Физика

Бакалавриат 2022/2023

Статус: Курс обязательный (Прикладная математика)

Направление: 01.03.04. Прикладная математика

Кто читает: Департамент электронной инженерии

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

Когда читается: 2-й курс, 1, 2 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Охват аудитории: для своего кампуса

Преподаватели: Бессонова Людмила Павловна, Плотников Юрий Дмитриевич, Попова Елена Арнольдовна, Святодух Маргарита Игоревна

Язык: русский

Кредиты: 4

Контактные часы: 72

Полная версия программы учебной дисциплины Задать вопрос

Аннотация

Физика – наука, изучающая общие свойства и законы движения вещества и поля (А.Ф.Иоффе). Вещество и поле встречаются в любых материальных системах, поэтому физика составляет основу всего современного естествознания. Специалисты, получившие широкое физико-математическое образование, могут самостоятельно осваивать новые технические направления, успешно работать в них, легко переходить от решения одних задач к решению других, искать нестандартные и нетрадиционные пути, что особенно важно для профессиональной мобильности специалистов в условиях ускоренного развития техники. Основными задачами курса физики являются формирование научного мировоззрения и современного физического мышления. Изучение основных физических явлений и идей, овладение фундаментальными понятиями, принципами, законами и теориями современной физики, а также получение навыков проведения физического эксперимента вырабатывает специфический метод мышления, физическую интуицию, которые оказываются весьма плодотворными и в других науках. Последовательное изучение курса физики способствует формированию современных представлений в области механики, термодинамики и статистической физики, электричества и магнетизма, основ теории колебаний и волн, оптики, основ квантовой физики и физики твердого тела, атомной и ядерной физики. Овладение приемами и методами решения конкретных задач из различных областей физики помогут в дальнейшем решать практические задачи. Дисциплина «Физика» читается студентам бакалавриата программы «Прикладная математика» Департамента Прикладной математики преподавателями Департамента электронной инженерии МИЭМ НИУ ВШЭ. Физика относится к числу обязательных дисциплин математического и естественно-научного цикла базового учебного плана и предлагается студентам со второго модуля 1-ого года обучения по второй модуль второго года обучения. Курс физика включает лекции, семинары и лабораторные работы. Помимо этого, в курсе отводится время под самостоятельную работу студентов. Предусмотренный учебным планом текущий контроль по дисциплине включает: контрольные работы, домашнее задание, коллоквиумы, лабораторные работы и семинары. Экзамен проводится в третьем и четвертом модулях 1-ого года обучения и во втором модуле 2-ого года обучения.

