ФОС по Мол. физике направления подготовки 03.03.03 Радиофизика. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Алтайский государственный университет
 Скачать 1.19 Mb.
|
|
Оценивание ответа на экзамене 4-балльная шкала (уровень освоения) Показатели Критерии Отлично (повышенный уровень) 1. Полнота изложения Студентом дан полный, в логической последовательности развернутый ответ на теоретического материала; 2. Полнота и правильность решения практического задания; 3. Правильность и/или аргументированность изложения (последовательность действий); 4. Самостоятельность ответа; 5. Культура речи; поставленный вопрос, где он продемонстрировал знания предмета в полном объеме учебной программы, достаточно глубоко осмысливает дисциплину, самостоятельно, и исчерпывающе отвечает на дополнительные вопросы, приводит собственные примеры по проблематике поставленного вопроса, ответил на дополнительные вопросы без ошибок. Хорошо (базовый уровень) Студентом дан развернутый ответ на поставленный вопрос, где студент демонстрирует знания, приобретенные на лекционных и семинарских занятиях, а также полученные посредством изучения обязательных учебных материалов по курсу, дает аргументированные ответы, приводит примеры, в ответе присутствует свободное владение монологической речью, логичность и последовательность ответа. Однако допускается неточность в ответе. Ответил на все дополнительные вопросы с небольшими неточностями. Удовлетворительно (пороговый уровень) Студентом дан ответ, свидетельствующий в основном о знании процессов изучаемой дисциплины, отличающийся недостаточной глубиной и полнотой раскрытия темы, знанием основных вопросов теории, слабо сформированными навыками анализа явлений, процессов, недостаточным умением давать аргументированные ответы и приводить примеры, недостаточно свободным владением монологической речью, логичностью и последовательностью ответа. Допускается несколько ошибок в содержании ответа на дополнительные вопросы. Неудовлетворительно (уровень не сформирован) Студентом дан ответ, который содержит ряд серьезных неточностей, обнаруживающий незнание процессов изучаемой предметной области, отличающийся неглубоким раскрытием темы, незнанием основных вопросов теории, несформированными навыками анализа явлений, процессов, неумением давать аргументированные ответы, слабым владением монологической речью, отсутствием логичности и последовательности. Выводы поверхностны. Нет ответов на дополнительные вопросы, т.е студент не способен ответить на вопросы даже при дополнительных наводящих вопросах преподавателя. 3. ТИПОВЫЕ КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ИЛИ ИНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ ОЦЕНКИ ПЛАНИРУЕМЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ОБУЧЕНИЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИХ ЭТАПЫ ФОРМИРОВАНИЯ КОМПЕТЕНЦИЙ В ПРОЦЕССЕ ОСВОЕНИЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ Преподаватель самостоятельно определяет перечень типовых контрольных заданий, включает типовые контрольные задания в фонд оценочных средств, размещаемый в ЭИОС АлтГУ, и знакомит обучающихся с ним вначале изучения учебной дисциплины. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ Перечень заданий /вопросов Первое начало термодинамики и его применение к идеальному газу Занятие 1. Практическое занятие по теме «Уравнение состояния идеального газа. I начало термодинамики» Основные типы задач, разбираемые на практическом занятии и методы их решения Имеется газ, который рассматривается как идеальный. По заданным параметрам требуется определить тот или иной неизвестный параметр. Для решения используются: уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева – Клапейрона) Определение неизвестных параметров в смеси нереагирующих между собой идеальных газов. Для решения используются: 1) уравнение состояния идеального газа (Клапейрона – Менделеева); 2) основные уравнения кинетической теории газов; 3) закон Дальтона. Определение термодинамических коэффициентов для идеального газа по заданным параметрам. Для решения используется: взаимосвязь между изменением параметров Вопросы, рассматриваемые на практическом занятии: 1. Какой газ называют «идеальным»? При каких условиях и допущениях газ можно рассматривать как идеальный? Приведите примеры реального газа, по своим свойствам близкого к идеальному. 2. Какой термодинамический смысл имеют параметры р, Т и V? 3. Что такое состояние термодинамического равновесия? 4. Какими параметрами определяется термодинамическое состояния идеального газа? Каким законом связаны эти параметры? 5. Что выражает уравнение состояния? 6. Запишите уравнение состояния для произвольной массы газа. 7. В чем смысл закона Дальтона? При каких условиях он выполняется? 8. Можно ли использовать закон Дальтона при большой плотности газовой смеси? 9. Можно ли использовать закон Дальтона для смеси кислорода и водорода? 