1. Минимальные требования к содержанию учебного курса (выписка из госа по специальности)



Скачать 224.21 Kb.
Дата08.10.2012
Размер224.21 Kb.
ТипДокументы
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра теоретической физики и компьютерного моделирования
Автор:_Брацун Д.А.

КОМПЛЕКТ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

к курсу:

Специальная теория относительности
в составе курса «Основы теоретической физики»

(ГОС ВПО специальность 032200 Физика)
Специальность:

050203_ - физика с дополнительной специальностью «Информатика»

(код ОКСО) (наименование)


Пермь

2008
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра теоретической физики и компьютерного моделирования
Комплект учебно-методических материалов к учебному курсу «Специальная теория относительности»

АННОТАЦИЯ

1. Минимальные требования к содержанию учебного курса (выписка из ГОСа по специальности).

Основы специальной теории относительности и релятивистская механика.
2. Цели учебного курса

  • содействие становлению специальной профессиональной компетентности учителя физики с дополнительной специальностью информатика в теоретических основах специальной теории относительности и умении применять их на практике при решении задач;

  • содействие становлению профессиональной компетентности учителя физики в методике построения моделей физических процессов и организации самостоятельного исследования физических явлений учениками средней школы с помощью понятий и методов релятивистской механики.


3.
 Задачи учебного курса


  • освоение знаний о физических явлениях, проявляющихся в рамках релятивистской механики; величинах, характеризующих эти явления; законах, которым они подчиняются; методах научного познания природы и формирование на этой основе представлений о физической картине мира; знакомство с основами специальной теории относительности как одной из фундаментальных физических теорий;

  • применение знаний для объяснения явлений природы, свойств вещества, принципов работы механических устройств, решения физических задач по релятивистской механике;

  • организация деятельности, направленной на применение полученных знаний по физике и математике в учебной деятельности по физике вообще и релятивистской механике в частности;

  • формирование готовности будущих учителей физики к самостоятельной профессиональной деятельности по разработке простейших механических моделей физических явлений и их исследованию на этих моделях.


4. Взаимосвязь курса с другими дисциплинами учебного плана специальности (согласно ГОС ВПО):

В содержательной части курса существенно используются и развиваются знания студентов, полученные в следующих курсах учебного плана:

  • ДПП.Ф.01 Общая и экспериментальная физика,

  • ДПП.Ф.07 История физики,

  • ЕН.Ф.01 Математика.


5. Ожидаемые результаты освоения учебного курса (в логике компетентностного подхода):

  • изучение фундаментальных основ релятивистской механики (ключевой и базовый уровень профессиональной компетентности специалиста);

  • умение решения задач по релятивистской механике (ключевой и базовый уровень профессиональной компетентности специалиста);

  • умение строить механические модели физических явлений и анализировать их (специальный уровень профессиональной компетентности специалиста);

  • планирование и руководство учебно-исследовательской работой школьников по разработке и исследованию моделей физических явлений в области релятивистской теории.


5*. Ожидаемые результаты освоения курса (в логике традиционного, действующего для нынешнего поколения ГОС ВПО, подхода)

В результате изучения курса студент должен:

ЗНАТЬ:

    • основные законы специальной теории относительности;

    • условия применимости законов релятивистской механики в том или ином случае;

    • особенности планирования и руководства учебно-исследовательской работой школьников по разработке механических моделей физических явлений

УМЕТЬ:

    • строить механическую модель физического явления с учетом релятивистских явлений;

    • применять законы релятивистской механики для решения конкретных задач

ВЛАДЕТЬ:

    • навыками работы с литературой по специальной теории относительности и смежным дисциплинам;

    • навыками математической формулировки физических проблем;

    • методикой руководства самостоятельной работой учащихся по разработке и исследованию моделей физических явлений

ИМЕТЬ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ:

    • о роли и месте релятивистской механики в физике;


6. Перечень элементов комплекта УММ:

  • рабочая программа курса;

  • учебно-методическое обеспечение курса по видам занятий в соответствии с рабочей программой:

- краткий конспект лекций;

- методические указания к практическим занятиям;

  • методическое обеспечение всех видов контроля знаний студентов:

- вопросы к зачету;

- пример теста для текущего контроля


ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра теоретической физики и компьютерного моделирования
Комплект учебно-методических материалов

