Физика

Бакалавриат 2020/2021

Статус: Курс обязательный (Информатика и вычислительная техника)

Направление: 09.03.01. Информатика и вычислительная техника

Кто читает: Департамент электронной инженерии

Где читается: Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова

Когда читается: 1-й курс, 2-4 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Охват аудитории: для своего кампуса

Преподаватели: Арутюнов Константин Юрьевич, Бессонова Людмила Павловна, Гузенкова Александра Сергеевна, Ихсанов Ренат Шамильевич, Плотников Юрий Дмитриевич, Скуридин Андрей Андреевич, Шаненко Аркадий Аркадьевич

Язык: русский

Кредиты: 12

Контактные часы: 136

Полная версия программы учебной дисциплины Задать вопрос

Аннотация

Курс направлен на получение студентами базовых знаний по физике и должен сформировать у студентов современное естественнонаучное мировоззрение. Для успешного прохождения курса студент должен освоить основные законы классической физики, а так же методы физического исследования. В курсе изучаются такие разделы как 1) механика, 2) термодинамика и основы статистической физики, 3) электричество. Знания, полученные при изучении курса, могут быть использованы при изучении таких дисциплин, как электротехника, электроника, метрология и т.д. При обучении предусмотрен контроль знаний студентов в виде домашних работ, контрольных работ, и экзамена.

Цель освоения дисциплины

Целями освоения дисциплины «Физика» являются: • формирование современного естественнонаучного мировоззрения; • получение базовых знаний по подготовке к производственной деятельности; • формирование профессиональных компетенций, связанных с использованием полученных знаний в дальнейшей производственной деятельности.

Планируемые результаты обучения

- знает основные определения кинематических величин, - знает основные определения и законы динамики поступательного и вращательного движений; - знает характеристики и уравнения механических колебаний и волн;
- решает типовые прикладные физические задачи
- знает основные понятия и законы молекулярно-кинетической теории газов, - знает основные понятия, основные функции и их свойства статистической физики, - знает определения основных физических величин и законы термодинамики,
- решает типовые прикладные физические задачи,
- знает основные определения, законы и теоремы электростатики
; - владеет навыками проведения физического эксперимента и обработки его результатов.
- владеет навыками проведения физического эксперимента и обработки его результатов.
- владеет навыками проведения физического эксперимента и обработки его результатов

