Примерная программа дисциплины дпп. 02 Теоретическая физика



Скачать 114.38 Kb.
Дата19.10.2012
Размер114.38 Kb.
ТипПримерная программа
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

 

 

 

 

 

УТВЕРЖДАЮ

Руководитель Департамента

образовательных программ

и стандартов

профессионального образования

___________________ Л.С.Гребнев

“__3___”_сентября_______ 2001 г.

 

 

 

 

 

ПРИМЕРНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ


 

ДПП.02 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА


 

 

 

Рекомендуется Министерством образования Российской Федерации

для направления подготовки

 

540200 ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ДИСЦИПЛИНА ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА

 

Направление: 540200 Физико-математическое образование

Профиль: 540202 Физика

Курс: 3, 4

Форма обучения: очная

Семестр: 5, 6, 7

Количество часов на дисциплину: 230

Количество аудиторных часов на дисциплину: 222

 

Цель дисциплины: формирование мировоззрения в современных разделах физики, требующих для понимания математических методов.

 

Задачи дисциплины:

  • сформировать целостную систему знаний о методах и основных концепциях, используемых для анализа физических закономерностей;

  • выработать навыки математического анализа физических закономерностей;

  • сформировать культуру мышления, основанную на взаимосвязи физических образов и строгого математического подхода к их описанию.

 

Принципы отбора содержания и организации учебного материала

Отбор материала основывается на необходимости ознакомить по направлению “Физико-математическое образование” со следующей современной научной информацией:

  • о системе теоретических знаний;

  • о методах и методологии теоретической физики;

  • о соотношении теоретического и экспериментального подходов при получении знаний;

  • о соотношении физического и математического методов описаний природы.


Содержательное наполнение дисциплины обусловлено: общими задачами подготовки бакалавра физико-математического образования, требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по соответствующему направлению, содержанием и методологией современной теоретической физики как комплексной физической науки

 

Текущая аттестация качества усвоения знаний


Усвоение знаний проверяется в устной и письменной форме при выполнении студентами учебных исследовательских заданий, решении задач, опросах и выполнении контрольных работ на протяжении всего курса.

 
Итоговая аттестация

Дисциплина завершается экзаменом, на котором проверяется уровень усвоения основных понятий теоретической физики, знание основных законов и закономерностей, лежащих в основе теоретической физики, умение связать рассматриваемую закономерность с материалом, изученным в курсе общей физики, степень методологической грамотности.
Основное содержание

 

ВВЕДЕНИЕ

Роль математики в описании природы. Теоретическая физика как наука, формирующая основы мировоззрения математическим языком.

КЛАССИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА

Основные понятия механики – координаты, скорость, ускорение, сила, масса. Пространство и время в классической механике. Материальная точка и системы тел. Кинематика материальной точки. Второй закон Ньютона и постановка задач динамики. Механический детерминизм. Интегралы движения. Центральное поле. Момент количества движения. Общий вывод закона движения и уравнения траектории. Общие свойства движения в центральном поле. Задача Кеплера. Плоские кривые второго порядка. Вывод уравнения траектории в кеплеровом поле. Законы Кеплера.

Абсолютно твердое тело. Шесть степеней свободы. Угловая скорость. Динамика твердого тела. Момент инерции. Уравнения движения абсолютно твердого тела. Система тел. Движение свободное и со связями. Принцип наименьшего действия. Уравнения Лагранжа. Фундаментальные законы сохранения. Общее представление об аналитической динамике.

Линейный гармонический осциллятор. Малые колебания системы тел около положения устойчивого равновесия. Нормальные координаты.

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА И СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

Система уравнений Максвелла – Лоренца. Скалярный и векторный потенциалы электромагнитного поля. Вывод уравнений Максвелла – Лоренца из принципа наименьшего действия. Уравнения Лагранжа для заряженной частицы. Силы, действующие на заряженную частицу, движущуюся в электромагнитном поле. Законы сохранения энергии и импульса электромагнитного поля. Мультипольное разложение скалярного и векторного электромагнитных потенциалов. Электромагнитные волны. Запаздывающие и опережающие потенциалы. Излучение электрических и магнитных диполей. Основы теории квазистационарных электромагнитных явлений. Излучение и взаимодействие электромагнитных волн с веществом. Усреднение электромагнитного поля в веществе. Распространение электромагнитных волн в диэлектриках и в проводящих средах.

