Бакалавриат
2024/2025![Цель освоения дисциплины](/f/src/global/i/edu/objectives.svg)
![Планируемые результаты обучения](/f/src/global/i/edu/results.svg)
![Содержание учебной дисциплины](/f/src/global/i/edu/sections.svg)
![Элементы контроля](/f/src/global/i/edu/controls.svg)
![Промежуточная аттестация](/f/src/global/i/edu/intermediate_certification.svg)
![Список литературы](/f/src/global/i/edu/library.svg)
Физика
Статус:
Курс обязательный (Прикладная математика)
Направление:
01.03.04. Прикладная математика
Кто читает:
Департамент электронной инженерии
Когда читается:
2-й курс, 1, 2 модуль
Формат изучения:
без онлайн-курса
Охват аудитории:
для своего кампуса
Преподаватели:
Корнеев Александр Александрович
Язык:
русский
Кредиты:
4
Контактные часы:
72
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
- 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
- Контрольная работа по Теме 1 "Механика. Механические колебания и волны."
- Контрольная работа по теме 3 "Термодинамика и статистическая физика"
- Лабораторные работы по механике и молекулярной физике
- Экзамен по темам 1-3
- Контрольная работа по темам 4. "Электростатика" и 5. "Постоянный электрический ток"
- Контрольная работа по темам 6 "Электромагнетизм и электромагнитные волны" и 7 "Волновая оптика"
- Лабораторные работы по электромагнетизму и оптике
- Экзамен по темам 4 - 7
- Коллоквиум по темам 8 и 9
- Коллоквиум по темам 9 - 12
- Лабораторные работы по квантовой механике
- Экзамен по темам 8 - 12
Промежуточная аттестация
- 2023/2024 учебный год 3 модуль0.2 * 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 модуль0.2 * 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 модуль0.2 * 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
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