к учебному модулю/курсу: «Классическая механика» в составе курса ГОС ВПО «Основы теоретической физики»
УТВЕРЖДАЮ
Ректор ___________________
"____"______________200_г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
по курсу «Специальная теория относительности»

в составе курса «Основы теоретической физики»
Специальность 050203__ физика с дополнительной специальностью

код ОКСО наименование

«Информатика»
Факультет физический
Курс обучения ___3____/_______/________
Семестр ___5____/_______/________
Всего часов по учебному плану: _60______

В том числе по формам обучения: очная

- лекции _20__

- практикум _14__

- самостоятельная работа __26
Формы итогового контроля знаний:

- зачет __5__сем.
Пермь

2008

1. Общие положения

Релятивистская механика является составной частью курса теоретической физики, который в свою очередь является одним из основных в общей системе современной подготовки преподавателей физики. Специальная теория относительности излагается после курса классической механики, но перед другими курсами теоретической физики, такими как электродинамика, термодинамика, квантовая теория и т.д. Его главные задачи – с одной стороны, углубление и уточнение ранее полученных знаний по механике для случая сравнительно высоких скоростей движения, а с другой - создание фундаментальной базы знаний, на основе которой в дальнейшем можно развивать изучение релятивистских эффектов в рамках цикла курсов по теоретической физике и специализированных курсов.

В связи с этим формируются главные требования, предъявляемые к курсу "Специальная теория относительности". Первое из них заключается в мировоззренческой и методологической направленности курса. Необходимо сформировать у студентов единую, стройную, логически непротиворечивую физическую картину окружающего нас релятивистского мира. Создание такой картины происходит поэтапно, путем обобщения экспериментальных данных и на их основе производится построение моделей наблюдаемых явлений, со строгим обоснованием приближений и рамок, в которых эти модели действуют. Во-вторых, в рамках единого подхода необходимо рассмотреть все основные релятивистские явления и процессы, происходящие в природе, установить связь между ними, вывести основные законы и получить их выражение в виде математических уравнений. При этом нельзя ограничиваться чисто понятийным подходом, а необходимо научить студентов количественно решать конкретные задачи в рамках принятых приближений.

Основной формой изложения материала курса являются лекции. Как правило, на лекции выносится 85% - 95% материала изложенного в программе курса. Остальные 5% - 15% материала выносятся для самостоятельного изучения студентами с непременным сообщением им литературных источников и методических разработок. Наиболее важные разделы программы курса выносятся на практические занятия. Как правило, на этих занятиях рассматривают фрагменты теории, требующие сложных математических выкладок, различные методы решения задач и наиболее типичные задачи. Для закрепления материала, рассматриваемого на практических занятиях, студенты получают домашние задания в виде ряда задач из соответствующих задачников.

Цели и задачи изучения дисциплины соотносятся с общими целями ГОС ВПО по специальности.

2. Требования к уровню освоения учебного модуля

Формируются на основании п. 7.1 ГОС ВПО по специальности.

Студент должен знать:

    • основные законы релятивистской механики;

    • условия применимости законов специальной теории относительности в том или ином случае;

    • особенности построения релятивистских моделей физических явлений

Студент должен уметь:

    • строить механическую модель физического явления с учетом релятивистских эффектов;

    • применять законы специальной теории относительности для решения конкретных задач;

    • планировать и руководить учебно-исследовательской работой школьников по разработке и исследованию механико-релятивистских моделей физических явлений

Студент должен владеть:

    • навыками работы с литературой по специальной теории относительности и смежным дисциплинам;

    • навыками строгой математической формулировки проблем релятивистской механики;

    • методами решения сформулированной проблемы;

    • методикой руководства самостоятельной работой учащихся по разработке и исследованию механических моделей физических явлений



