2006.Рекомендации по сам.работе А4. Руководство по организации самостоятельной работы студентов при изучении дисциплины Физика Методическая разработка для студентов
 Скачать 0.57 Mb.
|
6. Изучение дисциплины «Физика»Физика является фундаментальной основой всех естественных и технических наук. В связи с этим дисциплина «Физика» является общепрофессиональной дисциплиной факультетов энергетики и электрификации, механизации, инженерно-строительного, инженерно-архитектурного, инженерно-землеустроительного, земельного кадастра, водного хозяйства и мелиорации, водоснабжения и водоотведения, зооинженерного, перерабатывающих технологий, агротехнологического, ветеринарной медицины, агрономического, экологического, агрохимии и почвоведения, защиты растений, плодоовощеводства и виноградарства, экономического, а также факультета заочного обучения. При изучении физики используются знания, полученные при изучении курса высшей математики, особенно следующих ее разделов: системы координат, векторная алгебра, линии и поверхности первого и второго порядка, элементы дифференциального и интегрального исчисления, числовые и функциональные ряды, теория вероятностей. Объем курса физики различен для разных факультетов: двух–, трехсеместровый для инженерных факультетов, односеместровый для естественных факультетов. Содержание курса физики: лекции, практические занятия по решению задач, лабораторные работы – для инженерных факультетов; лекции и лабораторные занятия для естественных факультетов. Отчетность: зачет на естественных факультетах, зачетэкзамен или экзамен-экзамен – на инженерных. Основная литература по курсу физики для инженерных факультетов
Основная литература по курсу физики для естественных факультетов
Дополнительная литература по курсу физики
Необходимая литература имеется в библиотеке университета. Методические указания к лабораторным работам, находящиеся на кафедре физики 1. Методические указания к лабораторным работам по курсу общей физики. Механика. Краснодар: КГАУ, 2005. – 67 с. 2. Методические указания к лабораторным работам по курсу общей физики. Молекулярная физика и теплота. Краснодар: КГАУ, 1998. - 65 с. 3. Методические указания к лабораторным работам по курсу общей физики. Электричество. Краснодар: КГАУ, 2006. -56 с. 4. Руководство к лабораторным работам по курсу общей физики. Оптика. Краснодар: КГАУ, 2006. – 79 с. Необходимое количество методических указаний имеется на кафедре физики. 7. Самостоятельная работа студентов под руководством преподавателя Целью самостоятельной работы студентов под руководством преподавателя является: углубленное изучение основных физических законов и применение их для решения конкретных задач, развитие аналитического мышления (умения рассуждать), усиление познавательной и творческой активности, выработка методов и навыков самостоятельного обучения. Задачи профессорско-преподавательского состава: ознакомить студентов с методами и привить навыки самостоятельной работы с учебным материалом, который не рассматривается на аудиторных занятиях. Направляющая работа преподавателя в процессе самостоятельной работы студентов заключается в индивидуальных и групповых консультациях по методам работы с учебными пособиями, по осуществлению библиографического и патентного поиска по тематике реферата, доклада, студенческой научной работы, по работе с реферативными, периодическими научно-техническими изданиями, с поисковыми системами в Интернете. На самостоятельную работу под руководством преподавателя выносится следующий учебный материал курса физики: 1. Контрольные работы, рефераты и подготовка докладов на семинары и конференции. 2. Разделы, темы и отдельные вопросы рабочей программы. 8. Выписка из учебного распорядка и правил поведения студентов 1. О начале учебного занятия студенты извещаются двумя звонками. Вход студентов в аудиторию после второго звонка запрещается. 2. Студенты обязаны выполнять лабораторные, контрольные и др. работы в сроки, установленные календарным планом. Задания, выполненные студентами с опозданием, сдаются с разрешения заведующего кафедрой или декана факультета. 3. Посещение студентами всех видов аудиторных учебных занятий является обязательным. При пропуске занятия в первый день явки представить в деканат справку о причинах пропуска. 4. Студент обязан бережно и аккуратно относиться к университетской собственности. Запрещается без разрешения администрации выносить принадлежности и различное оборудование из лабораторий, учебных и других помещений. 