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 явления и закономерности физики твердого тела
решает типовые прикладные физические задачи
- знает определения и законы электромагнетизма, - знает характеристики и уравнения электромагнитных колебаний и волн
- 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
владеет навыками проведения физического эксперимента и обработки его результатов.
Знает законы волнового движения, понятия фазовой и групповой скоростей, законы преломления на границах раздела. Понимает, что такое направляемые волны в пределе коротких и длинных волн.
Знает законы рассеяния и законы вращательного движения; понимает при каких условиях движение системы является регулярным и удовлетворяет достаточному количеству законов сохранения, а при каких становится хаотическим и не поддаётся аналитическому описанию; знает основные способы моделирования взаимодействия системы с окружением - сухое и вязкое трение - способы учета трения в уравнениях движения и его последствия.
Знает законы электро- и магнитостатики в средах и понятие функции влияния.
Знает как изменяется характер движения в фазовом пространстве при внешнем воздействии на систему зависящем от времени в отсутствии и в присутствии трения. Понимает что такое резонанс и как его описывать; что такое эффективный потенциал.
знает основные определения и законы по теме Постоянный ток
знает основные определения кинематических величин, - знает основные определения и законы динамики поступательного и вращательного движений; - знает характеристики и уравнения механических колебаний и волн;
знает основные определения, законы и теоремы электростатики
знает основные определения, уравнения и практические применения этих уравнений квантовой механики
знает основные определения, явления и законы волновой оптики
знает основные определения, явления и законы квантовой оптики
знает основные положения, законы и следствия специальной теории относительности,
знает основные понятия, закономерности и законы физики атомного ядра и элементарных частиц
знает основные уравнения, законы и явления атомной физики
Знает принципы лежащие в основе построения физики как науки, основные физические единицы измерений, размерности физических величин и характерные величины размеров времён и масс, где применимы различные законы физики.
Знает принципы статистического описания больших систем. Понимает что такое энтропия и как она соотносится с действием и фазовым объемом; как происходит стремление к термодинамическому равновесию.
Знает связь между зарядами и полями и их уравнения движения при взаимодействии.
Знает что такое оптический предел уравнений Максвела. Понимает, что такое оптический резонатор и каковы методы управления распространением света; основные эффекты связанные с волновой природой света, рылеевское рассеяние, спеклы, принципы оптической локации. Знает области применимости законов линейной оптики и основные нелинейные эффекты.
Знает что такое термодинамическое описание и какая информация о системе для него требуется, что такое термодинамические циклы и что такое термодинамические потенциалы.
Знает: принцип описания материи с помощью полей в четырехмерном пространстве-времени; уравнения Гамильтона для 4-х вектора потенциала и их следствие - уравнения Максвелла.
Знает: принципы построения правил перехода из одной системы координат в другую; что такое матрица Якоби метрика и сохраняющийся элемент дистанции; как изменяются скорости и ускорения при переходах в движущиеся системы координат;что такое сохраняющийся интервал и как осуществлять переходы из одной системы отсчета в другую; что такое интегрирование уравнений движения и когда оно возможно.
Знает: уравнение движения для функции распределения в случае ее малого отклонения от равновесия; основные уравнения переноса.
Знает: уравнения состояния идеального и неидеального газов и их основное отличие - появление тройной точки в случае неидеальности; закон равновесия фаз; условие равновесия систем переменного состава.
Знает: что такое количество движения, что такое фазовое пространство, что такое действие; принцип описания движения тел с помощью функции и уравнений Гамильтона и правила перехода из одной системы фазовых координат в другую с сохранением элемента действия; как изменяется функция Гамильтона при зависящем от времени переходе и к каким последствиям это приводит; как связаны законы сохранения с симметрией функции Гамильтона.
Имеет представление о потенциальном и вихревом движении жидкости и соответствующем этим течениям распределении давления.
Умеет выписывать выражения для величин сохраняющихся вдоль трубок тока.
Умеет выписывать и решать там, где это возможно, систему уравнений Гамильтона для медленных переменных, учитывать трение, строить фазовые портреты систем и решать типовые прикладные физические задачи.
Умеет выписывать систему уравнений Гамильтона, осуществлять замены переменных в фазовом пространстве, пользоваться законами сохранения для разделяющихся переменных и решать типовые физические задачи; строить отображения приводящие к хаосу на простейшем примере.
Умеет находить оптические свойства простейших резонаторов и рассчитывать доплеровские сдвиги частоты.
Умеет находить равновесные функции распределения в фазовом пространстве и выписывать выражения для свободной энергии.
Умеет находить фазовую и групповую скорости для простейших случаев, составлять условия согласования полей на границах раздела, а также выписывать эти условия в предельном случае длинных волн как правила Кирхгофа для электрических цепей.
Умеет находить физические размерности величин в различных системах единиц, осуществлять переходы из одной системы единиц в другую и использовать метод размерностей для проверки результатов решения задач.
Умеет производить переходы из одной системы координат в другую, находить правила определения элемента длинны и изменения скорости и ускорения; умеет интегрировать уравнения движения для типичных решаемых кинематических задач.
Умеет решать простейшие задачи диффузии, теплопроводности, вязкого движения.
Умеет решать простейшие задачи про излучение движущихся зарядов и о движении зарядов в электромагнитных полях.

Содержание учебной дисциплины

Тема 1. Механика. Механические колебания и волны
Тема 2. Элементы специальной теории относительности
Тема 3. Термодинамика и статистическая физика
Тема 4. Электростатика
Тема 5. Постоянный электрический ток
Тема 6. Электромагнетизм и электромагнитные колебания и волны
Тема 7. Волновая оптика
Тема 8. Квантово-оптические явления
Тема 9. Элементы квантовой механики
Тема 10. Атомная физика
Тема 11. Элементы физики твердого тела
Тема 12. Элементы физики атомного ядра и элементарных частиц

