи по общей физике. М. Лань. 2006-416с.
4а. Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики. М. Наука 1990-67с.
5а. Физика. Раздел механика. Лабораторный практикум. М. МИСиС 1998-67с.
6а. Медников О.И., Пташинский В.В., Ушакова О.А. Физика. Сборник задач для домашних заданий. Задания и методические указания. М. МИСиС 1998-95с.
7а. Физика. Раздел молекулярная физика и термодинамика. Лабораторный практикум. М. МИСиС 1997-83с.
8а. Ахметчина Т.М., Богомолова Н.Г., Бузанов В.И., Докучаева В.А., Поволоцкая И.Г., Ушакова О.А. Физика. Механика. Молекулярная физика. Термодинамика. Учебное пособие для самостоятельной работы по решению задач. Под редакцией Ашмарина Г.М. М. МИСиС 2001-184с.
9а. Сборник контрольных вопросов и задач для самостоятельной работы студентов. Под редакцией Ашмарина Г.М. М. МИСиС 2001-31с.
10а. Рахштадт Ю.А., Чечеткина Н.В. Физика. Физические основы механики. Учебное пособие М. МИСиС, 2002-143с.
11а. Рахштадт Ю.А., Чечеткина Н.В. Физика. Силовые поля. Учебное пособие. – М.: МИСиС. 2002. - 106 с.

12а. Рахштадт Ю.А., Чечеткина Н.В. Физика. Колебания и волны. Учебное пособие. – М.: МИСиС. 2001.-143 с.

13а. Рахштадт Ю.А., Уварова И.Ф., Чечеткина Н.В..Физика: Молекулярная физика: Учеб. пособие. М.: МИСиС, 2003. -91 с.
 
б) Дополнительная литература:
1б. Детлаф А.А., Яворский Б.М., Милковская Л.Б. Курс физики. Том 1. М. Высшая школа. – 1977–375с.
2б. Ч. Киттель, У. Найт, М. Рудерман Механика. Берклиевский курс физики. М. Лань 2002-479с.
 
 
5.2. Средства обеспечения освоения части «Механика. Молекулярная физика. Термодинамика» дисциплины «Физика»
 
1. Лекционные презентации по части «Механика. Молекулярная физика. Термодинамика» учебной дисциплины «Физика»
2. Электронный конспект лекций по части «Механика. Молекулярная физика. Термодинамика» учебной дисциплины «Физика»
3. Электронный сборник опорных конспектов по части «Механика. Молекулярная физика. Термодинамика» учебной дисциплины «Физика»
4. Тесты, задачи, контрольные вопросы для самоподготовки и контроля работы студентов.
5. Компьютерная обучающая программа решения задач по части «Механика. Молекулярная физика. Термодинамика» учебной дисциплины «Физика»
6. Обучающая программа «Открытая физика» ч.2
7. Физические демонстрации «Механика. Молекулярная физика. Термодинамика» (видеофильм)

6. Материально-техническое обеспечение части I«Механика. Молекулярная физика. Термодинамика» учебной дисциплины «Физика»

1. Лаборатории механики, молекулярной физики и термодинамики: к. Б-709, Б-711
2. Лаборатория «Колебания и волны»: Б-722
2. Кабинет самостоятельной работы студентов: к. Б-708

7. Методические рекомендации по организации обучения. Часть I. «Механика. Молекулярная физика. Термодинамика» учебной дисциплины «Физика»
При изложении вопросов, указанных в разделе 4.2. настоящей Программы, преподаватель самостоятельно определяет порядок, подробности изложения материала. Кроме того, что этот материал полно излагается в литературе, приведенной в списке основной и дополнительной литературы (раздел 5.1.) Также рекомендуется единая система обозначения физических величин.
При проведении практических занятий преподаватель, ведущий занятия подбирает как самостоятельно задачи, так и использует задачи, приведенные в изданиях (6а, 9а)
Рекомендуется включать для решения на практических занятиях и для самостоятельной работы студентов «Задачи для практических занятий», разработанных в рамках данного учебного курса.

8. Перечень заданий для самостоятельного выполнения по части I«Механика. Молекулярная физика. Термодинамика» учебной дисциплины «Физика»
Таблица 5

Задания Срок выдачи (№ недели) Срок сдачи (№ недели) Номера разделов дисциплины
Домашнее задание №1 1 8 1
Домашнее задание №2 1 13 2, 3, 4
Домашние задания сдаются во время, отведенное кафедрой в указанные сроки.

9. Перечень контрольных мероприятий по части I«Механика. Молекулярная физика. Термодинамика» учебной дисциплины «Физика»
Семестр 2
Таблица 6

Вид контрольного мероприятия Срок проведения (№ недели) Контролируемый объем учебного курса(№№ разделов)
Контрольная работа №1 10 1, 2
Контроль и самоконтроль знаний проводится в дни и часы, устанавливаемые преподавателем в среде e-learning.

Часть II. Электричество и магнетизм.
1. Цель обучения

Научить современным методам физического исследования на основе знаний универсальных законов электромагнитного поля, законов постоянного тока, электромагнитных колебаний и волн. Сформировать навыки решения прикладных задач, умение выделять и моделировать конкретное физическое содержание в прикладных задачах будущей профессиональной деятельности. Сформировать навыки проведения физического эксперимента, использования современного физического оборудования и компьютерных методов обработки результатов.

