Файл: Физика Программа, методические указания и задачи для студентов заочников (с примерами решения) (А.А.Кулиш).pdf

Ощущение тайны – наиболее прекрасное из доступных нам переживаний. Именно это чувство стоит у колыбели истинного искусства и настоящей науки.

А. Эйнштейн

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСА ФИЗИКИ, ЕГО МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

Физика – наука о первичных формах материи, взаимодействия этих форм материи и их движениях. Поскольку формы материи, ее движения и взаимодействия составляют предмет физики, встречаются в любых материальных системах, физике принадлежит исключительное место: она является основой всего современного естествознания. Сама физика как наука показывает тот идеал, к которому должна стремиться любая область знаний, когда на основании сравнительно небольшого числа экспериментально обоснованных принципов, опираясь на мощный математический аппарат, можно логически совершенно строго вывести массу следствий и точно предсказать конечный результат процесса по исходным данным.

Последовательное изучение физики вырабатывает специфический метод мышления, физическую интуицию, которые оказываются весьма плодотворными и в других науках. Специалисты, получившие широкое физико-математическое образование, могут самостоятельно осваивать новые технические направления, успешно работать в них, легко переходить от решения одних задач к другим, искать нестандартные и нетрадиционные пути, что особенно важно для профессиональной мобильности специалистов в условиях ускоренного развития техники, когда амортизация достижений конкретных узкоспециальных знаний происходит чрезвычайно быстро.

В век научно-технической революции и всеобщего прогресса человечества роль физики сильно возрастает не только как технической науки, рождающей целые отрасли производства, но и как фундаментальной, мировоззренческой: она дает современную физическую картину мира как философскую категорию.

Важнейшая цель высшего образования – получить общее научное представление о природе и методах ее познания. Физика как ведущая наука о природе играет главную роль в достижении этой цели. Физика наглядно демонстрирует известное ленинское положение теории познания: от живого созерцания к абстрактному мышлению и от него к практике – таков диалектический путь познания истины, познания объективной реальности.

По своему содержанию и научным методам исследования физика является могучим средством образовательного и воспитательного воздействия, помогая развитию умственных способностей, формированию научного мировоззрения, воспитанию воли и характера при достижении поставленной цели. Возникающее в процессе творческого поиска стремление к истине вызывает чувство непредвзятости и справедливости, вырабатывает объективное отношение ко всему. Занятие физикой дает человеку истинно эстетическое наслаждение красотой научной теории, описывающей законы гармонии окружающего мира, и развивает в нем чувство прекрасного. Все это – качества, необходимые для настоящего интеллекта, наделенного чистой совестью и высокой нравственностью. Далеко не случайно, что ведущие физики XX века, М. Склодовская-Кюри, А. Эйнштейн, Н. Бор, А. Сахаров и другие, были величайшими гуманистами.

Инженер работает в мире техники, где все определяется физическими законами, и среди людей, с которыми он имеет дело в своей практической деятельности. Физика призвана обеспечить ту научную базу, на которой в высшей технической школе строится общеинженерная и специальная подготовка, и способствовать формированию высокообразованного и интеллигентного специалиста.

Основными задачами курса физики являются:

1.Изучение основных физических явлений и идей; овладение фундаментальными понятиями, принципами, законами и теориями классической и современной физики, а также методами физического исследования.

2.Формирование научного мировоззрения и современного физического мышления.

3.Овладение приемами и методами решения конкретных задач из различных областей физики, помогающих студентам в дальнейшем решать практические задачи.

4. Ознакомление с современной научной аппаратурой, выработка

5.Формирование умения выделить конкретное физическое содержание в прикладных задачах будущей специальности.

В современном естествознании широко применяются математические методы. Для успешного усвоения курса физики студентам необходимо знать следующие разделы высшей математики:

1.Дифференциальное исчисление.

2.Интегральное исчисление.

3.Ряды.

4.Векторная алгебра и элементы векторного анализа.

5.Функции комплексного переменного.

6.Дифференциальные уравнения.

7.Элементы теории вероятностей и математической статистики. При этом важно овладеть математической техникой, т.е. навыками

правильно и быстро вычислять.

В современных условиях решение вышеуказанных задач требует от студентов компьютерной “грамотности” и знание основ программирования.

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Изучение курса физики в нашем университете для большинства специальностей состоит из очных занятий (лекции, практические занятия, лабораторные работы, консультации) и самостоятельной работы студента (изучение курса по конспектам лекций, рекомендованным учебникам и учебным пособиям, выполнение домашнего задания, подготовка к выполнению лабораторных работ, вычисление расчетно-графических и курсовых работ, написание рефератов.). По курсу физики согласно учебным планам сдаются зачеты и экзамены по следующим разделам:

1.Механика. Основы молекулярной физики и термодинамики.

2.Электричество и магнетизм. Колебания и волны. Оптика.

Текущая работа студентов над курсом физики контролируется проведением коллоквиумов и контрольных работ, защитой лабораторных и расчетно-графических работ. Зачеты и экзамены – итоговая проверка усвоения учебной программы, при которой студент демонстрирует

знания по пройденным разделам курса. К экзаменам допускаются только те студенты, которые полностью выполнили план данного семестра и получили за него все зачеты, предусмотренные в учебном плане.

Высшая школа отличается от средней коренным образом методикой преподавания и степенью самостоятельности обучаемых. Преподаватель занимается в основном организацией познавательной деятельности студентов, а само познание осуществляется каждым студентом лично. Завершая задачи всех других видов учебной работы, в вузе основополагающую роль играет самостоятельная работа студента, доля которой в процессе учебы возрастает от первого к старшим курсам. Поэтому каждый студент как можно раньше должен войти в этот новый для него темп учебной жизни.

