Физика

Бакалавриат 2020/2021

Статус: Курс обязательный (Химия)

Направление: 04.03.01. Химия

Кто читает: Департамент электронной инженерии

Где читается: Факультет химии

Когда читается: 1-й курс, 2-4 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Охват аудитории: для своего кампуса

Преподаватели: Каган Максим Юрьевич, Попова Елена Арнольдовна

Язык: русский

Кредиты: 6

Контактные часы: 108

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Курс «Физика» предназначен для студентов Химического факультета ВШЭ. В ходе освоения этого курса студент получает знания основных законов классической и современной физики, осваивает методы физического исследования, узнает границы применимости различных физических законов и теорий. После успешного освоения курса студент должен овладеть навыками практического применения законов физики, стандартными теоретическими методами и моделями, их применением к решению конкретных физических задач. В качестве текущего контроля в курсе используются оценки за работу студентов на семинарах и оценки за письменные самостоятельные работы. В качестве промежуточной аттестации используются коллоквиумы или экзамены в конце каждого модуля.

Цель освоения дисциплины

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 определения основных физических величин и законы классической механики;
знает основные определения и законы статистической физики;
- знает определения основных физических величин и явления волновой оптики;
решает типовые прикладные физические задачи

Содержание учебной дисциплины

Тема 6. Волновая оптика
• Основные определения и законы геометрической оптики. Корпускулярная и волновая теории света. • 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. Двойное лучепреломление.
Тема 1. Механика. Механические колебания и волны.
Кинематика материальной точки и твердого тела • Предмет физики и ее связь с другими науками. Механика и ее структура. Научные абстракции: материальная точка, система материальных точек, абсолютно твердое тело. • Радиус-вектор, траектория, длина пути. Вектор перемещения. Средняя скорость, мгновенная скорость. Среднее ускорение, мгновенное ускорение. Соотношения между кинематическими величинами поступательного движения. Тангенциальное и нормальное ускорение. Классификация движения. • Вектор углового перемещения, угловой скорости, ускорения. Связь между линейными и угловыми величинами. Динамика поступательного движения тела • Первый закон Ньютона. Инерциальные и неинерциальные системы отсчета. Сила. Инертность. Масса. Импульс. Второй закон Ньютона. Принцип независимости сил. Третий закон Ньютона. Закон сохранения импульса. Связь закона сохранения импульса с однородность пространства. Движение центра масс. • Работа, мощность. Энергия. Кинетическая энергия. Потенциальная энергия. Связь силы и потенциальной энергии. Закон сохранения энергии. Связь закона сохранения энергии с однородностью времени. Графическое представление энергии. Потенциальные кривые. Динамика вращательного движения тела • Момент инерции материальной точки и системы тел. Теорема Штейнера. • Момент силы относительно точки и оси вращения. Момент импульса относительно точки и оси вращения. • Основное уравнение динамики вращательного движения. • Работа при вращении. Кинетическая энергия вращения. • Закон сохранения момента импульса. Связь закона сохранения момента импульса с изотропностью пространства. Механические колебания и волны • Гармонические колебания и их характеристики. 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 молекулярной и статистической физики.
Физические основы молекулярно-кинетической теории • Состояние системы. Процесс. Равновесный, обратимый и необратимый, круговой процессы. Уравнение состояния идеального газа. • Основное уравнение молекулярно-кинетической теории. Средняя квадратичная скорость и средняя энергия. Элементы статистической физики • Вероятность состояния. Статистическое распределение. Функция распределения. Условие нормировки для функции распределения. Свойства функции распределения. Среднее значение физической величины. • Распределение Гиббса. Распределение Максвелла по компонентам скоростей и по абсолютным скоростям. График функции распределения по скоростям. Наиболее вероятная скорость. Средняя скорость. Средняя квадратичная скорость. Функция распределения по энергиям. Средняя энергия. • Барометрическая формула. Распределение Больцмана. Распределение Максвелла-Больцмана. Реальный газ. Явления переноса. • Реальный газ: учет собственного объема молекул и учет сил притяжения. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы Ван-дер-Ваальса и их анализ. Внутренняя энергия реального газа. • Явления переноса: диффузия, теплопроводность и вязкость.

Элементы контроля

Самостоятельная работа
Самостоятельная работа проводится по теме Элементы статистической физики и содержит одну задачу. Самостоятельная работа проводится в часы семинарских занятий в начале 3-его модуля в течение 20 мин. Если семинары проходят в онлайн формате, то студент получает задание и прикрепляет решение в LMS.
Коллоквиум
Коллоквиум проводится по Теме 1 (Механика. Механические колебания и волны). Коллоквиум проводится в письменном виде в часы семинарских занятий на 1-ом занятии 3-его модуля. Билет коллоквиума содержит один теоретический вопрос (по материалу лекций). Вопросы к коллоквиуму размещены в LMS в разделе Материалы. Коллоквиум и Контрольная 1 проводятся на одном семинарском занятии, но оценивание этих форм контроля проводится отдельно. Если семинарские занятия на период проведения Коллоквиума+Контрольной 1 проводятся в онлайн формате, то одновременно все студенты потока получают свои варианты работы и прикрепляют решения в LMS. Время проведения Коллоквиума+Контрольной 1 составляет 1ч20 мин (в очном или онлайн формате).
Экзамен
Экзамен проводится в устной форме. Студент получает билет и письменно готовится к ответу в течение 40 мин. Билет содержит 2 теоретических вопроса и одну задачу. Далее проводится устная беседа с преподавателем по вопросам билета (с уточняющими и дополнительными вопросами). На экзамене студент не имеет права использовать какие-либо гаджеты и справочные материалы. Если экзамен проводится в онлайн формате (в условиях пандемии), то за 10 мин до начала экзамена студент должен войти в LMS, получить билет, письменный ответ прикрепить в LMS. Устный ответ на вопросы билета осуществляется на платформе Zoom после приглашения студента из зала ожидания. Для устной беседы в онлайн формате должен иметь компьютер, видеокамеру, микрофон. Если связь на любом этапе сдачи экзамена прерывается более чем на 5 мин, то студент направляется на переэкзаменовку. Студенту в ведомость ставится «неявка» и 0 баллов за экзамен если студент не сдал письменную часть экзамена и/или не явился на устную часть.
Семинары
Контрольные работы
Контрольные работы проходят в письменном виде в часы семинарских занятий. Контрольная работа 1 по механике (и коллоквиум) проводится на 1-ом семинарском занятии третьего модуля .Контрольная работа 1 содержит 4 задачи. Контрольная работа 2 по электростатике и постоянному току проводится в конце третьего модуля. Контрольная работа 2 содержит 4 задачи. Если семинарские занятия на период проведения контрольной работы проводятся в онлайн формате, то одновременно все студенты потока получают свои варианты работы и прикрепляют решения в LMS. Время проведения каждой работы -Контрольная 1+коллоквиум и Контрольная 2 - составляет 1ч20 мин (в очном или онлайн формате).
Тесты

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (4 модуль)
0.09 * Коллоквиум + 0.18 * Контрольные работы + 0.09 * Самостоятельная работа + 0.06 * Семинары + 0.18 * Тесты + 0.4 * Экзамен

Программа дисциплины