2. Приобретаемые компетенции
Готовность:
1.      – использовать знание основных законов взаимодействия электрических зарядов и проводников с током  с электрическим и магнитным полями для решения задач о поведении заряженных частиц и проводников с током в электромагнитом поле (Л. № 1, 8, 9 ; ПЗ № 1,9,11; Л�6 - ИК 1,2,3,5,7);
2.      – применять основные уравнения электростатики и магнитостатики, уравнения Максвелла  для расчета характеристик электромагнитных полей в вакууме и в различных средах     (Л. № 1, 2, 3, 4, 8, 10, 11; ПЗ № 1-6; 9,10, 12,16; ЛР №  7- ИК 1,2,3,5,7);
3.      – описывать процессы, протекающие в проводниках, диэлектриках, магнетиках, под действием электромагнитного поля; описывать процессы, происходящие в различных средах, при протекании в них электрического тока        (Л. № 3, 4. 6, 7, 11, 12; ПЗ № 4. 5, 6, 8, 12; ЛР № 3-5- ИК 1,2,3,5,7);
4.      – составлять математически адекватные уравнения для расчета токов в неразветвленных и разветвленных цепях постоянного тока; составлять дифференциальные уравнения  для расчета токов и напряжений в цепях переменного тока      (Л. № 5, 15, 16, 17; ПЗ № 7, 15, 16, 17- ИК 1,2,3,5,7);
5.      – осуществлять расчет напряженности и потенциала электростатического поля системы точечных зарядов и распределенного заряда на основе принципа суперпозиции для электростатических полей и теоремы Гаусса (Л. № 1,2; ПЗ № 1, 2); расчет магнитной индукции системы проводников с током на основе принципа суперпозиции для магнитных полей и теоремы о циркуляции вектора магнитной индукции (Л. № 8, 10; ПЗ № 9,10; ЛР № 7, 9); расчет токов в неразветвленных и разветвленных цепях постоянного тока, расчет мощности, выделяющейся в элементах цепей (Л. № 5; ПЗ №, 7) на основе законов Ома, Кирхгофа, Джоуля-Ленца; расчет основных параметров различных видов электромагнитных колебаний и волн (Л. № 15, 16, 17 ; ПЗ № 15, 16, 17; ЛР № 8, 10- ИК 1,2,3,5,7 );
6.      – обосновывать целесообразность применения выбранного метода для расчета характеристик электромагнитного поля, исходя из заданного распределения зарядов и токов, свойств и параметров среды, учитывая различные приближения и границы применимости используемых физических законов       (Л. № 1, 2, 8, 10; ПЗ № 1, 2, 9. 10- ИК 1,2,3,5,7);
Навыки:
7.      – самостоятельной работы с литературой для поиска информации об отдельных определениях, понятиях и терминах, объяснения их применения в практических ситуациях; решения теоретических и практических типовых и системных задач, связанных с профессиональной деятельностью– ИК2,3,5,7; ОПК1,2,4,5;
8.      –  логического творческого и системного мышления– ИК2,3,5,7; ОПК1,2,4,5;
9.      – проведения измерений с использованием основных электроизмерительных приборов (ЛР № 1– ИК2,3,5,7; ОПК1,2,4,5);
10. – владения методами обработки, включая компьютерные, результатов физического эксперимента (Л. № 2-10– ИК2,3,5,6,7; ОПК1,2,4,5);
11. – выполнения расчетов погрешностей электроизмерительных приборов и измеряемых физических величин (ЛР № 2-10– ИК2,3,5,6,7; ОПК1,2,4,5);
12 – подготовки и планирования физического эксперимента (ЛР № 2-10– ИК2,3,5,6,7; ОПК1,2,4,5).
3. Объем части «Электричество и магнетизм» учебной дисциплины «Физика» и виды учебной работы (час)
Таблица 1

Вид учебной работы Зачетных единиц Всего часов Часы в семестрах
3  
Общая трудоемкость 7 210 210  
Аудиторные занятия   102 102  
Лекции 34 34  
Практические занятия (ПЗ) 34 34  
Лабораторные работы (ЛР) 34 34  
Самостоятельная работа 108 108  
Курсовой проект (работа)      
Вид итогового контроля Экзамен

Раздел дисциплины Лекции ПЗ С ЛР
1 Электростатика 8 12   8
2 Постоянный электрический ток 6 4   8
3 Магнитное поле постоянного тока 12 8   8
4 Квазистационарные электромагнитные поля. Электромагнитные колебания и волны 8 10   10
4.2. Содержание лекционного курса
Семестр 3
Электричество и магнетизм
(34 часа)
Раздел 1. Электростатика /1а, 1б, 2б, 3б, 4б, 6б, 7б/
(8 часов)

1.1. Предмет классической электродинамики. Электрическое поле. Напряженность электрического поля.
Предмет классической электродинамики и границы ее применимости. Два рода электрических зарядов, их дискретность. Кварки. Закон сохранения электрического заряда. Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона. Системы единиц. Напряженность электрического поля. Линии напряженности. Принцип суперпозиции электрических полей.

1.2. Основные уравнения электростатики в вакууме.
Описание свойств векторных полей. Поток вектора напряженности электрического поля в вакууме (теорема Гаусса). Вычисление полей протяженных заряженных тел с помощью теоремы Гаусса. Работа сил электростатического поля. Циркуляция электростатического поля. Потенциал электростатического поля. Градиент потенциала. Эквипотенциальные линии и поверхности. Связь напряженности и потенциала. Диполь. Электрическое поле системы точечных зарядов на больших расстояниях. Основные уравнения электростатики в вакууме.

1.3. Электростатическое поле в диэлектриках.
Диполь во внешнем электростатическом поле. Энергия диполя во внешнем электростатическом поле. Полярные и неполярные молекулы. Поляризация диэлектриков. Вектор поляризации. Поле внутри диэлектрика. Вектор электрического смещения. Диэлектрическая восприимчивость и диэлектрическая проницаемость вещества. Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектриках. Граничные условия на поверхности раздела двух диэлектриков. Сегнетоэлектрики и пироэлектрики.

1.4. Проводники в электростатическом поле. Конденсаторы. Энергия электрического поля.
Идеальный проводник в электростатическом поле. Поверхностные заряды. Поле внутри проводника. Электростатическая защита. Граничные условия на поверхности раздела проводника с вакуумом, проводника с диэлектриком. Электроемкость уединенного проводника и взаимная емкость системы проводников. Конденсаторы. Емкость конденсатора. Энергия взаимодействия электрических зарядов. Энергия системы заряженных проводников. Энергия заряженного конденсатора. Плотность энергии электрического поля.

