физика Му к контрольным 2016. Методические указания к контрольным работам для студентов направления подготовки 21. 05. 04 Горное дело
 Скачать 453.28 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Т. Ф. ГОРБАЧЕВА» Кафедра физики ФИЗИКА Методические указания к контрольным работам для студентов направления подготовки 21.05.04 «Горное дело» заочной формы обучения Составители Т. Л. Ким Т. В. Лавряшина А. А. Мальшин Утверждены на заседании кафедры Протокол № 8 от 15.03.2016 Рекомендованы к печати учебно-методической комиссией направления 21.05.04 Протокол № 16 от 21.03.2016 Электронная копия находится в библиотеке КузГТУ Кемерово 2016 ОГЛАВЛЕНИЕОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ 0 РАБОЧАЯ ПРОГРАММА 2 Список рекомендуемой литературы 8 Контрольная работа № 1 10 КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 2 15 КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 3 22 ПРИЛОЖЕНИЕ 28 ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Целями освоения дисциплины «Физика» студентами направления подготовки 21.05.04 «Горное дело» являются изучение физических явлений и законов природы, установление границ их применимости. Использование данных законов необходимо для решения важнейших практических задач, связанных с управлением состоянием массивов горных пород, добычей, транспортированием и обогащением полезных ископаемых. При изучении дисциплины «Физика» важная роль отводится получению навыков работы с приборами и оборудованием современной физической лаборатории, использованию различных методик проведения физических измерений и обработки экспериментальных данных. Изучение курса физики позволит студентам направления «Горное дело» выработать основы естественнонаучного мировоззрения, познакомиться с историей развития физики как науки, ее основными законами и открытиями, что особенно важно студентам при дальнейшем изучении дисциплин общеинженерного цикла, а также дисциплин специализации. Изучение курса физики способствует формированию у студентов научного мировоззрения и современного физического мышления. В процессе изучения данного курса студент-заочник должен усвоить основные физические законы классической и современной физики, освоить методы физического исследования и приёмы решения конкретных задач из разных областей физики, которые помогут в дальнейшем решать инженерные задачи. Хорошая естественнонаучная подготовка позволит выпускникам направления «Горное дело» обеспечить конкурентоспособность на международном уровне и способствовать развитию горной промышленности России. Основной формой обучения студента-заочника является самостоятельная работа по учебникам и учебным пособиям. Выполнение контрольных работ способствует систематизации и закреплению полученных теоретических знаний. Для организации самостоятельной работы студентов-заочников преподавателями кафедры физики ФГБОУ ВО КузГТУ имени Т.Ф. Горбачева читаются лекции, проводятся практические и лабораторные занятия. Задачи подобраны таким образом, чтобы при их решении студент-заочник проработал основную часть обязательного программного материала, а это поможет студенту успешно пройти порубежный контроль знаний (зачет, экзамен). В каждой контрольной работе студент должен решить по восемь задач того варианта, номер которого совпадает с последней цифрой шифра зачетной книжки. Например, последняя цифра шифра 1, следовательно, решаются задачи под номерами: 1.1, 1.11, 1.21, 1.31, 1.41, 1.51, 1.61, 1.71 контрольной работы № 1; 2.1, 2.11 … 2.71 контрольной работы № 2 и т.д. На титульном листе контрольной работы указывают название дисциплины, номер контрольной работы, фамилию и инициалы студента, шифр и домашний адрес. В конце работы следует указать учебники и учебные пособия, которые использовались при решении задач. Условия задач контрольных работ переписываются полностью, решения задач сопровождаются исчерпывающими пояснениями с использованием рисунков и схем. Задачи решаются в общем виде с проверкой размерности полученного результата. Значения величин при подстановке в расчётную формулу должны быть выражены в единицах СИ (SI). В виде исключения допускается использование других, но непременно одинаковых в числителе