Развернутое содержание лекционного курса, темы практических занятий и лабораторных работ, примеры индивидуальных заданий по физике

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Новосибирский государственный технический университет

ПРОГРАММА КУРСА ФИЗИКИ

Методические указания для студентов ЭМФ

(технические специальности)

Новосибирск

2006

УДК 53(07)

П784

Составители:  , канд. техн. наук, доцент

                                    , канд. техн. наук, доцент

                            канд. техн. наук, доцент

                                 канд. техн. наук, доцент

Рецензент:

канд. техн. наук    

Настоящие методические указания разработаны в соответствии с рабочей программой курса общей физики для студентов технических специальностей  электромеханического факультета (ЭМФ) НГТУ. В работе представлено развернутое содержание лекционного курса, темы практических занятий и лабораторных работ, показаны примеры индивидуальных заданий для коллоквиумов и экзаменов, а также приведен список рекомендуемой литературы.

Методические указания предназначены для студентов ЭМФ и преподавателей, работающих на электромеханическом факультете.

Работа подготовлена на кафедре общей физики

©  Новосибирский государственный

 технический университет, 2006

ВВЕДЕНИЕ

Курс общей физики совместно с другими дисциплинами естественнонаучного цикла составляет основу фундаментальной подготовки будущих специалистов. Объем курса общей физики определяется требованиями государственного образовательного стандарта по физике для соответствующих направлений образования. На ЭМФ НГТУ физика изучается студентами технических специальностей три семестра. Объем всех видов занятий в каждом из семестров утверждается ученым советом электромеханического факультета.

Изучение дисциплины включает в себя следующие взаимосвязанные между собой виды учебных занятий: лекционный курс, практические занятия, физический лабораторный практикум, самостоятельная работа студентов. В каждом семестре, по завершении определенного раздела курса, проводится коллоквиум, а в конце семестра - экзамен. К экзамену допускаются студенты, получившие зачет по лабораторным работам, успешно сдавшие коллоквиум и  успешно выполнившие все контрольные работы, предусмотренные в семестре.

На ЭМФ введена модульно-рейтинговая система обучения, которая предполагает деление дисциплины на части (модули) и оценку уровня усвоения студентами каждого из модулей. Для получения итоговой оценки за семестр  студент должен обязательно набрать количество баллов не ниже минимального по всем видам контроля. Информация о видах контроля и их оценка в баллах сведена в рейтинг-лист, получаемый студентами в начале каждого семестра.

1 КУРС 2 СЕМЕСТР

(лекций - 34 ч., практических занятий - 34 ч., лабораторных занятий - 16 ч.)

1.  Физические основы механики

1.1  Кинематика поступательного движения. Физические абстракции: материальная точка, система материальных точек, абсолютно твердое тело. Способы описания движения. Скорость и ускорение при произвольной траектории движения. Кинематические уравнения движения материальной точки.

1.2  Кинематика вращательного движения. Кинематика твердого тела. Вращение вокруг неподвижной оси, угловая скорость и угловое ускорение. Связь между линейными и угловыми кинематическими параметрами.

1.3  Динамика материальной точки. Первый закон Ньютона, понятие инерциальной системы. Сила, масса, импульс. Второй закон Ньютона (уравнение движения материальной точки). Третий закон Ньютона.

1.4  Закон сохранения импульса. Понятие механической системы, импульс механической системы. Закон сохранения импульса как фундаментальный закон природы. Центр инерции (масс). Теорема о движении центра инерции. Система центра инерции.

1.5  Закон сохранения энергии. Работа. Мощность. Кинетическая энергия. Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальная энергия. Связь консервативной силы и потенциальной энергии. Полная механическая энергия и закон сохранения полной механической энергии в механике.

1.6  Динамика вращательного движения. Момент силы относительно неподвижной точки и неподвижной оси. Момент инерции, теорема Штейнера. Кинетическая энергия твердого тела при вращении. Работа при вращении твердого тела. Основное уравнение динамики вращательного движения. Момент импульса и закон его сохранения. Уравнение моментов.