Раздел 2. Постоянный электрический ток /1а, 1б, 2б, 3б, 4б, 6б, 7б/
(6 часов)

2.1. Постоянный электрический ток.
Условия существования тока. Электродвижущая сила. Источники ЭДС. Закон Ома для участка цепи в интегральной и дифференциальной формах. Закон Ома для замкнутой цепи. Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля - Ленца в интегральной и дифференциальной формах. Закон сохранения энергии для замкнутой электрической цепи. Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа.

2.2. Основы классической теории электропроводности металлов.
Открытие электрона. Природа носителей тока в металлах. Основные положения классической электронной теории проводимости металлов Друде-Лоренца. Вывод законов Ома, Джоуля - Ленца и Видемана - Франца на основе классической теории электропроводности металлов. Электрическое сопротивление металлов. Затруднения классической теории. Открытие явления сверхпроводимости металлов. Открытие явления высокотемпературной сверхпроводимости диэлектриков (керамик).

2.3. Электрический ток в различных средах.
Электропроводность газов. Процессы ионизации и рекомбинации. Газовый разряд, основные виды газового разряда. Понятие о плазме. Природа носителей заряда в электролитах. Закон Ома для электролитов. Законы электролиза Фарадея. Применение электролиза в металлургии, других технологических процессах. Электрический ток в вакууме. Явление термоэлектронной эмиссии. Работа выхода электрона из металла. Закон Богуславского – Лэнгмюра. Формула Ричардсона. Электронные лампы.

Раздел 3. Магнитное поле постоянного тока. /1а, 1б, 2б, 3б, 4б, 7б, 8б/
(12 часов)

3.1. Магнитное поле.
Взаимодействие элементов тока. Закон Ампера. Магнитное поле. Напряженность магнитного поля в вакууме. Магнитная индукция. Единицы измерения. Закон Био-Савара-Лапласа. Принцип суперпозиции магнитных полей. Магнитное поле кругового витка с током и прямолинейного отрезка проводника с током. Собственное магнитное поле движущегося заряда.

3.2. Контур с током в постоянном магнитном поле.
Магнитный момент контура с током. Момент сил, действующий на контур с током в магнитном поле. Энергия контура с током в магнитном поле. Работа перемещения проводника с током в постоянном магнитном поле.

3.3. Основные уравнения магнитостатики в вакууме.
Поток вектора магнитной индукции. Теорема Гаусса для магнитного поля. Соленоидальность магнитного поля. Представление о монополе Дирака. Теорема о циркуляции магнитного поля в вакууме. Напряженность магнитного поля внутри прямого длинного соленоида и тороида.

3.4. Магнитное поле в веществе.
Намагничивание вещества. Молекулярные токи Ампера. Вектор намагниченности. Вектор напряженности магнитного поля в веществе. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость вещества. Граничные условия на поверхности раздела двух магнетиков.

3.5. Основы электронной теории магнетизма.
Магнитные моменты атомов и молекул. Орбитальный магнитный момент электрона. Теорема Лармора. Природа диа- и парамагнетизма. Элементы теории ферромагнетизма. Точка Кюри. Закон Кюри - Вейсса. Доменная структура. Техническая кривая намагничивания ферромагнетиков. Квантовая природа ферромагнетизма. Ферри- и антиферромагнетики. Эффект Мейснера.

3.6. Движение заряженных частиц в постоянных электрическом и магнитном полях.
Отклонение заряженных частиц электрическим и магнитным полями. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в однородном постоянном магнитном поле. Масс-спектро-граф. Ускорители заряженных частиц. Эффект Холла.

Раздел 4. Квазистационарные электромагнитные поля. Электромагнитные колебания и волны /2а, 1б, 2б, 3б, 5б, 7б, 8б/
(6 часов)
4.1. Явление электромагнитной индукции.
Возникновение электродвижущей силы индукции в движущихся и неподвижных проводниках. Закон электромагнитной индукции Фарадея. Правило Ленца. Явление самоиндукции. Индуктивность. Пример расчета индуктивности соленоида. Переходные процессы в электрических цепях. Энергия магнитного поля. Плотность энергии.

4.2. Электромагнитные колебания.
Колебательный контур. Гармонические колебания в контуре. Формула Томсона. Свободные затухающие колебания. Декремент затухания и добротность колебательного контура. Вынужденные колебания. Резонанс токов и резонанс напряжений. Метод векторных диаграмм. Импеданс электрической цепи. Комплексное сопротивление.

4.3. Уравнения Максвелла.
Вихревое электрическое поле. Гипотеза Максвелла о токе смещения. Система уравнений Максвелла в интегральной и дифференциальной формах. Магнетизм как релятивистский эффект. Относительность разделения электромагнитного поля на электрическое и магнитное. Взаимопревращаемость переменных электрических и магнитных полей. Волновое уравнение. Плоская электромагнитная волна как решение уравнений Максвелла. Структура электромагнитной волны. Электромагнитные волны в прозрачной диэлектрической среде. Плотность потока энергии. Теорема Пойнтинга. Закон сохранения энергии для электромагнитного поля.

4.4. Общие свойства и характеристики волновых процессов.
Волны. Уравнение монохроматической волны. Плоские, цилиндрические и сферические, скалярные и векторные волны. Поляризация волн. Волновое уравнение. Общее решение волнового уравнения. Бегущие и стоячие волны. Волны в упругой среде. Энергетические соотношения. Вектор Умова-Пойнтинга. Эффект Доплера.