5. Студенты должны быть дисциплинированными и опрятными как в учебном заведении, так и на улице и в общественных местах. Чистота и порядок в учебных помещениях обеспечивается техническим персоналом и студентами на началах самообслуживания. Курение в помещениях университета запрещается. 6. Недопустимо применение ненормативной лексики в учебных аудиториях, учебных корпусах и на всей территории университета. 7. Студенты допускаются к экзаменационной сессии при условии сдачи всех зачетов, а также выполнении и сдаче установленных учебной программой лабораторных и контрольных работ. 8. При явке на зачеты и экзамены студенты обязаны иметь при себе зачетную книжку. 9. В случае неявки студента на экзамен в экзаменационной ведомости делается пометка «не явился». Студент, получивший на сессии более двух неудовлетворительных оценок, а также не ликвидировавший академическую задолженность в установленные сроки, отчисляется из университета. 10. Студент обязан бережно обращаться с книгами и другими учебными пособиями, предоставляемыми ему в читальном зале библиотеки и учебном абонементе. 11. Перед уходом на летние каникулы студенты обязаны сдать все числящиеся за ними книги. 12. За хорошую успеваемость, участие в научно-исследовательской работе и активную общественную работу для студентов устанавливаются следующие меры поощрения: благодарность, награждение именным подарком, денежная премия. За нарушение учебной дисциплины, правил внутреннего распорядка и правил проживания в общежитии к студентам может быть применено одно из следующих дисциплинарных взысканий: замечание, выговор, строгий выговор с предупреждением и, как крайняя мера, исключение из университета. 9. Общие методические указания по самостоятельной работе и выполнению контрольных работ для студентовзаочников Основной формой подготовки студентовзаочников является самостоятельная подготовка. Она должна предшествовать выполнению контрольных работ. Основная работа по изучению курса должна быть проделана студентами до лабораторно-экзаменационной сессии. Большую ошибку допускают те студенты, которые откладывают изучение физики до сессии. В период сессии, ввиду ее непродолжительности, студент не имеет возможности для серьезной самостоятельной работы, так как все его время в этот период занято выполнением лабораторных работ, сдачей зачетов и экзаменов. Изучая курс физики, необходимо руководствоваться программой. Нельзя ограничиваться изучением лишь тех вопросов теории, которые непосредственно связаны с выполнением контрольных работ. Предусмотренные планом лекции носят обзорный характер и вместе с лабораторными занятиями и консультациями завершают подготовку студента-заочника к экзамену. Допуском к экзамену является зачет по соответствующей части курса. Он выставляется при условии зачтения контрольных работ после самостоятельного выполнения и усвоения теоретической части лабораторных работ. Зачет по контрольным работам, прорецензированным до начала лабораторно-экзаменационной сессии, выставляется по результату устного собеседования, подтверждающего усвоение студентом вопросов учебной программы, соответствующих тематике задач. Для успешного овладения вопросами учебной программы при подготовке к экзамену, зачету, выполнению контрольной или лабораторной работы необходимо придерживаться определенной методики этой работы. Одна из простейших заключается в систематическом ведении компактного по формату и объему конспекта. Важнейшим элементом этой методики является принцип: запись в конспекте делается при закрытом учебнике, без заглядывания в него и без переписывания. В конспекте в предельно краткой форме записываются (после прочтения параграфов, касающихся данного физического явления) ответы на три вопроса: 1) краткое описание явления, поясняемое схемой, если это уместно; 2) определение физических величин и понятий, связанных с изучаемым явлением; 3) словесная и математическая формулировка законов или закономерностей, устанавливающих взаимосвязь физических величин в изучаемом явлении. Очевидно, что настрой на ведение конспекта по изложенному принципу ориентирует уже при первом чтении учебного материала на четкое выделение и уяснение главного существа вопроса, сформулированного в приведенных трех пунктах. Это обстоятельство и обеспечивает экономию времени на учебную работу, несмотря на затраты времени при ведении записей в конспекте. Очень полезно периодически перечитывать эти краткие записи и проводить «мысленный эксперимент» с аналитическими зависимостями, выписанными в конспект. Для этого нужно задаться вопросом о том, как изменится та или иная зависимая величина при изменении в то или иное количество раз каких-либо независимых (или относительно независимых) величин. Разумеется, для данной величины необходимо знать численное значение (а для векторных величин необходимо знать и направление). Для такой работы не нужно выбирать специальное время. Следует использовать каждую свободную минуту, вплоть до поездок в городском транспорте и т.