1.7  Принцип относительности в классической механике. Принцип относительности Галилея. Преобразования Галилея. Понятие инвариантных величин.

1.8  Элементы релятивистской механики. Принцип относительности в релятивистской механике. Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца. Следствия из преобразований Лоренца: одновременность событий, длительность событий и длина тел в разных системах отсчета. Интервал, типы интервалов. Релятивистский закон преобразования скоростей. Релятивистский импульс. Основное уравнение релятивистской динамики. Кинетическая энергия релятивистской частицы. Закон взаимосвязи массы и энергии. Связь между энергией и импульсом частицы.

2.  Электростатика и постоянный электрический ток

2.1  Электростатика. Электрический заряд и его фундаментальные свойства. Закон Кулона. Электрическое поле, напряженность электрического поля, принцип суперпозиции. Электрический диполь, поле диполя. Поток вектора напряженности. Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме. Применение теоремы Гаусса к расчету электростатических полей. Работа электростатического поля по перемещению заряда. Потенциал. Связь потенциала с напряженностью. Поляризация диэлектриков, виды поляризации. Поляризованность. Поле в диэлектрике. Электрическое смещение. Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектрике. Условия на границе раздела двух диэлектриков, преломление силовых линий. Проводники в электростатическом поле. Электрическая емкость уединенного проводника. Конденсаторы. Емкость плоского, сферического, цилиндрического конденсаторов. Параллельное и последовательное соединение конденсаторов. Энергия системы зарядов, уединенного проводника и конденсатора. Объемная плотность энергии электростатического поля.

2.2  Постоянный электрический ток. Электрический ток, сила тока, постоянный электрический ток. Плотность тока, уравнение непрерывности. Электродвижущая сила, напряжение. Закон Ома для однородного участка цепи в интегральной и дифференциальной форме. Работа и мощность тока. Закон Джоуля - Ленца. Закон Ома для неоднородного участка цепи, закон Ома для замкнутой цепи. Параллельное и последовательное соединение проводников. Разветвленные цепи, правила Кирхгофа. Работа и мощность источника тока.

Темы практических занятий

1.  Кинематика поступательного движения материальной точки.

2.  Кинематика вращательного движения материальной точки.

3.  Динамика поступательного движения материальной точки.

4.  Контрольная работа.

5.  Закон сохранения импульса.

6.  Закон сохранения полной механической энергии.

7.  Динамика вращательного движения.

8.  Момент импульса. Закон сохранения момента импульса.

9.  Контрольная работа.

10.  Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона.

11.  Напряженность электрического поля, принцип суперпозиции.

12.  Применение теоремы Гаусса к расчету электрических полей.

13.  Работа по перемещению заряда в электрическом поле.

14.  Потенциал, связь потенциала с напряженностью.

15.  Конденсаторы. Энергия электрического поля.

16.  Контрольная работа по электростатике.

17.  Законы постоянного тока.

Темы лабораторных работ

1.  Погрешности измерений физических величин.

2.  Законы сохранения импульса и полной механической энергии.

3.  Вращательное движение твердого тела.

4.  Исследование электростатического поля.

В таблице 1 представлены модули, на которые делится весь теоретический материал (механика, электростатика и постоянный ток), виды контроля и рейтинг в баллах в 1-ом семестре.

Оценка за лабораторную работу складывается из оценки за допуск к работе и за ее защиту, а также - за качество выполнения и оформления результатов эксперимента.

                                                                                              Таблица 1

Рейтинг-контроль студентов ЭМФ 1 курс  (2-й семестр) по физике

На экзамен допускаются студенты а) выполнившие каждую контрольную работу с оценкой не хуже минимальной;

б) выполнившие и защитившие каждую лабораторную работу с оценкой