3. Содержание лекционных занятий


№ п/п

Тема лекции

Объем в часах

1

2

3
4
5


6

7

8

9

10


Описание механического движения в классической механике. Кинематика материальной точки. Закон инерции и инерциальные системы отсчета. Принцип относительности Галилея. Преобразование координат и скоростей в классической механике (преобразования Галилея). Законы Ньютона. Уравнения движения. Инвариантность уравнений динамики по отношению к преобразованиям Галилея. Пространство и время в классической механике. Ограничения картины мира по Ньютону.
История измерения скорости света. Метод Рёмера. Абсолютный характер скорости света в классической электродинамике Максвелла. Противоречие с классической механикой Ньютона. Идея мирового эфира. Измерение скорости движения Земли относительно эфира в эксперименте Майкельсона-Морли (1887). Место эксперимента в истории физики. Следствия из опыта Майкельсона-Морли.
Гипотеза Лоренца-Фицжеральда о сокращении длин как попытка объяснения опыта Майкельсона-Морли. Вывод преобразований Лоренца из предположения о постоянстве скорости света в вакууме. Структура преобразований Лоренца в сравнении с преобразованиями Галилея. Драматическая ситуация в физике на рубеже 19 и 20 веков.
Специальная теория относительности. Постулаты Эйнштейна. Кто автор релятивистской механики – Эйнштейн, Пуанкаре или Лоренц? Относительность одновременности, промежутков времени и длин. Парадоксы теории относительности. Парадокс близнецов. Пространство, время и системы отсчета в СТО.
Релятивистская кинематика. Закон сложения скоростей в СТО. Преобразования Лоренца как следствие постулатов Эйнштейна, сохраняющие вид уравнений Максвелла.
Пространство Минковского. Преобразования Лоренца как вращение системы координат в пространстве Минковского. Мировая линия. Интервал между событиями, его инвариантность. Классификация интервалов и причинно-следственные связи между событиями в пространстве Минковского. Абсолютное прошлое и абсолютное будущее. Примеры диаграмм Минковского.
Экспериментальное подтверждение специальной теории относительности. Эксперимент Кеннеди-Торндайка (1932) о постоянстве скорости света в разных системах отсчета. Оценка точности эксперимента. Наблюдение аномально долгоживущих космических пи- и мю- мезонов на Земле. Объяснения феномена с помощью положений СТО.
Обобщение описания законов движения на четырехмерное пространство. Задание 4-скаляра, 4-вектора и 4-тензора в пространстве с псевдоевклидовой метрикой. Ковариантная и контравариантная формулировка законов природы. Роль метрического тензора. Скалярное произведение. Правило перехода в другую систему отсчета в псевдоевклидовом пространстве.
4-радиус-вектор, 4-скорость, 4-ускорение. Релятивистская динамика. Вывод релятивистского аналога второго закона Ньютона в ковариантной форме. Инвариантная масса частицы. 4-вектор импульса и энергии. Энергия покоя частицы.
Функция Лагранжа для свободной релятивистской частицы. Примеры релятивистских расчетов в динамике частиц. Неупругое столкновение двух релятивистских частиц.

2

2

2

2

2

2

2

2

2





Всего:

20


4. Практические занятия.

№ п/п

Наименование занятия

Номер

темы лекции

Объем в часах

1

2


3

4


6


Относительность движения в классической механике. Принцип относительности Галилея. Кинематика взрыва.

Примеры задач:

  1. Самолет садится на корабль, двигающийся со скоростью V1 на восток. Скорость ветра V2 направлена на север. Самолет снижается вертикально вниз к кораблю со скоростью V3. Найти скорость самолета относительно воздуха.

  2. Найти объяснение закона Хаббла с точки зрения кинематики взрыва.


Парадоксы СТО: движение быстрее скорости света. Фазовая скорость. Передача информации.

Примеры задач:

  1. Объяснить возможность сверхзвукового движения волны переключающихся лампочек.

  2. Задача о дуэлянтах. Луч прожектора движется со сверхзвуковой скоростью. Когда свет доходит до первого дуэлянта, он производит выстрел. Свет перемещается ко второму дуэлянту и тот уворачивается. Объяснить сверхзвуковое перемещение информации в этом случае.


Парадоксы СТО: долгоживущие пи- и мю-мезоны.

Примеры задач:

  1. Найти разницу между скоростью света и скоростью мю-мезонов, если поверхность Земли достигает 1/8 часть исходного потока.


Решение задач с помощью графического метода пространственно-временных диаграмм.

Примеры задач:

  1. Мимо наблюдателя со скоростью V пролетает стержень длиной 1 м. Изобразить события графически в а) лабораторной СО б) в СО стержня.

  2. Разобрать парадокс близнецов графически.


Решение задач релятивистской динамики.

Примеры задач:

  1. В России в год вырабатывается 1013 кВт-час электроэнергии. Найти массовый эквивалент энергии.

