Реферат: Примерные программы дисциплины «Физика» федерального компонента

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ


НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ СОВЕТ ПО ФИЗИКЕ
Председатель НМС по физике

академик РАН Ж.И.Алферов

Тел. (812) 297-21-45

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

тел. (812) 552-77-90; Fax.: (812) 552-75-74

E mail: ivanov@tuexph.stu.neva.ru




Исх. № НМС-09/6 от 08.04.2009 г.





УТВЕРЖДАЮ

Председатель НМС по физике

Академик РАН


Ж.И.Алферов


^ ПРИМЕРНЫЕ ПРОГРАММЫ

ДИСЦИПЛИНЫ «Физика»

ФЕДЕРАЛЬНОГО КОМПОНЕНТА

ЦИКЛА ОБЩИХ МАТЕМАТИЧЕСКИХ
И ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНЫХ ДИСЦИПЛИН

^ ДЛЯ ГОС 3-го ПОКОЛЕНИЯ


В разработке программы приняли участие:


1. А.Д. Гладун, зав. кафедрой МФТИ (ТУ), член Президиума НМС по физике.

2. А.Д.Суханов, профессор РУДН, член Президиума НМС по физике.

3. Г.Г. Спирин, зав. кафедрой МАИ (ТУ), член Президиума НМС по физике, член Координационного совета по дисциплинам ЕН-цикла.

4. О.Н. Крохин, академик РАН, зам. директора ФИАН, член Президиума НМС по физике.

5. А.Н. Морозов, зав. кафедрой МВТУ им. Н.Э.Баумана, член Президиума НМС по физике.

6. В.В. Гаврушко, профессор НГУ, член Президиума НМС по физике.

7. Д.Р. Хохлов, зав. кафедрой МГУ им. М.В.Ломоносова, зам. председателя УМО классических университетов.

8. В.К. Иванов, декан физико-механического факультета СПбГПУ, член Президиума НМС по физике, член Координационного совета по дисциплинами ЕН-цикла.

8. Н.М. Кожевников, профессор СПбГПУ, ученый секретарь НМС по физике.


Проект программы обсуждался на заседании Президиума НМС по физике 10 -11 февраля 2009 г. и в режиме электронного согласования.


СОДЕРЖАНИЕ


Общие положения

Компетенции бакалавра в области физики

Многоуровневая структура дисциплины «Физика»

Цели и задачи изучения дисциплины «Физика»

Содержание разделов программы дисциплины «Физика» для направлений подготовки бакалавриата в образовательной области «Техника и технологии»

Примерное содержание практических занятий по дисциплине «Физика»

Лабораторный физический практикум

Специализированные разделы примерной программы

Основная и дополнительная литература

Приложение. Авторские рабочие программы дисциплины «Физика»




Общие положения




В основу компетентностного подхода и структуры примерных программ дисциплины «Физика», входящей в цикл общих математических и естественнонаучных дисциплин (ЕН-цикл) для различных направлений подготовки бакалавриата, положены следующие принципы

- преемственность с действующими ФГОС ВПО 2-го поколения, сохранение традиций российской высшей школы и накопленного опыта подготовки выпускников различного уровня и различных направлений;

- сохранение высокого уровня фундаментальной подготовки, в том числе по физике, как основы общенаучных, профессиональных, социально-личностных и общекультурных компетенций, способности успешно работать в новых, быстро развивающихся областях науки и техники, самостоятельно непрерывно приобретать новые знания, умения и навыка в этих областях;

- вариативность формирования необходимых компетенций с помощью различного уровня изучения дисциплины «Физика».


При формировании примерных программ дисциплины «Физика» учитывалось, что математическая и естественнонаучная подготовка должны составлять единый блок и реализоваться на начальной стадии основной образовательной программы ВПО.




В примерных программах по «Физике» для ГОС 3-го поколения предполагаются более широкие полномочия вузов по формированию вариативной части программы, в связи с чем ниже приводятся суммарные трудоемкости модулей программы (базовая + вариативная части). Кроме того, вузам предлагается формировать вариативную часть с учетом требуемого уровня усвоения того или иного раздела программы, глубины изучения отдельных разделов, а также выделяя отдельные разделы дисциплины в самостоятельные учебные курсы.




