1. Цели освоения дисциплины
| 1.1. | Формирование у студента целостной системы знаний по основам классической механики, выработке навыков построения физических моделей и решения физических задач. Формулировка основных принципов и законов механики, представление законов в математической форме. Знакомство с основными физическими явлениями, методами их наблюдения и экспериментального исследования. Развитие умения формулировать и решать механические задачи, оценивать порядок физической величины. Формулировка представлений о границах применимости физических моделей. Формирование у студента способности к правильному использованию общенаучной и специальной терминологии. Развитие у студента любознательности и интереса к изучению физики. |
|---|
2. Место дисциплины в структуре ООП
| Цикл (раздел) ООП: Б1.О.04 |
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
| ОПК-1 | Способен применять базовые знания в области физики и радиофизики и использовать их в профессиональной деятельности, в том числе в сфере педагогической деятельности; |
| ОПК-2 | Способен проводить экспериментальные и теоретические научные исследования объектов, систем и процессов, обрабатывать и представлять экспериментальные данные; |
| В результате освоения дисциплины обучающийся должен | |
| 3.1. | Знать: |
|---|---|
| 3.1.1. | Обладает базовыми знаниями, полученными в областях физики, радиофизики, а также в областях математических и есте-ственных наук. Обладает знаниями об основных особенностях поста-новки и проведения экспериментов с использованием теоретического материала и методических рекомендаций в профессиональной деятельности |
| 3.2. | Уметь: |
| 3.2.1. | Умеет применять и синтезировать знания из различных областей физики и радиофизики в профессиональной деятельности. Умеет проводить теоретические расчеты в рамках науч-ного исследования отдельных объектов, систем и процессов. |
| 3.3. | Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть): |
| 3.3.1. | Имеет навыки выбора математических и/или физических методов решения задач профессиональной деятельности, в том числе в сфере педагогической деятельности. Владеет навыками обработки, анализа и представления экспериментальных данных. |
4. Структура и содержание дисциплины
| Код занятия | Наименование разделов и тем | Вид занятия | Семестр | Часов | Компетенции | Литература |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Раздел 1. Кинематика | ||||||
| 1.1. | Предмет современной физики. Методы физического исследования. Пространство и время. Кинематика материальной точки. Способы описания движения материальной точки. Системы отсчета. Скорость и ускорение. Тангенциальное и нормальное ускорения. | Лекции | 1 | 4 | ОПК-1, ОПК-2 | Л2.1, Л1.1, Л1.2 |
| 1.2. | Кинематика материальной точки. Характерные пространственно-временные масштабы. Способы описания движения материальной точки. Системы отсчета. Скорость и ускорение. Тангенциальное и нормальное ускорения. Вращательное движение, угловая скорость и угловое ускорение. | Практические | 1 | 4 | ОПК-1, ОПК-2 | Л2.1, Л1.2 |
| 1.3. | Предмет современной физики. Методы физического исследования. Идеализация реальных объектов и взаимосвязей между ними. Принципиальная роль физического эксперимента. Кинематика материальной точки. Характерные пространственно-временные масштабы. Границы применимости классической механики. Способы описания движения материальной точки. Системы отсчета. Скорость и ускорение. Тангенциальное и нормальное ускорения. Вращательное движение, угловая скорость и угловое ускорение. | Сам. работа | 1 | 17 | ОПК-1, ОПК-2 | Л2.1, Л1.1, Л1.2 |
| 1.4. | Погрешности измерений. Балистический маятник. Стрельба под углом к горизонту. | Лабораторные | 1 | 8 | ОПК-1, ОПК-2 | Л2.1, Л1.2 |
| Раздел 2. Динамика материальной точки | ||||||
