Преподаватели курса

Семиколенов Андрей Владимирович

Доцент кафедры «Физика» МГТУ им. Н.Э. Баумана

кандидат физико-математических наук, доцент

Тимченко Светлана Леонидовна

Доцент кафедры «Физика» МГТУ им. Н.Э. Баумана

кандидат физико-математических наук, доцент

Чуев Анатолий Степанович

Доцент кафедры «Физика» МГТУ им. Н.Э. Баумана

кандидат технических наук, доцент

Лукин Константин Борисович

Доцент кафедры «Физика» МГТУ им. Н.Э. Баумана

кандидат технических наук, доцент

Задорожный Николай Антонович

Доцент кафедры «Физика» МГТУ им. Н.Э. Баумана

кандидат технических наук, доцент

Косогоров Александр Викторович

Доцент кафедры «Физика» МГТУ им. Н.Э. Баумана

кандидат технических наук, доцент

Смирнов Евгений Васильевич

Доцент кафедры «Физика» МГТУ им. Н.Э. Баумана

кандидат технических наук, доцент

• Преподаватели
• О курсе
• Требования
• Программа курса
• Результаты обучения
• Направления подготовки/специальности
• Компетенции

О курсе

Пользователи курса смогут овладеть основными разделами курса «Физика. Электромагнитные волны»: физическое содержание системы уравнений Максвелла, Волновое уравнение для электромагнитного поля, вопросы взаимодействия электромагнитного излучения с веществом, оптические явления: интерференция, дифракция, поляризация, голография и их практическое применение.

Курс содержит следующие разделы:

Уравнения Максвелла для электромагнитного поля

Основные положения электромагнитной теории Максвелла. Вихревое электрическое поле. Ток смещения. Закон полного тока. Уравнения Максвелла в интегральной и дифференциальной формах.

Электромагнитные волны

Волновое уравнение для электромагнитного поля, его общее решение. Скорость распространения электромагнитных волн. Энергия и импульс электромагнитного поля. Вектор Пойнтинга. Теорема Пойнтинга.

Взаимодействие электромагнитных волн с веществом

Электронная теория дисперсии. Нормальная и аномальная дисперсии. Закон Бугера. Рассеяние света.

Электромагнитная природа света. Интерференция света

Шкала электромагнитных излучений. Оптическое излучение, его интенсивность. Интерференция электромагнитных волн. Расчёт интерференционной картины с двумя источниками.

Электромагнитная природа света. Интерференция света

Пространственно-временная когерентность. Интерференция света в тонких плёнках. Интерференционные полосы равной толщины и равного наклона. Применение интерференции.

Дифракция света

Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция от круглого отверстия и от круглого диска. Дифракция Фраунгофера от щели. Предельный переход от волновой оптики к геометрической.

Дифракция света. Дифракционная решетка

Дифракционная решётка. Спектральные характеристики дифракционных решёток. Дифракция рентгеновских лучей. Формула Вульфа - Бреггов. Понятие о рентгеноструктурном анализе.

Поляризация света

Естественный и поляризованный свет. Закон Малюса. Закон Брюстера. Распространение электромагнитных волн в одноосных кристаллах. Двойное лучепреломление. Поляризация света при двойном лучепреломлении. Поляризационные призмы и поляроиды.

Голография

Опорная и предметная световые волны. Запись и воспроизведение голограмм. Применение голографии.

Курс нацелен на обучение всем базовым физическим понятиям, законам и закономерностям по разделу «Уравнения Максвелла. Электромагнитные волны», которые используются в инженерной практике, так и во многих инженерных курсах – теоретической механике, сопротивлении материалов, механике сплошных сред, информационных технологиях, и многих других. Наличие примеров расширяет кругозор студентов и позволяет понять, где используются физические законы в инженерной практике.

Курс также может быть использован для повышения физико-математической подготовки инженеров.

Требования

Курс опирается на объем ранее изученного только школьного материала

Программа курса

Курс состоит из 2 разделов:

Раздел 2. Уравнения Максвелла. Электромагнитная индукция

Неделя 1. Уравнения Максвелла для электромагнитного поля

Основные положения электромагнитной теории Максвелла. Вихревое электрическое поле. Ток смещения. Закон полного тока. Система уравнений Максвелла в интегральной и дифференциальной формах. Задачи математической физики.

Неделя 2. Электромагнитные волны

Волновое уравнение для электромагнитного поля, его общее решение. Скорость распространения электромагнитных волн. Энергия и импульс электромагнитного поля. Вектор Пойнтинга. Теорема Пойнтинга.

Неделя 3. Взаимодействие электромагнитных волн с веществом

Электронная теория дисперсии. Нормальная и аномальная дисперсии. Закон Бугера. Рассеяние света.

Неделя 4. Электромагнитная природа света. Интерференция света

Шкала электромагнитных излучений. Оптическое излучение, его интенсивность. Интерференция электромагнитных волн. Расчёт интерференционной картины с двумя источниками.

Неделя 5. Электромагнитная природа света. Интерференция света

Пространственно-временная когерентность. Интерференция света в тонких плёнках. Интерференционные полосы равной толщины и равного наклона. Применение интерференции.

Неделя 6. Дифракция света

Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция от круглого отверстия и от круглого диска. Дифракция Фраунгофера от щели. Предельный переход от волновой оптики к геометрической.