Элементы контроля

Лабораторные работы 3 модуль
Лабораторные работы выполняются бригадами (по 2 человека) в соответствии с графиком выполнения лабораторных работ. Этот график и методические описания всех лабораторных работ представлены на сайте Департамента электронной инженерии МИЭМ НИУ ВШЭ в разделе «Учебная лаборатория волновой и квантовой оптики, атомной и ядерной физики» https://miem.hse.ru/edu/ee/physics/metod.
Лабораторные работы (1 курс, 4 модуль)
Лабораторные работы выполняются бригадами (по 2 человека) в соответствии с графиком выполнения лабораторных работ, который представлен на сайте Департамента электронной инженерии МИЭ НИУ ВШЭ в разделе «Учебная лаборатория волновой и квантовой оптики, атомной и ядерной физики». График составлен на один модуль. Выполнение и сдача лабораторной работы состоит из 4-х этапов: 1. Допуск к выполняемой лабораторной работе. Для получения допуска к выполнению лабораторной работы студент должен подготовить дома конспект и предъявить его преподавателю на занятии до выполнения лабораторной работы. За конспект и ответы на вопросы преподавателя по порядку выполнения данной лабораторной работы преподаватель ставит свою подпись в графе «Допуск» в контрольном листе рабочей тетради студента. Это означает, что студент допущен к выполнению данной лабораторной работы. При отсутствии допуска студент не имеет права приступить к выполнению лабораторной работы. 2. Выполнение лабораторной работы. Работа может выполняться только в присутствии преподавателя в лаборатории. После выполнения необходимо получить подпись инженера о сдаче лабораторного имущества, и подпись преподавателя о выполнении работы и правильности полученных экспериментальных результатов. Подпись преподавателя за выполнение ставится только в том случае, если результаты эксперимента занесены в рабочую тетрадь студента ручкой. При отсутствии подписи преподавателя за этот этап к выполнению следующего этапа студент не допускается. 3. Сдача теоретического материала по теме лабораторной работы. Происходит в устной форме, согласно графику выполнения работ, как правило, на следующем занятии после выполнения лабораторной работы. Если теоретическая часть не сдана в отведенное на занятии время, то сдача/пересдача этого этапа может происходить в присутственные часы преподавателя в свободное от учебы время 4. Представление результатов измерений и расчетов. Расчет и обработка результатов измерений проводится на занятии или дома и представляется преподавателю, как правило, на следующем занятии после выполнения работы. Если один из этапов лабораторной работы не выполнен или получена неудовлетворительная оценка за 3 или 4 этапы, то за данную лабораторную работу ставится оценка Лрi =0 баллов. Оценка за каждую лабораторную работу является блокирующей, т.е., если за одну из лабораторных работ получена оценка Лрi =0 баллов, то выставляется результирующая оценка за выполнение и сдачу лабораторных работ Лр =0 баллов (за данный аттестационный период) и промежуточная оценка (Пi) в целом приравнивается к 0 баллов до тех пор, пока студент не получит положительную оценку за данную лабораторную работу. Когда студент получит положительную оценку за данную лабораторную работу (сразу или на пересдаче), то результирующая оценка за Лабораторные работы и промежуточная оценка (Па) рассчитывается с учетом полученной положительной оценки.
Контрольная работа 3 модуль
Экзамен
Сдача экзаменов подразумевает защиту контрольной работы, ответы на вопросы по написанному тексту и ответы на вопросы по пройденному материалу за модуль(-и). Критерии оценки вопроса по выбору: а) Сложность выбранной темы. б) Ясность и точность изложения контекста Физики, в котором находится выбранная тема. в) Полнота, ясность и точность изложения содержания. Качество визуального материала. г) Полнота и ясность в обсуждении полученных результатов и сделанных выводов. Студенты приходят на экзамен в установленное учебным офисом время. Дается два-три вопроса по контрольной работе на выбранную тему и два-три вопроса по всему остальному курсу. Вопросы будут даны в день экзамена, а на ответы на них дается ограниченное время: ответ должен быть дан экзаменатору в течение 60 минут после того, как экзаменуемый получил вопрос в устной или письменной форме. Экзамен проводится в устной форме. К экзамену необходимо подключиться за 10 минут до начала. Для участия в экзамене студент обязан: явиться на экзамен согласно точному расписанию, без опозданий. Во время экзамена у студента должны быть включены камера и микрофон, студентам запрещено общаться с кем-либо. Разрешается пользоваться только собственными конспектами и другими материалами. Критерии оценки ответов на короткие экзаменационные вопросы: а) Ответы на вопросы по контрольной работе должны быть предельно точными и исчерпывающими. Они являются подтверждением того, что контрольная работа подготовлена самостоятельно. б) Ответы на вопросы за модуль(-и) должны продемонстрировать способность студента ориентироваться в учебном материале модуля. Автомат подразумевает получение оценки 8 за экзамен. Для повышения оценки необходимо ответить на вопросы преподавателя по тексту контрольной работы и по материалу модуля. Повысить оценку можно по предварительной договоренности (то есть досрочно) с преподавателем в устной или письменной форме или на самом экзамене. Для получения автомата за экзамен необходимо: а) Выполнить все домашние задания на 8 и выше баллов. б) Сдать контрольную работу на 8 баллов.
