BSc: GeneralPhysics I
Название дисциплины
- Квалификация выпускника: бакалавр/магистр
- Направление подготовки: __________________
- Направленность (профиль) образовательной программы: (Указывается направленность (профиль) образовательной программы
- Программу разработал(а): Клименок К. Л.
1. Краткая характеристика дисциплины
Изучение дисциплины обеспечивает формирование и развитие компетенций обучающихся в области общей физики, их применение для решения различных прикладных задач в рамках профессиональной деятельности. В ходе освоения дисциплины обучающиеся рассматривают основные закон классической механики, термодинимики и статистической физики, а также их применениее для описания моделей окружающего мира.
2. Перечень планируемых результатов обучения
- Целью освоения дисциплины является освоение студентами базовых знаний в области классической механики и термодинамики изучения дальнейших разделов физики
- Задачами дисциплины являются:
• формирование у обучающихся базовых знаний в области классической механики и термодинамики;
• формирование умений и навыков применять изученные теоретические законы и математические инструменты для решения различных физических задач;
• формирование общефизической культуры: умения выделять существенные физические явления и пренебрегать несущественными; умения проводить оценки физических величин; умения строить простейшие теоретические модели, описывающие физические процессы.
Общая характеристика результата обучения по дисциплине
- Знания: сформированы систематические знания:
• Сформированы систематические знания о законах классической механики, включая законы Ньютона, закон всемирного тяготения, законы сохранения энергии, импульса и момента импульса, а также основные принципы механики жидкости и газа.
• Понимание основ термодинамики, включая первый и второй законы термодинамики, понятие внутренней энергии, энтропии, термодинамические циклы и основы статистической механики.
• Знакомство с математическими методами физики, используемыми для решения задач классической механики и термодинамики, включая дифференциальное и интегральное исчисление, векторный анализ и методы численного анализа.
- Умения: сформированы умения:
• Сформированы умения применять законы классической механики и термодинамики для решения физических задач, включая задачи на движение тел под действием сил, равновесие твердых тел, а также расчеты тепловых процессов, энергетических циклов и явлений переноса.
• Развитие навыков математического моделирования физических процессов, что предполагает способность к абстрактному мышлению, формулировке и решению задач с использованием математических инструментов.
• Умение анализировать физические эксперименты и интерпретировать результаты, что включает в себя планирование экспериментов, сбор и анализ данных, а также использование компьютерных технологий для обработки результатов.
- Навыки (владения): сформировано владение навыками:
• Владение навыками работы с физическим оборудованием и измерительными приборами, позволяющими проводить эксперименты в области классической механики и термодинамики.
• Развитие умения автоматизировать процессы сбора и анализа данных с помощью программного обеспечения, такого как MATLAB, Python (с библиотеками NumPy, SciPy) или других специализированных инструментов.
• Формирование навыков критического мышления и самостоятельного научного исследования, способствующее развитию инновационного подхода к решению задач и способности к самообразованию в области физики и смежных дисциплин.
3. Структура и содержание дисциплины
| № п/п |
Наименование раздела дисциплины |
Содержание дисциплины по темам |
| 1. | Общие сведения о физике | Предмет физики.
Физические величины, единицы измерений СИ и СГС, внесистемные единицы. |
| 2. | Кинематика и динамика материальной точки | Системы отсчёта и системы координат
Радиус-вектор, линейные и угловые скорости и ускорения. Нормальное, тангенциальное и полное ускорения. Описание движения вдоль плоской кривой. Радиус кривизны траектории. Задание состояния частицы в классической механике. Основная задача динамики. Инерциальные и неинерциальные системы отсчёта. Первый закон Ньютона. Импульс и сила. Второй закон Ньютона. Уравнение движения частицы, роль начальных условий. Третий закон Ньютона. Закон сохранения импульса. |
| 3. | Работа и энергия | Работа силы. Мощность. Консервативные и неконсервативные силы.