Впроцессе работы над курсом рекомендуется руководствоваться программой по физике. Пользуясь конспектом лекций, учебником и другими учебными пособиями, сначала нужно ознакомиться в целом с материалом, подлежащим изучению, после чего работать над отдельными частями, детально рассматривая как качественную сторону вопроса (описание явлений, физических факторов, от которых они зависят, описание приборов и проч.), так и количественную. Для этого необходимо воспроизводить приведенные в конспекте и книге чертежи, выводы формул и графики. Разбор математической стороны учебного материала не надо отрывать от его физического содержания.

При изучении курса следует постоянно работать над конспектом лекций. В нем должны быть сделаны все необходимые уточнения и дополнения. Особое внимание следует обратить на точность формулировок определений, законов, а также единиц физических величин. После рассмотрения вопросов программы полезно прочитать дополнительную литературу по рекомендации лектора и дополнить конспект. Теперь он может служить основой для подготовки к экзамену.

Вовладении знаниями по физике большую роль играет систематическое решение задач. Оно помогает анализировать физические явления и выделить обуславливающие их главные факторы, способствует более глубокому пониманию применяемых законов, закрепляет в памяти основные формулы, фундаментальные константы и другие полезные данные, прививает навыки практического применения теории и развивает творческое мышление.

При самостоятельном решении задач целесообразно соблюдать следующие правила:

1.Введение. Предмет физики. Методы физического исследования: опыт, гипотеза, эксперимент, теория. Важнейшие этапы истории физики. Роль физики в развитии техники и влияние техники на развитие физики. Роль физики в становлении специалиста. Связь физики с другими науками. Успехи современной физики.

2.Некоторые сведения из математики. Роль математики в изучении физики. Функции и их производные. Интегрирование. О смысле производной и интеграла в приложении к физическим задачам. Элементы векторной алгебры: определение вектора, сложение векторов, умножение векторов, дифференцирование векторных величин. Дифференциальные уравнения. Элементарные сведения из теории вероятности.

3.Кинематика поступательного движения. Механическое движение как простейшая форма движения материи. Материальная точка. Системы отсчета. Инерциальные системы отсчета. Радиус-вектор. Принцип относительности Галилея. Траектория. Радиус кривизны траектории. Скорость и ускорение. Тангенциальное и нормальное ускорения. Связь между линейными и угловыми кинематическими величинами. Поступательное движение твердого тела.

4.Динамика поступательного движения . Динамика как раздел механики. Первый закон Ньютона и понятие инерциальной системы отсчета. Второй закон Ньютона. Понятие силы, массы и импульса. Уравнение движения. Третий закон Ньютона. Неинерциальные системы отсчета. Абсолютные и относительные скорость и ускорение. Силы инерции. Система материальных точек. Центр инерции (центр масс). Теорема о движении центра инерции.

5.Вращательное движение твердого тела. Понятие абсолютного твердого тела. Момент силы. Момент импульса. Момент инерции. Теорема Штейнера. Основной закон динамики вращательного движения. Уравнение вращательного движения твердого тела относительно неподвижной оси. Кинетическая энергия вращающегося твердого тела. Гироскопический эффект. Свободные оси.

6.Законы сохранения. Значение и содержание законов сохранения

вмеханике. Закон сохранения импульса. Однородность пространства. Реактивное движение. Закон сохранения момента импульса. Изотропия пространства. Работа, энергия, мощность. Связь между потенциальной энергией и силой. Понятие силового поля. Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальная энергия. Закон сохранения

энергии в механике. Однородность времени. Консервативная и диссипативная системы.

7. Элементы механики жидкостей и газов. Жидкости и газы. Задачи механики жидкостей и газов. Уравнение движения в форме Эйлера. Уравнение неразрывности. Уравнение Бернулли. Система уравнений газодинамики. Ламинарный и турбулентный режимы течения. Циркуляция скорости. Потенциальное и вихревое движения. Теорема Жуковского.

8.Элементы специальной теории относительности. Принцип относительности Эйнштейна. Роль скорости света. Постулат постоянства скорости света. Преобразования Лоренца. Пространство и время в специальной теории относительности. Инварианты преобразования. Лоренцово сокращение длины и замедление времени. Релятивистский импульс. Взаимосвязь массы и энергии. Соотношение между полной энергией и импульсом частицы. Границы применимости классической (ньютоновской) механики. Философское толкование пространственновременных отношений.

II.Основы молекулярной физики и термодинамики

9.Молекулярно-кинетическая теория идеального газа. Основные положения молекулярно-кинетической теории вещества. Микро- и

макросостояния системы. Макроскопические параметры. Понятие идеального газа. Молекулярно-кинетическое толкование температуры. Число степеней свободы молекулы. Внутренняя энергия идеального газа. Закон равнораспределения энергии. Давление газа с точки зрения молекулярно-кинетической теории. Основное уравнение молекулярнокинетической теории. Уравнение состояния идеального газа (уравнение Клапейрона - Менделеева).

10. Элементы классической статистики. Динамические и статические закономерности в физике. Статистический метод исследования системы. Фазовое пространство, фазовая ячейка. Понятие о функции распределения. Статистическое усреднение. Флуктуация и вероятность. Распределение Максвелла. Распределение молекул по скоростям. Средние скорости молекул. Распределение Больцмана. Барометрическая формула. Распределение Максвелла – Больцмана.