2

1. Цели освоения дисциплины «Общий физический практикум» (Молекулярная физика – 2 семестр)

Целями дисциплины «Общий физический практикум» (Молекулярная физи-ка – 2 семестр) являются обучение способностям:

применять на практике базовые теоретические знания для выполнения ла-бораторных работ по разделу «Молекулярная физика»;

работать с лабораторным оборудованием; обрабатывать результаты измерений и проводить оценку погрешностей. 2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата Дисциплина «Общий физический практикум» (Молекулярная физика – 2 се-

местр) является частью модуля «Общая физика» и относится к базовой части Блока 1 «Дисциплины (модули)» рабочего учебного плана по направлению 03.03.02 Фи-зика. Дисциплина «Общий физический практикум» (Молекулярная физика – 2 се-местр) логически связана с дисциплинами «Молекулярная физика» модуля «Общая физика» и «Математический анализ».

Для освоения данной дисциплины необходимы: знания по математике и физике, приобретенные в 1 семестре; умения оформлять результаты эксперимента; готовность обучающегося: воспринимать большой объем информации, поступающей на лекциях, се-

минарах; интенсивно работать с основной и дополнительной литературой, учебной

и методической литературой, справочниками; критически оценивать свои имеющиеся пробелы в знаниях, умениях, на-

выках и определять пути их устранения через различные формы (самообразование, дополнительные задания, дополнительные занятия с преподавателями);

развивать методы самоконтроля. Освоение дисциплины «Общий физический практикум» (Молекулярная фи-

зика – 2 семестр) необходимо как предшествующее для изучения дисциплин про-фессиональной направленности и освоения учебных практик.

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дис-циплины «Общий физический практикум» (Молекулярная физика – 2 се-местр)

В результате освоения дисциплины «Общий физический практикум: Моле-кулярная физика» у обучающегося формируются следующие компетенции:

способность к самоорганизации и самообразованию (ОК-7); способность использовать в профессиональной деятельности базовые зна-

ния фундаментальных разделов математики, создавать математические модели ти-повых профессиональных задач и интерпретировать полученные результаты с уче-том границ применимости моделей (ОПК-2);

способность использовать базовые теоретические знания фундаменталь-ных разделов общей физики для решения профессиональных задач (ОПК-3).

В результате изучения дисциплины обучающийся должен:

3

Знать: законы молекулярной физики. Уметь: применять на практике полученные знания и оформлять протоко-

лы измерений и отчеты. Владеть методами планирования и проведения эксперимента и обработки

его результатов. 4. Структура и содержание дисциплины «Общий физический практи-

кум» (Молекулярная физика – 2 семестр) Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы 72 часа.

Структура дисциплины

«Общий физический практикум» (Молекулярная физика – 2 семестр)

Лекции Лаборат занятия

Практич. занятия

Самост. Работа

1 Введение. 2 1 4

2Статистические закономерности 2 2 8

Отчет по лаб работе, протокол

3

Элементы описания статистической теории идеальных газов. Распределения молекул в классических приближениях

2 3 8

Отчет по лаб работе, протокол

4Основы теории теплоемкостей 2 4 4

Отчет по лаб работе, протокол

5Явления переноса

2 5-10 20 4Отчет по лаб работе, протокол

6Первое начало термодинамики 2 11 4

Отчет по лаб работе, протокол

7Жидкости. Твердые тела. Фазовые переходы 2 12-16 20

Отчет по лаб работе, протокол

0 68 0 4 ЗачетИтого

Формы текущего контроля

успеваемости (по неделям семестра).

Формы промежуточной аттестации (по

семестрам)

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и

трудоемкость (в часах)

№ п/п Раздел дисциплины

Сем

естр

Нед

еля

сем

естр

а

Содержание дисциплины

«Общий физический практикум» (Молекулярная физика – 2 семестр)

1. Введение. Предмет молекулярной физики. Дискретное строение вещества. Модели в молекулярной физике. Межмолекулярное взаимодействие. Методы описа-ния вещества.

4

2. Статистические закономерности Случайные величины. Вероятность. Основные теоремы для вероятностей.

