методичка. Методические указания и контрольные задания по физике для студентовзаочников специальности

• Название: Методические указания и контрольные задания по физике для студентовзаочников специальности
• Дата: 18.06.2018
• Размер: 1.37 Mb.
• Имя файла: методичка.doc
• Тип: Методические указания; #47281
• страница: 1 из 6

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФГОУ ВПО «ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ И АВТОМАТИЗАЦИИ

СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА


МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

И КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ПО ФИЗИКЕ

ДЛЯ СТУДЕНТОВ-ЗАОЧНИКОВ СПЕЦИАЛЬНОСТИ

«Технология продукции и организация общественного питания»

(к контрольным работам №1 и №2)

Благовещенск

Издательство ДальГАУ

2011

УДК 53 (0.76.5)

Методические указания и контрольные задания по физике.


Методические указания и контрольные задания содержат учебную программу, основные законы и формулы, примеры подробного решения задач, таблицы заданий.


Рекомендовано к печати методическим советом института электрификации и автоматизации сельского хозяйства.

Издательство ДальГАУ

2011

ВВЕДЕНИЕ
Цель настоящего пособия – оказать помощь студентам-заочникам при выполнении контрольных работ №1 и №2.

Основной учебный материал программы по физике разбит на две части соответственно контрольным работам №1 и №2.

Контрольная работа №1 выполняется по разделу «Механика», контрольная работа №2 объединяет разделы «Молекулярная физика», «Термодинамика», «Электростатика».

В каждой части пособия даны основные формулы, примеры решения задач, задачи для самостоятельного решения (с ответами) и контрольные задания с соответствующим распределением по вариантам. Даны общие методические указания и необходимые справочные таблицы.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА КУРСА ФИЗИКИ

ДЛЯ ЗАОЧНИКОВ
Ведение

Предмет физики. Методы физического исследования: опыт, гипотеза, эксперимент, теория. Роль физики в развитии техники и влияние техники на развитие физики. Связь физики с другими науками.
Часть 1

Физические основы классической механики

Механическое движение как простейшая форма движения материи. Представление о свойствах пространства и времени, лежащие в основе классической (ньютоновской) механики. Элементы кинематики материальной точки. Скорость и ускорение точки как производные радиуса-вектора по времени. Нормальное и тангенциальное ускорения. Радиус кривизны траектории. Поступательное движение твердого тела.

Динамика материальной точки и поступательного движения твердого тела. Закон инерции и инерциальные системы отсчета. Законы динамики материальной точки и системы материальных точек. Внешние и внутренние силы. Центр масс (центр инерции) механической системы и закон его движения. Закон сохранения импульса.

Энергия как универсальная мера различных форм движения и взаимодействия. Работа переменной силы. Кинетическая энергия механической системы и ее связь с работой внешних и внутренних сил, приложенных к системе.

Поле как форма материи, осуществляющая силовое взаимодействие между частицами вещества. Потенциальная энергия материальной точки во внешнем силовом поле и ее связь с силой, действующей на материальную точку. Понятие о градиенте скалярной функции координат. Поле центральных сил. Потенциальная энергия системы. Закон сохранения механической энергии. Закон сохранения и превращения энергии как проявление неуничтожимости материи и ее движения. Применение законов сохранения к столкновению упругих и неупругих тел.

Элементы кинематики вращательного движения. Угловая скорость и угловое ускорение, их связь с линейными скоростями и ускорениями точек вращающегося тела. Момент силы и момент импульса механической системы. Момент силы относительно оси. Момент импульса тела относительно неподвижной оси вращения. Момент инерции тела относительно оси. Уравнение динамики вращательного движения твердого тела относительно неподвижной оси. Кинетическая энергия вращающегося тела. Закон сохранения момента импульса.
Механические колебания и волны в упругих средах

Гармонические механические колебания. Кинематические характеристики гармонических колебаний. Дифференциальное уравнение гармонических колебаний. Пружинный, физический и математический маятники. Энергия гармонических колебаний. Сложение гармонических колебаний одного направления и одинаковой частоты. Биения. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний. Дифференциальное уравнение затухающих колебаний и его решение. Апериодический процесс. Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний и его решение. Амплитуда смещения и фаза вынужденных колебаний. Понятие о резонансе.

Волновые процессы. Продольные и поперечные волны. Синусоидальные (гармонические) волны. Уравнение бегущей волны. Длина волны и волновое число.

Часть 2

Основы молекулярной физики и термодинамики

Статистический и термодинамический методы исследования. Термодинамические параметры. Равновесные состояния и процессы, их изображение на термодинамических диаграммах. Вывод уравнения молекулярно-кинетической теории идеальных газов для давления и его сравнение с уравнением Клапейрона-Менделеева. Средняя кинетическая энергия молекул. Молекулярно-кинетическое толкование термодинамический температуры. Число степеней свободы молекулы. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы молекул. Внутренняя энергия идеального газа. Работа газа при изменении его объема. Количество теплоты. Теплоемкость. Первое начало термодинамики. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам и адиабатному процессу идеального газа. Зависимость теплоемкости идеального газа от вида процесса. Классическая молекулярно-кинетическая теория теплоемкостей идеальных газов и ее ограниченность.

