Задание (Задачи - Решение (2017))

www.phys.nsu.ruМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФНОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТФизический факультетКафедра общей физикиМОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА(Программа курса)Квалификация (степень) выпускникаБакалаврФорма обученияОчнаяНовосибирск2011www.phys.nsu.ruУчебно-методический комплекс «Молекулярная физика» предназначен для студентовI курса физического факультета. В состав комплекса включены: программа курса лекций,практических занятий, структура курса, программа семестровых заданий, методические указания и список рекомендованной литературы. Кроме того, даны примеры вариантов контрольных работ, домашних заданий, экзаменационных вопросов и задач, предлагавшихся запрошлые годы.Составили:докт.

физ.-мат. наук, проф. С. А. Дзюба,канд. физ.-мат. наук, доц. В. П. Замураевканд. физ.-мат. наук, доц. А. П. КалининаПрограмма учебного курса подготовлена в рамках реализации Программы развитияНИУ-НГУ на 2009–2018 г. г. Новосибирский государственныйуниверситет, 20112www.phys.nsu.ruСодержаниеАннотация рабочей программы1.

Цели освоения дисциплины2. Место дисциплины в структуре ООП3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины4. Структура и содержание дисциплины5. Примерный план семинарских занятий6. Домашние задания по курсу «Молекулярная физика»7.  Образовательные технологии 8. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости,промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины иучебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов 9. Примеры задач и вопросов на контрольных работах и на экзаменеПервая контрольная работаВторая контрольная работаЭкзамен191920Образцы вопросов для подготовки к экзамену20Примеры экзаменационных задач2110. Решения22Первая контрольная работа22Вторая контрольная работа25Решения к примерам задач к экзамену2911.

Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины3512. Материально-техническое обеспечение дисциплины363445671114181819www.phys.nsu.ruАннотация рабочей программыПрограмма курса «Молекулярная физика» составлена в соответствии с требованиями к обязательному минимуму содержания и уровню подготовки дипломированного специалиста «бакалавр» по профессиональному циклу дисциплин (Б.3) по направлению «011200 Физика», а также задачами, стоящими перед Новосибирским государственным университетом по реализацииПрограммы развития НГУ. Дисциплина реализуется на Физическом факультете Федерального государственного образовательного бюджетного учреждения высшего профессионального образования Новосибирский государственный университет (НГУ) кафедрой Общей физики. Дисциплинаизучается студентами первого курса физического факультета.Цели курса – дать представление об основных методах и подходах, а также базовых понятиях классической равновесной термодинамики и молекулярной физики, научить решать широкийкласс задач, подготовить понятийную базу для освоения различных курсов теоретической физики,сформировать общекультурные и профессиональные навыки.Дисциплина нацелена на формирование у выпускника общекультурных компетенций: ОК-1,ОК-5, ОК-17, ОК-18, ОК-20, ОК-21 и профессиональных компетенций ПК-1 –ПК-4 , ПК-5, ПК-10.Преподавание дисциплины предусматривает следующие формы организации учебного ицелл са: лекции, семинарские занятия, контрольные работы, домашние задания, консультации,сдача экзамена, самостоятельная работа студента.Программой дисциплины предусмотрены следующие виды контроля:Текущий контроль.

В течение семестра студенты проходят следующие контрольные точки:пишут две контрольные работы, сдают 2 домашних задания. Домашние задания нацелены на то,чтобы привить студенту навыки самостоятельного изучения физических явлений. Кроме того,преподаватель оценивает уровень подготовки студента к каждому семинарскому занятию. Всеконтрольные точки оцениваются по пятибалльной системе, в результате чего к концу семестракаждый студент должен получить допуск к экзамену и предварительную оценку, являющуюсясуммарным итогом оценок на всех контрольных точках. Необходимым условием получения допуска является обязательная сдача домашних заданий. Если они не сданы, допуска нет.Итоговый контроль.