При формировании компетенций в области физики необходимо учитывать, что естественные науки и математика играют важную роль в формировании не только общенаучных компетенций, но и инструментальных, социально-личностных и общепрофессиональных компетенций. При этом надо учитывать, что часть общенаучных, инструментальных и социально-личностных компетенций формируется при участии гуманитарных и социально-экономических дисциплин.




При определении трудоемкости разделов программы и дисциплины «Физика» в целом учитывалось следующее распределение зачетных единиц по основным циклам ООП




Общие циклы

Трудоемкость (зачетные единицы)

Общая/Базовая

Гуманитарные и социально-экономические дисциплины (ГСЭ)

30/20

Математические и естественнонаучные дисциплины (ЕН)

70/45

Профессиональные дисциплины (ОПД и СД)

122/46

Итого по циклам:

222/111


Трудоемкость ООП по очной форме обучения за учебный год составляет 60 зачетных единиц. При этом одна зачетная единица примерно равна 30 академическим часам.


^ Компетенции бакалавра в области физики


Выпускник бакалавриата по направлениям подготовки должен обладать следующими компетенциями:


^ Общенаучные компетенции (ОНК)


- способность научно анализировать проблемы, процессы и явления в области физики, умение использовать на практике базовые знания и методы физических исследований;

- способность приобретать новые знания в области физики, в том числе с использованием современных образовательных и информационных технологий;

- владение основными теоретическими и экспериментальными методами физических исследований;

- способность использовать знания о современной физической картине мира и эволюции Вселенной, пространственно-временных закономерностях, строении вещества для понимания процессов и явлений природы;

- понимание роли физических закономерностей для активной деятельности по охране окружающей среды, рациональному природопользованию, развитию и сохранению цивилизации.


^ Инструментальные компетенции (ИК)


- способность применять знания о физических объектах и явлениях на практике, в том числе выдвигать гипотезы, составлять теоретические модели, проводить анализ границ их применимости;

- способность планировать и проводить физические эксперименты адекватными экспериментальными методами, оценивать точность и погрешность измерений, анализировать физический смысл полученных результатов;

- способность использовать знания основных физических теорий для решения возникающих фундаментальных и практических задач, самостоятельного приобретения знаний в области физики, для понимания принципов работы приборов и устройств, в том числе выходящих за пределы компетентности конкретного направления;

- готовность применять аналитические и численные методы решения физических задач с использованием языков и систем программирования, инструментальных средств компьютерного моделирования;

- способность использовать знания о строении вещества, физических процессов в веществе, различных классов физических веществ для понимания свойств материалов и механизмов физических процессов, протекающих в природе.


^ 2.3. Социально-личностные и общекультурные компетенции (СЛК)


- обладать математической и естественнонаучной культурой, в том числе в области физики, как частью профессиональной и общечеловеческой культуры;

- обладать способностью проводить доказательства утверждений как составляющей когнитивной и коммуникативной функции;

- способность выстраивать и реализовать перспективные линии интеллектуального, культурного, нравственного, физического и профессионального саморазвития и самосовершенствования;

- настойчивость в достижении цели, выносливость, способность критически переосмысливать накопленный опыт, изменять при необходимости профиль своей профессиональной деятельности;

- способность следовать этическим и правовым нормам, толерантность, способность к социальной адаптации, умение работать в коллективе, руководить людьми и подчиняться руководящим указаниям;

- владение социально значимыми представлениями о здоровом образе жизни, способность к письменной и устной коммуникации на родном языке, знание второго языка;



^ Профессиональные компетенции (ПК)


Научно-исследовательская деятельность:


- демонстрировать глубокое знание всех разделов (модулей) общей физики, уметь использовать их на соответствующем уровне (минимальном, базовом, расширенном;

- понимать различие в методах исследования физических процессов и явлений на эмпирическом и теоретическом уровне, необходимость верификации теоретических выводов, анализа их области применения;

- уметь решать физические проблемы повышенной сложности, в том числе требующие оригинальных подходов;

- демонстрировать способность к абстракции, проявлять интуицию;

- обладать умением читать и анализировать учебную и научную литературу по физике, в том числе на иностранном языке;

- уметь представлять физические утверждения, доказательства, проблемы, результаты физических исследований ясно и точно в терминах, понятных для профессиональной аудитории как в письменной, так и в устной форме.