Плотность вероятности. Средние значения. Макроскопическое и микроскопическое состояния системы. Статистический

ансамбль. Вероятность макросостояния. Эргодическая гипотеза. Равновес-ное состояние. Флуктуации (ЛР 2.7).

3. Элементы описания статистической теории идеальных газов Модель идеального газа. Давление. Температура. Основные соотношения кинетической теории. Молекулярный смысл темпе-

ратуры. Шкалы температур. Законы Авогадро, Дальтона. Уравнение состояния. Распределения молекул в классических приближениях Распределение Максвелла по компоненте и модулю скорости. Характерные

скорости. Экспериментальная проверка. Распределение Больцмана. Барометрическая формула. Экспериментальная

проверка. Броуновское движение (ЛР 2.10). 4. Основы теории теплоемкостей Распределение энергии по степеням свободы (классическое приближение).

Классическая теория теплоемкостей газов (ЛР 2.1). 5. Явления переноса Длина свободного пробега молекул в газе. Распределение молекул по дли-

нам свободного пробега (ЛР 2.4). Молекулярная интерпретация явлений переноса. Общее уравнение перено-

са. Диффузия, теплопроводность (ЛР 2.2, ЛР 2.8), внутреннее трение (ЛР 2.4). 6. Первое начало термодинамики Задачи и метод термодинамики. Физическое содержание первого начала.

Внутренняя энергия. Процессы в идеальных газах. Политропный процесс (ЛР 2.1). 7. Жидкости. Структура жидкостей. Поверхностное натяжение. Условия рав-

новесия на границе двух сред. Смачивание. Давление под искривленной по-верхностью. Капиллярные явления.

Твердые тела. Кристаллическое и аморфное состояния вещества. Кристал-лические решетки, их типы.

Фазовые переходы. Фазовые переходы 1-го и 2-го рода. Испарение и кон-денсация. Плавление и кристаллизация. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Фазовые диаграммы. Аномальные вещества. Полиморфизм. (ЛР 2.5, ЛР 2.6, ЛР 2.9)

Перечень лабораторных работ

ЛР 2.1. Определение отношения удельных теплоемкостей адиабатическим ме-

тодом. ЛР 2.2. Определение коэффициента теплопроводности твердого теплоизолято-

ра. ЛР 2.3. Определение коэффициента внутреннего трения жидкости:

- по методу Стокса,

5

- с помощью капиллярного вискозиметра. ЛР 2.4. Определение коэффициента внутреннего трения газов, средней длины

свободного пробега и эффективного диаметра молекул воздуха: - с помощью газометра, - по средней скорости капельного истечения жидкости.

ЛР 2.5. Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости: - методом капель, - методом газовых пузырьков.

ЛР 2.6. Определение влажности воздуха: - с помощью конденсационного гигрометра с термоэлектрическим ох-лаждением, - с помощью аспирационного психрометра Ассмана.

ЛР 2.7. Ознакомление со статистическими закономерностями на механических моделях.

ЛР 2.8. Определение теплопроводности воздуха. ЛР 2.9. Фазовые переходы:

- определение температуры плавления. ЛР 2.10. Исследование поступательного и вращательного броуновского движе-

ния.

5. Образовательные технологии Реализуются следующие технологии обучения: ознакомление с техникой безопасности, охраной труда, пожарной безо-

пасностью в учебной лаборатории; ознакомление с теорией изучаемой лабораторной работы, основными за-

кономерностями, определениями физических величин, моделями процессов; ознакомление с лабораторной установкой, принципами её действия, ходом

эксперимента, наглядным измерением величин и их регистрацией; ознакомление с методами обработки результатов эксперимента; оформление протокола по лабораторной работе, содержащую общую тео-

ретическую часть, цель и задачи лабораторной работы, схему экспериментальной установки, протокол измерений, результаты обработки измерений, выводы, ис-пользуемые источники;

работу с учебной, учебно-методической и справочной литературой, ин-тернет-ресурсами.