и знаменателе единиц измерения. Контрольные работы на проверку необходимо присылать не позднее, чем за 15 дней до начала сессии. Если контрольная работа при рецензировании не зачтена, студент обязан представить её на повторную рецензию, включив в неё те задачи, решения которых оказались неверными. Работа над ошибками не зачтенной контрольной работы производится В ТОЙ ЖЕ ТЕТРАДИ. Зачтённые работы «защищаются» во время экзамена (зачёта), даются пояснения по существу решения задач, входящих в контрольные работы. К контролю знаний (зачет, экзамен) допускаются студенты, защитившие контрольные работы и успешно выполнившие работы лабораторного практикума. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА Введение Роль физики в развитии техники и влияние техники на физику. Структура и задачи курса физики. 1. МЕХАНИКА 1.1. Кинематика поступательного и вращательного движений Механическое движение. Системы отсчета, траектория, длина пути, вектор перемещения. Скорость и ускорение. Нормальное и тангенциальное ускорения. Поступательное и вращательное движение твердого тела. Угловая скорость и угловое ускорение. Связь линейных и угловых кинематических характеристик. 1.2. Динамика Динамика поступательного движения. Инерциальные системы отсчета. Первый закон Ньютона. Понятие массы и силы. Второй и третий законы Ньютона. Центр масс системы. Теорема о движении центра масс. Основное уравнение динамики поступательного движения твердого тела. Закон сохранения импульса. Уравнения движения тела переменной массы. Динамика поступательного движения твердого тела. Динамика вращательного движения. Момент силы относительно точки и оси. Момент импульса системы материальных точек и твердого тела относительно начала координат. Момент инерции твердого тела относительно оси. Вычисление осевых моментов инерции твердых тел. Основное уравнение динамики вращательного движения твердого тела. Закон сохранения момента импульса. Движение тела в поле центральных сил. Законы Кеплера. 1.3. Энергия и работа Механическая работа. Консервативные и диссипативные силы. Силы тяготения и упругости. Кинетическая энергия поступательного и вращательного движения твердого тела. Потенциальная энергия материальной точки во внешнем силовом поле и ее связь с силой, действующей на материальную точку. Закон изменения и сохранения энергии в механике. 1.4. Специальная теория относительности Постулаты специальной теории относительности. Преобразования Лоренца. Следствия из преобразований Лоренца. Длина отрезка и длительность событий в различных системах отсчета. Закон сложения скоростей. Зависимость массы от скорости. Релятивистское выражение импульса и кинетической энергии. Взаимосвязь массы и энергии. 1.6. Механика сплошных сред Механика твердых тел. Упругие напряжения и деформации. Закон Гука. Упругая энергия. Деформации сдвига, кручения и изгиба. Механика жидкостей и газов. Идеальная и вязкая жидкости. Теоремы неразрывности и Бернулли. Законы изменения скорости при ламинарном и турбулентном течении. Формулы Стокса и Пуазейля. Законы гидродинамического подобия. Движение тел в жидкостях и газах. 2. ТЕРМОДИНАМИКА И СТАТИСТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА 2.1. Молекулярно-кинетическая теория газов Термодинамические параметры. Уравнение состояния. Термодинамический и молекулярно-кинетический (статистический) методы. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов и его связь с уравнением состояния. Молекулярно-кинетический смысл температуры. Распределение Максвелла. Скорости газовых молекул. Экспериментальное определение скоростей молекул. Распределение Больцмана. Кинетические явления. Число столкновений и длина свободного пробега молекул. Явления переноса. 2.2. Первое начало термодинамики Степени свободы. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы. Внутренняя энергия идеального газа. Работа, совершаемая газом при расширении. Теплота. I начало термодинамики. Теплоемкость. Изопроцессы в идеальном газе. Адиабатный процесс. Теплоемкость идеального газа в различных процессах. 