Понятие силового поля. Потенциальная энергия, потенциал поля. Кинетическая энергия частицы. Закон сохранения энергии в механике. Общефизический закон сохранения энергии. Динамика системы частиц. Центр инерции (центр масс). Закон движения центра инерции. Система центра инерции. Преобразование энергии при смене системы отсчёта. Теорема Кёнига. Задача двух тел, приведённая масса. Анализ столкновения двух частиц для абсолютно упругого и неупругого ударов. |
| 4. | Момент импульса материальной точки. Закон всемирного тяготения | Момент импульса материальной точки. Связь момента импульса материальной точки с секториальной скоростью.
Момент импульса системы материальных точек. Момент силы. Уравнение моментов. Закон сохранения момента импульса. Движение тел в центральном поле. Закон всемирного тяготения. Потенциальная энергия в гравитационном поле. Законы Кеплера. Классификация траекторий в поле центральных гравитационных сил, финитные и инфинитные движения. Критерий финитного движения. Первая и вторая космические скорости. Связь параметров орбиты планеты с полной энергией и моментом импульса планеты |
| 5. | Статика и динамика твердого тела | Вращение твёрдого тела вокруг неподвижной оси. Момент инерции.
Вычисление моментов инерции твёрдых тел. Теорема Гюйгенса–Штейнера. Уравнение моментов при вращении вокруг неподвижной оси. Кинетическая энергия вращающегося тела. Кинематика твёрдого тела. Теорема Эйлера. Мгновенная ось вращения. Независимость угловой скорости вращения твёрдого тела от положения оси, к которой отнесено вращение. Условие равновесия твёрдого тела. Плоское движение твёрдого тела. Качение, скатывание тел с наклонной плоскости. Общее вращение твёрдого тела. Понятие о тензоре инерции и эллипсоиде инерции. Центробежные моменты инерции. Главные оси инерции. Регулярная прецессия свободного вращающегося симметричного волчка. Гироскопы. Движение свободного гироскопа. Уравнение движения гироскопа под действием сил (приближённая теория). Применения гироскопов. |
| 6. | Механические колебания и волны | Гармонические колебания материальной точки. Пружинный и математический маятники. Частота, круговая частота и период колебаний.
Роль начальных условий. Энергия колебаний, связь средней кинетической и средней потенциальной энергий гармонического осциллятора. Механические колебания твёрдых тел. Физический маятник. Приведённая длина, центр качания. Теорема Гюйгенса о физическом маятнике. |
| 7. | Элементы теории упругости и гидродинамики | Упругие и пластические деформации. Растяжение и сжатие стержней. Коэффициент упругости, модуль Юнга, коэффициент Пуассона.
Жидкость и газ в состоянии равновесия. Условие равновесия во внешнем поле сил. Идеальная жидкость. Кинематическое описание движения жидкости. Линии тока, стационарное течение идеальной жидкости и газа. Уравнение Бернулли. Формула Торричелли. Вязкость. Стационарное течение вязкой жидкости по прямолинейной трубе. Формула Пуазейля. Ламинарное и турбулентное течения. |
| 8. | Основные понятия молекулярной физики | Основные понятия молекулярной физики и термодинамики. Макроскопические и микроскопические параметры. Уравнения состояния. Идеальный и неидеальный газы. Давление идеального газа как функция кинетической энергии молекул. Соотношение между температурой идеального газа и кинетической энергией его молекул.
Термодинамическая система. Термодинамические параметры. Нулевое начало термодинамики. Определение температуры идеального газа. Равновесное и неравновесное состояния. Квазистатические, обратимые и необратимые термодинамические процессы. |
| 9. | Термодинамические процессы. Первое начало термодинамики | Работа, теплота, внутренняя энергия. Функции состояния. Термическое и калорическое уравнения состояния. Первое начало термодинамики. Циклические процессы. Работа при циклическом процессе. |
| 10. | Второе начало термодинамики. Энтропия | Формулировки второго начала. Тепловая машина. Определение КПД тепловой машины. Цикл Карно. Теорема Карно. Неравенство Клаузиуса. Максимальность КПД цикла Карно по сравнению с другими термодинамическими циклами. |
| 11. | Фазовые переходы. Реальные газы. | Фазовые переходы I и II рода. Химический потенциал. Условие равновесия фаз. Кривая фазового равновесия. Уравнение Клапейрона–Клаузиуса. Диаграмма состояния двухфазной системы «жидкость–пар». Зависимость теплоты фазового перехода от температуры. Критическая точка. Тройная точка. Диаграмма состояния «лёд–вода–пар». Метастабильные состояния. Перегретая жидкость и переохлаждённый пар.