^ Научно-инновационная деятельность (в соответствии с профилем подготовки):


- демонстрировать активность, умение и способность к применению новых фундаментальных результатов в области физики к созданию новых практических, в том числе технических и технологических, решений объектов;

- знать физический фундамент современной техники и технологий;

- уметь формировать суждения о значении и последствиях своей профессиональной деятельности с учетом социальных, правовых, этических и природоохранных аспектов;


^ Педагогическая деятельность (в установленном порядке в соответствии с полученной дополнительной квалификацией):


- способность понимать и излагать получаемую информацию и представлять результаты физических исследований в рамках учебного процесса;

- знать психолого-педагогические критерии качества учебного процесса и применять их на практике в рамках учебного процесса.


^ Многоуровневая структура дисциплины «Физика»




Содержание дисциплины (перечень основных разделов) должно оставаться одинаковым для различных направлений подготовки. В то же время различные направления требуют различной трудоемкости дисциплины. В дальнейшем рассмотрены три уровня изучения дисциплины:


^ Минимальный уровень (МУ) – 9-11 зачетных единиц (~ 300 часов): предполагает способность воспроизводить типовые ситуации, использовать их в решении простейших задач. На этом уровне рассматриваются только модельные представления, описывающие достаточно ограниченный круг экспериментальных ситуаций.


^ Базовый уровень (БУ) – 14-15 зачетных единиц (~ 450 часов): предполагает способность решения сложных задач, требующих знания всей дисциплины.


Расширенный уровень (РУ) – 18-20 зачетных единиц (~ 600 часов): предполагает способность к построению и анализу развитой теоретической модели объекта или явления, фокусирующей внимание на отклонениях в поведении реальных прототипов от того, что прогнозируется простейшей теорией. Развитая модель показывает, как надо модернизировать теорию, чтобы согласие с экспериментом стало лучше, как расширить диапазон прогнозируемости теории.


3.2. Различные уровни изучения физики требуют одних и тех же разделов, которые, в первом приближении совпадают с дидактическими единицами дисциплины, принятыми Росаккредагентством для создания тестовых заданий по мониторингу усвоения базовых знаний по дисциплине. С учетом преемственности ООП, структура модулей дисциплины «Физика» включает в себя:

1. Механика;

2.Термодинамика и молекулярная физика (в том числе элементы статистической физики);

3.Электричество и магнетизм;

4. Колебания и волны, оптика;

5. Квантовая физика (включая физику атома и элементы физики твердого тела);

6. Ядерная физика;

7. Физическая картина мира.


3.3. Конкретная реализация рабочих программ дисциплины «Физика» допускает различные траектории изучения структурных разделов. Например, релятивистские эффекты могут изучаться как в разделе «Механика», так и в разделе «Колебания и волны. Оптика». Раздел «Термодинамика» в программах ряда вузов помещается после «Квантовой физики» и «Ядерной физики».


^ Цели и задачи изучения дисциплины «Физика»


Модернизация и развитие курса общей физики связаны с возрастающей ролью фундаментальных наук в подготовке бакалавра. Внедрение высоких технологий в инженерную практику предполагает основательное знакомство как с классическими, так и с новейшими методами и результатами физических исследований. При этом бакалавр должен получить не только физические знания, но и навыки их дальнейшего пополнения, научиться пользоваться современной литературой, в том числе электронной.

Физика создает универсальную базу для изучения общепрофессиональных и специальных дисциплин, закладывает фундамент последующего обучения в магистратуре, аспирантуре. Она даёт цельное представление о физических законах окружающего мира в их единстве и взаимосвязи, вооружает бакалавров необходимыми знаниями для решения научно-технических задач в теоретических и прикладных аспектах.