К активным формам проведения занятий в лаборатории относятся: отчеты обучающихся, включающие предварительный отчет по теоретиче-

ской и экспериментальной части, обсуждение результатов эксперимента и оконча-тельный отчет по оформлению протокола по конкретной работе, включая устране-ние отмеченных преподавателем замечаний;

выполнение экспериментальной части лабораторной работы; обработка результатов эксперимента, построение графиков, таблиц; выполнение полного цикла лабораторных работ за семестр в учебной ла-

боратории. Интерактивные формы (18 час.) занятий включают: разбор конкретных ситуаций;

6

поиск в литературе, интернет-сетях ответов на методические вопросы, по-ставленные преподавателем;

консультации, в том числе через компьютерные сети.

При обучении лиц с ограниченными возможностями здоровья и инвалидов используются подходы, способствующие созданию безбарьерной образовательной среды: технологии дифференциации и индивидуализации обучения, сопровожде-ние тьюторами в образовательном пространстве, средства дистанционного обще-ния.

Для студентов с ограниченными возможностями здоровья предусмотрены следующие формы организации учебного процесса и контроля знаний:

-для слабовидящих: обеспечивается индивидуальное равномерное освещение не менее 300 люкс;

для выполнения контрольных заданий при необходимости предоставляется увели-чивающее устройство; задания для выполнения, а также инструкция о порядке вы-полнения контрольных заданий оформляются увеличенным шрифтом (размер 16-20);

- для глухих и слабослышащих: обеспечивается наличие звукоусиливающей аппаратуры коллективного

пользования, при необходимости студентам предоставляется звукоусиливающая аппаратура индивидуального пользования;

- для лиц с тяжелыми нарушениями речи, глухих, слабослышащих все кон-трольные задания по желанию студентов могут проводиться в письменной форме.

Основной формой организации учебного процесса является интегрированное обучение инвалидов, т.е. все студенты обучаются в смешанных группах, имеют возможность постоянно общаться со сверстниками, легче адаптируются в социуме.

Для обучения инвалидов и лиц с ограниченными возможностями здоровья предусматривается:

обеспечение учебно-методическими пособиями в печатном и электронном видах на сайтах:

http://www.phys.msu.ru физического факультета МГУ им. М. В. Ломоносо-ва;

http://www.sgu.ru/node/302/uchebnaya-rabota/obshchiy-fizicheskiy-praktikum физического факультета СГУ;

выполнение виртуальных лабораторных работ (по согласованию с препо-давателем, ведущим занятия по общему физическому практикуму) на сайте кафед-ры экспериментальной физики С.Пб. государственного политехнического универ-ситета http://www.cdi.spbstu.ru/CD_ED/virt-lab/labview.html.

6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.

Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.

Самостоятельная работа студентов обеспечивается следующими учебно-методическими пособиями:

1. Обработка результатов измерений в физическом практикуме : учеб.-метод. пособие для студентов естественных факультетов / сост. : В. А. Костяков, А. А.Игнатьев, Т. Н.Тихонова, А. В. Ляшенко. Саратов: Изд-во. Сарат. ун-та, 2012. 40 с.

7

2. Физический практикум. Термодинамика и молекулярная физика : учеб.-метод. пособие для студентов физического и других естественных факультетов : в 2 ч. / сост. : В. А. Малярчук, Л. А. Романченко. – Саратов : Изд.- во Сарат. ун-та, 2012. Ч. 1 и 2.

3. Руководства к лабораторным работам общего физического практикума физического факультета СГУ. URL: http://www.sgu.ru/node/302/uchebnaya-rabota/obshchiy-fizicheskiy-praktikum.

4. Лабораторный практикум по физике с использованием виртуальных при-боров. URL: http://www.cdi.spbstu.ru/CD_ED/virt-lab/labview.html.

К самостоятельной работе обучающегося относятся: знакомство с учебно-методической и учебной литературой, теоретической

и практической (экспериментальной) частями лабораторной работы; работа со справочной литературой, интернет-ресурсами; подготовка к предварительному отчету преподавателю по теоретической и

экспериментальным частям конкретной лабораторной работы, предполагаемого эксперимента, методам обработки и интерпретации полученных результатов;

выполнение экспериментальной части лабораторной работы; оформление предварительных и окончательных протоколов лабораторных

работ. Порядок выполнения лабораторной работы: знакомство с учебно-методической литературой, другими источниками по

конкретной лабораторной работе; подготовка к предварительному отчету преподавателю по теоретической и

экспериментальным частям лабораторной работы; предварительный отчет преподавателю по конкретной лабораторной рабо-

те и работе над вопросами, которые возникли при отчете; допуск обучающегося к выполнению экспериментальной части лабора-

торной работы; оформление предварительного протокола с получаемыми эксперимен-

тальными результатами; оформление протокола по конкретной лабораторной работе.