Закон Максвелла для распределения молекул идеального газа по скоростям и энергиям теплового движения. Барометрическая формула. Закон Больцмана для распределения частиц во внешнем потенциальном поле. Среднее число столкновений и средняя длина пробега молекул. Время релаксации. Явления переноса в термодинамически неравновесных системах. Опытные законы диффузии, теплопроводности и внутреннего трения. Молекулярно-кинетическая теория этих явлений.

Обратимые и необратимые процессы. Круговой процесс (цикл). Тепловые двигатели и холодильные машины. Цикл Карно и его к.п.д. для идеального газа. Второе начало термодинамики. Независимость к.п.д. цикла Карно от природы рабочего тела. Энтропия. Энтропия идеального газа.

Отступление от законов идеальных газов. Реальные газы. Силы и потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия. Эффективный диаметр молекул. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Сравнение изотерм Ван-дер-Ваальса с экспериментальными. Внутренняя энергия реального газа. Особенности жидкого и твердого состояний вещества.
Электростатика

Закон сохранения электрического заряда. Электрическое поле. Основные характеристики электрического поля – напряженность и потенциал. Напряженность как градиент потенциала. Расчет электростатических полей методом суперпозиции. Поток вектора напряженности. Теорема Остроградского-Гаусса для электростатического поля в вакууме. Применение теоремы Остроградского-Гаусса к расчету поля. Электрическое поле в веществе. Свободные и связанные заряды в диэлектриках. Типы диэлектриков. Электронная и ориентационная поляризации. Поляризованность. Диэлектрическая восприимчивость веществ. Электрическое смещение. Диэлектрическая проницаемость среды. Вычисление напряженности поля в диэлектрике. Сегнетоэлектрики.

Проводники в электрическом поле. Поле внутри проводника и у его поверхности. Распределение зарядов в проводнике. Электроемкость уединенного проводника. Взаимная емкость двух проводников. Конденсаторы. Энергия заряженных проводника, конденсатора и системы проводников. Энергия электростатического поля. Объемная плотность энергии.

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ И ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ
1. За время изучения курса общей физики студент-заочник должен представить три контрольных работы.

2. Номера задач, которые студент должен включить в свою контрольную работу, определяются по таблицам вариантов (С 37, 70), а номер варианта соответствует последней цифре номера зачетной книжки.

3. Контрольные работы нужно выполнять в школьной тетради, на обложке которой привести сведения по следующему образцу:
Контрольная работа №1

студента (1,2) курса ФЗО, специальность

Ф. И. О.

Шифр

4. Условия задач в контрольной работе переписать полностью без сокращений. Для замечаний преподавателя на страницах тетради оставлять поля.

5. В конце контрольной работы указать, каким учебником или учебным пособием Вы пользовались при изучении физики (название учебника, автор, год издания).

6. Если контрольная работа не зачтена, студент обязан представить ее повторно, включив в нее те задачи, решения которых оказались неверными. Повторную работу необходимо представить вместе с незачтенной.

7. Зачтенные контрольные работы предъявляются экзаменатору. Студент должен быть готов во время экзамена дать пояснения по существу решения задач, входящих в контрольные работы.

8. Решения задач следует сопровождать краткими, но исчерпывающими пояснениями; в тех случаях, когда это возможно, дать чертеж.

9. Решить задачу в общем виде, то есть выразить искомую величину в буквенных обозначениях величин, заданных в условии задачи. При таком способе решения не производятся вычисления промежуточных величин.

10. После получения расчетной формулы для проверки правильности ее следует подставить в правую часть формулы вместо символов величин обозначения единиц этих величин, произвести с ними необходимые действия и убедиться в том, что полученная при этом единица соответствует искомой величине. Если такого соответствия нет, задача решена неверно.

11. Числовые значения величин при подстановке их в расчетную формулу следует выражать только в единицах СИ. В виде исключения допускается выражать в любых, но одинаковых единицах числовые значения однородных величин, стоящих в числителе и знаменателе дроби и имеющих одинаковые степени.

12. При подстановке в расчетную формулу, а также при записи ответа числовые значения величин следует записывать как произведение десятичной дроби с одной значащей цифрой перед запятой на соответствующую степень десяти. Например, вместо 8420 надо записать 8,4210³, вместо 0,00527 записать 5,2710 ^-3 и так далее.

13. Вычисления по расчетной формуле надо проводить с соблюдением правил приближенных вычислений.


РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Трофимова Т.И. Курс физики /Т.И.Трофимова. – М: Изд-во Высшая школа, 2002.-542с.

2. Детлаф А.А. Курс физики /А.А.Детлаф, Б.М.Яворский. – М: Изд-во Высшая школа, 2000. -608с.

3. Грабовский Р.И. Курс физики /Р.И.Грабовский. – М: Изд-во Высшая школа, 2000. -607с.

4. Трофимова Т.И. Сборник задач по курсу физики /Т.И.Трофимова, З.Г.Павлова. – М: Изд-во Высшая школа, 2002.-591с.