Значение курса общей физики в высшем и среднем образовании определено ролью науки в жизни современного общества. Наряду с освоением знаний о конкретных экспериментальных фактах, законах, теориях в настоящее время учебная дисциплина «Физика» приобрела исключительное гносеологическое значение. Именно эта дисциплина позволяет познакомить студентов с научными методами познания, научить их отличать гипотезу от теории, теорию от эксперимента. Поэтому программа дисциплины «Физика» должна быть сформирована таким образом, чтобы дать студентам представление об основных разделах физики, познакомить их с наиболее важными экспериментальными и теоретическими результатами. Эта дисциплина должна провести демаркацию между научным и антинаучным подходом в изучении окружающего мира, научить строить физические модели происходящего и устанавливать связь между явлениями, привить понимание причинно-следственной связи между явлениями. Обладая логической стройностью и опираясь на экспериментальные факты, дисциплина «Физика» является идеальной для решения этой задачи, формируя у студентов подлинно научное мировоззрение.

Дисциплина «Физика», входящая в Федеральный компонент цикла общих математических и естественнонаучных дисциплин в государственных образовательных стандартах 3-го поколения, предназначена для ознакомления студентов с современной физической картиной мира, приобретения навыков экспериментального исследования физических явлений и процессов, изучения теоретических методов анализа физических явлений, обучения грамотному применению положений фундаментальной физики к научному анализу ситуаций, с которыми инженеру приходится сталкиваться при создании новой техники и технологий, а также выработки у студентов основ естественнонаучного мировоззрения и ознакомления с историей развития физики и основных её открытий.

В результате освоения дисциплины «Физика» студент должен изучить физические явления и законы физики, границы их применимости, применение законов в важнейших практических приложениях; познакомиться с основными физическими величинами, знать их определение, смысл, способы и единицы их измерения; представлять себе фундаментальные физические опыты и их роль в развитии науки; знать назначение и принципы действия важнейших физических приборов.

Кроме того, студент должен приобрести навыки работы с приборами и оборудованием современной физической лаборатории; навыки использования различных методик физических измерений и обработки экспериментальных данных; навыки проведения адекватного физического и математического моделирования, а также применения методов физико-математического анализа к решению конкретных естественнонаучных и технических проблем.

Предполагается, что бакалавр, независимо от профиля подготовки, должен понимать и использовать в своей практической деятельности базовые концепции и методы, развитые в современном естествознании. Эти концепции и методы должны лечь в основу преподавания дисциплин естественнонаучного и общеинженерного циклов, а также дисциплин специализации.

Приступая к изучению дисциплины «Физика», студент должен знать физику в пределах программы средней школы (как минимум – на базовом уровне). Требования к математической подготовке студента, безусловно предполагающие знание школьного курса математики, оказываются более высокими.

При построении программы курса общей физики следует опираться не только на опыт преподавания физики в высшей школе России, но и учитывать разработки в этой области, созданные в высшей школе других стран.

Чтобы обеспечить конкурентоспособность выпускников российской высшей школы на международном уровне и успешное развитие российской промышленности в рамках мировой экономической ситуации, вузы Российской Федерации должны обеспечить своим выпускникам уровень подготовки, соответствующий мировым стандартам. Кроме того, присоединившись в 2003 году к Болонскому соглашению, российская высшая школа должна обеспечивать уровень подготовки выпускников, соответствующий международным требованиям.

Учитывая уникальную гносеологическую и дидактическую роль курса физики, являющегося одновременно основой и связующим звеном для большей части инженерных и многих естественнонаучных дисциплин, целесообразно рассматривать вопрос о выделении объема учебной нагрузки, предназначенной для изучения курса физики, за счет как федерального, так и вузовского компонентов основных образовательных программ.

Вне зависимости от уровня используемой программы, целью освоения курса физики является ознакомление студентов с основными законами физики и возможностями их применения при решении задач, возникающих в их последующей профессиональной деятельности.


