• A
  • A
  • A
  • АБB
  • АБB
  • АБB
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта
Бакалавриат 2023/2024

Физика

Статус: Курс обязательный (Прикладная математика)
Направление: 01.03.04. Прикладная математика
Когда читается: 1-й курс, 3, 4 модуль
Формат изучения: без онлайн-курса
Охват аудитории: для своего кампуса
Язык: русский
Кредиты: 5
Контактные часы: 136

Программа дисциплины

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

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

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

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

Элементы контроля

  • блокирующий Контрольная работа по Теме 1 "Механика. Механические колебания и волны."
  • блокирующий Контрольная работа по теме 3 "Термодинамика и статистическая физика"
  • блокирующий Лабораторные работы по механике и молекулярной физике
  • блокирующий Экзамен по темам 1-3
  • блокирующий Контрольная работа по темам 4. "Электростатика" и 5. "Постоянный электрический ток"
  • блокирующий Контрольная работа по темам 6 "Электромагнетизм и электромагнитные волны" и 7 "Волновая оптика"
  • блокирующий Лабораторные работы по электромагнетизму и оптике
  • блокирующий Экзамен по темам 4 - 7
  • неблокирующий Коллоквиум по темам 8 и 9
  • неблокирующий Коллоквиум по темам 9 - 12
  • блокирующий Лабораторные работы по квантовой механике
  • блокирующий Экзамен по темам 8 - 12
Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация

  • 2023/2024 учебный год 3 модуль
    0.2 * Контрольная работа по Теме 1 "Механика. Механические колебания и волны." + 0.2 * Контрольная работа по Теме 1 "Механика. Механические колебания и волны." + 0.2 * Контрольная работа по теме 3 "Термодинамика и статистическая физика" + 0.2 * Контрольная работа по теме 3 "Термодинамика и статистическая физика" + 0.2 * Лабораторные работы по механике и молекулярной физике + 0.2 * Лабораторные работы по механике и молекулярной физике + 0.4 * Экзамен по темам 1-3 + 0.4 * Экзамен по темам 1-3
  • 2023/2024 учебный год 4 модуль
    0.2 * Контрольная работа по темам 4. "Электростатика" и 5. "Постоянный электрический ток" + 0.2 * Контрольная работа по темам 4. "Электростатика" и 5. "Постоянный электрический ток" + 0.2 * Контрольная работа по темам 6 "Электромагнетизм и электромагнитные волны" и 7 "Волновая оптика" + 0.2 * Контрольная работа по темам 6 "Электромагнетизм и электромагнитные волны" и 7 "Волновая оптика" + 0.2 * Лабораторные работы по электромагнетизму и оптике + 0.2 * Лабораторные работы по электромагнетизму и оптике + 0.4 * Экзамен по темам 4 - 7 + 0.4 * Экзамен по темам 4 - 7
  • 2024/2025 учебный год 2 модуль
    0.2 * Коллоквиум по темам 8 и 9 + 0.2 * Коллоквиум по темам 8 и 9 + 0.2 * Коллоквиум по темам 9 - 12 + 0.2 * Коллоквиум по темам 9 - 12 + 0.2 * Лабораторные работы по квантовой механике + 0.2 * Лабораторные работы по квантовой механике + 0.4 * Экзамен по темам 8 - 12 + 0.4 * Экзамен по темам 8 - 12
Список литературы

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

  • Курс общей физики. Кн.1: Механика, Савельев, И. В., 2001
  • Курс общей физики. Кн.2: Электричество и магнетизм, Савельев, И. В., 2001
  • Курс общей физики. Кн.3: Молекулярная физика и термодинамика, Савельев, И. В., 2001
  • Курс общей физики. Кн.4: Волны. Оптика, Савельев, И. В., 2001
  • Курс общей физики. Кн.5: Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц, Савельев, И. В., 2001
  • Сборник задач по курсу физики для втузов : учеб. пособие, Трофимова, Т. И., 2003

Рекомендуемая дополнительная литература

  • Курс физики : учеб. пособие для вузов, Трофимова, Т. И., 2005
  • Курс физики : учеб. пособие для вузов, Трофимова, Т. И., 2007
  • Общий курс физики. Оптика : учеб. пособие, Сивухин, Д. В., 1985
  • Общий курс физики. Т.1: Механика, Сивухин, Д. В., 2014
  • Общий курс физики. Т.2: Термодинамика и молекулярная физика, Сивухин, Д. В., 2017
  • Общий курс физики. Т.3: Электричество, Сивухин, Д. В., 2015
  • Общий курс физики. Т.5: Атомная и ядерная физика, Сивухин, Д. В., 2008
  • Теоретическая физика. Т. 3: Квантовая механика : нерелятивистская теория, Ландау, Л. Д., 2016

Авторы

  • Корнеев Александр Александрович