  2. Разобрать нарушение закона сохранения массы в релятивистской механике на примере абсолютно неупругого столкновения двух масс.




1

3-5


4-5,7

4-7


8-10



2

2


2

4


4






Всего




14


5. Самостоятельная работа

Самостоятельная работа студентов заключается в работе с литературой и выполнении домашних заданий.
6. Литература (основная и дополнительная)

6.1. Основная .

  1. Краткий курс теоретической физики. Механика. Электродинамика. Т.1 / Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. // М.: Наука, 1969.

  2. Основы теоретической физики. Т.1 / Савельев И.В. // М.: Наука, 1975.

  3. Берклеевский курс лекций. Механика. Т.1 / Киттель Ч., Найт У., Рудерман М. // М.: Наука, 1983.

6.2. Дополнительная.

  1. Специальная теория относительности. / Угаров Г.А. // М.: Наука, 1969.


8. Формы текущего, промежуточного и итогового контроля

Формой текущего контроля является проверка выполнения домашнего задания в начале каждого занятия. Для промежуточного контроля в течение семестра проводится одна контрольные работы по всему материалу курса. Целью работ является выяснение усвоения знаний, умение применять законы релятивистской механики к конкретным физическим ситуациям. Контрольная работа проводится в течение двух академических часов. Студенты заранее знают о времени проведения работ. Работы выполняются на отдельных листах, студенты должны приводить краткие пояснения к решению, строить необходимые чертежи. На консультациях все желающие могут разобрать свои ошибки, познакомиться с правильными решениями. В конце семестра проводится интегрированный тест по базовым понятиям курса. В качестве итогового контроля проводится теоретический зачет.
9. Рекомендации по использованию информационных технологий и инновационных методов в образовательном процессе.
Презентации на лекциях подразумевают широкое использование компьютерного и мультимедийного оборудования.


Рабочая программа разработана на основании требований ГОС ВПО и учебного плана специальности 050203 физика с дополнительной специальностью информатика
Рабочая программа рассмотрена на заседании кафедры теоретической физики и компьютерного моделирования

и утверждена на 2007/2008 учебный год.

Протокол № от «2» октября 2007 г.
Заведующий кафедрой _________________ Бирих Р.В.

подпись
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра теоретической физики и компьютерного моделирования
Комплект учебно-методических материалов к учебному модулю:

«Специальная теория относительности» в составе курса ГОС ВПО «Основы теоретической физики»
ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ К ЗАЧЕТУ


  1. Классический принцип относительности Галилея и преобразования Галилея.

  2. Абсолютный характер скорости света в электродинамике.

  3. Проблемы сочетания положений классической механики и электродинамики.

  4. Идея мирового эфира. Опыт Майкельсона-Морли. Следствия.

  5. Объяснение эксперимента Майкельсона, выдвинутое Лоренцем и Фицджеральдом. Вывод преобразований Лоренца из условия абсолютности скорости света.

  6. Постулаты Эйнштейна. Пространство, время и системы отсчета в СТО.

  7. Относительность понятия одновременности в СТО. Рассмотреть примеры.

  8. Относительность промежутков времени и пространства. Рассмотреть примеры.

  9. Парадокс близнецов.

  10. Релятивистский закон сложения скоростей. Рассмотреть примеры.

  11. Классификация интервалов и причинно-следственные связи в пространстве Минковского.

  12. Псевдоевклидова метрика пространства Минковского. Рассмотреть примеры диаграмм Минковского.

  13. Преобразования Лоренца как вращение системы координат в Пространстве Минковского.

  14. Экспериментальное подтверждение СТО. Эксперимент Кеннеди-Торндайка. Распад мезонов в атмосфере Земли.

  15. 4-вектор, 4-скаляр, 4-тензор в псевдоевклидовом пространстве.

  16. Радиус-вектор, скорость и ускорение в пространстве Минковского.

  17. Второй закон Ньютона и его релятивистски-ковариантное обобщение.

  18. 4-вектор импульса и его компоненты.

  19. Функция Лагранжа для свободной релятивистской частицы.

  20. Инвариантная масса частицы и энергия покоя. Формула Эйнштейна для энергии и массы. Пример: неупругое столкновение двух частиц.



Заведующий кафедрой ________________________Бирих Р.В.

ВАРИАНТ ТЕСТА
1. Два фотона летят навстречу друг другу. Чему равна их относительная скорость:

    1. удвоенной скорости света;

    2. скорости света;

    3. половине скорости света.