Задачами курса физики являются:

изучение законов окружающего мира в их взаимосвязи;

овладение фундаментальными принципами и методами решения научно-технических задач;

формирование навыков по применению положений фундаментальной физики к грамотному научному анализу ситуаций, с которыми инженеру приходится сталкиваться при создании новой техники и новых технологий;

освоение основных физических теорий, позволяющих описать явления в природе, и пределов применимости этих теорий для решения современных и перспективных технологических задач;

формирование у студентов основ естественнонаучной картины мира;

ознакомление студентов с историей и логикой развития физики и основных её открытий.


Вне зависимости от уровня программы, в результате изучения курса физики студенты должны приобрести следующие знания, умения и навыки, применимые в их последующем обучении и профессиональной деятельности:


знания

основные физические явления и основные законы физики; границы их применимости, применение законов в важнейших практических приложениях;

основные физические величины и физические константы, их определение, смысл, способы и единицы их измерения;

фундаментальные физические опыты и их роль в развитии науки;

назначение и принципы действия важнейших физических приборов;


умения

объяснить основные наблюдаемые природные и техногенные явления и эффекты с позиций фундаментальных физических взаимодействий;

указать, какие законы описывают данное явление или эффект;

истолковывать смысл физических величин и понятий;

записывать уравнения для физических величин в системе СИ;

работать с приборами и оборудованием современной физической лаборатории;

использовать различные методики физических измерений и обработки экспериментальных данных;

использовать методы адекватного физического и математического моделирования, а также применять методы физико-математического анализа к решению конкретных естественнонаучных и технических проблем;


навыки

использования основных общефизических законов и принципов в важнейших практических приложениях;

применения основных методов физико-математического анализа для решения естественнонаучных задач;

правильной эксплуатации основных приборов и оборудования современной физической лаборатории;

обработки и интерпретирования результатов эксперимента;

использования методов физического моделирования в инженерной практике.

После завершения обучения студенты должны демонстрировать компетенции, перечисленные в предыдущем разделе программы.

При построении курса физики в процессе реализации конкретной образовательной программы, безусловно, допускается внесение в нее изменений, учитывающих особенности как возникающих междисциплинарных связей, так и дальнейшей профессиональной деятельности выпускников. В связи с этим возможны некоторые перестановки в изучении материала курса.

В то же самое время не следует забывать, что курс общей физики является одной из базовых дисциплин, преподавание которых ведется на младших курсах и требует последовательного ознакомления студентов с различными разделами дисциплины, таким образом, чтобы очередной дидактический модуль опирался на материал, представленный в предшествующих модулях. В этом состоит существенное отличие курса общей физики от любого курса теоретической физики, где последовательность изложения разделов строится исходя из того, что курс общей физики успешно освоен, и ссылки на материал общего курса физики оказываются допустимыми.


^ Инвариантное содержание разделов программы дисциплины «Физика» для различных направлений подготовки бакалавриата


Введение


Физика в системе естественных наук. Общая структура и задачи дисциплины «Физика». Экспериментальная и теоретическая физика. Физические величины, их измерение и оценка погрешностей. Системы единиц физических величин. Краткая история физических идей, концепций и открытий. Физика и научно-технический прогресс.


Механика

Кинематика

(МУ) Основные кинематические характеристики криволинейного движения: скорость и ускорение. Нормальное и тангенциальное ускорение. Кинематика вращательного движения: угловая скорость и угловое ускорение, их связь с линейной скоростью и ускорением.

(БУ) Пространство и время в механике Ньютона. Системы координат и их преобразования. Физический смысл производной и интеграла.


Динамика

(МУ) Инерциальные системы отсчета и первый закон Ньютона. Второй закон Ньютона. Масса, импульс, сила. Уравнение движения материальной точки. Третий закон Ньютона и закон сохранения импульса. Закон всемирного тяготения. Силы трения.

(БУ) Интегрирование уравнений движения, роль начальных условий. Центр масс механической системы, закон движения центра масс. Движение тел с переменной массой. Уравнение Мещерского. Формула Циолковского.