Основные понятия специальной теории относительности. Преобразования Лоренца. Пространство и время в релятивистской физике. Инварианты теории относительности. Четырехмерные векторы. Релятивистская динамика. Уравнения электродинамики в ковариантной форме. Преобразование электрического и магнитного полей при переходе в другую инерциальную систему отсчета.

Основные положения общей теории относительности. Замедление времени вблизи гравитирующей массы. Основные эффекты, подтверждающие справедливость выводов общей теории относительности. Представление о черных дырах. Космологические следствия общей теории относительности.

КВАНТОВАЯ ФИЗИКА

Введение. Экспериментальные основания квантовой механики. Состояние и наблюдаемые физические величины. Волновая функция. Вероятностная интерпретация волновой функции. Принцип суперпозиции.

Средние значения наблюдаемых физических величин. Операторы физических величин. Свойства операторов физических величин (линейность, самосопряженность). Теорема Эренфеста. Стационарные состояния. Уравнение Шредингера и его решение для одномерных потенциалов. Теория возмущений. Квантование момента количества движения и его проекции. Понятие спина. Тождественность элементарных частиц. Свойства симметрии волновой функции и связь симметрии со статистикой. Теория возмущений. Квантовое решение задачи об атоме гелия и молекуле водорода. Атомы и молекулы во внешних полях. Метод Слэтера. Нестационарное уравнение Шредингера и его решение в простейших случаях. Теория возмущения.

ТЕРМОДИНАМИКА И СТАТИСТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА

Термодинамическое и статистическое описание макроскопических систем. Микро- и макросостояния. Термодинамические параметры. Равновесные состояния. Обратимые и необратимые процессы.

Фазовое пространство. Функция и уравнение Гамильтона. Функция распределения вероятности в фазовом пространстве. Средние значения и термодинамические характеристики системы, состоящие из большого числа частиц. Сохранение плотности вероятности на фазовой траектории консервативной системы, уравнения Лиувилля.

Классическое и квантовое распределение Гиббса. Термодинамически равновесное состояние и стационарное решение уравнения Лиувилля. Каноническое распределение Гиббса, условие нормировки, статистический интеграл.

Основное уравнение равновесной статистической термодинамики; термодинамический смысл параметров канонического распределения; температура, статистический интеграл, внутренняя и свободная энергии, энтропия. Уравнение состояния.

Идеальный газ. Модель идеального газа. Распределение Максвелла. Формула Больцмана. Теория теплоемкости. Колебательные и вращательные теплоемкости.

Равновесное излучение. Абсолютно черное тело, распределение Планка, закона Стефана-Больцмана, закон смещения Вина.

Идеальный газ, состоящий из тождественных частиц, и принцип неразличимости тождественных частиц в квантовой механики. Симметрия волновой функции системы тождественных частиц. Статистика Бозе – Эйнштейна и Ферми – Дирака. Общие свойства химического потенциала.

Большое каноническое распределение Гиббса, общие условия равновесия фаз, правило фаз Гиббса. Фазовые переходы первого и второго рода. Третье начало термодинамики.

Основы теории флуктуаций. Основные представления теории броуновского движения. Распределение Гаусса и флуктуации основных термодинамических величин. Флуктуации плотности в газах и рэлеевское рассеяние света.

Неравновесные процессы. Динамическое обоснование статистического описания. Уравнения эволюции. Заселенности уровней атомов активной среды. Основные представления синергетики. Устойчивость и неустойчивость неравновесных процессов. Хаос и самоорганизация сложных систем.

ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИКИ

Основные понятия о многочастичных взаимодействиях, лежащие в основе теории сверхтекучести и сверхпроводимости. Последние достижения в области высокотемпературной сверхпроводимости.

