Фізика, частина 2
Спеціальність: Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані технології
Код дисципліни: 6.174.00.O.014
Кількість кредитів: 5.00
Кафедра: Загальної фізики
Лектор: Романюк Микола Миколайович
Семестр: 2 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Завдання навчальної дисципліни відповідно до освітньої програми
Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування у здобувачів освіти компетентностей (знань, умінь, навичок):
загальні компетентності (КЗ):
1. КЗ 1. Здатність застосовувати знання у практичних ситуаціях.
2. КЗ 2. Здатність спілкуватися державною мовою як усно, так і письмово.
3. КЗ 4. Навички використання інформаційних і комунікаційних технологій.
4. КЗ 5. Здатність до пошуку, опрацювання та аналізу інформації з різних джерел.
5. КЗ 6. Навички здійснення безпечної діяльності.
6. КЗ 7. Прагнення до збереження навколишнього середовища.
7. КЗ 8. Здатність працювати в команді.
8. КЗ 9. Здатність адаптуватись до нових ситуацій та приймати рішення.
9. КЗ 10. Здатність усвідомлювати необхідність навчання впродовж усього життя з метою поглиблення набутих та здобуття нових фахових знань.
Спеціальні (фахові, предметні) компетентності (КС):
1. КС 1. Здатність застосовувати знання математики, в обсязі, необхідному для використання математичних методів для аналізу і синтезу систем автоматизації.
2. КС 2. Здатність застосовувати знання фізики в обсязі, необхідному для розуміння процесів в системах автоматизації та комп'ютерно-інтегрованих технологіях.
Результати навчання: Студенти повинні:
1. знати основні фізичні поняття, величини, явища та закони фізики, які необхідні для наступного вивчення спеціальних дисциплін;
2. знати одиниці вимірювання основних фізичних величин, та вміти використовувати метод аналізу розмірності при перевірці отриманих аналітичних формул;
3. розуміти фізичну природу процесів, які використовуються у професійній діяльності фахівця, та вміти виокремити найважливіші із них;
4. мати сформований науковий світогляд та науковий стиль мислення;
5. вміти самостійно планувати та проводити простий фізичний експеримент, опрацьовувати та аналізувати його результати;
6. вміти користуватися загальновживаними вимірювальними приладами для вимірювання лінійних розмірів, механічних, термодинамічних, електричних та оптичних величин;
7. мати сформовані навики аналізу поведінки фізичних систем та розв’язування задач з різних областей фізики, пов’язаних із розв’язуванням у майбутньому інженерних задач відповідно до профілю підготовки, та проводити у наступному комп'ютерне моделювання поведінки досліджуваних систем;
8. мати сформовану широку теоретичну підготовку з метою допомогти студентам застосовувати у своїй професійній діяльності нові, сучасні фізичні ідеї та принципи;
9. мати сформовану екологічну та етичну культуру, та навики прогнозування наслідків конкретних технічних рішень для навколишнього середовища;
10. мати сформовані навики безумовного дотримання правил техніки безпеки при роботі з обладнанням на виробництві та у побуті.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Попередні навчальні дисципліни
Фізика (шкільний курс)
Хімія (шкільний курс)
Алгебра (шкільний курс)
Геометрія (шкільний курс)
Супутні навчальні дисципліни
Вища математика
Математичний аналіз
Програмування
ТАК
ТОЕ
Короткий зміст навчальної програми: Курс загальної фізики призначений для ознайомлення студентів із основним курсом фізики (електромагнетизм, хвильова оптика, теплове випромінювання, атомна та ядерна фізика, елементи фізики твердого тіла) на університетському рівні складності, тобто із використанням методів вищої математики для отримання аналітичних описів складних фізичних процесів. Вивчення даного курсу передбачає також розв'язування задач, та виконання лабораторних робіт із наступним вивченням обробки результатів вимірювань, освоєнням за необхідності способів їх графічного представлення, оцінкою похибок вимірювань, та аналізом отриманих експериментальних результатів.
Курс фізики служить основою для розуміння фізичної сторони процесів, які відбуваються у реальних промислових установках, і допомагає створювати математичні моделі відповідних процесів для автоматизованих систем керування.
Опис: 1 Електромагнетизм
Магнітне поле
Магнітна індукція. Закон Ампера. Закон Біо–Савара–Лапласа. Закон повного струму для магнітного поля у вакуумі. Вихровий характер магнітного поля. Сила Лоренца. Ефект Холла.
Контур зі струмом у магнітному полі.
Циркуляція вектора магнітної індукції. Контур зі струмом в магнітному полі. Магнітний потік. Теорема Остроградського – Гауса для магнітного поля. Робота при переміщенні провідника і контура з струмом у магнітному полі.
Магнітне поле у речовині.
Магнітне поле в речовині. Магнітні моменти атомів. Магнетики. Намагніченість. Закон повного струму для магнітного поля в речовині. Напруженість магнітного поля. Явище електромагнітної індукції. Закон Ленца. Закон Фарадея. Явище самоіндукції. Індуктивність. Енергія магнітного поля.