(РУ) ^ Связь закона сохранения импульса с однородностью пространства. Неинерциальные системы отсчета. Границы применимости классической механики


Момент импульса

(МУ) Момент импульса материальной точки и механической системы. Момент силы. Уравнение моментов. Закон сохранения момента импульса механической системы.

(БУ) ^ Движение в поле центральных сил. Законы Кеплера.

(РУ) Связь закона сохранения момента импульса с изотропностью пространства.


Энергия

(МУ) Сила, работа и потенциальная энергия. Консервативные и неконсервативные силы. Работа и кинетическая энергия. Закон сохранения полной механической энергии в поле потенциальных сил.

(БУ) ^ Связь между силой и потенциальной энергией. Градиент скалярной функции. Столкновения тел. Абсолютно упругое столкновение.

(РУ) Связь закона сохранения энергии с однородностью времени.


Динамика вращательного движения

(МУ) Основное уравнение динамики вращательного движения твердого тела с закрепленной осью вращения. Момент импульса тела. Момент инерции. Теорема Штейнера. Кинетическая энергия вращающегося твердого тела.

(БУ) ^ Гироскопические силы. Гироскопы и их применение в технике.

(РУ) Углы Эйлера. Тензор инерции и его главные и центральные оси. Прецессия и нутация гироскопа.


Элементы механики сплошных сред

(МУ) Общие свойства жидкостей и газов. Стационарное течение идеальной жидкости. Уравнение Бернулли. Идеально упругое тело. Упругие напряжения и деформации. Закон Гука. Модуль Юнга.

(БУ) Кинематическое описание движения жидкости. Векторные поля. Поток и циркуляция векторного поля. Уравнения движения и равновесия жидкости. Энергия упругих деформаций твердого тела.

(РУ) Вязкая жидкость. Силы внутреннего трения. Стационарное течение вязкой жидкости. Ламинарное и турбулентное движение. Число Рейнольдса. Лобовое сопротивление при обтекании тел.


Релятивистская механика

(МУ) Принцип относительности и преобразования Галилея. Неинвариантность электромагнитных явлений относительно преобразований Галилея. Постулаты специальной теории относительности (СТО) Эйнштейна. Относительность одновременности и преобразования Лоренца. Парадоксы релятивистской кинематики: сокращение длины и замедление времени в движущихся системах отсчета. Релятивистский импульс. Взаимосвязь массы и энергии в СТО. СТО и ядерная энергетика.

(БУ) ^ Преобразование скоростей в релятивистской кинематике. Сохранение релятивистского импульса. Релятивистская энергия.

(РУ) Четырехмерное пространство-время в СТО и его псевдоевклидова метрика. Понятие релятивистского интервала. Диаграммы Минковского. Столкновение релятивистских частиц.


^ Термодинамика и статистическая физика.




Феноменологическая термодинамика.

(МУ) Термодинамическое равновесие и температура. Нулевое начало термодинамики. Эмпирическая температурная шкала. Квазистатические процессы. Уравнение состояния в термодинамике. Обратимые и необратимые процессы. Первое начало термодинамики. Теплоемкость. Уравнение Майера. Изохорический, изобарический, изотермический, адиабатический процессы в идеальных газах. Преобразование теплоты в механическую работу. Цикл Карно и его коэффициент полезного действия. Энтропия.

(БУ) Связь теплоемкости идеального газа с числом степеней свободы молекул. Политропический процесс и его частные случаи. Термодинамические потенциалы и условия равновесия. Фазовые превращения. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Критическая изотерма. Эффект Джоуля-Томсона. Классическая теория теплоемкости твердых тел. Закон Дюлонга и Пти.

(РУ) Химический потенциал. Условия химического равновесия. Ионизационное равновесие. Фазы и условия равновесия фаз. Термодинамика поверхности раздела двух фаз. Поверхностные энергия и натяжение. Капиллярные явления. Термодинамика необратимых процессов.


Молекулярно-кинетическая теория.