5. Физика: теория и технология решения задач (под общей редакцией В.А.Яковенко), - Минск: НТООО «Тетра Системс», 2003. -560с.

6. Волькинштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики /В.С.Волькинштейн. –М:Изд-во Наука, 1998.-385с.

7. Чертов А.Г. Задачник по физике /А.Г.Чертов, А.А.Воробьев. – М: Высшая школа, 2000.-469с.

ЧАСТЬ 1

1.1 ОСНОВЫ КЛАССИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ
Основные формулы

Кинематическое уравнение движения материальной точки (центр масс твердого тела) вдоль оси х

x = f (t),

где f (t) – некоторая функция времени.

Проекция средней скорости на ось х

.

Средняя скорость

,

где Δ – изменение радиуса-вектора материальной точки за интервал времени Δt; (x, y, z).

Мгновенная скорость

.

Проекция среднего ускорения на ось х

.

Мгновенное ускорение

.

Кинематическое уравнение движения материальной точки по окружности

φ= f (t), r = R = const,

где φ – угловой путь.

Модуль угловой скорости



Модуль углового ускорения

.

Связь между модулями линейных и угловых величин, характеризующих движение точки по окружности:

υ = ωR, а_τ = εR, а_n = ω²R,

где υ – модуль линейной скорости;

а_τ и а_n - модули тангенциального и нормального ускорений;

ω - модуль угловой скорости;

ε - модуль углового ускорения;

R - радиус окружности.

Модуль полного ускорения

, или .

Угол между полным и нормальным _n ускорениями

.

Кинематическое уравнение гармонических колебаний материальной точки

,

где х – смещение;

А – амплитуда колебаний;

ω – угловая или циклическая частота;

φ – начальная фаза.

Скорость и ускорение материальной точки, совершающей гармонические колебания:

;

.

Сложение гармонических колебаний одного направления и одинаковой частоты:

а) амплитуда результирующего колебания

;

б) начальная фаза результирующего колебания

.

Траектория точки, участвующей в двух взаимно перпендикулярных колебаниях

;

:

а) , если разность фаз φ = 0;

б) , если разность фаз φ = ±π ;

в) , если разность фаз φ = ±π/2.

Уравнение плоской бегущей волны

,

где y- смещение любой из точек среды с координатой х в момент t;

υ – скорость распространения колебаний в среде.

Импульс материальной точки массой m, движущейся со скоростью

= m .

Второй закон Ньютона

; ; ,

где – результирующая сила, действующая на материальную точку.

Силы, рассматриваемые в механике:

а) сила упругости

,

где k – коэффициент упругости;

х – абсолютная деформация;

б) сила тяжести

;

в) сила гравитационного взаимодействия

,

где G – гравитационная постоянная;

m₁ и m₂ – массы взаимодействующих тел;

r – расстояние между телами (тела рассматриваются как материальные точки).

г) сила трения (скольжения)

,

где f – коэффициент трения;

N – сила нормального давления.

Закон сохранения импульса

, если = 0

или для взаимодействия двух тел ( i = 2)

,

где ₁ и ₂ - скорости тел в момент времени, принятый за начальный;

₁ и ₂ - скорости тех же тел в момент времени, принятый за конечный.

Кинетическая энергия тела, движущегося поступательно,

, или .

Потенциальная энергия:

а) упругодеформированной пружины

,

где k – коэффициент упругости пружины;

х – абсолютная деформация;

б) гравитационного взаимодействия

,

где G - гравитационная постоянная;

m₁ и m₂ – массы взаимодействующих тел;

r – расстояние между телами (тела рассматриваются как материальные точки);

в) тела, находящегося в однородном поле силы тяжести,

,

где g– ускорение свободного падения;

h – высота тела над уровнем, принятым за нулевой (формула справедлива при условии h « R, где R – радиус Земли).

Закон сохранения механической энергии

Е = Т + П= const в изолированной системе тел.

Работа А, совершаемая результирующей силой, является мерой изменения кинетической энергии материальной точки:

.

Основное уравнение динамики вращательного движения относительно неподвижной оси z

,

где _z– результирующий момент внешних сил относительно оси z,

действующих на тело;

- угловое ускорение;

I_z – момент инерции тела относительно оси вращения.

Моменты инерции некоторых тел массой m относительно оси z, проходящей через центр масс:

а) стержня длиной lотносительно оси, перпендикулярной стержню,

I_z = ;

б) обруча (тонкостенного цилиндра) относительно оси, перпендикулярной плоскости обруча (совпадающей с осью цилиндра),

I_z = mR²,

где R - радиус обруча (цилиндра);

в) диска радиусом R относительно оси, перпендикулярной плоскости диска,

I_z = ;

г) шара радиусом R

I_z = .

Теорема Штейнера

,

где I– момент инерции тел относительно любой оси;

l - расстояние между осями;

I₀ – момент инерции относительно оси, проходящей через центр масс

и параллельной рассматриваемой оси;

m - масса тела.

Проекция на ось z момента импульса тела, вращающегося относительно неподвижной оси z

,

где ω – угловая скорость тела.

Закон сохранения момента импульса систем тел, вращающихся вокруг неподвижной оси z,

, если ,

где