Рівняння Максвелла. Електромагнітні хвилі.
Основи теорії Максвелла для електромагнітного поля. Струм зміщення. Рівняння Максвелла для електромагнітного поля. Основні властивості електромагнітних хвиль. Потік енергії. Вектор Умова – Пойнтінга.
2 Хвильова оптика
Хвильова оптика. Інтерференція світла.
Інтерференція світла. Когерентні світлові хвилі та їх отримання. Інтерференція світла в тонких плівках. Просвітлення оптики за методом Олександра Смакули. Інтерферометри.
Дифракція світла.
Дифракція світла. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Прямолінійність поширення світла. Дифракція Френеля на круглому отворі та диску. Дифракція Френеля на щілині та на дифракційній ґратці.
Дисперсія світла.
Дисперсія світла. Області нормальної та аномальної дисперсії.
Поляризація світла.
Природне та поляризоване світло. Закон Малюса. Поляризація світла при відбиванні. Закон Брюстера. Подвійне променезаломлення. Штучна оптична анізотропія.
3 Атомна фізика
Атомна фізика
Теплове випромінювання. Розподіл енергії у спектрі випромінювання абсолютно чорного тіла. Закон Стефана-Больцмана. Закон зміщення Віна. Квантова гіпотеза випромінювання. Формула Планка.
Атом водню у теорії Бора.
Атом водню та його спектр за теорією Бора. Формула де–Бройля. Дослідне обґрунтування корпускулярно-хвильового дуалізму властивостей речовини.
Хвильова функція. Рівняння Шредінґера.
Співвідношення невизначеностей як прояв корпускулярно-хвильового дуалізму властивостей матерії. Хвильова функція та її статистичний зміст. Рівняння Шредінґера. Частинка в одномірній прямокутній „потенціальній ямі”.
Атом водню. Поглинання та випромінювання світла атомами.
Атом водню у квантовій механіці. Принцип Паулі. Розподіл електронів у атомі по станах. Комбінаційне розсіяння світла. Поглинання, спонтанне і вимушене випромінювання. Лазери.
4 Елементи фізики атомного ядра
Елементи фізики атомного ядра
Характеристика і склад атомного ядра. Нуклони. Взаємодія нуклонів та поняття про властивості і природу ядерних сил. Дефект маси та енергія зв’язку ядра. Радіоактивність. Основний закон радіоактивного перетворення ядер. Закономірності альфа-, бета-, та гама – випромінювань атомних ядер.
Ядерні реакції. Ядерна енергетика.
Ядерні реакції та закони збереження. Реакції поділу ядер. Поняття про ядерну енергетику. Основні елементи конструкції ядерного реактора та фізичні основи керування ланцюговою реакцією поділу ядер. Реакція синтезу атомних ядер.
Елементи квантової статистики та фізики твердого тіла
5 Елементи квантової статистики та фізики твердого тіла
Поняття про квантову статистику Фермі – Дірака та Бозе – Ейнштейна. Поняття про структуру твердих тіл. Розподіл електронів провідності в металах за енергіями. Енергія Фермі. Енергетичні зони в кристалах.
Розподіл електронів по енергетичних зонах. Валентна зона та зона провідності. Метали, діелектрики та напівпровідники. Власна провідність напівпровідників. Домішкова провідність напівпровідників. P – n – перехід та його вольт-амперна характеристика. Люмінесценція твердих тіл.
Методи та критерії оцінювання: Критерії оцінювання результатів навчання студентів:
Максимальна оцінка в балах за різні види навчальної активності
Поточний контроль (ПК) 40 балів,
у тому числі:
Лабораторні заняття – 20 балів,
Практичні заняття – 10 балів,
Розрахунково-графічні роботи – 10 балів.
Екзаменаційний контроль – 60 балів,
із них
за письмову компоненту – 50 балів,
за усну компоненту – 10 балів.
Разом за дисципліну за семестр –100 балів
Критерії оцінювання результатів навчання: Максимальна оцінка в балах за різні види навчальної діяльності розподілена наступним чином:
Поточний контроль (ПК) :
Лабораторні заняття: 20 балів
Практичні заняття: 10 балів
РГР : 10 балів
Максимальна сума за П : 40 балів
Екзаменаційний контроль (ЕК) :
письмова компонента: 50 балів
усна компонента : 10 балів
Максимальна сума за ЕК : 60 балів
Разом за дисципліну : 100 балів
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: Рекомендована література до теоретичного курсу
1. Фізика і енергетика Навчальний посібник [Текст] / І.Р. Зачек, І.Є. Лопатинський, Ф.М. Гончар, І.Є. Мороз, М.М. Романюк – Львів.: Ліга-Прес, 2020. – 372с.
2. Фізика і енергетика Навчальний посібник [Текст] / І.Р. Зачек, І.Є. Лопатинський, Ф.М. Гончар, І.Є. Мороз. – Львів.: Ліга-Прес, 2015. – 368с.
3. Фізика Навчальний посібник [Текст] / І.Є. Лопатинський, І.Р. Зачек, Г.А. Ільчук, Б.М. Романишин – Львів.: Афіша, 2009 . – 385с.