2. Второй закон Ньютона инвариантен по отношению к

    1. преобразованиям Лоренца;

    2. преобразованиям Галилея;

    3. каким-то другим преобразованиям.


3. Две релятивистские частицы массой M каждая неупруго сталкиваются и образуют новую частицу. Какова ее масса?

    1. больше 2M;

    2. меньше 2M;

    3. равна 2M.


4. Из Перми в Москву выходит скорый поезд и без происшествий доезжает до пункта назначения. Интервал между этими двумя точками мировой линии поезда является

    1. пространственно-подобным;

    2. време-подобным;

    3. свето-подобным.


5. К какому типу интервалов относится интервал между двумя точками мировой линии покоящегося тела?

    1. пространственно-подобный интервал;

    2. свето-подобный интервал;

    3. време-подобный интервал.


6. В детстве Эйнштейна мучил вопрос о том, увидит ли бегун, двигающийся со скоростью света, свое отражение в зеркале, которое он держит перед собой. Каков правильный ответ на этот вопрос?

    1. бегун ничего не увидит в зеркале;

    2. он увидит свое двукратное отражение;

    3. он увидит свое обычное отражение.


7. Один из братьев близнецов отправляется в космический полет, который совершается на скоростях близких к скорости света. Когда путешественник вернется на Землю и встретится со своим братом, то будет

    1. старше брата;

    2. младше брата;

    3. одного с ним возраста.


8. В 1887 г. Американцы Майкельсон и Морли поставили эксперимент, с целью измерения скорость движения Земли относительно мирового эфира. Результат этого эксперимента показал, что

    1. Земля покоится по отношению к эфиру;

    2. Земля движется по отношению к эфиру со скоростью света.


КЛЮЧИ К ТЕСТАМ


1.b

2.b

3.a

4.b

5.c

6.c

7.b

8.a


Заведующий кафедрой __________________________ Бирих Р.В.

Похожие:

1. Минимальные требования к содержанию учебного курса (выписка из госа по специальности) icon1. Минимальные требования к содержанию учебного курса (выписка из госа по специальности)
Комплект учебно-методических материалов к учебному курсу «Классическая механика»
1. Минимальные требования к содержанию учебного курса (выписка из госа по специальности) icon1. Минимальные требования к содержанию учебного курса (выписка из госа по специальности)
Комплект учебно-методических материалов к учебному курсу «Техническая термодинамика»
1. Минимальные требования к содержанию учебного курса (выписка из госа по специальности) icon1. Минимальные требования к содержанию учебного курса дпп. Ф. 17 (выписка из госа по специальности)
Комплект учебно-методических материалов к учебному курсу «Интернет и мультимедиа технологии»
1. Минимальные требования к содержанию учебного курса (выписка из госа по специальности) icon1. Минимальные требования к содержанию учебного курса (выписка из госа по специальности)
Элементы теории групп. Точечные группы симметрии. Понятие о представлениях групп и характерах представлений
1. Минимальные требования к содержанию учебного курса (выписка из госа по специальности) iconДля специальности 020804
Минимальные требования к содержанию дисциплины: основные принципы и методы геоэкологических исследований, сущность и содержание антропогенных...
1. Минимальные требования к содержанию учебного курса (выписка из госа по специальности) iconДля специальности 020804
Минимальные требования к содержанию дисциплины: строение, физические свойства и модели Земли; физические свойства горных пород, природных...
1. Минимальные требования к содержанию учебного курса (выписка из госа по специальности) iconРабочая программа специального курса «Дополнительные главы теории вероятностей»
...
1. Минимальные требования к содержанию учебного курса (выписка из госа по специальности) iconОтчет о геологическом изучении недр общие требования к содержанию и оформлению
Требования к построению и содержанию отчетов отдельных специфических видов геологических работ устанавливается в нтд
1. Минимальные требования к содержанию учебного курса (выписка из госа по специальности) iconВыписка из фгос 2010 специальности 270101 архитектура
Требования к результатам освоения основной профессиональной образовательной программы
1. Минимальные требования к содержанию учебного курса (выписка из госа по специальности) icon«Геохимия окружающей среды» Выписка из учебного плана
Государственный образовательный стандарт- высшего профессио­нального образования по специальностям 013400 "Природопользование", формирует...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org