Методические указания по выполнению лабораторных работ

1. Ознакомиться с инструкцией по технике безопасности, охране труда и по-

жарной безопасности. Расписаться в журнале. Получить у преподавателя задание на выполнение лабораторной работы и методическое описание к ней.

2. Ознакомиться с содержанием методического описания к лабораторной рабо-те. Выделить главные моменты работы: какое физическое явление изучается в дан-ной работе, какие физические величины измеряются в данной работе и каковы единицы их измерения, какой метод измерения используется в данной работе и как работает экспериментальная установка, какие соотношения используются для на-хождения искомой величины по результатам прямых измерений вспомогательных величин.

8

3. Проработать контрольные вопросы по методическому описанию и рекомен-дованной основной и дополнительной литературе, интернет-ресурсам. Подгото-виться к предварительному отчету преподавателю.

4. Предварительно отчитаться преподавателю по конкретной лабораторной ра-боте, ответить на все поставленные преподавателем вопросы. Получить допуск (разрешение) на выполнение экспериментальной части работы.

5. Выполнить экспериментальную часть лабораторной работы, оформить по полученным данным предварительный протокол, таблицы, графики. Показать по-лученные результаты преподавателю и получить разрешение на завершение рабо-ты.

6. Оформить отчет (протокол) по выполненной лабораторной работе, вклю-чающий цель, теоретическую часть, рабочую формулу, экспериментальную часть, таблицы, графики, расчет погрешности измерения, выводы.

7. Показать отчет по выполненной лабораторной работе преподавателю, полу-чить зачет по лабораторной работе, роспись преподавателя с датой.

Методические рекомендации для самостоятельной работы студентов по освоению дисциплины

1.Рекомендуется два уровня самостоятельной проработки материала. Первый – на уровне материалов, полученных на лекциях и на практических заняти-ях. Второй – на уровне углубленного изучения материала по учебникам. Необходимо прорабатывать материалы с карандашом и бумагой при выводе фор-мул и графической интерпретации результатов. 2. Для самостоятельной работы студентам рекомендуется использование электронных справочников и систем поиска по ключевым словам в Internet. 3. Студентам рекомендуется постоянно обращаться к методической и спра-вочной литературе в библиотеку кафедры общей физики.

4. Важную роль в самостоятельной работе студентов играет самоконтроль, который рекомендуется осуществлять по контрольным вопросам и заданиям рабо-чей программы дисциплины.

5. Рекомендуется каждому студенту выработать собственные способы запо-минания большого объема информации, умение ориентироваться и выделять осно-вополагающие понятия каждого раздела и подраздела дисциплины.

Текущий контроль преподавателем результата выполнения обучающимся

конкретной лабораторной работы включает: регулярную еженедельную проверку хода выполнения графика выполне-

ния лабораторных работ (выдачи лабораторной работы, предварительный теорети-ческий отчет и понимание хода выполнения эксперимента, построение установки, экспериментальная часть, протокол предварительных данных, окончательный от-чет);

обсуждение возникших проблем и направлений их решения.

9

Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежу-точной аттестации по итогам освоения дисциплины Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной

аттестации по итогам освоения дисциплины «Общий физический практикум» (Мо-лекулярная физика – 2 семестр) приведены в Фонде оценочных средств.

7. Данные для учета успеваемости студентов в БАРС

Таблица максимальных баллов по видам учебной деятельности

1 2 3 4 5 6 7 8

Лекции Лабора-торные занятия

Практи-ческие занятия

Самостоя-тельная работа

Автомати-зирован-

ное тести-рование

Другие виды

учебной дея-

тельно-сти

Проме-жуточная аттеста-

ция

Итого

0 40 0 40 0 20 0 100

Программа оценивания учебной деятельности студента ______2_____ семестр номер семестра

Лекции Не предусмотрены. Лабораторные занятия 40 баллов предусматривает выполнение 10 лабораторных работ и всех зада-

ний, входящих в них. При неполном выполнении заданий баллы уменьшаются пропорционально.