Итоговую оценку за учебный семестр студент получает на устном экзамене в конце семестра. Данная оценка является суммарным итогом его предварительной оценки иоценки при сдаче экзамена.Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы, 136 академических часа (изних 96 аудиторных). Программой дисциплины предусмотрены 32 часа лекционных и 64 часа практических занятий, а также 40 часов самостоятельной работы.1. Цели освоения дисциплины (курса)Курс «Молекулярная физика» предназначен для обучения студентов-физиков и построен попринципу укрупнения наблюдаемого масштаба физического явления. Это связано с необходимостью обеспечить преемственность с курсом «Механика», читаемом в первом семестре.

Сначалаизучаются статистические распределения молекул по различным параметрам, любое из которыххарактеризуется средним значением физической величины и ее дисперсией. При построении статистических распределений в основном используется модель молекулы, уже изученная в курсе«Механика», а именно представление о молекуле как о материальной точке. Затем осуществляется переход к рассмотрению явлений переноса, в разреженных и в плотных средах. В последнемслучае используется гипотеза о локальном термодинамическом равновесии, то есть о постоянствесредних значений в пределах некоторого объема.

Изучается эволюция средних значений молекулярных характеристик во времени и их распределение в пространстве. После чего масштаб, в котором можно наблюдать явление, становится еще крупнее: изучается классическая термодинамика, одним из основных представлений которой является понятие равновесного термодинамиче4www.phys.nsu.ruского состояния. В этом случае уже рассматривается одно среднее значение термодинамическогопараметра для любой точки обобщенной координаты.В первой части курса рассматриваются молекулярные представления в рамках модели идеального газа.

Рассмотрение разделов построено на постепенном усложнении материала. Целью этойчасти курса является обучение созданию описания физического явления в рамках статистическихраспределений Максвелла по скоростям в сосуде и молекулярном потоке и в рамках распределения Больцмана. Особенностью этой части курса является рассмотрение молекулярных систем сдискретным энергетическим спектром, что помогает не только глубже понять смысл статистических распределений и температурную зависимость теплоёмкости, но и заложить начальное понимание квантовой природы атомно-молекулярных систем, которая более подробно будет изучатьсяв соответствующих курсах. В курсе даны также простейшие элементы физической кинетики, такие как столкновения в газах и связанные с ними явления переноса (теплопроводность, вязкость,диффузия, ионная и электронная электропроводность).Курс заканчивается изучением классической термодинамики; сначала вводятся частично известные ещё со школы понятия теплоты и работы и термодинамических переменных, фигурирующих в термическом уравнении состояния на примере газов (температуры, давления, объёма).Даются физические представления о функциях состояния и функциях процесса, которые органически увязываются с известными из математических курсов первого семестра понятиями полногодифференциала функций двух переменных.

На этой основе в связи с изучением теоретических основ работы тепловых машин затем осуществляется введение дополнительного термодинамического параметра – энтропии (функции состояния) и формулируются основные термодинамическиепринципы, составляющие суть второго начала термодинамики. На ознакомительном уровне даются основы построения термодинамики произвольных термодинамических систем, чтобы облегчитьосвоение данных тем на старших курсах.Далее в этой части курса читаются уже устоявшиеся традиционные разделы равновесной термодинамики, такие как охлаждение газов и фазовое равновесие.Курс в целом даёт достаточно цельное представление о протекании физических процессов,связанных с молекулярной структурой вещества, и является базисной основой для более глубокого изучения статистической физики, физической кинетики и других разделов физики.Основной целью освоения дисциплины является усвоение студентами основных положениймолекулярно-кинетической теории и классической термодинамики, умение пользоваться ими и наэтой основе – понимание студентами сложных физических задач и проблем.По окончании изучения указанной дисциплины студент должен– иметь представление о том, что лежит в основе молекулярно-кинетической теории иклассической термодинамики и ориентироваться в соответствующей учебной и научной литературе;– знать основные понятия и законы молеклярно-кинетической теории и классическойтермодинамики и методы решения задач;– уметь решать сравнительно несложные задачи.2.

