Мета і завдання дисципліни, її місце у навчальному процесі. Вивчення дисципліни «Фізика» для спеціальності “Обладнання харчових та переробних виробництв” в університеті економіки і торгівлі відбувається протягом трьох

ПЕРЕДМОВА

Вивчення дисципліни «Фізика» для спеціальності “Обладнання харчових та переробних виробництв” в університеті економіки і торгівлі відбувається протягом трьох семестрів на денному, та двох семестрів на заочному відділенні. При цьому аудиторні заняття передбачають лекційні та лабораторні заняття. Практичні ж заняття не передбачені взагалі. Впровадження кредитно-модульної системи організації навчального процесу приводить до змін у навчальних робочих планах вивчення дисципліни. За останні роки аудиторне навчальне навантаження на студентів невпинно зменшується, що веде до зростання ролі їх самостійної роботи. Тому видання цього методичного посібника допоможе самостійно опановувати курс загальної фізики як студентам інженерних спеціальностей денної, так і заочної форми навчання. Цей посібник може бути застосований як при тестуванні студентів при проведенні модульного або ректорського контролю знань, так і для підготовки до виконання лабораторних робіт та їх захисту, а також для контролю та самоконтролю знань у вигляді контрольних робіт.

Мета і завдання дисципліни, її місце у навчальному процесі

Дисципліна «фізика» разом із курсами вищої математики, хімії та інформатики складають основу теоретичної підготовки фахівців інженерного профілю вищих навчальних закладів – тобто, ту фундаментальну базу, без якої неможливе повноцінне вивчення дисциплін циклу професійної та практичної підготовки майбутніх інженерів-механіків. Потреба вивчення фізики студентами цієї спеціальності обумовлена все більшим застосуванням фізичних методів та приладів у різних галузях харчового виробництва, саме тому сучасному фахівцю-механіку необхідно мати належну фізико-технічну підготовку.

Внаслідок вивчення дисципліни «Фізика» студенти повинні знати:

Поняття світла. Природні та штучні джерела світла. Точкове джерело світла. Основні фотометричні величини та одиниці їх виміру. Енергетичні величини: потік випромінювання, енергетична світність, енергетична сила світла, енергетична яскравість. Світлові величини: світловий потік, світність, освітленість. Поняття коефіцієнту відбивання світла.

Основні закони геометричної оптики: прямолінійного поширення світла, незалежності світлових пучків, відбивання та заломлення світла. Абсолютний та відносний показники заломлення речовин. Явище повного внутрішнього відбивання. Граничний кут повного відбивання. Застосування явища у прозорих призмах. Відхилення світлових променів прозорими призмами.

Лінзи та їхні основні елементи: головна та побічна оптична вісь, оптичний центр лінзи, фокус і фокусна відстань. Радіуси кривини лінз, поняття тонкої лінзи. Збірні та розсіюючі лінзи. Побудова зображення предметів у лінзах. Особливості зображень у лінзах. Оптична сила лінзи. Формула тонкої лінзи. Поперечне збільшення предмета у лінзі, лупі, мікроскопі, телескопі.

Розділ 5.2. Хвильова оптика.

Електромагнітна природа світла. Принцип Гюйгенса. Монохроматичне світло. Когерентні світлові хвилі, часова і просторова когерентність. Інтерференція світла. Поняття оптичної довжини шляху, оптичної різниці ході двох когерентних світлових хвиль.Зв¢язок між різницею фаз двох когерентних світлових хвиль із їхньо оптичною різницею ходу. Розрахунок інтерференційної картини від двох джерел. Умови інтерференційних максимумів та мінімумів. Методи одержання когерентних світлових хвиль. Ширина інтерференційної смуги. Інтерференція у тонких плівках. Смуги рівного нахилу та рівної товщини. Кільця Ньютона.

Дифракція світла. Умова для спостереження дифракції. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракція Френеля та Фраунгофера. Умови дифракційних максимумів та мінімумів. Дифракційна гратка (решітка). Період гратки, формула дифракційної решітки.Роздільна здатність дифракційної гратки.Дифракція рентгенівських променів. Формула Вульфа-Брегга. Поняття про голографію.

Взаємодія світла із речовиною. Дисперсія світла. Поняття про електронну теорію дисперсії. Нормальна і аномальна дисперсія. Поглинання (абсорбція) світла речовиною. Закон Бугера-Ламберта. Спектральний аналіз. Світловий вектор. Природне та поляризоване світло. Одержання і аналіз поляризованого світла. Закон Малюса. Явище поляризації світла при відбиванні і заломленні. Закон Брюстера. Подвійне променезаломлення. Обертання площини поляризації. Оптично активні речовини.

Розділ 5.3. Квантова оптика.

Особливості теплового випромінювання і основні характеристики: випромінювальна та поглинальна здатність, енергетична світність, коефіцієнт поглинання. Абсолютно чорне тіло. Закони теплового випромінювання: Кірхгофа, Стефана-Боль-цмана, Віна. Квантова гіпотеза і формула Планка. Оптична пірометрія.

Фотони та їхні основні характеристики: енергія, імпульс, маса. Тиск світла. Явище фотоелектричного ефекту та його види. Закони Столєтова для зовнішнього фотоефекту. Червона межа фотоефекту, робота виходу електронів із речовини. Рівняння Ейнштейна для фотоефекту. Затримуючий потенціал. Застосування явища. Ефект Комптона і його теорія. Формула Комптона. Діалектична єдність хвильових і корпускулярних властивостей світла.