2.3. Обратимые и необратимые термодинамические процессы Энтропия. Изменение энтропии идеального газа в различных процессах. Закон возрастания энтропии. II начало термодинамики. Статистический смысл второго начала термодинамики. Круговые процессы (циклы). Тепловые двигатели и холодильные машины. КПД тепловой машины. Цикл Карно. КПД цикла Карно и его максимальность. 3. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ 3.1. Электростатика Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона. Потенциальное и вихревое поле. Напряженность электрического поля. Напряженность поля точечного заряда. Принцип суперпозиции электрических полей. Поток вектора напряженности электрического поля. Теорема Остроградского – Гаусса для электростатического поля в вакууме. Применение теоремы Остроградского – Гаусса к расчету полей заряженных тел. Потенциал – энергетическая характеристика электростатического поля. Потенциал поля точечного заряда. Связь потенциала с напряженностью электростатического поля. Эквипотенциальные поверхности. Электрические диполи. Поле диполя. Электрическое поле в веществе. Типы диэлектриков. Электронная, ориентационная и ионная поляризация. Расчет поляризованности диэлектриков. Объемные и поверхностные связанные заряды. Поле внутри диэлектрика. Теорема Остроградского – Гаусса для поля в веществе. Граничные условия на границе раздела двух сред. Электрическое поле в конденсаторе. Сегнето- и пьезоэлектрики. Проводники в электрическом поле. Распределение зарядов в проводнике. Явление электростатической индукции. Электроемкость уединенного проводника. Конденсаторы. Энергия системы точечных зарядов, уединенного проводника, конденсатора и системы проводников. Энергия поляризованного диэлектрика. Энергия электростатического поля. Объемная плотность энергии. 3.2. Постоянный электрический ток Классическая теория проводимости металлов и ее опытное обоснование. Закон Ома в дифференциальной форме. Разность потенциалов, сторонние электродвижущие силы, напряжение. Границы применимости закона Ома. Закон Джоуля – Ленца в дифференциальной форме. Работа и мощность тока. Правила Кирхгофа. Затруднения классической электронной теории проводимости металлов. Закон Видемана – Франца. 3.3. Магнитное поле Вектор магнитной индукции. Движение заряженных частиц в постоянном магнитном поле. Сила Лоренца. Действие магнитного поля на проводник с током. Закон Ампера. Взаимодействие токов. Контур с током в магнитном поле. Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле. Магнитный поток. Методы расчета магнитных полей. Закон Био – Савара – Лапласа. Напряженность магнитного поля. Закон полного тока. Магнитная проницаемость вещества. Магнитная восприимчивость. Диа- пара- и ферромагнетики. Кривая намагничивания ферромагнетиков. Гистерезис. Ток смещения. Уравнения Максвелла для электромагнитного поля в интегральной и дифференциальной формах. Граничные условия для векторов электромагнитного поля. Инвариантность уравнений Максвелла. 4. МЕХАНИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ 4.1. Физика колебаний и волн Гармонические колебания (механические и электромагнитные) и их характеристики. Дифференциальное уравнение гармонических колебаний. Физический маятник. Электрический колебательный контур. Векторные диаграммы. Сложение гармонических колебаний одного направления и одинаковой частоты. Биения. Затухающие и электромагнитные колебания, их уравнение и характеристики. Вынужденные электромагнитные колебания. Резонанс. 4.2. Волны Продольные и поперечные волны. Уравнение плоской волны. Волновое уравнение. Электромагнитные волны и их свойства. Энергия электромагнитных волн. Вектор Умова – Пойтинга. Световые волны. Поляризация света. Законы Малюса и Брюстера. 5. ВОЛНОВАЯ И КВАНТОВАЯ ОПТИКА 5.1. Волновая оптика Интерференция и дифракция. Условия наблюдения интерференции. Способы получения когерентных волн. Условия максимума и минимума при интерференции. Дифракция. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Применения интерференции и дифракции. 5.2. Квантово-оптические явления Тепловое излучение и его характеристики. Абсолютно черное тело. Законы излучения абсолютно черного тела. Квантовая гипотеза и формула Планка. Фотоэффект. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Фотон. Энергия и импульс фотона. Эффект Комптона. Корпускулярно-волновой дуализм. 