| 2.1. | Взаимодействие и инерциальные системы отсчета. Первый, второй и третий законы Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Преобразования Галилея. Второй закон Ньютона как дифференциальное уравнение движения. Движение под действием силы, пропорциональной скорости. Примеры "упругой" силы, гармонический осциллятор. | Лекции | 1 | 4 | ОПК-1, ОПК-2 | Л2.1, Л1.1, Л1.2, Л2.2 |
| 2.2. | Первый, второй и третий законы Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности Галилея. Второй закон Ньютона как дифференциальное уравнение движения. Роль начальных условий. Основные типы динамических задач. Движение материальной точки под действием постоянной силы. Движение под действием силы, пропорциональной скорости. Динамика вращательного движения материальной точки. | Практические | 1 | 4 | ОПК-1, ОПК-2 | Л2.1, Л1.1, Л1.2 |
| 2.3. | Взаимодействие и инерциальные системы отсчета. Первый, второй и третий законы Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности Галилея. Второй закон Ньютона как дифференциальное уравнение движения. Роль начальных условий. Основные типы динамических задач. Движение материальной точки под действием постоянной силы. Движение под действием силы, пропорциональной скорости. Примеры "упругой" силы, гармонический осциллятор. Динамика вращательного движения материальной точки. | Сам. работа | 1 | 14 | ОПК-1, ОПК-2 | Л2.1, Л1.1, Л1.2, Л2.2 |
| 2.4. | Машина Атвуда. | Лабораторные | 1 | 6 | ОПК-1, ОПК-2 | Л2.1, Л1.2 |
| Раздел 3. Работа. Энергия | ||||||
| 3.1. | Законы сохранения. Механическая работа и мощность. Работа силы трения, однородной силы тяжести, силы всемирного тяготения и кулоновской силы. Работа силы Лоренца. Потенциальные силы. Потенциальная энергия материальной точки. Теорема о кинетической энергии. Механическая энергия, теорема об изменении механической энергии. Закон сохранения механической энергии материальной точки в поле консервативных сил. Уравнение моментов для материальной точки. Закон сохранения момента импульса в центральном силовом поле | Лекции | 1 | 4 | ОПК-1, ОПК-2 | Л2.1, Л1.1, Л1.2, Л2.2 |
| 3.2. | Законы сохранения. Механическая работа и мощность. Работа силы трения, однородной силы тяжести, силы всемирного тяготения и кулоновской силы. Работа силы Лоренца. Закон сохранения механической энергии материальной точки в поле консервативных сил. Одномерное движение материальной точки в потенциальном поле, финитные и инфинитные движения. Движение в центрально-симметричном поле. Закон сохранения момента импульса в центральном силовом поле. | Практические | 1 | 4 | ОПК-1, ОПК-2 | Л2.1, Л1.2, Л2.2 |
| 3.3. | Законы сохранения. Механическая работа и мощность. Работа силы трения, однородной силы тяжести, силы всемирного тяготения и кулоновской силы. Работа силы Лоренца. Потенциальные силы. Потенциальная энергия материальной точки. Теорема о кинетической энергии. Механическая энергия, теорема об изменении механической энергии. Закон сохранения механической энергии материальной точки в поле консервативных сил. Потенциальная энергия и устойчивость состояния равновесия материальной точки. Одномерное движение материальной точки в потенциальном поле, финитные и инфинитные движения. Движение в центрально-симметричном поле. Кеплерова задача. Уравнение моментов для материальной точки. Закон сохранения момента импульса в центральном силовом поле. | Сам. работа | 1 | 8 | ОПК-1, ОПК-2 | Л2.1, Л1.1, Л1.2, Л2.2 |
| 3.4. | Пружинный маятник. Связанные маятники. | Лабораторные | 1 | 6 | ОПК-1, ОПК-2 | Л1.2 |
| Раздел 4. Неинерциальные системы отсчета | ||||||
| 4.1. | Неинерциальные системы отсчета. Система отсчета, ускоренно движущаяся относительно инерциальной. Силы инерции. Вращающаяся система отсчета. Теорема Кориолиса. Центробежная и кориолисова силы. | Лекции | 1 | 4 | ОПК-1, ОПК-2 | Л2.1, Л1.1, Л1.2 |
| 4.2. | Система отсчета, ускоренно движущаяся относительно инерциальной. Силы инерции. Вращающаяся система отсчета. Центробежная сила и сила Кориолиса. | Практические | 1 | 4 | ОПК-1, ОПК-2 | Л2.1, Л1.1 |