(МУ) Давление газа с точки зрения МКТ. Теплоемкость и число степеней свободы молекул газа. Распределение Максвелла для модуля и проекций скорости молекул идеального газа. Экспериментальное обоснование распределения Максвелла. Распределение Больцмана и барометрическая формула.

(БУ) Вывод распределений Максвелла и Больцмана из условия равновесного характера движения молекул. Наиболее вероятная, средняя и среднеквадратичная скорости. Определение числа Авогадро методом Перрена.


Статистическая физика.

(РУ) Макро- и микросостояния. Статистический вес и вероятность макросостояния. Биномиальное распределение и его нормальная асимптотика. Фазовое пространство. Равновесное распределение частиц в фазовом пространстве. Две системы в тепловом контакте. Энтропия и температура. Основное термодинамическое тождество. Система и термостат. Распределение Гиббса. Вывод распределений Максвелла и Больцмана из распределения Гиббса.


Элементы физической кинетики.

(МУ) Явления переноса. Диффузия, теплопроводность, внутреннее трение.

Броуновское движение.

(БУ) Число столкновений и длина свободного пробега молекул идеального газа. Эмпирические уравнения переноса: Фика, Фурье и Ньютона. Релаксация к состоянию равновесия.

(РУ) Связь диффузии с броуновским движением. Чувствительность измерительных приборов. Шумы. Принцип Онзагера.


Макроскопические системы вдали от теплового равновесия.

(БУ) Открытые диссипативные системы. Самоорганизация в открытых системах, роль нелинейности. Флуктуации. Бифуркации и катастрофы. Идеи синергетики. Примеры самоорганизации в живой и неживой природе. Динамический хаос.


^ Электричество и магнетизм




Электростатика

(МУ) Закон Кулона. Напряженность и потенциал электростатического поля. Теорема Гаусса в интегральной форме и ее применение для расчета электрических полей.

(БУ)Теорема Гаусса в дифференциальной форме. Дивергенция векторного поля. Теорема Стокса в интегральной и дифференциальной форме. Циркуляция и ротор векторного поля. Уравнения Пуассона и Лапласа для потенциала. Теорема Ирншоу.


Проводники в электрическом поле.

(МУ) Равновесие зарядов в проводнике. Основная задача электростатики проводников. Эквипотенциальные поверхности и силовые линии электростатического поля между проводниками. Электростатическая защита. Емкость проводников и конденсаторов. Энергия заряженного конденсатора.

(БУ) ^ Энергия взаимодействия электрических зарядов. Энергия системы заряженных проводников. Объемная плотность энергии электростатического поля.


Диэлектрики в электрическом поле.

(МУ) Электрическое поле диполя. Диполь во внешнем электрическом поле. Поляризация диэлектриков. Ориентационный и деформационный механизмы поляризации. Вектор электрического смещения (электрической индукции). Диэлектрическая проницаемость вещества. Электрическое поле в однородном диэлектрике.

(БУ) Разложение поля системы электрических зарядов по мультиполям. Дипольный момент системы зарядов. Вектор поляризации (поляризованности) диэлектрика и его связь с объемной и поверхностной плотностью связанных зарядов. Вектор электрического смещения (электрической индукции). Диэлектрическая восприимчивость и диэлектрическая проницаемость. Объемная плотность энергии электрического поля в диэлектрике. Подключение и отключение конденсатора от источника постоянной эдс.

(РУ) Граничные условия для векторов напряженности электрического поля и электрического смещения. Внутренняя и свободная энергия диэлектриков во внешнем электростатическом поле. Условие термодинамического равновесия в диэлектриках. Электрострикция. Электрокалорический эффект. Сегнетоэлектрики (ферроэлектрики).


Постоянный электрический ток.

(МУ) Сила и плотность тока. Уравнение непрерывности для плотности тока. Закон Ома в интегральной и дифференциальной формах. Закон Джоуля-Ленца. Закон Видемана-Франца. Электродвижущая сила источника тока. Правила Кирхгофа.

(БУ) Классическая теория электропроводности металлов (теория Друде-Лоренца), условия ее применимости и противоречия с экспериментальными результатами. Максвелловская релаксация неоднородности заряда в проводнике.