4. Фізика Навчальний посібник [Текст] / І.Є. Лопатинський, І.Р. Зачек, Г.А. Ільчук, Б.М. Романишин – Львів.: Афіша, 2005 . – 394с.
5. Курс фізики Навчальний посібник [Текст] / І.Р. Зачек, І.М. Кравчук, Б.М. Романишин, В.М. Габа, Ф.М. Гончар. За ред. І.Є. Лопатинського – Львів.: Бескид-Біт, 2002. – 376с.
6. І.М. Кучерук, І.Т. Горбачук, П.П. Луцик. Загальний курс фізики. [Текст]: В 3 ч. Том 2. Електрика і магнетизм / І.М. Кучерук, І.Т. Горбачук, П.П. Луцик. – Київ.: Техніка, 2001. – 452с.
7. І.М. Кучерук, І.Т. Горбачук. Загальний курс фізики. [Текст] : В 3 ч. Том 3. Оптика. Квантова фізика / І.М. Кучерук, І.Т. Горбачук. – Київ.: Техніка, 1999. – 520с.
8. П.М. Воловик. Фізика для університетів. [Текст] / П.М. Воловик. – Київ.: Ірпінь : Перун, 2005.- 864 с.
9. І.Р. Зачек, І.Є. Лопатинський, Й.Я. Хром’як. Висвітлення досягнень українських фізиків у курсі фізики: Методичний посібник [Текст] / За ред. Ю.К. Рудавського. – Львів.: Вид. НУ ЛП, 2003. – 84с.
Література до практичних занять.
1. Збірник задач з фізики з розв’язками. Навчальний посібник [Текст] / І.Є. Лопатинський, І.Р. Зачек, О.Б. Біленька та ін. – Львів.: Друк ПП «Ощипок М.М.», 2020 . – 260с.
2. Збірник задач з фізики. Навчальний посібник [Текст] / А.М. Андрейко, І.В. Бандрівчак, С.Р. Баран та ін. За ред. І.Є. Лопатинського, А.М. Андрейка. – Львів.: Вид. НУ ЛП, 2010 . – 320с.
3. І.Є. Лопатинський, І.Р. Зачек, В.М. Середа, Т.Д. Крушельницька, Н.А. Українець. Збірник задач з фізики. - Львів, Вид. НУ „ЛП”, 2003 р.
4. Задачі з фізики. Методичні вказівки. Приклади розв’язування. - Львів, Вид. НУ „ЛП”, 2001 р.
Література до лабораторних занять.
1. Лабораторний практикум з фізики. Частина 3. Оптика та атомна фізика / – За ред. І.Є. Лопатинського – Львів.: Вид. НУ ЛП, 2006 . – 264с.
Допоміжна література
1. Савельев И.В. Курс физики [Текст]: в 3 ч. Т. 2. Электричество, колебания и волны, волновая оптика / И.В. Савельев – М.: Наука, 1989. – 462с.
2. Савельев И.В. Курс физики [Текст]: в 3 ч. Т. 3. Квантовая оптика, атомная физика, физика твердого тела, физика атомного ядра и элементарных частиц / И.В. Савельев – М.: Наука, 1987. – 320с.
3. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. Учеб. пособие для втузов [Текст] / А.А. Детлаф, Б.М. Яворский. – М.: Высш.шк., 1989. – 608с.
4. Физический практикум. Электричество и оптика. [Текст] / под ред. В.И. Ивероновой – М.: Наука, 1968. – 806с.
5. Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики. [Текст] / В.С. Волькенштейн. – М.: Наука, 1973. – 380с.
Навчально-методичне забезпечення
1. Вивчення сферичної аберації лінзи. Методичні вказівки до лабораторної роботи з курсу загальної фізики для студентів всіх форм навчання. [Текст] / І.Є. Лопатинський, О.Б. Біленька, М.М. Романюк, І.Р. Зачек.– Львів.: Вид. НУ ЛП, 2014 . – 7с.
2. Лопатинський І.Є., Біленька О.Б., Романюк М.М Методичні вказівки до розв’язування задач з курсу загальної фізики «Хвильова оптика. Інтерференція світла». [Текст] / І.Є. Лопатинський, О.Б. Біленька, М.М. Романюк. – Львів.: Вид. НУ ЛП, 2014 . – 28 с.
3. Методичні вказівки до розв’язування задач з курсу загальної фізики «Хвильова оптика. Дифракція світла» [Текст] / О.Б. Біленька, М.М. Романюк, О.В. Коломієць. – Львів.: Вид. НУ ЛП, 2015. – 64с.
Інформаційні ресурси
Лабораторний практикум з фізики. Частина 3. http://imfn.lviv.ua/zf/?page_id=190
І.Є. Лопатинський, І.Р. Зачек, Г.А. Ільчук, Б.М. Романишин. Фізика для інженерів Львів.: Вид. НУ ЛП, 2009. - 385 с. http://www.twirpx.com/file/685789/
Курс у віртуальному навчальному середовищі
Фізика, частина 2
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).