ЗАГАЛЬНІ ВКАЗІВКИ ДО ВИВЧЕННЯ ДИСЦИПЛІНИ

Курс «Фізика» складається із курсу лекцій, курсу лабораторних робіт, засобів модульного контролю, консультативних занять та іспиту.

Курс лекцій, у якому розглядаються основні теоретичні положення, передбачає допомогу студентам для засвоєння теоретичного матеріалу з усіх розділів фізики, що винесені на вивчення програмою.

Лабораторний практикум передбачає засвоєння та практичне виконання лабораторних робіт за окремими темами курсу, навчання студентів користуватись приладами та лабораторним обладнанням, робити вимірювання, спостерігати процеси, що відбуваються під час проведення дослідів, аналізувати та узагальнювати одержані результати, робити висновки щодо виконаних дослідів. Кожна лабораторна робота вимагає попередньої підготовки, яка складається з конспектування теоретичного матеріалу за темою роботи, а також методичної частини її виконання. Під час виконання лабораторних робіт експериментальні результати вимірювань та спостережень потрібно занести у зошит. Результати виконання лабораторної роботи підлягають обробці, оцінюванню похибки вимірів, а на наступному занятті кожний студент, зробивши висновки щодо результатів роботи, здає її викладачу, отримуючи при цьому залікові бали.

Модульний контроль є важливою складовою частиною самостійної роботи студентів денної форми навчання, оскільки допомагають засвоєнню основ теорії, практичного використання цих знань при розв'язанні задач із даного розділу. На проведення модульного контролю виділена певна кількість навчального часу при завершенні вивчення окремого розділу. Студенти-заочники отримують індивідуальне завдання для семестрової письмової контрольної роботи, яка повинна бути ретельно виконана і оформлена у окремому зошиті. Зарахування цієї контрольної роботи є необхідною умовою допуску до семестрового іспиту або заліку. Варіанти завдань наведені в таблиці для кожної контрольної роботи окремо. Вони визначаються за останніми цифрами шифру у заліковій книжці студента.

Консультаційні заняття проводяться щотижнево і призначені для додаткового спілкування студентів із викладачем, де студенти можуть отримати консультацію з теоретичних питань або методу вирішення задачі, виконати пропущену лабораторну роботу або захистити її результати, підвищити результати свого модульного контролю.

Вказівки до самостійної роботи

Вивчати курс фізики потрібно систематично протягом усього навчального року. Вивчення фізики в стислий термін перед іспитом не дає змоги отримати глибокі та тверді знання. За своєчасного захисту лабораторних робіт та успішного написання модульного контролю, студент має змогу протягом навчального семестру заробити до 40% своєї екзаменаційної оцінки.

1. При вивченні курсу фізики доцільно користуватись конспектом лекцій та рекомендованими підручниками. При розв'язуванні задач - Міжнародною системою одиниць (СІ).

2. Студентам заочної форми навчання необхідно прослухати курс лекцій з фізики та користуватися очними консультаціями викладачів.

Вказівки щодо розв'язування задач

1. При оформленні розв'язаної задачі вказувати основні закони та формули, на яких базується розв'язок та давати письмове обґрунтування цих законів. Потрібно пояснювати буквені позначення у формулах. Якщо при розв'язку задачі використовуєть-ся формула, яка отримана для окремого випадку, що не виражає будь-який нефізичний закон або не є визначенням будь-якої фізичної величини, то її необхідно отримати.

2. Дати рисунок, який пояснює зміст задачі (у тих випадках, коли це можливо). Виконати його треба ретельно (за допомогою олівця, лінійки, циркуля).

3. Супроводжувати розв'язок задач короткими, але вичерпними поясненнями.

4. Всі початкові значення величин в умові задачі потрібно перевести у одиниці системи СІ. Наприклад, потрібно переводити км/год - у м/с, градуси - у радіани, градуси ⁰С - у градуси Кельвіна (К).

5. Отримати розв'язок задачі у загальному вигляді, тобто виразити величину, яку потрыбно знайти, у буквених позначеннях величин, що задані в умові задачі. При такому способі розв'язку не проводяться обчислення проміжних величин.

6. Підставити у праву частину отриманої робочої формули замість символів величин позначення одиниць вимірювань, провести з ними відповідні дії і переконатись у тому, що результат відповідає тій, яку знаходимо.

7. Підставляти у робочу формулу числові значення величин потрібно, тільки якщо вони виражені у системі СІ. Недотримання цього правила приводить до невірного результату.

8. При підстановці у робочу формулу, а також при запису відповіді, числові значення величин потрібно записувати у вигляді добутку десяткового дробу з однією значущою цифрою перед комою на відповідну ступінь десяти. Наприклад, радіус Землі 6400 км потрібно записати у вигляді 6,4×10⁶ м, а замість 0,00123 потрібно записати 1,23×10^-3 і таке інше.

9. Оцінити, де це можливо, правдоподібність чисельної відповіді. У ряді випадків така оцінка допоможе знайти хибність отриманого результату. Наприклад, коефіцієнт корисної дії теплової машини не може бути більшим за одиницю, електричний заряд не може бути меншим за елементарний заряд, швидкість тіла не може бути більшою за швидкість світла у вакуумі і таке інше.