(РУ) ^ Электрический ток в газах и жидкостях. Контактные электрические явления.


Магнитостатика

(МУ) Магнитное взаимодействие постоянных токов. Вектор магнитной индукции. Закон Ампера. Сила Лоренца. Движение зарядов в электрических и магнитных полях. Закон Био-Савара-Лапласа. Теорема о циркуляции (закон полного тока).

(БУ) Магнитное поле движущегося заряда. Поток и циркуляция магнитного поля. Дивергенция и ротор вектора магнитной индукции. Движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях. Эффект Холла и его применение.

(РУ) ^ Магнетизм как релятивистский эффект.


Магнитное поле в веществе

(МУ) Магнитное поле и магнитный дипольный момент кругового тока. Намагничение магнетиков. Напряженность магнитного поля. Магнитная проницаемость. Классификация магнетиков.

(БУ) Вектор намагниченности и его связь с плотностью молекулярных токов. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость. Диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики. Граничные условия на поверхности раздела двух магнетиков. Объемная плотность энергии магнитного поля в веществе.


Электромагнитная индукция

(МУ) Феноменология электромагнитной индукции. Правило Ленца. Уравнение электромагнитной индукции. Самоиндукция. Индуктивность соленоида. Включение и отключение катушки от источника постоянной эдс. Энергия магнитного поля.

(БУ) Физика электромагнитной индукции. Вихревое электрическое поле.

Ток смещения.

(РУ) ^ Релятивистская природа электромагнитной индукции.


Уравнения Максвелла

(МУ) Система уравнений Максвелла в интегральной форме и физический смысл входящих в нее уравнений.

(БУ) Система уравнений Максвелла в дифференциальной форме.

(РУ) Скалярный и векторный потенциалы электромагнитного поля.


^ Колебания и волны.




Гармонические колебания.

(МУ) Идеальный гармонический осциллятор. Уравнение идеального осциллятора и его решение. Амплитуда, частота и фаза колебания. Примеры колебательных движений различной физической природы. Свободные затухающие колебания осциллятора с потерями. Вынужденные колебания.

Сложение колебаний (биения, фигуры Лиссажу). Разложение и синтез колебаний, понятие о спектре колебаний. Связанные колебания.

(БУ) Комплексная форма представления гармонических колебаний. Векторное описание сложения колебаний. Нормальные моды связанных осцилляторов. Время установления вынужденных колебаний и его связь с добротностью осциллятора.

(РУ) Модулированные колебания. Параметрический резонанс. Нелинейный осциллятор. Автоколебания.


Волны

(МУ) Волновое движение. Плоская гармоническая волны. Длина волны, волновое число, фазовая скорость. Уравнение волны. Одномерное волновое уравнение. Упругие волны в газах жидкостях и твердых телах. Плоские и сферические электромагнитные волны. Поляризация волн.

(БУ) Волновое уравнение в пространстве. Волновой вектор. Волновое уравнение для электромагнитного поля. Основные свойства электромагнитных волн. Энергетические характеристики электромагнитных волн. Вектор Пойнтинга.

(РУ) Ударные акустические волны. Эффект Доплера. Излучение электрического диполя, диаграмма направленности. Давление электромагнитной волны.


Интерференция волн

(МУ) Интерференционное поле от двух точечных источников. Опыт Юнга. Интерферометр Майкельсона. Интерференция в тонких пленках. Многолучевая интерференция.

(БУ) Основное уравнение интерференции, роль когерентности. Временная (продольная) когерентность. Пространственная (поперечная) когерентность. Интерферометр Фабри-Перо.

(РУ) Звездный интерферометр Майкельсона. Антиотражающие покрытия и многослойные диэлектрические зеркала. Интерференция квазимонохроматичного света. Функция когерентности.


Дифракция волн.

(МУ) Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция Френеля на простейших преградах. Дифракция Фраунгофера. Дифракционная решетка как спектральный прибор. Понятие о голографическом методе получения и восстановлен