| 4.3. | Неинерциальные системы отсчета. Система отсчета, ускоренно движущаяся относительно инерциальной. Силы инерции. Вращающаяся система отсчета. Теорема Кориолиса. Центробежная сила и сила Кориолиса. Земля как неинерциальная система отсчета. Маятник Фуко. | Сам. работа | 1 | 8 | ОПК-1, ОПК-2 | Л2.1, Л1.1, Л1.2, Л2.2 |
| Раздел 5. Динамика системы частиц | ||||||
| 5.1. | Центр масс. Импульс системы материальных точек. Теорема об изменении импульса системы материальных точек. Теорема о движении центра масс. Момент импульса систем материальных точек Уравнение моментов для системы материальных точек. Закон сохранения момента импульса. Кинетическая и потенциальная энергии для системы материальных точек. Механическая энергия системы материальных точек и условия ее сохранения. | Лекции | 1 | 4 | ОПК-1, ОПК-2 | Л2.1, Л1.1, Л1.2 |
| 5.2. | Центр масс. Импульс системы материальных точек. Теорема об изменении импульса системы материальных точек. Теорема о движении центра масс. Динамика материальной точки с переменной массой, уравнение Мещерского. Реактивная сила. Задача Циолковского, ракеты. Момент импульса систем материальных точек Уравнение моментов для системы материальных точек. Закон сохранения момента импульса. Уравнение моментов относительно оси. Кинетическая и потенциальная энергии для системы материальных точек. Механическая энергия системы материальных точек и условия ее сохранения. Понятие о внутренней энергии. Связь законов сохранения импульса, момента импульса и энергии системы материальных точек со свойствами симметрии пространства и времени. Примеры применения законов сохранения для системы материальных точек. Явление удара (столкновение частиц). Абсолютно неупругий и абсолютно упругий удары двух частиц. | Сам. работа | 1 | 8 | ОПК-1, ОПК-2 | Л2.1, Л1.1, Л1.2 |
| Раздел 6. Элементарная динамика твердых тел | ||||||
| 6.1. | Динамика абсолютно твердого тела. Уравнения движения центра масс и уравнения моментов для твердого тела. Вращение твердого тела вокруг неподвижной оси. Момент инерции. Теорема Гюйгенса-Штейнера. Связь между моментом импульса и угловой скоростью твердого тела в общем случае. | Лекции | 1 | 4 | ОПК-1, ОПК-2 | Л2.1, Л1.1, Л1.2 |
| 6.2. | Уравнения движения центра масс и уравнения моментов для твердого тела. Вращение твердого тела вокруг неподвижной оси. Момент инерции. Свободные оси. Кинетическая энергия и работа при вращении вокруг неподвижной оси. Плоское движение твердого тела, понятие мгновенной оси вращения. Качение тел, трение качения. Кинетическая энергия при плоском движении. | Практические | 1 | 4 | ОПК-1, ОПК-2 | Л2.1, Л1.2 |
| 6.3. | Кинематические и динамические характеристики твердого тела. Уравнения движения центра масс и уравнения моментов для твердого тела. Вращение твердого тела вокруг неподвижной оси. Момент инерции. Теорема Гюйгенса-Штейнера. Связь между моментом импульса и угловой скоростью твердого тела в общем случае, тензор инерции. Свободные оси. Кинетическая энергия и работа при вращении вокруг неподвижной оси. Плоское движение твердого тела, понятие мгновенной оси вращения. Качение тел, трение качения. Кинетическая энергия при плоском движении. Приближенная теория гироскопа. Прецессионное движение гироскопа. Гироскопические силы. | Сам. работа | 1 | 12 | ОПК-1, ОПК-2 | Л2.1, Л1.1, Л1.2 |
| 6.4. | Крутильный маятник. Оборотный маятник. Маятник Обербека. | Лабораторные | 1 | 12 | ОПК-1, ОПК-2 | Л2.1, Л1.2 |
| Раздел 7. Тяготение | ||||||
| 7.1. | Силы тяготения. Вывод закона тяготения из законов Кеплера для планет. Эквивалентность гравитационной и инертной масс. Гравитационное поле, гравитационный потенциал. Первая, вторая и третья космические скорости. Вес и невесомость тел. | Лекции | 1 | 2 | ОПК-1, ОПК-2 | Л2.1, Л1.1, Л1.2 |
| 7.2. | Вывод закона тяготения из законов Кеплера для планет. Движение материальной точки в поле тяготения. Первая, вторая и третья космические скорости. | Сам. работа | 1 | 10 | ОПК-1, ОПК-2 | Л2.1, Л1.1, Л1.2, Л2.2 |
| Раздел 8. Основы специальной теории относительности | ||||||