Практические занятия Не предусмотрены. Самостоятельная работа Подготовка к теоретическим отчетам по лабораторным работам и оформле-

ние протоколов выполненных работ. Максимальный балл по одной лабораторной работе – 4.

Автоматизированное тестирование

10

Не предусмотрено. Другие виды учебной деятельности Работа с дополнительной учебной литературой, указанной в описаниях

к лабораторным работам. Отчет по теме «Погрешности измерений».

Промежуточная аттестация Не предусмотрена. Итоговое оценивание проводится на основе баллов,

полученных за выполнение лабораторных работ, самостоятельную работу и другие виды учебной деятельности.

Таким образом, максимально возможная сумма баллов за все виды учебной деятельности студента за один семестр по дисциплине «Общий фи-зический практикум» (Молекулярная физика – 2 семестр) составляет 100 баллов.

Пересчет полученной студентом суммы баллов по дисциплине «Общий физический практикум» (Молекулярная физика – 2 семестр) в зачет:

60 баллов и более «зачтено»

меньше 60 баллов «не зачтено»

8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисципли-

ны «Общий физический практикум» (Молекулярная физика – 2 семестр) а) основная литература:

Сивухин Д.В. Общий курс физики: учеб. пособие для втузов : в 5 т. Т. 2 : Термодинамика и молекулярная физика. 6-е изд. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2014. – 543 с.

б) дополнительная литература: 1. Савельев И.В. Курс общей физики для втузов в 5 т. Т. 3 : Молекуляр-

ная физика и термодинамика. М. : КноРус, 2009. – 208 с. 2. Савельев И.В. Курс общей физики: учебное пособие в 3 т. Т. 1: Ме-

ханика, Молекулярная физика – 9-е издание, стер. – СПб.; М.; Краснодар: Лань, 2007. – 432 с.

в) Интернет-ресурсы: Лабораторный практикум по физике с использованием виртуальных

приборов. URL: http://www.cdi.spbstu.ru/CD_ED/virt-lab/labview.html. 9. Материально-техническое обеспечение дисциплины «Общий фи-

зический практикум» (Молекулярная физика – 2 семестр) включает:

11

Приложение к рабочей программе

Перечень программного обеспечения, используемого при обучении студентов

физического факультета по направлению

03.03.02 Физика

профиль «Фундаментальная и экспериментальная физика»

1 MS Office MS Windows XP, лицензия № 49234524 от 20.12.2007

2 Microsoft Office профессиональный 2007 (Word, Excel, Access, PowerPoint, Outlook, InfoPath,

Publisher) – лицензия № 42226296 3 Windows Vista Home (OEM – лицензия)

Key: GDRRW-J2X3V-CDB2V-4WF89-BMXWQ 4 ПО Promethen Actilnspire, Windows 8.1 Professional. Лицензия № 64257428. Office 2013

Professional Plus. Лицензия № 6427428.Дата начала: 2014-10-23.

5 MS Windows 8 Pro Лицензия: OEM предустановлено поставщиком

6 MS Windows XP Pro 43041632 от 30.11.2007

7 Matlab R2014b Номер лицензии 992352 от 20.01.2015

8 NI LabVIEW 8.5 Номер лицензии M63X92421 от 27.11.2007

9 NI Multisim 9 Номер лицензии 222942012900270640 от 27.11.2007

10 САПР фирмы Synopsys (США). лицензия № 29575 от 29.09.2015

11 САПР фирмы Xilinx (США). лицензия № 20747665200412 от 15.08.2011

12 САПР MWO2011, фирма AWR (США), лицензия № 2590 от 01.11.2016

13 Свободное программное обеспечение на базе операционной системы FreeBSD10.2 со

свободными программными продуктами: среда разработки Code::Blocks (языки

программирования C, C++, Fortran), офисный пакет LibreOffice (текстовый редактор Writer;

табличный редактор Calc; средство создания и демонстрации презентаций Impress; векторный

редактор Draw; редактор формул Math;

система управления базами данных Base), FreeCAD (параметрическая САПР), wxMaxima

(система компьютерной алгебры), браузер FireFox.