Электромагнитные процессы в плазме. Обзор достижений в ядерной физике и в физике высоких энергий. Классификация элементарных частиц. Фундаментальные взаимодействия. Представление о вторичном квантовании. Элементы квантовой релятивистской теории. Модель кварков, элементы квантовой хромодинамики. Идеи великого объединения.

 

Основные понятия

  • материальная точка, инерциальная и неинерциальная системы отсчета, кинематика материальной точки, радиус-вектор, скорость, ускорение;

  • сила, масса, законы Ньютона, замкнутая система, импульс, энергия, момент импульса, законы сохранения;

  • задача Кеплера, законы Кеплера, секторная скорость, центральное поле;

  • абсолютно твердое тело, момент инерции, тензор инерции, уравнения движения абсолютно твердого тела, условия равновесия;

  • принцип наименьшего действия, функция Лагранжа, уравнение Лагранжа, обобщенные координаты;

  • электрический заряд, закон Кулона, напряженности электрического и магнитного поля, скалярный и векторный потенциалы, теорема Гаусса, калибровочная инвариантность;

  • уравнения Максвелла;

  • плотность энергии и плотность потока энергии электромагнитного поля, волновое уравнение для электромагнитного поля, электромагнитное поле в веществе, электромагнитная индукция, запаздывающие потенциалы, дипольное излучение, рассеяние электромагнитных волн;

  • преобразования Лоренца, энергия покоя, инвариантность электромагнитного поля;

  • волна де Бройля, волновая функция, принцип суперпозиции, условие нормировки, волновой пакет, операторы физических величин, гамильтониан, коммутационные соотношения, собственные значения и собственные функции, соотношения неопределенностей;

  • стационарное и нестационарное уравнения Шредингера, гармонический осциллятор, атом и молекула водорода, квантовые числа, принцип Паули, спин;

  • приближенные методы квантовой механики, теория возмущений, адиабатическое приближение, оператор эволюции;

  • фазовое пространство, функция и уравнение Гамильтона, распределение Гиббса;

  • матрица плотности, статистические суммы, температура, энтропия, статистический интеграл, теплоемкость газа;

  • распределение Максвелла, распределение Больцмана, распределение Планка, закон Стефана – Больцмана, закон смещения Вина;

  • статистика Бозе – Эйнштейна, статистика Ферми – Дирака, тождественность частиц, симметрия волновой функции системы тождественных частиц;

  • фазовые переходы первого и второго рода, третье начало термодинамики;

  • элементарные частицы, кварки, квантовая хромодинамика, обменный механизм взаимодействия.

 

Организация самостоятельной работы

Самостоятельная работа предполагает: работу в библиотеке, работу с компьютером подготовку рефератов и обзоров по новинкам современной физики, решение задач повышенной трудности по тематике курса, выполнение учебных исследований (в частности, курсовые и дипломные исследования), посещение научных семинаров по тематике научно-методической работы кафедры.

 

 

 

Рекомендуемая литература


а) основная литература

  1. Ландау Л.Д,, Лифшиц Е.М. Курс теоретической физики. Т.1, 2, 3, 5. – М., 1973 (и др. издания).

  2. Жирнов Н.И. Классическая механика. – М., 1980.

  3. Наумов А.И. Физика атомного ядра и элементарных частиц. – М., 1984.

  4. Давыдов А.С. Квантовая механика. – М., 1973.

  5. Шпольский Э.В. Атомная физика. Т.1-2. – М., 1974.

б) дополнительная литература

  1. Голдстейн Г. Классическая механика. – М., 1975.

  2. Мещерский И.В. Сборник задач по теоретической механике. – М., 1978.

  3. Фок В.А. Начала квантовой механики. – М., 1976.

  4. Блохинцев Д.И. Основы квантовой механики. – М., 1979.

  5. Тамм И.Е. Основы теории электричества. – М., 1976.

  6. Новожилов Ю.В., Яппа Ю.А. Электродинамика. – М., 1978.