10. При постоянной температуре концентрация молекул газа уменьшилась в два раза. Какие параметры при этом изменялись? 11. Какова связь между давлением и концентрацией молекул? 12. Как меняется концентрация газа для трех процессов: изотермического, изохорического, изобарического? 13. Как записываются полные дифференциалы любого термодинамического параметра? 14. Как найти связь между термодинамическими коэффициентами для изобарического процесса? Занятие 2. Практическое занятие по теме «Уравнение состояния идеального газа. I начало термодинамики» Основные типы задач, разбираемые на практическом занятии и методы их решения Графическое представление процессов (переход газа), заданных аналитически, в различных переменных. Для решения используются: 1) аналитическое уравнение перехода данного Квазистатического процесса; 2) уравнение Менделеева – Клапейрона. Определение теплоемкостей идеального газа (или смеси) в процессах p = const и V = const по заданной массе, молекулярному весу газа и числу степеней свободы. Обратная задача. Определение некоторых характеристик газа по заданному соотношению теплоемкостей C p и C v для данного газа. Для решения используются: 1) формулы для определения молярной теплоемкости C p и C v через число степеней свободы I; 2) определение «удельной» теплоемкости газа; 3) Связь между «молярной» и «удельной» теплоемкостями газа; 4) Уравнение Р. Майера; 5) определение «количества теплоты» Определение теплоемкости идеального газа по заданному уравнению процесса перехода. Обратная задача. Определение характера процесса по заданному значению теплоемкости. Для решения используются: 1) уравнение состояния идеального газа (Клапейрона – Менделеева); 2) уравнение данного процесса; 3) первое начало термодинамики; 4) определение теплоемкости газа. Вопросы, рассматриваемые на практическом занятии: 1. Как называется изменение состояния любой термодинамической системы, в том числе и идеального газа, при постоянной температуре, постоянном давлении и постоянном объеме? Как эти изменения состояния для идеального газа можно графически представить на pV–, VT– , pT– диаграммах? 2. Какое состояние называется «термодинамическим равновесием» системы? 3. Какой процесс называется «квазистатическим»? Почему только квазистатический процесс может быть изображен графически? 4. Какие процессы называются «обратимыми», «необратимыми»? Обратимыми или необратимыми являются процессы, происходящие в природе? При каких условиях необратимые процессы можно приближено считать обратимыми? 5. В чем состоит связь между квазистатичности и обратимости? 6. Как графически в координатах pV изобразить различные процессы изменения состояния газа: изохорический, изобарический, изотермический, адиабатический? Как графически изобразить эти процессы в других переменных, например, в pT, VT, UT (где U – внутренняя энергия идеального газа)? 7. Дайте определение «теплоемкости» газа, «удельной» теплоемкости, «молярной» теплоемкости. 8. Покажите, что теплоемкость идеального газа зависит от процесса изменения его состояния. 9. На какую физическую величину отличается молярная теплоемкость при постоянном давлении от молярной теплоемкости при постоянном объеме? 10. Как связаны молярная и удельная теплоемкость данного газа между собой? 11. В каких случаях для определения теплоемкости C p и C v можно пользоваться представлениями классической теории теплоемкости? 12. Каковы границы применения формул для определения C p и C v в классической теории теплоемкости? 13. Изменится ли отношение C p /C v = γ данного газа, если часть его молекул диссоциирует на атомы? 14. В каких пределах лежат значения теплоемкости идеальных газов? Занятие 3. Практическое занятие по теме «Уравнение состояния идеального газа. I начало термодинамики» Основные типы задач, разбираемые на практическом занятии и методы их решения: Определение изменения внутренней энергии идеального газа в заданном процессе. Для решения используются: 1) определение C v идеального газа; 2) зависимость внутренней идеального газа от температуры U = f(T); 3) уравнение Клапейрона – Менделеева (для определения изменения температуры) Определение работы расширения (сжатия) газа по заданному процессу перехода. Для решения используются: 1) понятие элементарной «работы» расширения газа; 2) уравнение процесса перехода газа из состояния «1» в состояние «2»; 3) уравнение состояния идеального газа. Определение количества тепла, полученного газом (или отнятого у него), в заданном процессе перехода. Для решения используются: 1) уравнение процессов перехода; 2) все положения и закономерности, используемые для решения задач типов 1 и 2. Вопросы, рассматриваемые на практическом занятии: 1. Дайте определение «внутренней энергии» идеального газа. Из каких факторов она складывается? Функцией, каких параметров состояния является внутренняя энергия идеального газа? 2. Что означает, что изменение количества теплоты не является полным дифференциалом? 