Содержание учебной дисциплины

Тема 1. Механика. Механические колебания и волны
Содержание темы: • Гармонические колебания и их характеристики: амплитуда колебаний, фаза колебаний, начальная фаза колебаний, циклическая частота, период, частота колебаний. Комплексная форма представлений колебаний. Метод вращающегося вектора. Механические гармонические колебания. Энергия гармонических колебаний. Гармонический осциллятор. Дифференциальное уравнение свободных колебаний и его решение. Пружинный маятник. Физический маятник. Математический маятник. Приведенная длина физического маятника . • Свободные затухающие колебания. Дифференциальное уравнение свободных затухающих колебаний и его решение. Амплитуда, фаза, начальная фаза, циклическая частота, период затухающих колебаний. Декремент затухания. Логарифмический декремент затухания. Время релаксации • Вынужденные колебания. Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний и его решение. Зависимость амплитуды и фазы вынужденных колебаний от частоты. Резонанс. • Сложение колебаний одного направления с близкими частотами (биения). Сложение двух гармонических колебаний одинаковой частоты и одного направления. Сложение взаимоперпендикулярных колебаний. Сложение колебаний с разными, но кратными частотами. • Волновые процессы. Упругие волны. Продольные и поперечные волны. Волновой фронт. Волновая поверхность. Волновое уравнение. Уравнение бегущей волны. Фазовая скорость волны. Вектор Умова. Интерференция волн. Стоячие волны.
Тема 2. Элементы специальной теории относительности
Содержание темы: • Принцип относительности Галилея и Эйнштейна. Принцип постоянства скорости света. Преобразования Галилея и Лоренца. Следствия из преобразований Лоренца: одновременность событий, длительность событий и длина тел в различных системах отсчета. Релятивистский закон сложения скоростей. Интервал. Пространственноподобные и времениподобные интервалы. Связь собственного времени и интервала. • Релятивистский импульс. Энергия в релятивистской механике. Связь энергии и массы. Связь импульса и энергии.
Тема 3. Термодинамика и статистическая физика
Содержание темы: • Молекулярная масса, молярная масса, объем, концентрация, количество вещества, плотность вещества. Состояние системы. Процесс. Равновесный, обратимый и необратимый, круговой процессы. • Уравнение состояния идеального газа. • Основное уравнение молекулярно-кинетической теории. Средняя квадратичная скорость и средняя энергия.
Тема 4. Электростатика
Содержание темы: • Заряд. Точечный заряд. Закон Кулона. Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля. Единицы напряженности. Силовые линии напряженности. Принцип суперпозиции полей. • Поле диполя. Поведение диполя во внешнем поле. • Поток вектора напряженности электростатического поля. Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме. Дифференциальная формулировка теоремы Гаусса. Дивергенция вектора Е. Расчет полей с помощью теоремы Гаусса: поле бесконечной заряженной плоскости, двух плоскостей, сферической поверхности, объемно заряженного шара, объемно заряженного цилиндра, нити. • Циркуляция вектора напряженности электростатического поля. Теорема о циркуляции вектора Е (интегральная формулировка). Дифференциальная формулировка теоремы о циркуляции. Потенциальность электростатического поля. Ротор вектора Е. • Потенциал электростатического поля. Единицы потенциала. Потенциал системы зарядов. Связь напряженности и потенциала. Вычисление потенциала по напряженности: равномерно заряженная плоскость, объемно заряженный шар, объемно заряженный цилиндр. • Проводники в электростатическом поле. Поле внутри проводника и вблизи поверхности проводника. • Типы диэлектриков: полярные, неполярные, ионные. Поляризация диэлектриков. Поляризованность, напряженность поля в диэлектрике. Связанный заряд. Вектор электрического смещения. Теорема Гаусса для вектора D. Условие на границе раздела двух диэлектриков: тангенциальные и нормальные составляющие векторов Е и D. • Электроемкость уединенного проводника. Единицы электроемкости. Конденсаторы. Емкости плоского, сферического и цилиндрического конденсаторов. Параллельное и последовательное соединение конденсаторов. • Энергия системы зарядов. Энергия уединенного заряженного проводника. Энергия заряженного конденсатора. Энергия электростатического поля. Плотность энергии электростатического поля.
Тема 5. Постоянный электрический ток
Содержание темы: • Электрический ток. Сила и плотность тока. Сторонние силы. Напряженность поля сторонних сил. Электродвижущая сила. Работа поля сторонних сил и электростатического поля. Напряжение. Закон Ома для однородного участка цепи в интегральной и дифференциальной формах. Закон Ома для неоднородного участка цепи (обобщенный закон Ома) в интегральной и дифференциальной формах. Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной формах.
Тема 6. Электромагнетизм и электромагнитные колебания и волны.
Содержание темы: • Магнитное поле. Закон Био-Савара-Лапласа. Магнитное поле движущегося заряда. Закон Ампера. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Эффект Холла. Поведение витка с током в магнитном поле. • Теорема Гаусса для вектора B в интегральной и дифференциальной формах. Теорема о циркуляции для вектора B в интегральной и дифференциальной формах. • Магнитное поле в веществе. Макро- и микротоки. Намагниченность. Вектор напряженности магнитного поля. Теорема о циркуляции для вектора H. Магнитная восприимчивость. Связь вектора B и H. Диамагнетики. Парамагнетики. Ферромагнетики. • Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле. • Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея. Правило Ленца. Индуктивность контура. Явление самоиндукции. Ток при замыкании и размыкании цепи. Взаимная индукция. • Энергия магнитного поля. Плотность энергии магнитного поля. • Вихревое электрическое поле. Ток смещения. Уравнения Максвелла для электромагнитного поля. Свойства уравнений Максвелла.• Свободные колебания в колебательном контуре. Свободные затухающие колебания в колебательном контуре. Вынужденные колебания. Резонанс напряжения и тока. • Электромагнитные волны. Свойства электромагнитных волн. Энергия электромагнитных волн. Вектор Умова-Пойнтинга. Импульс электромагнитной волны. Шкала электромагнитных волн.
Тема 7. Волновая оптика
Содержание темы: • Основные определения и законы геометрической оптики. Корпускулярная и волновая теории света. Оптические системы (поток ИВТ). Фотометрия (поток ИВТ). • Принцип Гюйгенса. Когерентность. Интерференция света. Связь разности фаз и оптической разности хода. Расчет интерференционной картины от двух источников. Методы наблюдения интерференции: метод Юнга, зеркала Френеля, бипризма Френеля. Интерференция в тонких пленках: полосы равного наклона и равной толщины. Кольца Ньютона. Просветление оптики. • Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Прямолинейное распространение света. Дифракция на круглом отверстии и диске. Зонные пластинки. Дифракция Фраунгофера на одной щели. Дифракция Фраунгофера на двух щелях. Дифракционная решетка. Разрешающая способность оптических приборов. Разрешающая способность дифракционной решетки. Дифракция на пространственной решетке. Формула Вульфа-Брэггов. • Естественный и поляризованный свет. Закон Малюса. Поляризация при отражении и преломлении. Угол Брюстера.

Элементы контроля

экзамен 2
На потоке ИВТ экзамен проводится в устной и удаленной форме. Процедура пересдачи аналогична процедуре сдачи.
активность на семинарах 1
Дистанционный формат со 2-го модуля.
лабораторные работы 1
Дистанционный формат со 2-го модуля.
контрольная работа
Дистанционный формат со 2-го модуля.
коллоквиум
Дистанционный формат со 2-го модуля.
экзамен 1
активность на семинарах 2
лабораторные работы 2
экзамен 2
На потоке ИВТ экзамен проводится в устной и дистанционной форме. Процедура пересдачи аналогична процедуре сдачи.

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (3 модуль)
0.1 * активность на семинарах 1 + 0.2 * коллоквиум + 0.2 * контрольная работа + 0.1 * лабораторные работы 1 + 0.4 * экзамен 1
Промежуточная аттестация (4 модуль)
0.2 * активность на семинарах 2 + 0.2 * лабораторные работы 2 + 0.6 * экзамен 2

Программа дисциплины