Место дисциплины в структуре образовательной программыПрограмма курса «Молекулярная физика» составлена в соответствии с требованиями к обязательному минимуму содержания и уровню подготовки дипломированного специалиста «бакалавр» по профессиональному циклу дисциплин (Б.3) по направлению «011200 Физика». Курс«Термодинамика и молекулярная физика» читается в весеннем семестре 1 курса.Необходимыми предпосылками для успешного освоения курса являются следующие дисциплины:В цикле математических дисциплин:5www.phys.nsu.ru теория вероятности (основные понятия) математический анализ (умение грамотно оперировать с функциями двух и трех переменных, дифференциальное и интегральное исчисление, решение простых дифференциальных уравнений) линейная алгебра (системы линейных уравнений)В цикле общефизических дисциплин классическая механика (знание и умение применять основные законы (уравненияНьютона), наличие представлений о силе, массе, импульсе и моменте импульса, кинетической и потенциальной энергии, опыт решения задач о колебаниях одномерных систем, движении заряда в электрическом поле)Результаты освоения дисциплины «Молекулярная физика» используются в следующих дисциплинах данной ООП: Статистическая физика Квантовая механикаРезультаты освоения дисциплины «Молекулярная физика» особенно необходимы в следующих профилях подготовки бакалавров по направлению «Физика» в рамках Физического факультета НГУ Химическая и биологическая физика Физика низких температур Физика неравновесных процессов Физика сплошных сред Аэрофизика и газовая динамика3.

Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины«Термодинамика и молекулярная физика»В процессе изучения дисциплине формируются следующие общекультурные компетенции:ОК-1, ОК-5, ОК-17, ОК-18, ОК-20, ОК-21: способностью использовать в познавательной и профессиональной деятельности базовыезнания в области математики и естественных наук (ОК-1); способностью выстраивать и реализовывать перспективные линии интеллектуального,культурного, нравственного, физического и профессионального саморазвития и самосовершенствования (ОК-5); способностью использовать в познавательной и профессиональной деятельности базовыезнания в области информатики и современных информационных технологий, навыки использования программных средств и навыков работы в компьютерных сетях; умением создавать базы данных и использовать ресурсы Интернет (ОК-17); способностью применить основные методы защиты производственного персонала и населения от возможных последствий аварий, катастроф, стихийных бедствий (ОК-18); способностью использовать нормативные правовые документы в своей деятельности (ОК20); способностью понимать сущность и значение информации в развитии современного информационного общества, сознавать опасности и угрозы, возникающие в этом процессе,соблюдать основные требования информационной безопасности, в том числе защиты государственной тайны (ОК-21).В процессе изучения дисциплине формируются следующие профессиональные компетенции:ПК-1 –ПК-4 , ПК-5, ПК-10:6www.phys.nsu.ruспособностью использовать базовые теоретические знания для решения профессиональных задач (ПК-1);способностью применять на практике базовые профессиональные навыки (ПК-2);способностью эксплуатировать современную физическую аппаратуру и оборудование (ПК-3);способностью использовать специализированные знания в области физики для освоения профильных физических дисциплин (в соответствии с профилем подготовки) (ПК-4);способностью применять на практике базовые общепрофессиональные знания теории и методов физических исследований (в соответствии с профилем подготовки) (ПК-5);способность проводить научно-исследовательскую деятельность самостоятельно и в коллективе (ПК-10):В результате освоения дисциплины обучающийся должен: Знать: первое, второе и третье начала термодинамики, понимать принципы термодинамики ифизические основы работы тепловых и охлаждающих машин, смысл термодинамических потенциалов и условия равновесия фаз, знать основные молекулярные распределения и физические средние, природу теплоёмкости и молекулярные основы явлений переноса в плотных и разреженных газах. Уметь: составлять уравнения и определять физические характеристики (коэффициент полезного действия и холодильный коэффициент, теплоёмкости) различных термодинамическихпроцессов для различных термодинамических систем; использовать различные молекулярные распределения для расчёта равновесных и кинетических параметров молекулярных систем. Владеть: техникой расчета уравнений и физических характеристик (коэффициент полезногодействия и холодильный коэффициент, теплоёмкости) различных термодинамическихпроцессов для различных термодинамических систем; техникой расчёта равновесных икинетических параметров молекулярных систем на основе молекулярных распределений.4.