3. Как определяется «элементарная» работа в термодинамике? От каких параметров она зависит? Каково аналитическое выражение этой функциональной зависимости для различных термодинамических процессов (изохорического, изобарического, изотермического и др.)? Как понимать, что «работа» газа (над газом) не является полным дифференциалом? 4. Какие процессы называются политропическими? 5. В каких пределах может изменяться теплоемкость идеального газа для политропических процессов? Напишите общее выражение теплоемкости для политропы с показателем «n». 6. Какое соотношение существует между C p и C v ? Каков физический смысл этих теплоемкостей? 7. Что такое «число степеней свободы» газа? Чему оно равно для одноатомного газа, для двухатомного, для многоатомного? 8. Как выражаются молярные теплоемкости C p и C v для идеального газа с точки зрения классической теории теплоемкости? Границы применимости этих формул. 9. Для каких газов теплоемкости, определенные по формулам C v = (i/2)R и C p = ((i+2)/2)R, не дают достаточно хорошего совпадения с опытом? Как это можно объяснить? 10. Можно ли в общем случае сказать, что теплоемкости C p и C v не зависят от температуры, и если они зависят от температуры, то чем объяснится эта зависимость и когда она проявляется? 11. Укажите общий порядок расчета теплоемкости С любого политропического процесса идеального газа по заданному уравнению состояния газа. 12. При каком условии монотонная кривая, лежащая между адиабатой и изотермой и проходящая через точку их пересечения на диаграмме pV, будет политропой? 13. Можно ли подсчитать работу расширения (или сжатия) идеального газа в адиабатическом процессе, если задано число степеней свободы, начальная и конечная температуры? Какой вид имеет (А) Q через эти параметры? 14. Чему равен показатель политропы для одноатомного и двухатомного газа в адиабатическом, изохорическом, изотермическом и изобарическом процессах? Занятие 4–5. Практическое занятие по теме «Уравнение состояния идеального газа. Первое начало термодинамики» Основные типы задач, разбираемые на практическом занятии и методы их решения Задачи, объединяющие все типы задач занятий 2 и 3. Для решения комбинируются все методы, указанные в вышеприведенных типах задач. Вопросы, рассматриваемые на практическом занятии: 1. Сформулируйте и запишите первое начало термодинамики. Как выглядит этот закон для: изохорического; адиабатического; изотермического; изобарического процессов? 2. Выражением, какого общего закона является первый закон термодинамики? 3. Какие процессы изменения состояния газа характеризуются отрицательной величиной теплоемкости? 4. Известна конечная Т Е и начальная Т А температуры изменения состояния газа, которое проходило по сложной ломаной линии АВСDЕ (рис.). Газ идеальный, двухатомный. Достаточно ли этих данных, чтобы подсчитать: а) работу расширения газа; б) изменение внутренней энергии; в) количество теплоты, полученной (или отданной) газом? 5. Как найти связь между температурой и давлением в адиабатическом процессе? Изобразите ее в координатах рТ. 6. Можно ли и как графически сравнивать работу расширения газа от V 1 до V 2 , если расширение происходило один раз изотермически, второй – адиабатически и третий – изобарически? 7. Как изобразиться изотермический процесс идеального газа в координатах pV и UT, где U – внутренняя энергия идеального газа? 8. Как показать, что для одноатомных газов произведение pV равно 2/3 внутренней энергии, для двухатомных 2/5 внутренней энергии газа? Какие соотношения нужно использовать для этого? 9. Начертить график зависимости теплоемкости от показателя политропы для политропических процессов. 10. Нагревается или охлаждается идеальный газ, если он расширяется по закону p = bV -n , n<1, где b – постоянная величина? Циклические процессы Занятие 6. Практическое занятие по теме «Циклы. КПД. Энтропия. T-S диаграммы» Основные типы задач, разбираемые на практическом занятии и методы их решения Нахождение характеристик цикла, заданного на pV-диаграмме. Для решения используются: метод решения – энергетические расчеты на основе: 1) уравнения состояние для рабочего тела; 2) уравнения процессов для участков цикла; 3) I начала термодинамики; работы, изменения внутренней энергии и теплоты, получаемых для участка цикла; 4) определение эффективности машины (КПД, холодильный коэффициент). Нахождение характеристик цикла, заданного на TV- или pT-диаграммах. Для решения используются условия 1-го типа Циклы на TS – диаграммах. Нахождение эффективности циклов. Для решения используются: 1)определение энтропии, выражение получаемой рабочим телом теплоты через изменения энтропии и температуры на отрезке цикла; 2) определение эффективности цикла. Метод циклов для нахождения термодинамических соотношений. Для решения используются: 1) определение эффективности цикла; 2) сведение заданного цикла к простейшему виду при бесконечно малых изменениях параметров. Вопросы, рассматриваемые на практическом занятии: 1. Что такое квазистатический процесс? Является ли квазистатический процесс обратимым? 