| 8.1. | Преобразования Лоренца и некоторые следствия из них (относительность понятия времени, лоренцево сокращение длины, замедление хода движущихся часов). Понятие интервала. Релятивистский закон сложения скоростей. Релятивистская масса. Связь релятивистской массы с энергией, а также энергии с импульсом. | Лекции | 1 | 4 | ОПК-1, ОПК-2 | Л2.1, Л1.1, Л1.2, Л2.2 |
| 8.2. | Преобразования Лоренца. Релятивистский закон сложения скоростей. Релятивистская масса. Связь релятивистской массы с энергией, а также энергии с импульсом. | Практические | 1 | 2 | ОПК-1, ОПК-2 | Л2.1, Л1.2 |
| 8.3. | Опыты Физо и Майкельсона. Преобразования Лоренца и некоторые следствия из них (относительность понятия времени, лоренцево сокращение длины, замедление хода движущихся часов). Понятие интервала. Релятивистский закон сложения скоростей. Релятивистская масса. Связь релятивистской массы с энергией, а также энергии с импульсом. Фотон как частица с нулевой массой покоя. Давление света. | Сам. работа | 1 | 12 | ОПК-1, ОПК-2 | Л2.1, Л1.1, Л1.2, Л2.2 |
| Раздел 9. Элементы механики сплошных сред | ||||||
| 9.1. | Деформации и напряжения в твердых телах. Закон Гука. Механика жидкости и газов. Жидкость и газ в состоянии равновесия. Закон Паскаля. Закон Архимеда. Стационарное течение несжимаемой жидкости. Уравнение Бернулли. | Лекции | 1 | 2 | ОПК-1, ОПК-2 | Л2.1, Л1.1, Л1.2 |
| 9.2. | Деформации растяжения и сдвига. Закон Гука. Упругие константы вещества. Сложные деформации (изгиб, кручение). Отклонения от закона Гука при больших деформациях (нелинейность, пластичность). Жидкость и газ в состоянии равновесия. Закон Паскаля. Закон Архимеда. Стационарное течение несжимаемой жидкости. Уравнение Бернулли. Течение вязкой жидкости. Число Рейнольдса. Ламинарное и турбулентное течение. Волны в сплошной среде и элементы акустики. | Сам. работа | 1 | 14 | ОПК-1, ОПК-2 | Л2.1, Л1.1, Л1.2, Л2.2 |
| 9.3. | Срез знаний по всем разделам курса | Экзамен | 1 | 27 | ОПК-1, ОПК-2 | |
5. Фонд оценочных средств
| 5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины |
| Контрольные вопросы и задания представлены в УМКД. |
| 5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.) |
| Кинематика материальной точки: система отсчета, радиус-вектор, скорость, ускорение. Законы Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности Галилея, преобразования Галилея. Движение материальной точки под действием постоянной силы; движение под действием силы, пропорциональной скорости. Механическая работа и мощность. Работа силы трения, однородной силы тяжести, силы всемирного тяготения и кулоновской силы. Работа силы Лоренца. Потенциальная энергия материальной точки. Кинетическая энергии, теорема об изменении кинетической энергии. Механическая энергия, теорема об изменении механической энергии. Движение в центрально-симметричном поле. Уравнение моментов для материальной точки. Закон сохранения момента импульса в центральном силовом поле. Неинерциальные системы отсчета. Второй закон Ньютона, силы инерции. Центр масс. Теорема о движении центра масс. Кинетическая и потенциальная энергии для системы материальных точек. Механическая энергия системы материальных точек. Связь законов сохранения импульса, момента импульса и энергии системы материальных точек со свойствами симметрии пространства и времени. Вращение твердого тела вокруг неподвижной оси. Момент инерции. Плоское движение твердого тела, понятие мгновенной оси вращения. Кинетическая энергия при плоском движении. Силы тяготения. Вывод закона тяготения из законов Кеплера для планет. Первая, вторая и третья космические скорости. Вес и невесомость тел. Принцип относительности. Преобразования Лоренца. Сокращение длины движущегося стержня, замедление хода движущихся часов. Релятивистский закон сложения скоростей. Релятивистские масса и импульс. Релятивистское уравнение движения. |
| 5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации |
| Фонд оценочных средств представлен в приложении. |
| Приложения |
|
Приложение 1.