Контрольная работа (1 курс, 4 модуль)
Тематика контрольной работы – Электростатика и постоянный ток. Контрольная работа проводится на 7-8-ом семинарском занятии четвертого модуля.
Семинары (1 курс, 4 модуль)
Тесты
Лабораторные работы
Лабораторные работы выполняются бригадами (по 2 человека) в соответствии с графиком выполнения лабораторных работ, который представлен на сайте Департамента электронной инженерии МИЭ НИУ ВШЭ в разделе «Учебная лаборатория волновой и квантовой оптики, атомной и ядерной физики». График составлен на один модуль. Выполнение и сдача лабораторной работы состоит из 4-х этапов: 1. Допуск к выполняемой лабораторной работе. Для получения допуска к выполнению лабораторной работы студент должен подготовить дома конспект и предъявить его преподавателю на занятии до выполнения лабораторной работы. За конспект и ответы на вопросы преподавателя по порядку выполнения данной лабораторной работы преподаватель ставит свою подпись в графе «Допуск» в контрольном листе рабочей тетради студента. Это означает, что студент допущен к выполнению данной лабораторной работы. При отсутствии допуска студент не имеет права приступить к выполнению лабораторной работы. 2. Выполнение лабораторной работы. Работа может выполняться только в присутствии преподавателя в лаборатории. После выполнения необходимо получить подпись инженера о сдаче лабораторного имущества, и подпись преподавателя о выполнении работы и правильности полученных экспериментальных результатов. Подпись преподавателя за выполнение ставится только в том случае, если результаты эксперимента занесены в рабочую тетрадь студента ручкой. При отсутствии подписи преподавателя за этот этап к выполнению следующего этапа студент не допускается. 3. Сдача теоретического материала по теме лабораторной работы. Происходит в устной форме, согласно графику выполнения работ, как правило, на следующем занятии после выполнения лабораторной работы. Если теоретическая часть не сдана в отведенное на занятии время, то сдача/пересдача этого этапа может происходить в присутственные часы преподавателя в свободное от учебы время. За выполнение этого этапа в лабораторный журнал и в контрольный лист студента ставится оценка по 10-и балльной шкале. 4. Представление результатов измерений и расчетов. Расчет и обработка результатов измерений проводится на занятии или дома и представляется преподавателю, как правило, на следующем занятии после выполнения работы. За выполнение этого этапа За выполнение этого этапа в лабораторный журнал и в контрольный лист студента ставится оценка по 10-и балльной шкале. Если один из этапов лабораторной работы не выполнен или получена неудовлетворительная оценка за 3 или 4 этапы, то за данную лабораторную работу ставится оценка Лрi =0 баллов. Оценка за каждую лабораторную работу является блокирующей, т.е если за одну из лабораторных работ получена оценка Лрi =0 баллов, то выставляется результирующая оценка за выполнение и сдачу лабораторных работ Лр =0 баллов (за данный аттестационный период) и промежуточная оценка (Пi) в целом приравнивается к 0 баллов до тех пор, пока студент не получит положительную оценку за данную лабораторную работу. Когда студент получит положительную оценку за данную лабораторную работу (сразу или на пересдаче), то результирующая оценка за Лабораторные работы и промежуточная оценка (Па) рассчитывается с учетом полученной положительной оценки.
Контрольная работа
Тематика контрольной работы – Квантово-оптические явления. Контрольная работа проводится в письменной форме 60 мин на 5-ом семинарском занятии 1-ого модуля.
Коллоквиум
Коллоквиум проводится в письменной форме на 5-ом семинарском занятии 1-ого модуля. Тематика коллоквиума - квантово-оптические явления.
Экзамен
Экзамен проводится в конце четвертого модуля. Темы экзамена: Электростатика и постоянный ток; электромагнетизм и электромагнитные колебания и волны. Экзамен проводится в устной форме.
Домашнее задание
Тематика домашнего задания – Элементы квантовой механики и Атомная физика. Домашнее задание проводится в середине 2-ого модуля. Задание выдается студенту на одну неделю.
Экзамен
Экзамен проводится в конце второго модуля. Темы экзамена: элементы квантовой механики, атомная физика, элементы физики твердого тела, элементы физики атомного ядра и элементарных частиц.
Семинары

Промежуточная аттестация

2021/2022 учебный год 3 модуль
0.4 * Контрольная работа 3 модуль + 0.4 * Экзамен + 0.2 * Лабораторные работы 3 модуль
2021/2022 учебный год 4 модуль
0.12 * Лабораторные работы (1 курс, 4 модуль) + 0.18 * Контрольная работа (1 курс, 4 модуль) + 0.4 * Экзамен + 0.18 * Тесты + 0.12 * Семинары (1 курс, 4 модуль)
2022/2023 учебный год 2 модуль
0.4 * Экзамен + 0.09 * Коллоквиум + 0.18 * Контрольная работа + 0.09 * Лабораторные работы + 0.18 * Домашнее задание + 0.06 * Семинары

Список литературы

Авторы

Бессонова Людмила Павловна
Попова Елена Арнольдовна

Программа дисциплины