  7. Угаров В.А. Специальная теория относительности. – М., 1977.

  8. Батыгин В.В., Топтыгин И.Н. Сборник задач по термодинамики. – М., 1970.

  9. Леонтович М.А. Введение в термодинамику. Статистическая физика. – М., 1983.

10. Куни Ф.Н. Статистическая физика и термодинамика. – М., 1981.

  1. Квантовая механика. Методическая разработка. Сост.: Трифонов Е.Д. и др. Ч.1, ч.2. –Л., 1984-1987.

  2. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике, вып.1-10, – М., 1965.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Авторы-составители примерной программы дисциплины “Теоретическая физика”: Трифонов Е.Д., доктор, физ.-мат. наук, профессор; Беляев А.К., доктор физ.-мат. наук, профессор; Трошин А.С., канд. физ.-мат. наук, доцент; Комаров А.Г., канд. физ.-мат. наук, доцент.

 

 

Программа составлена в соответствии с государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки 540200 Физико-математическое образование.

Программа обсуждена и одобрена на заседании учебно-методического совета по направлению 540200 Физико-математическое образование Учебно-методического объединения по направлениям педагогического образования на базе РГПУ им. А.И.Герцена (протокол № 14 от 13 ноября 2000 г.)

 

 

 

Председатель совета УМО

по направлениям педагогического образования

на базе РГПУ им. А.И.Герцена _______________ Г.А. Бордовский

 

 

Председатель УМС по направлению

540200 Физико-математическое образование _______________ С.Д. Ханин

Похожие:

Примерная программа дисциплины дпп. 02 Теоретическая физика iconПримерная программа дисциплины дпп. 02 Теоретическая физика
Цель дисциплины: формирование мировоззрения в современных разделах физики, требующих для понимания математических методов
Примерная программа дисциплины дпп. 02 Теоретическая физика iconПримерная программа дисциплины теоретическая физика
Научить основным понятиям, законам и методам классической механики, теории упругости, термодинамики, кинетики, электродинамики, квантовой...
Примерная программа дисциплины дпп. 02 Теоретическая физика iconПримерная программа дисциплины дпп. 04 Биогеография
Цель дисциплины: формирование системы знаний о взаимосвязях животного и растительного мира с окружающей средой
Примерная программа дисциплины дпп. 02 Теоретическая физика iconПримерная программа дисциплины дпп. 04 Генетика и эволюция
Цель дисциплины: формирование фундаментальных знаний по важнейшим проблемам генетики и теории эволюции
Примерная программа дисциплины дпп. 02 Теоретическая физика iconПрограмма дисциплины дпп. В. 03 «Физика твердого тела» Специальность 032200. 21 Физика с дополнительной специальностью математика
Цель изучения дисциплины "Физика твердого тела" заключается в ознакомлении студентов со структурой и физическими процессами, которые...
Примерная программа дисциплины дпп. 02 Теоретическая физика iconПримерная программа дисциплины дпп. 01 Неорганическая химия
Цель дисциплины: формирование фундаментальных знаний по неорганической химии, умений и навыков экспериментальной работы
Примерная программа дисциплины дпп. 02 Теоретическая физика iconПримерная программа дисциплины дпп. 02 Геометрия
...
Примерная программа дисциплины дпп. 02 Теоретическая физика iconПримерная программа дисциплины дпп. 02 Общая экология
Цель дисциплины: формирование глобально-ориентированного, научно-гуманистического мировоззрения на основе целостной научной картины...
Примерная программа дисциплины дпп. 02 Теоретическая физика iconПримерная программа дисциплины дпп. 05. контрастивная лингвистика
Цель дисциплины: создание концептуальной базы контрастивно-сопоставительного описания различных языков на всех структурных уровнях...
Примерная программа дисциплины дпп. 02 Теоретическая физика iconПримерная программа дисциплины дпп. 02 Картография с основами топографии
Цель дисциплины: формирование базовых знаний и представлений о методах создания картографических произведений, об образах территории...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


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