2. Что такое диаграмма состояний? Какие процессы могут быть представлены на диаграммах состояний? 3. В чем состоит содержание I начала термодинамики? Как математически записывается I начало термодинамики? 4. При каких процессах внутренняя энергия системы постоянна? В каких случаях изменение энергии системы равно внешней работе, совершаемой системой? Каково будет изменение внутренней энергии, если в качестве системы рассматривать идеальный газ? 5. Как записывается работа, совершаемая идеальным газом, при адиабатическом и изотермическом процессах? 6. Каков физический смысл площади, ограниченной кривой цикла, на диаграммах состояния в различных переменных? 7. Прямой и обратный цикл. Тепловой двигатель и холодильная машина. 8. Как по заданной диаграмме цикла определить, является ли машина тепловой или холодильной? 9. Какие параметры должны быть известны, чтобы было возможно подсчитать работу на адиабатическом участке цикла? 10. Сколько параметров состояния, и какие необходимо задать, чтобы определить работу на изотермическом участке? 11. Сколько параметров и какие надо задать, чтобы определить теплоту, получаемую или отдаваемую рабочим телом, на изотермическом и на изобарическом участках цикла? 12. Коэффициент полезного действия и холодильный коэффициент. 13. Какими величинами может быть определен КПД тепловой машины? 14. Как определить холодильный коэффициент для холодильной машины? 15. Зависит ли теплота, отбираемая у нагревателя, от массы рабочего тела? 16. Зависит ли теплота, отбираемая у нагревателя, от теплоемкости рабочего тела? 17. Зависит ли работа, совершаемая рабочим телом и тепловой машины за один цикл, от массы и теплоемкости рабочего тела? D Е С В А ● P V ● ● ● ● 18. Что изменится, если в идеальной тепловой машине вместо одноатомного газа, используемого как рабочее тело, употребить такое же количество двухатомного газа? 19. Справедливо ли утверждение, что газ, сжатый в баллоне, обладает запасом потенциальной энергии аналогично сжатой пружине? 20. Энтропия системы. Формула Больцмана. 21. Изображение термодинамических циклов в рV- и TS - координатах. 22. Каков физический смысл площади, ограниченной кривой цикла, на pV- и TS-диаграммах? литературы: основная и дополнительная литература Занятие 7. Практическое занятие по теме « Энтропия функция состояния» Основные типы задач, разбираемые на практическом занятии и методы их решения Подсчет изменений энтропии при переходе из одного состояния в другое. Для решения используются: 1) уравнение состояния вещества; 2) параметры исходного и конечного состояний. Метод решения основан на использовании независимости изменения энтропии от пути перехода. Процессы смешивания газов и контактного выравнивания температуры. Это типичные необратимые процессы, которые должны сопровождаться увеличением энтропии. Подсчитывается изменение энтропии заменой рассматриваемого необратимого процесса обратимым, переходящим систему из начального состояния в конечное. Для решения используются: 1) уравнения процессов, которыми можно заменить необратимые процессы так, чтобы система перешла из начального состояния в конечное; 2) параметры исходного и конечного состояний. Вопросы, рассматриваемые на практическом занятии: 1. Что такое приведенное количество теплоты? Какому условию удовлетворяют приведенные количества теплоты для цикла Карно? Какому условию они удовлетворяют для произвольного кругового процесса? 2. Как и в каких переменных можно записать дифференциал функции энтропии dS? Как записать II начало с помощью функции энтропии? 3. Как изменяется энтропия для обратимых и необратимых процессов? Чему равно значение T dQ для обратимого и необратимого кругового процесса? Температура каких тел входит в этих случаях в знаменатель подынтегрального выражения? 4. Можно ли осуществить в какой-нибудь системе круговой необратимый адиабатический процесс?? 5. В каком направлении изменяется энтропия системы при приближении этой системы к состоянию термодинамического равновесия для изолированной и неизолированной системы? 6. Какие термодинамические соотношения вытекают из условия, что энтропия является полным дифференциалом? 7. Какими свойствами обладают коэффициенты в выражениях для полных дифференциалах? 8. Каким путем можно вычислить изменение энтропии при переходе системы из одного состояния в другое? 9. Какие формы записи Вы знаете для изменения энтропии? 10. Почему энтропия замкнутой системы при необратимом процессе возрастает и почему изменение энтропии в этом случае следует вычислять, использовав обратимые процессы? 11. Как можно трактовать изменение энтропии при смешивании газов со статистической точки зрения? 12. Чему равно изменение энтропии для адиабатического процесса? |