4.3. Перечень тем практических занятий
Семестр 3
(34 часа)
Таблица 3

Наименование Кол-во часов
1 Закон Кулона. Системы единиц СИ. Напряженность поля точечного заряда и системы точечных зарядов. Принцип суперпозиции. 2
2 Расчет напряженности поля от распределенного заряда. Применение теоремы Гаусса для расчета электростатических полей. 2
3 Работа в потенциальном поле. Потенциал. Связь между напряженностью и потенциалом. 2
4 Диэлектрики в электрическом поле. Поляризация диэлектриков. 2
5 Идеальный проводник в электростатическом поле. Электроемкость проводника. Энергия проводника. 2
6 Электроемкость конденсаторов. Энергия электростатического поля. 2
7 Законы постоянного тока. Расчет электрических цепей постоянного тока. 2
8 Электрический ток в металлах, электролитах и газах. 2
9 Постоянное магнитное поле в вакууме. Законы Ампера и Био-Савара-Лапласа. 2
10 Теорема о циркуляции вектора магнитной индукции и ее применение для расчета магнитного поля. 2
11 Движение заряженных частиц в постоянных электрическом и магнитном полях. 2
12 Магнитное поле в веществе. Магнетики. 2
13 Электромагнитная индукция. 2
14 Самоиндукция. Переходные процессы в электрических цепях. Энергия магнитного поля. 2
15 Электромагнитные колебания. 2
16 Уравнения Максвелла.Электромагнитные волны. 2
17 Волновые процессы 2

4.4. Перечень тем лабораторных работ
Семестр 3
(34 часа лабораторных занятий)
Таблица 4

Наименование Кол-во часов
1 Изучение основных типов и характеристик электроизмерительных приборов 5
2 Исследование свойств сегнетоэлектриков по петле диэлектрического гистерезиса 4
3 Изучение температурной зависимости сопротивления металлов. 4
4 Исследование термоэлектронной эмиссии из металлов. 4
5 Определение удельного сопротивления металлического проводника. 4
6 Определение удельного заряда электрона методом магнетрона. 4
7 Определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли 4
8 Исследование периодических процессов с помощью электронного осциллографа. 4
9 Применение явления взаимной индукции для исследования топографии магнитного поля соленоида 4
10 Изучение релаксационных колебаний в схеме с тиратроном 4

5. Учебно-методическое обеспечение части «Электричество и магнетизм» учебной дисциплины «Физика».

5.1 Рекомендуемая литература (основная и дополнительная)

а) основная литература
1а. Савельев И.В. Курс общей физики. Кн. 2. – М.: АСТ-Москва. 2006. - 336 с.
2а. Савельев И.В. Курс общей физики. Кн. 4. – М.: АСТ-Москва. 2006. - 256 с.
3а. Иродов И.Е. Задачи по общей физики. - М.: Лань. 2006. - 416 с.
4а. Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики. - М.: Наука. 1990. - 400 с.
5а. Физика Раздел: Электромагнетизм. Лабораторный практикум. Ч. 1. - М.: МИСиС. 1998. – 99 с.; Ч. 2 -М.: МИСиС. 1998. – 67 с.
6а. Медников О.И., Пташинский В.В., Ушакова О.А. Физика. Сборник задач для домашних заданий. Задания и методические указания. - М.: МИСиС. 1998. – 95 с.
7а. Батурин Б.Н. Правила электробезопасности при выполнении лабораторных работ. Учебное пособие. - М.: МИСиС. 1995. - 38 с.
8а. Докучаева В.А., Капуткин Д.Е., Курашов С.М., Наими Е.К., Русаков А.П., Степанова В.А., Уварова И.Ф., Шустиков А.Г.. Физика. Сборник контрольных вопросов и задач для самостоятельной работы студентов. Под ред. Г.М.Ашмарина. - М.:МИСиС. – 2001. - 32 с.
9а. Рахштадт Ю.А., Чечеткина Н.В. Физика. Силовые поля. Учебное пособие. – М.: МИСиС. 2002. - 106 с.
10а. Рахштадт Ю.А., Чечеткина Н.В. Физика. Колебания и волны. Учебное пособие. – М.: МИСиС. 2001.-143 с.
б) дополнительная литература
1б. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т. 3. - М.:Физматлит. 2004. - 656 с.
2б. Иродов И.Е. Основные законы электромагнетизма. – М.: Высш. шк. 1991. - 288 с.
3б. Калашников С.П. Электричество. – М.: Физматлит. 2003. – 624 с.
6б. Капуткин Д.Е., Рахштадт Ю.А. Физика. Раздел "Электричество". Учебное пособие для студентов вечернего факультета. - М.: МИСиС. – 1999.
7б. Капуткин Д.Е., Рахштадт Ю.А. Физика. Раздел " Электродинамика ". Учебное пособие для студентов вечернего факультета. - М.: МИСиС. – 1999.
8б. Капуткин Д.Е.,Рахштадт Ю.А. Физика. Раздел " Магнетизм ". Учебное пособие для студентов вечернего факультета. - М.: МИСиС. – 1999.

5.2. Средства обеспечения освоения части «Электричество и магнетизм» учебной дисциплины «Физика» (перечень обучающих, контролирующих и расчетных программ, диафильмов, кино- и телефильмов)

1. Лекционные презентации по части «Электричество и магнетизм» учебной дисциплины «Физика».
2. Электронный конспект лекций по части «Электричество и магнетизм» учебной дисциплины «Физика».
3. Электронный сборник опорных конспектов по части «Электричество и магнетизм» учебной дисциплины « Физика».
4. Тесты, задачи, контрольные вопросы для самоподготовки и контроля работы студентов.
5. Компьютерная обучающая программа решения задач по части «Электричество и магнетизм» учебной дисциплины « Физика».
6. Обучающая программа «Открытая физика». Ч.2.
7. Физические демонстрации «Электричество и магнетизм» (видеофильм).

6. Материально-техническое обеспечение части «Электричество и магнетизм» учебной дисциплины «Физика»

1. Лаборатория электромагнетизма к. Б-718, Б-720.
2. Лаборатория колебаний и волн к.Б-722.
3. Кабинет самостоятельной работы студентов к. Б-708.