6. ЭЛЕМЕНТЫ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ 6.1. Волновые свойства микрочастиц Гипотеза де Бройля. Опытное подтверждение волновых свойств микрочастиц. Свойства волн де Бройля. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Волновая функция, ее статистический смысл и свойства. 6.2. Уравнение Шредингера и его решение в частных случаях Временное и стационарное уравнения Шредингера. Частица в потенциальном ящике. Квантование энергии и импульса частиц. Уравнение Шредингера для электрона в атоме водорода. Квантовые числа. Спин. Закономерности атомных спектров. Поглощение и излучение света атомом. Лазеры. 6.3. Электрические свойства твердых тел Электроны в металле. Фермионы и бозоны. Функции распределения Ферми – Дирака и Бозе – Эйнштейна. Распределение Ферми-Дирака для вырожденного газа в металлах. Уровень Ферми. Энергетические зоны в кристалле. Распределение электронов по энергетическим уровням. Валентная зона и зона проводимости. Зонная структура металлов, диэлектриков и полупроводников. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Контактные и термоэлектрические явления в металлах и полупроводниках. р-n-переход. Контакт металл-полупроводник. Вентильный эффект. Перераспределение концентрации носителей в металлах и полупроводниках при градиенте температуры. Явление Зеебека. ТермоЭДС. Эффект Пельтье. 7. ЭЛЕМЕНТЫ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ И ФИЗИКИ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ 7.1. Состав и превращения атомных ядер Состав атомных ядер. Протоны и нейтроны. Ядерные силы. Энергия связи. Радиоактивность и ее законы. Реакции деления и синтеза. Проблемы управляемой термоядерной реакции. Элементарные частицы, их классификация и свойства. Список рекомендуемой литературы Основная литература 1. Дырдин, В. В. Физика. Механика. Молекулярная физика [Электронный ресурс] : учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по специальностям «Горное дело» и «Физические процессы горного производства» / В. В. Дырдин, А. А. Мальшин, С. А. Шепелева. – Кемерово : КузГТУ, 2014. – 202 с. http://library.kuzstu.ru/meto.php?n=90192&type=utchposob:common 2. Дырдин, В. В. Физика. Электричество и магнетизм [Электронный ресурс] : учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по специальностям «Горное дело» и «Физические процессы горного производства» / В. В. Дырдин, А. А. Мальшин, Т. И. Янина. – Кемерово : КузГТУ, 2014. – 208 с. http://library.kuzstu.ru/meto.php?n=91253&type=utchposob:common 3. Савельев, И. В. Курс физики [Электронный ресурс] : учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по техн. и технолог. направлениям и специальностям : в 3 т. Т. 1. Механика. Молекулярная физика. – 4-е изд., стереотип. – Санкт-Петербург : Лань, 2008. – 352 с. http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_cid=25&pl1_id=509 Дополнительная литература 4. Савельев, И. В. Курс физики [Электронный ресурс] : учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по техн. и технолог. направлениям и специальностям : в 3 т. Т. 2. Электричество. Колебания и волны. Волновая оптика. – 4-е изд., стереотип. – Санкт-Петербург: Лань, 2008. – 480 с. http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_cid=25&pl1_id=347 5. Савельев, И. В. Курс физики [Электронный ресурс] : учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по техн. и технолог. направлениям и специальностям : в 3 т. Т. 3. Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц. – 3-е изд., стереотип. – Санкт-Петербург : Лань, 2007. – 320 с. http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_cid=25&pl1_id=349 6. Чертов, А. Г. Задачник по физике : учеб. пособие для тузов / А. Г. Чертов, А. А. Воробьев. – 8-е изд., перераб. и доп. – Москва : Физматлит, 2007. – 640 с. 7. Фирганг, Е. В. Руководство к решению задач по курсу общей физики [Электронный ресурс] : учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по техническим и технологическим направлениям и специальностям. – 4-е изд., испр. – Санкт-Петербург : Лань, 2009. – 352 с. http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_cid=25&pl1_id=405 Контрольная работа № 1 |