Физика

Бакалавриат 2024/2025

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: 1-й курс, 3, 4 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Охват аудитории: для своего кампуса

Преподаватели: Карабасов Тайржан, Корнеев Александр Александрович

Язык: русский

Кредиты: 5

Контактные часы: 136

Полная версия программы учебной 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

Коллоквиум по Темам 1 и 2
Коллоквиум по темам 4 и 5
Коллоквиум по темам 6 и 7
Лабораторные работы по электромагнетизму и оптике
Экзамен по темам 4 - 7
Коллоквиум по теме 3
Лабораторные работы по механике и молекулярной физике
Экзамен по темам 1-3
Лабораторные работы по квантовой механике
Коллоквиум по темам 10 - 12
Экзамен по темам 8 - 12
Коллоквиум по темам 8 и 9

Промежуточная аттестация

2024/2025 3rd module
0.2 * Коллоквиум по Темам 1 и 2 + 0.2 * Коллоквиум по теме 3 + 0.2 * Лабораторные работы по механике и молекулярной физике + 0.4 * Экзамен по темам 1-3
2024/2025 4th module
0.2 * Коллоквиум по темам 4 и 5 + 0.2 * Коллоквиум по темам 6 и 7 + 0.2 * Лабораторные работы по электромагнетизму и оптике + 0.4 * Экзамен по темам 4 - 7
2025/2026 2nd module
0.2 * Коллоквиум по темам 10 - 12 + 0.2 * Коллоквиум по темам 8 и 9 + 0.2 * Лабораторные работы по квантовой механике + 0.4 * Экзамен по темам 8 - 12

Список литературы

Авторы

Корнеев Александр Александрович

Программа дисциплины