7. Методические рекомендации по организации обучения по части II «Электричество и магнетизм» учебной дисциплины «Физика»

При изложении вопросов, указанных в разделе 4.2 настоящей Программы, преподаватель самостоятельно определяет порядок, глубину и степень подробности подачи материала, руководствуясь тем, как этот материал излагается в изданиях, приведенных в списке основной и дополнительной литературы (раздел 5.1).
Рекомендуется использовать единую систему обозначений физических величин записи формул физических законов, которая в основном соответствует принятой в /1а, 2а/.
При проведении практического занятия каждый преподаватель самостоятельно выбирает задачи для решения на занятии и для самостоятельной работы студентов из изданий /3а, 4а/, а также использует оригинальные авторские задачи по теме практического занятия. Рекомендуется включать для решения на практическом занятии и для самостоятельной работы студентов в качестве обязательного минимума «Задачи для практических занятий», разработанные в рамках данного учебного курса.

8. Перечень заданий для самостоятельного выполнения по части II «Электричество и магнетизм» учебной дисциплины «Физика»

Семестр 3
Таблица 5

Задания Срок выдачи (№ недели) Срок сдачи (№ недели) Номера разделов дисциплины
Домашнее задание №1 1 8 1
Домашнее задание №2 1 13 2, 3, 4
Домашние задания сдаются во время, отведенное кафедрой в указанные сроки.

9. Перечень контрольных мероприятий по части II «Электричество и магнетизм» учебной дисциплины «Физика».
Семестр 3
Таблица 6

Вид контрольного мероприятия Срок проведения (№ недели) Контролируемый объем учебного курса(№№ разделов)
Контрольная работа №1 10 1, 2
Контроль и самоконтроль знаний проводится в дни и часы, устанавливаемые преподавателем в среде e-learning.

ЧАСТЬ III. Оптика. Атомная и ядерная физика
1. Цель обучения
Научить фундаментальным концепциям и законам классической и современной квантовой оптики, атомной и ядерной физики. Обучить грамотному и обоснованному применению накопленных в процессе развития фундаментальной физики экспериментальных и теоретических методик при решении прикладных практических и системных проблем, связанных с профессиональной деятельностью . Выработать элементы концептуального ,проблемного и творческого подхода к решению задач инженерного и исследовательского характера.

2. Приобретаемые компетенции
Готовность:
1.      – использовать  знание основных законов  волновой оптики при расчёте двухлучевой и многолучевой интерференции   (Л. №1, 2; ПЗ №1- ИК 1,2,3,5,7); дифракционных эффектов (Л. №3-5; ПЗ №2-3- ИК 1,2,3,5,7); интерференции поляризованного света (Л. №8, 9; ПЗ №2,3- ИК 1,2,3,5,7); эффектов отражения и преломления света (Л. №6- ИК 1,2,3,5,7);
2.      – применять теоретические основы волновой оптики при анализе когерентности световых пучков   (Л. №2); концептуальные постулаты квантовой оптики при исследовании фотоэффектов (Л. №10; ПЗ № 5- ИК 1,2,3,5,7);
3.      – описывать закономерности материального мира в рамках как классической (макроподход), так и квантовой теории (микроподход), а также в их непрерывной взаимосвязи: тепловое излучение (Л. № 9; ПЗ № 5- ИК 1,2,3,5,7), фотоэффект   (Л. №10; ПЗ № 5- ИК 1,2,3,5,7), лазеры  (Л. №10- ИК 1,2,3,5,7);
4.      – составлять математически адекватные уравнения физических процессов и находить обоснованный алгоритм решения: теория рассеяния   (Л. № 6- ИК 1,2,3,5,7), голография (Л. № 5- ИК 1,2,3,5,7), рентгенография (Л. № 5- ИК 1,2,3,5,7), двойное лучепреломление (Л. № 8, ПЗ № 4 - ИК 1,2,3,5,7);), Комптон-эффект (Л. № 10- ИК 1,2,3,5,7);
5.      – осуществлять расчёт стандартных эффектов волновой и квантовой оптики   (Л. № 1-4,  Л.№10; ПЗ № 1-5- ИК 1,2,3,5,7);
6.      – обосновывать применение различных подходов и приближений в зависимости от соотношения параметров при изучении физических эффектов: дифракции Френеля, Фраунгофера, геометрическая оптика  (Л. № 3-4; ПЗ № 1-3- ИК 1,2,3,5,7), двухлучевая и многолучевая интерференции (Л. № 1,2; ПЗ № 1- ИК 1,2,3,5,7), влияние различных видов когерентности на результаты эксперимента ( Л.№2), поляризационные эффекты (Л. № 8,9; ПЗ № 4- ИК 1,2,3,5,7), эффекты квантовой оптики (Л. № 10; ПЗ № 5- ИК 1,2,3,5,7);
7.      − использовать  знание основных законов квантовой физики для решения задач о свойствах электронной системы в атомах, молекулах и твердых телах (Л. № 11 – 15; ПЗ № 6, 7- ИК 1,2,3,5,7);
8.      − описывать процессы, протекающие в ядерных реакциях, радиоактивности, взаимодействиях элементарных частиц (Л. № 16 – 17; ПЗ № 8- ИК 1,2,3,5,7).
9.      Навыки:
10. – самостоятельной работы с литературой для поиска информации об отдельных определениях, понятиях и терминах, объяснения их применения в практических ситуациях; решения теоретических и практических типовых и системных задач, связанных с профессиональной деятельностью- ИК5,6,7; ОПК1,2,4,5;
11. –  логического творческого и системного мышления- ИК5,6,7; ОПК1,2,4,5;
12. – проведения измерений (испытаний) (весь лабораторный практикум- ИК5,6,7; ОПК1,2,4,5);
13. – владения  техникой экспериментальных исследований с использованием современной аппаратуры и компьютерными средствами обработки результатов (весь лабораторный практикум- ИК5,6,7; ОПК1,2,4,5);
14. – выполнения  обоснованных расчётов погрешностей процесса измерений (весь лабораторный практикум - ИК5,6,7; ОПК1,2,4,5);
15. – подготовки информационных, теоретических и технологических  предпосылок успешной  экспериментально-исследовательской работы  (весь лабораторный практикум - ИК5,6,7; ОПК1,2,4,5).