Газ Ван-дер-Ваальса как модель реального газа. Изотермы газа Ван-дер-Ваальса. Области разных фаз. |
| 12. | Элементы теории вероятностей. Основы статистической физики. | Распределение Максвелла. Распределение частиц по компонентам скорости и абсолютным значениям скорости.
Распределение Больцмана в однородном поле сил. Барометрическая формула. Статистическое определение энтропии. Аддитивность энтропии. Закон возрастания энтропии. Статистическая температура. |
| 13. | Элементы физической кинетики | Столкновения. Эффективное газокинетическое сечение. Длина свободного пробега. Распределение молекул по длинам свободного пробега. Число столкновений молекул между собой. Явления переноса: вязкость, теплопроводность и диффузия. Законы Фикаи Фурье. Коэффициенты вязкости, теплопроводности и диффузии в газах.
Подвижность. Закон Эйнштейна–Смолуховского. Связь подвижности частицы и коэффициента диффузии. |
4. Методические и оценочные материалы
Задания для практических занятий:
| № п/п |
Наименование раздела дисциплины (модуля) |
Перечень рассматриваемых тем (вопросов) (Указываются ВСЕ задания для практических занятий по разделам дисциплины подробно в соответствии с темами) |
| 1. | ||
| 2. | ||
| 3. | ||
| 4. | ||
| 5. | ||
| ... |
Текущий контроль успеваемости обучающихся по дисциплине:
(К формам текущего контроля можно отнести собеседование, коллоквиум, тест, контрольную работу, лабораторную работу, эссе, реферат и иные творческие работы.)
| № п/п |
Наименование раздела дисциплины |
Форма текущего контроля (выберите соответствующие формы контроля) |
Материалы текущего контроля (Указываются ВСЕ ЗАДАНИЯ/ВОПРОСЫ текущего контроля успеваемости обучающихся по разделам дисциплины подробно в соответствии с требованиями) |
| 1. | Проверка выполнения домашних заданий; Устный / письменный опрос; Тестирование (письменное или компьютерное); Эссе; Доклад; Защита проекта; Коллоквиум; Проверка разработки отдельных частей кода программного продукта и другие формы текущего контроля, используемые Вами на занятиях |
Например:
Устный / письменный опрос: Другие формы текущего контроля, используемые Вами на занятиях | |
| 2. | Проверка выполнения домашних заданий; Устный / письменный опрос; Тестирование (письменное или компьютерное); Эссе; Доклад; Защита проекта; Коллоквиум; Проверка разработки отдельных частей кода программного продукта и другие формы текущего контроля, используемые Вами на занятиях |
||
| 3. | Проверка выполнения домашних заданий; Устный / письменный опрос; Тестирование (письменное или компьютерное); Эссе; Доклад; Защита проекта; Коллоквиум; Проверка разработки отдельных частей кода программного продукта и другие формы текущего контроля, используемые Вами на занятиях |
||
| 4. | Проверка выполнения домашних заданий; Устный / письменный опрос; Тестирование (письменное или компьютерное); Эссе; Доклад; Защита проекта; Коллоквиум; Проверка разработки отдельных частей кода программного продукта и другие формы текущего контроля, используемые Вами на занятиях |
||
| 5. | Проверка выполнения домашних заданий; Устный / письменный опрос; Тестирование (письменное или компьютерное); Эссе; Доклад; Защита проекта; Коллоквиум; Проверка разработки отдельных частей кода программного продукта и другие формы текущего контроля, используемые Вами на занятиях |
||
| ... |
Контрольные вопросы для подготовки к промежуточной аттестации:
| № п/п |
Наименование раздела дисциплины |
Вопросы |
| 1. | ||
| 2. | ||
| 3. | ||
| 4. | ||
| 5. | ||
| ... |
Вопросы/Задания к промежуточной аттестации в устной/письменной форме:
(Указываются ВСЕ ЗАДАНИЯ/ВОПРОСЫ для промежуточной аттестации.)