Неделя 7. Дифракция света. Дифракционная решетка

Дифракционная решётка. Спектральные характеристики дифракционных решёток. Дифракция рентгеновских лучей. Формула Вульфа - Бреггов. Понятие о рентгеноструктурном анализе.

Неделя 8. Поляризация света

Естественный и поляризованный свет. Закон Малюса. Закон Брюстера. Распространение электромагнитных волн в одноосных кристаллах. Двойное лучепреломление. Поляризация света при двойном лучепреломлении. Поляризационные призмы и поляроиды.

Неделя 9. Голография

Опорная и предметная световые волны. Запись и воспроизведение голограмм. Применение голографии.

Результаты обучения

В результате освоения курса «Уравнения Максвелла. Электромагнитные волны» студент будет способен:

• Использовать методы адекватного физического и математического моделирования, применять методы и принципы физико-математического анализа к решению конкретных естественнонаучных и технических проблем.

• Объяснить основные наблюдаемые природные и техногенные явления и эффекты с позиций фундаментальных физических взаимодействий; указать, какие законы описывают данное явление или эффект.

• Записывать уравнения для физических величин в системе СИ.

Компетенции

• Знать основные физические явления и основные законы физики, включая границы их применимости, применение в важнейших практических приложениях; основные физические величины и физические константы, их определение, смысл, способы и единицы их измерения; фундаментальные физические опыты и их роль в развитии (ОПК-3 ФГОС ВО 01.03.02)

• Уметьиспользовать методы адекватного физического и математического моделирования, также применять методы физико-математического анализа к решению конкретных естественнонаучных и технических проблем;

объяснить основные наблюдаемые природные и техногенные явления и эффекты с позиций фундаментальных физических взаимодействий; указать, какие законы описывают данное явление или эффект; истолковывать смысл физических величин и понятий;

• записывать уравнения для физических величин в системе СИ; работать с приборами и оборудованием современной физической лаборатории; использовать различные методики физических измерений и обработки экспериментальных данных (ОПК-3 ФГОС ВО 01.03.02)

• способность анализировать социально-экономические задачи и процессы с применением методов системного анализа и математического моделирования (ОПК-2) (ФГОС ВО 09.03.03)-начальный уровень

• способностью использовать основные законы естественнонаучных дисциплин и современные информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности (ОПК-3 ФГОС ВО 09.03.03)-начальный уровень

• владение широкой общей подготовкой (базовыми знаниями) для решения практических задач в области информационных систем и технологий (ОПК-1) (ФГОС ВО 09.03.02)-начальный уровень

• способность представлять адекватную современному уровню знаний научную картину мира на основе знания основных положений, законов и методов естественных наук и математики (ОПК-1 ФГОС ВО 11.03.03, ФГОС ВО 11.03.04, ФГОС ВО 12.03.02, ФГОС ВО 12.03.05, ФГОС ВО 27.03.04, ОПК-2 ФГОС ВО 15.03.03) –начальный уровень

• способность выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлекать для их решения соответствующий физико-математический аппарат (ОПК-2 ФГОС ВО 11.03.03, ФГОС ВО 11.03.04, ФГОС ВО 27.03.04, ОПК 3 ФГОС ВО 12.03.02, ФГОС ВО 12.03.05, ФГОС ВО 15.03.03) –начальный уровень

• способность применять соответствующий физико-математический аппарата, методы анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования при решении профессиональных задач (ОПК-2 ФГОС ВО 13.03.03)-начальный уровень

• способность демонстрировать базовые знания в области естественнонаучных дисциплин и готовность использовать основные законы в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОПК -2 ФГОС ВО 14.03.01)-начальный уровень

• способность представлять адекватную современному уровню знаний научную картину мира на основе знания основных положений, законов и методов естественных наук и математики (ОПК-1 ФГОС ВО 15.03.06) -начальный уровень

• способность использовать фундаментальные законы природы и основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности (ОПК-1 ФГОС ВО 16.03.01) -начальный уровень

• способность выявлять сущность научно-технических проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, и привлекать для их анализа соответствующий физико-математический аппарат (ПК-1 ФГОС ВО 16.03.03 )-начальный уровень

• готовность применять физико-математический аппарат, теоретические, расчетные и экспериментальные методы исследований, методы математического и компьютерного моделирования в процессе профессиональной деятельности (ПК-2 ФГОС ВО 16.03.03 )-начальный уровень

• способность использовать законы и методы математики, естественных, гуманитарных наук и экономических наук при решении профессиональных задач (ПК-22 ФГОС ВО 20.03.01) -начальный уровень

• готовность применять фундаментальные математические, естественнонаучные и общеинженерные знания в профессиональной деятельности (ОПК-3 ФГОС ВО 22.03.01)-начальный уровень

• способность сочетать теорию и практику для решения инженерных задач (ОПК-4 ФГОС ВО 22.03.01) -начальный уровень

способностью использовать законы и методы физики, математики, естественных, гуманитарных и экономических наук при решении профессиональных задач (ОПК-4 ФГОС ВО 23.03.02) -начальный уровень

• способность использовать в профессиональной деятельности знания и методы, полученные при изучении математических и естественнонаучных дисциплин (ОПК-2 ФГОС ВО 24.03.01) -начальный уровень

• готовность использовать фундаментальные научные знания в качестве основы инженерной деятельности (ОПК-1 ФГОС ВО 24.03.03) -начальный уровень