3. Объем части «Оптика. Атомная и ядерная физика» учебной дисциплины «Физика» и виды учебной работы (час)
Таблица 1

Вид учебной работы Зачетных единиц Всего часов Часы в семестрах
4  
Общая трудоемкость 5 150 150  
Аудиторные занятия   68 68  
Лекции 34 34  
Практические занятия (ПЗ) 17 17  
Лабораторные работы (ЛР) 17 17  
Самостоятельная работа 82 82  
Курсовой проект (работа)      
Вид итогового контроля Экзамен

4. Содержание части «Оптика. Атомная и ядерная физика» учебной дисциплины «Физика»

4.1. Разделы части «Оптика. Атомная и ядерная физика» учебной дисциплины «Физика» и виды занятий

Таблица 2

Раздел дисциплины Лекции ПЗ С ЛР
1 Интерференция 4 2   2
2 Дифракция 6 4   4
3 Оптические свойства вещества 6 2   2
4 Квантовые свойства света 4 2   3
5 Элементы квантовой механики и физики атомов, молекул, твердых тел 10 4   4
5 Физика атомного ядра и элементарных частиц 4 2   2

4.2.Содержание лекционного курса
Оптика. Атомная и ядерная физика
(34 часа)


Раздел 1. Интерференция / 4а , 4 б /
(4 часа)

1.1. Интерференция сферических волн.
Оптический диапазон шкалы электромагнитных волн. Явление интерференции. Классическая теория когерентности. Принцип суперпозиции для волн. Интерференция плоских и сферических волн. Видность интерференционной картины. Закон сохранения энергии в явлениях интерференции. Способы получения когерентных волн. Бипризма и бизеркало Френеля. Одномерная решетка из когерентных источников сферических или цилиндрических волн.

1.2. Интерференция волновых цугов. Интерференция на плоскопараллельных пластинках.
Интерференция квазимонохроматических волн. Влияние источника на интерференцию волн. Пространственная и временная когерентности. Интерференция на плоскопараллельных пластинках. Цвета тонких пленок. Кольца Ньютона. Полосы равной толщины и равного наклона. Эталон Фабри - Перо. Интерферометры как спектральные измерительные приборы.

Раздел 2. Дифракция/ 4 а , 4 б /
(6 часов)

2.1. Дифракция Френеля.
Явление дифракции как фундаментальное свойство волновых процессов. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция Френеля. Графическое вычисление амплитуды. Метод зон Френеля. Дифракция на круглом отверстии и поглощающем диске. Зонная пластинка. Дифракция на крае полуплоскости. Число Френеля. Приближение коротких длин волн. Геометрическая оптика.

2.2. Дифракция Фраунгофера.
Дифракция Фраунгофера. Дифракция Фраунгофера на одной и двух узких щелях.

Дифракционная картина вблизи фокуса линзы. Дифракционная решетка. Спектральное разложение. Характеристики решетки как спектрального прибора: дисперсия, разрешающая сила, дисперсионная область. Закон сохранения энергии в явлениях дифракции.
2.3. Дифракция на плоских и пространственных решетках.
Дифракционная решетка с синусоидальной пропускаемостью. Оптическая фильтрация пространственных частот. Принцип голографии. Дифракция Фраунгофера на плоских и пространственных решетках. Условия Брэгга-Вульфа. Уравнения Лауэ. Спектрография рентгеновских лучей.

Раздел 3. Оптические свойства веществ/ 4 а , 4 б /
(8часов)

3.1. Классическая теория дисперсии. Рассеяние света.
Модель среды с дисперсией. Классическая теория. Комплексный показатель преломления. Нормальная и аномальная дисперсии. Волновой пакет. Групповая скорость. Поглощение волн. Закон Бугера. Рассеяние света. Прохождение света через оптически неоднородную среду. Рэлеевское рассеяние. Рассеяние Ми. Рассеяние Мандельштама - Бриллюэна.

3.2. Электромагнитные волны на границе раздела сред. Виды поляризации света.
Поведение волн на границе раздела двух сред. Граничные условия. Закон Снеллиуса. Полное внутреннее отражение. Формулы Френеля. Угол Брюстера. Естественный и поляризованный свет. Линейная, эллиптическая и круговая виды поляризации. Частично поляризованный свет. Поляризаторы. Закон Малюса.

3.3. Оптические свойства анизотропных сред. Двойное лучепреломление.
Оптические свойства анизотропной среды. Тензор диэлектрической проницаемости. Структура плоской монохроматической волны в анизотропной среде.
Зависимость фазовой скорости от направлений распространения волны и колебаний вектора поляризации. Уравнение Френеля. Обыкновенный и необыкновенный лучи. Двойное лучепреломление. Построение Гюйгенса. Поляризационные приспособления. Обнаружение и анализ эллиптически и циркулярно - поляризованного света.

3.4. Интерференция поляризованных волн. Искусственная анизотропия.
Интерференция поляризованных волн. Искусственная анизотропия, возникающая при деформациях. Явление Керра. Явление Коттон - Мутона. Вращение плоскости поляризации в оптически активных средах. Явление Фарадея. Эффект Зеемана. Элементарная теория нормального эффекта Зеемана. Обратный эффект Зеемана и его связь с явлением Фарадея. Эффект Штарка.

Раздел 4. . Квантовые свойства света/ 5 а , 4 б, 5 б /
(2часа)

4.1. Корпускулярно-волновая двойственность свойств света.
Противоречия классической физики. Тепловое излучение. Основные законы теплового излучения. Законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина. Формула Рэлея-Джинса. Ультрафиолетовая катастрофа. Теория Планка. Элементарная квантовая теория Эйнштейна теплового излучения.
Спонтанное и индуцированное излучение. Корпускулярно-волновая двойственность свойств света. Энергия и импульс световых квантов. Давление света. Физические принципы работы оптических квантовых генераторов. Формула Эйнштейна для фотоэлектрического эффекта. Эффект Комптона. Аннигиляция электронно-позитронной пары.