1.
2.
3.
...
48.
49.
50.
...
Перечень учебно-методического обеспечения дисциплины
Список основной литературы:
Список дополнительной литературы:
Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины
(Указываются рекомендации для обучающихся, которые раскрывают суть их работы при различных видах деятельности в рамках освоения дисциплины. Данные рекомендации должны охватывать работу с лекционным материалом, подготовку и работу во время проведения семинарских занятий, самостоятельную работу, подготовку к текущему контролю и промежуточной аттестации)
(Выберите соответствующие виды учебных занятий, которые используются при изучении Вашей дисциплины)
| Вид учебных занятий/деятельности |
Деятельность обучающегося |
| Лекция | Написание конспекта лекций: кратко, схематично, последовательно фиксировать основные положения лекции, выводы, формулировки, обобщения; помечать важные мысли, выделять ключевые слова, термины. Обозначить вопросы, термины или другой материал, который вызывает трудности, пометить и попытаться найти ответ в рекомендуемой литературе. Если самостоятельно не удается разобраться в материале, необходимо сформулировать вопрос и задать преподавателю на консультации, во время семинарского (практического) занятия. |
| Практическое (семинарское) занятие | При подготовке к семинарскому (практическому) занятию необходимо проработать материалы лекций, основной и дополнительной литературы по заданной теме. На основании обработанной информации постараться сформировать собственное мнение по выносимой на обсуждение тематике. Обосновать его аргументами, сформировать список источников, подкрепляющих его. Во время семинарского (практического) занятия активно участвовать в обсуждении вопросов, высказывать аргументированную точку зрения на проблемные вопросы. Приводить примеры из источниковой базы и научной и/или исследовательской литературы. |
| Устный/письменный опрос | Отвечать, максимально полно, логично и структурировано, на поставленный вопрос. Основная цель – показать всю глубину знаний по конкретной теме или ее части. |
| Реферат | Поиск источников и литературы, составление библиографии. При написании реферата рекомендуется использовать разнообразные источники, монографии и статьи из научных журналов, позволяющие глубже разобраться в различных точках зрения на заданную тему. Изучение литературы следует начинать с наиболее общих трудов, затем следует переходить к освоению специализированных исследований по выбранной теме. Могут быть использованы ресурсы сети «Интернет» с соответствующими ссылками на использованные сайты. Если тема содержит проблемный вопрос, следует сформулировать разные точки зрения на него. Рекомендуется в выводах указать свое собственное аргументированное мнение по данной проблеме. Подготовить презентацию для защиты реферата. |
| Эссе | Написание прозаического сочинения небольшого объема и свободной композиции, выражающего индивидуальные впечатления и соображения по конкретному поводу или вопросу и заведомо не претендующего на определяющую или исчерпывающую трактовку предмета. При работе над эссе следует четко и грамотно формулировать мысли, структурировать информацию, использовать основные понятия, выделять причинно-следственные связи. Как правило эссе имеет следующую структуру: вступление, тезис и аргументация его, заключение. В качестве аргументов могут выступать исторические факты, явления общественной жизни, события, жизненные ситуации и жизненный опыт, научные доказательства, ссылки на мнение ученых и др. |
| Подготовка к промежуточной аттестации | При подготовке к промежуточной аттестации необходимо проработать вопросы по темам, которые рекомендуются для самостоятельной подготовки. При возникновении затруднений с ответами следует ориентироваться на конспекты лекций, семинаров, рекомендуемую литературу, материалы электронных и информационных справочных ресурсов, статей. Если тема вызывает затруднение, четко сформулировать проблемный вопрос и задать его преподавателю. |