ФОС Механика_РФ.docx
|
6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
| 6.1. Рекомендуемая литература | ||||
| 6.1.1. Основная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л1.1 | В.А. Алешкевич, Л.Г. Деденко, В.А. Караваев | Курс общей физики. Механика [Электронный ресурс]: учебное пособие | М. : Физматлит, 2011 | e.lanbook.com |
| Л1.2 | Д. В. Сивухин | Общий курс физики. Том 1 Механика: учеб. пособие | М : Физматлит (ЭБС "Лань"), 2010 | e.lanbook.com |
| 6.1.2. Дополнительная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л2.1 | С. Э. Хайкин | Физические основы механики: учеб. пособие | М. : Наука, 1971 | biblioclub.ru |
| Л2.2 | Е.И. Бутиков, А.С. Кондратьев | Физика: Механика: учеб. пособие | М. : Физматлит, 2008 | e.lanbook.com |
| 6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" | ||||
| Название | Эл. адрес | |||
| Э1 | ЭБС «Лань» (http://e.lanbook.com/) | |||
| Э2 | ЭБС «Университетская библиотека онлайн» (http://www.biblioclub.ru/) | |||
| Э3 | ЭБС «Юрайт» (http://www.biblio-online.ru/) | |||
| Э4 | Механика, электронный курс | portal.edu.asu.ru | ||
| 6.3. Перечень программного обеспечения | ||||
| 6.4. Перечень информационных справочных систем | ||||
| Электронная библиотечная система Алтайского государственного университета (http://elibrary.asu.ru/) | ||||
7. Материально-техническое обеспечение дисциплины
| Аудитория | Назначение | Оборудование |
|---|---|---|
| Учебная аудитория | для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик | Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска) |
| 310К | лаборатория механики - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации | Учебная мебель на 10 посадочных мест; рабочее место преподавателя; доска меловая 1шт.; стенд лабораторный "Машина Атвуда"; стенд лабораторный "Связанные маятники"; стенд лабораторный "Баллистический пистолет"; стенд лабораторный "Баллистический маятник"; стенд лабораторный "Крутильный маятник"; стенд лабораторный "Гироскоп"; методические указания по выполнению лабораторных работ по курсу "Механика". |
| 001вК | склад экспериментальной мастерской - помещение для хранения и профилактического обслуживания учебного оборудования | Акустический прибор 01021; виброизмеритель 00032; вольтметр Q1202 Э-500; вольтметр универсальный В7-34А; камера ВФУ -1; компьютер Турбо 86М; масспектрометр МРС -1; осциллограф ЕО -213- 2 ед.; осциллограф С1-91; осциллограф С7-19; программатор С-815; самописец 02060 – 2 ед.; стабилизатор 3218; терц-октавный фильтр 01023; шкаф вытяжной; шумомер 00026; анализатор АС-817; блок 23 Г-51; блок питания "Статрон" – 2 ед.; блок питания Ф 5075; вакуумный агрегат; весы; вольтметр VM -70; вольтметр В7-15; вольтметр В7-16; вольтметр ВУ-15; генератор Г-5-6А; генератор Г4-76А; генератор Г4-79; генератор Г5-48; датчик колебаний КВ -11/01; датчик колебаний КР -45/01; делитель Ф5093; измеритель ИМП -2; измеритель параметров Л2-12; интерферометр ИТ 51-30; источник "Агат" – 3 ед.; источник питания; источник питания 3222; источник питания ЭСВ -4; лабораторная установка для настройки газовых лазеров; лазер ЛГИ -21; М-кальк-р МК-44; М-калькул-р "Электроника"; магазин сопротивления Р4075; магазин сопротивления Р4077; микроскоп МБС -9; модулятор МДЕ; монохроматор СДМС -97; мост переменного тока Р5066; набор цветных стекол; насос вакумный; насос вакуумный ВН-01; осциллограф С1-31; осциллограф С1-67; осциллограф С1-70; осциллограф С1-81; осциллоскоп ЕО -174В – 2 ед.; пентакта L-100; пирометр "Промень"; пистонфон 05001; преобразователь В9-1; прибор УЗДН -2Т; скамья оптическая СО 1м; спектограф ДФС -452; спектограф ИСП -51; стабилизатор 1202; стабилизатор 3217 – 4 ед.; стабилизатор 3218; стабилизатор 3222 – 3 ед.; станок токарный ТВ-4; усилитель мощности ЛВ -103 – 4 ед.; усилитель У5-9; центрифуга ВЛ-15; частотомер Ч3-54А; шкаф металлический; эл.двигатель; электродинамический калибратор 11032 |
| Помещение для самостоятельной работы | помещение для самостоятельной работы обучающихся | Компьютеры, ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», доступом в электронную информационно-образовательную среду АлтГУ |
8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины
| На начальном этапе формирования компетенции оценивания знаний, умений и навыков проводится с использованием двух контрольных работ и выполненных задач физического практикума. Каждая работа и задача практикума оценивается по 20-балльной шкале. Базовый этап формирования компетенции оценивается на экзамене. Продолжительность экзамена - 2 часа 30 минут. Экзаменационный билет состоит из двух разделов, которые оцениваются по 10-балльной шкале. В первом разделе представлены 2 теоретических вопроса, во втором — 5 тестовых заданий. Итоговая оценка знаний, умений и навыков, сформированных в процессе освоения образовательной программы на начальном и базовом этапах, определяется средними баллами контрольных работ, выполненных задач физического практикума и экзамена. Оценка по 20-балльной шкале затем переводится в оценку по 4-балльной шкале. |