Раздел 5. Элементы квантовой механики и
физики атомов, молекул, твердых тел /5 а, 5 б/
(10 часов)

5.1. Атом Резерфорда – Бора и гипотеза де Бройля.
Опыты Резерфорда и ядерная модель атома. Постулаты Бора. Экспериментальное подтверждение постулатов Бора. Теория Бора для водородоподобных систем и её принципиальные недостатки. Гипотеза де Бройля и её экспериментальные подтверждения.

5.2. Элементы квантовой механики.
Корпускулярно-волновая двойственность свойств частиц вещества. Соотношение неопределённостей. Уравнение Шредингера. Волновая функция и её статистический смысл. Квантование энергии и момента импульса. Принцип суперпозиции. Прохождение частицы через потенциальный барьер. Гармонический осциллятор.

5.3. Элементы квантовой физики атомов и молекул.
Водородоподобные системы. Мультиплетность спектров и спин электрона. Результирующий механический и магнитный моменты многоэлектронного атома. Принцип Паули. Периодическая система элементов Д.И. Менделеева. Рентгеновские и молекулярные спектры.

5.4. Элементы квантовой статистики и зонной теории твердого тела.
Понятие о квантовых статистиках Ферми–Дирака и Бозе-Эйнштейна. Вырождение системы частиц. Энергетические зоны в кристаллах. Металлы, диэлектрики и полупроводники. Вырожденный электронный газ в металлах. Уровень Ферми. Фононы. Понятие о квантовой теории теплоемкости.

5.5. Электроны в кристаллах.
Электропроводность металлов и полупроводников. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Контакт электронного и дырочного полупроводников. Сверхпроводимость. Эффект Джозефсона. Высокотемпературные сверхпроводники и их применение в науке и технике.

Раздел 6. Физика атомного ядра и элементарных частиц /4 а, 6 б/
(4 часа)

6.1. Атомное ядро.
Основные свойства и строение ядра. Масса и энергия связи ядер. Ядерные силы. Радиоактивность. Ядерные реакции. Деление ядер. Проблема источников энергии и ядерная энергетика. Термоядерный синтез. Проблема управляемых термоядерных реакций.

6.2. Элементарные частицы и современная физическая картина мира.
Элементарные частицы: классификация и общие свойства. Частицы и античастицы. Физический вакуум. Лептоны. Адроны. Взаимопревращения элементарных частиц. Кварки. Фундаментальные взаимодействия. Великое объединение. Иерархия структур материи. Незавершенность физики и будущее естествознания.

4.3. Перечень тем практических занятий

Семестр 4
(17 часов)
Таблица 3

Наименование Кол-во часов
1 Интерференция 2
2 Дифракция 2
3 Дифракция 2
4 Поляризация света 2
5 Квантовые свойства света 2
6 Атом Резерфорда-Бора и волны де Бойля 2
7 Элементы квантовой физики атомов, молекул, твердых тел 2
8 Физика атомного ядра и элементарных частиц 2
4.4. Перечень тем лабораторных занятий
Семестр 4
(17 часов)

В семестре 4 студент выполняет 6 лабораторных работ из приведенного ниже списка .Конкретные темы лабораторных работ устанавливаются кафедральным графиком индивидуальных заданий.
Таблица 4

Наименование Кол-во часов
1 Погрешности оптических систем. 2
2 Моделирование оптических систем 2
3 Определение радиуса кривизны линзы и длины световой волны с помощью колец Ньютона 2
4 Определение эффективной полосы пропускания светофильтров 2
5 Изучение дифракционных спектров 2
6 Измерение длин световых волн с помощью дифракционной решетки и гониометра 2
7 Изучение дифракционной картины от одной и двух щелей. 2
8 Изучение основных явлений поляризации света. 2
9 Изучение явления естественного вращения плоскости поляризации 2
10 Изучение нормальной дисперсии света 2
11 Определение показателя преломления и средней дисперсии жидкостей твердых тел с помощью рефрактометра Аббе. 2
12 Исследование закономерностей теплового излучения вольфрама 2
13 Изучение спектров атомарного водорода 2
14 Изучение законов внешнего фотоэффекта 2
15 Исследование характеристик полупроводникового p-n перехода (диода). 2
5. Учебно-методическое обеспечение учебной дисциплины «Физика»
5.1. Рекомендуемая литература (основная и дополнительная)
а) основная литература
1.а. Савельев И.В. Курс общей физики. Кн. 1. – М.: АСТ-Москва. 2006. - 336 с.
2.а. Савельев И.В. Курс общей физики. Кн. 2. – М.: АСТ-Москва. 2006. - 336 с.
3.а. Савельев И.В. Курс общей физики. Кн. 3. – М.: АСТ-Москва. 2006. - 208 с.
4.а. Савельев И.В. Курс общей физики. Кн. 4. – М.: АСТ-Москва. 2006. - 256 с.
5.а. Савельев И.В. Курс общей физики. Кн. 5. – М.: АСТ-Москва. 2006. - 368 с.
6.а. Иродов И.Е. Задачи по общей физики. - М.: Лань. 2006. - 416 с.
7.а. Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики. - СПб.: Спец. литер. 1999. - 328 с.
8.а. Физика. Раздел: Механика. Лабораторный практикум. - М. МИСиС. 2000. – 88 с.
9.а. Физика. Раздел: Молекулярная физика и термодинамика. Лабораторный практикум. - М. МИСиС. 1997. – 83  с.
10.а. Физика Раздел: Электромагнетизм. Лабораторный практикум. Ч. 1. - М.: МИСиС. 1998. – 99 с.; Ч. 2 -М.: МИСиС. 1998. – 67 с.
11.а. Физика. Раздел: Оптика. Лабораторный практикум. - М.: МИСиС. 1998. – 103 с.
12.а. Медников О.И., Пташинский В.В., Ушакова О.А. Физика. Сборник задач для домашних заданий. Задания и методические указания. - М.: МИСиС. 1998. – 95 с.
13.а. Рахштадт Ю.А., Чечеткина Н.В. Физика. Колебания и волны. Учебное пособие. – М.: МИСиС. 2001. - 143 с.
14.а.Рахштадт Ю.А., Чечеткина Н.В. Физика: Кванты. Строение и физические свойства вещества: Учеб.пособие. М.:МИСиС, 2005.-151с.
 