| Практические (лабораторные) занятия | Практические занятия предназначены прежде всего для разбора отдельных сложных положений, тренировки аналитических навыков, а также для развития коммуникационных навыков. Поэтому на практических занятиях необходимо участвовать в тех формах обсуждения материала, которые предлагает преподаватель: отвечать на вопросы преподавателя, дополнять ответы других студентов, приводить примеры, задавать вопросы другим выступающим, обсуждать вопросы и выполнять задания в группах. Работа на практических занятиях подразумевает домашнюю подготовку и активную умственную работу на самом занятии. Работа на практических занятиях в форме устного опроса заключается прежде всего в тренировке навыков применять теоретические положения к самому разнообразному материалу. В ходе практических занятий студенты работают в группах для обсуждения предлагаемых вопросов. |
| Самостоятельная работа | Самостоятельная работа состоит из следующих частей: 1) чтение учебной, справочной, научной литературы; 2) повторение материала лекций; 3) составление планов устных выступлений; 4) подготовка видеопрезентации. При чтении учебной литературы нужно разграничивать для себя материал на отдельные проблемы, концепции, идеи. Учебную литературу можно найти в электронных библиотечных системах, на которые подписан АНО Университет Иннополис. |
| Видеопрезентация | Подготовка видеопрезентаций по курсу. Видеопрезентации могут быть сделаны на любую тему, затронутую в ходе курса. Темы должны быть заранее согласованы с преподавателем. Видеопрезентации продолжительностью около 5 минут (300 секунд) должны быть подготовлены в группах, определяемых преподавателем. Несмотря на то, что это групповая работа, должен явно присутствовать вклад каждого члена группы. |
| Доклад | Публичное, развернутое сообщение по определенной теме или вопросу, основанное на документальных данных. При подготовке доклада рекомендуется использовать разнообразные источники, позволяющие глубже разобраться в теме. Учебную литературу можно найти в электронных библиотечных системах, на которые подписан АНО Университет Иннополис. |
| Дискуссия | Публичное обсуждение спорного вопроса, проблемы. Каждая сторона должна оппонировать мнение собеседника, аргументируя свою позицию. |
| Контрольная работа | При подготовке к контрольной работе необходимо проработать материалы лекций, семинаров, основной и дополнительной литературы по заданной теме. |
| Тестирование (устное/письменное) | При подготовке к тестированию необходимо проработать материалы лекций, семинаров, основной и дополнительной литературы по заданной теме. Основная цель тестирования – показать уровень сформированности знаний по конкретной теме или ее части. |
| Индивидуальная работа | При выполнение индивидуальной работы необходимо взять задание у преподавателя, ознакомиться с требованиями к выполнению работы, изучить поставленную проблему, найти решение проблемы. Если самостоятельно не удается разобраться в материале, необходимо сформулировать вопрос и задать преподавателю на консультации, во время семинарского (практического) занятия. Оформить результаты работы. |
| Разработка отдельных частей кода | Разработать часть кода, исходя из поставленной задачи и рекомендаций преподавателя. При выполнении работы рекомендуется обращаться к материалам лекций и семинарских (практических) занятий. Если возникают затруднения, необходимо проконсультироваться с преподавателем. |
| Выполнение домашних заданий и групповых проектов | Для выполнения домашних заданий и групповых проектов необходимо получить формулировку задания от преподавателя и убедиться в понимании задания. При выполнение домашних заданий и групповых проектов необходимо проработать материалы лекций, основной и дополнительной литературы по заданной теме. |
Методы и технологии обучения, способствующие формированию компетенции
(Указываются все используемые преподавателем методы и технологии обучения)
| Методы и технологии обучения, способствующие формированию компетенции |
Например:
| 1. | Информационно – коммуникационная технология | |
| 2. | Технология развития критического мышления | Основные методические приемы развития критического мышления
|
| 3. | Проектная технология | |
| 4. | Технология проблемного обучения | |
| 5. | Кейс – технология | К методам кейс-технологий, активизирующим учебный процесс, относятся:
|
| 6. | Технология интегрированного обучения | |
| 7. | Педагогика сотрудничества | |
| 8. | Технологии уровневой дифференциации | |
| 9. | Групповая технология | |
| 10. | Традиционные технологии (классно-урочная система) | |
| 11. | Здоровьесберегающие технологии | |
| 12. | Игровая технология | |
| 13. | Модульная технология | |
| 14. | Технология мастерских | |
| и др. |