б) дополнительная литература
1.б. Сивухин Д.В. Механика. Т. 1. - М.: Наука. 1989. - 576 с.
2.б. Сивухин Д.В. Термодинамика и молекулярная физика. Т. 2. - М.: ФИЗМАТЛИТ. - 2005. - 544 с.
3.б. Сивухин Д.В. Электричество. Т. 3. - М.: ФИЗМАТЛИТ. 2004. - 656 с.
4.б. Сивухин Д.В. Оптика. Т. 4. - М.: Наука. 1985. - 752 с.
5.б. Сивухин Д.В. Атомная и ядерная физика. Т. 5. ч. 1. - М.: Наука. 1986. - 416 с.
6.б. Сивухин Д.В. Атомная и ядерная физика. Т. 5. ч. 2. - М.: Наука. 1989. - 415с.
7.б. Иродов И.Е. Механика. Основные законы. - М.: ФИЗМАТЛИТ. 2001. - 320 с.
8.б. Иродов И.Е. Электромагнетизм. Основные законы. - М.: ФИЗМАТЛИТ. 2001. - 352 с.
9.б. Иродов И.Е. Физика макросистем. Основные законы. - М.: ФИЗМАТЛИТ. 2001. - 200 с.
10.б. Иродов И.Е. Волновые процессы. Основные законы. - М.: ФИЗМАТЛИТ. 2001. - 256 с.
11.б. Иродов И.Е. Квантовая физика. Основные законы. - М.: ФИЗМАТЛИТ. 2001. - 272 с.
5.2. Средства обеспечения освоения части «Оптика. Атомная и ядерная физика» учебной дисциплины «Физика»

1. Лекционные презентации по части «Оптика. Атомная и ядерная физика» учебной дисциплины «Физика».
2. Электронный конспект лекций по части «Оптика. Атомная и ядерная физика» учебной дисциплины «Физика».
3. Электронный сборник опорных конспектов по части «Оптика. Атомная и ядерная физика» учебной дисциплины « Физика».
4. Тесты, задачи, контрольные вопросы для самоподготовки и контроля работы студентов.
5. Компьютерная обучающая программа решения задач по части «Оптика. Атомная и ядерная физика» учебной дисциплины « Физика».
6. Обучающая программа «Открытая физика». Ч.2.
7. Обучающие и контролирующие компьютерные программы для самостоятельной работы по практическим занятиям по физике (на базе компьютерного класса в ауд.807). Занятия проводятся под руководством преподавателя кафедры физики.

6. Материально-техническое обеспечение части «Оптика. Атомная и ядерная физика» учебной дисциплины «Физика»

1. Лаборатории «Оптика. Атомная и ядерная физика» к. Б-713, Б-715.
2. Специализированный компьютерный класс (ауд. Б-807) для проведения компьютерных лабораторных работ и практических занятий по курсу «Оптика. Атомная и ядерная физика».
3. Кабинет самостоятельной работы студентов к. Б-708.

7. Методические рекомендации по организации обучения (включаются в программу по усмотрению разработчиков)

При изложении вопросов, указанных в пункте 4.2 настоящей Программы, преподаватель самостоятельно определяет порядок, глубину и степень подробности подачи материала, руководствуясь тем, как этот материал излагается в изданиях, приведенных в списке основной и дополнительной литературы (раздел 5.1).
Рекомендуется использовать единую систему обозначений физических величин записи формул физических законов, которая в основном соответствует принятой в /4.а, 5.а/.
При проведении практического занятия каждый преподаватель самостоятельно выбирает задачи для решения на занятии и для самостоятельной работы студентов из изданий /6.а, 7.а/, а также использует оригинальные авторские задачи по теме практического занятия. Рекомендуется включать для решения на практическом занятии и для самостоятельной работы студентов в качестве обязательного минимума «Задачи для практических занятий», разработанные в рамках данного учебного курса.

8. Перечень заданий для самостоятельного выполнения
Семестр 4
Таблица 5

Задания Срок выдачи (№ недели) Срок сдачи (№ недели) Номера разделов дисциплины
Домашнее задание №1 1 8 1-3
Домашнее задание №2 1 14 4,5

Домашние задания сдаются во время, отведенное кафедрой в указанные сроки.
9. Перечень контрольных мероприятий
Семестр 3
Таблица 6

Вид контрольного мероприятия Срок проведения (№ недели) Контролируемый объем учебного курса(№№ разделов)
Контрольная работа №1 10 1, 2,
Контроль и самоконтроль знаний проводится в дни и часы, устанавливаемые преподавателем в среде e-learning.

Программа составлена в соответствии с требованиями Государственных образовательных стандартов подготовки бакалавров и магистров по направлениям в области техники и технологии.

Авторы программы
Заведующий кафедрой Физики Д.Е.Капуткин
Профессор кафедры Физики Е.К.Наими
Профессор кафедры Физики А.П.Русаков
Доцент кафедры Физики В.В.Пташинский
Доцент кафедры Физики И.Ф.Уварова
Доцент кафедры Физики С.М.Курашов

Программа одобрена на заседании кафедры Физики ГОУ ВПО МИСиС, протокол № ______ от _____ 200______

Заведующий кафедрой Физики Д.Е.Капуткин