п. В конспект можно также записать вопросы, по которым нужно проконсультироваться в университете у преподавателя. Предложенная методика самостоятельной работы в сочетании с изучением примеров решения задач позволит вам самостоятельно применить законы и закономерности физики практически, в решении задач контрольных работ. Умение решать задачи – это основной критерий усвоения учебного материала. Решение любой задачи целесообразно выполнять в следующем порядке: 1. Уяснить существо физического процесса, составить схему или нарисовать ри- сунок. 2. Уяснить (и указать в решении), какие законы или закономерности следует использовать в решении задач. 3. Составить и решить уравнение (или систему уравнений) в общем виде. 4. Перевести известные числовые данные в систему СИ. 5. Проверить расчетную формулу искомой величины анализом размерности единиц, подставляемых для ее вычисления. 6. Выполнить подстановку числовых значений физических величин и вычислить искомую величину. Изложенные методические принципы не исключают возможности консультации студентов по решениям тех или иных задач, если такая необходимость возникает. График консультаций в предсессионный период составляется факультетом заочного обучения КубГАУ и объявляется студентам заранее. Возможны также письменные запросы, адресованные кафедре физики. В последнем случае на кафедру вместе с письмом, содержащим просьбу о консультации по задаче, следует приложить листок с выписанным полностью условием задачи. Контрольная работа, представляемая на рецензию, должна быть написана в ученической тетрадке школьного образца. На титульном листе (обложке) слева указывается номер зачетной книжки, номер варианта, номер контрольной работы, номера задач, справа - специальность, курс, номер группы, фамилия имя отчество студента, подробный адрес студента с указанием почтового индекса. Контрольная работа сдается на заочный факультет, где ставится штамп заочного факультета, дата сдачи контрольной работы, номер регистрации. После этого тетрадь с контрольной работой на руки студенту не выдается, а передается непосредственно на кафедру физики. Ниже приведен пример оформления титульного листа. Вариант 01 Контрольная работа по физике №1 Задачи: Специальность: 1, 37, 45, 58, 84, 111, 123, 138 электрификация и автоматизация с.х., 1 курс, группа 1 Дорошенко Александр Сергеевич Штамп заочного факультета (дата сдачи, номер регистрации), ставится после сдачи тетради 350075, г. Краснодар, ул. Селезнева, 154/4, кв. 155 Каждая задача должна начинаться с новой страницы. Указывается номер задачи, затем переписывается условие задачи полностью, без сокращений. Далее переписывается краткое условие задачи с переводом исходных данных в систему СИ и дается решение (чертеж, решение задачи в буквенном виде, проверка размерности), окончательное решение задачи в буквенном виде обводится рамкой и только после этого приводятся численные вычисления. Решение задачи должно сопровождаться словесными пояснениями подобно тому, как это сделано в примерах решений. Для замечаний преподавателя при оформлении задач необходимо оставлять поля. Ниже дан пример оформления задачи. Задача Т  ело массой m1 = 1 кг вращается на тонком стержне в вертикальной плоскости. Частота вращения равна n = 2 с-1, длина стержня R = 12,5 см. Определить силу натяжения стержня: 1) в верхней и 2) в нижней точках.Дано: СИ 1) Решение m  = 1 кг 1кг n = 2 с –1 2 с-1 T1 R = 12,5 см 0,125 м P maц  T1 - ?, T2 - ? На тело в верхней точке действует сила тяжести Р = mg и сила натяжения Т стержня. В результате действия двух сил тело движется по окружности, т.е. с центростремительным ускорением aц = w2R, (1) где w - угловая скорость; R – радиус траектории. Учитывая, что w = 2pn , можем записать aц = 4p2n2R. (2) Направление сил Т1 и Р совпадает с вектором ацс, поэтому второй закон Ньютона запишем в скалярной форме: T1 + mg = maц (3) или с учётом (2) T1 + mg = 4mp2n2R, (4) откуда Т1 = m(4π2n2 R – g). (5) Проверим размерность: Н = кг м/с2 = кг (м/с2 – м/с2) = кг м/с2 = Н. Вычислим по формуле (5) искомую силу натяжения стержня в верхней точке траектории: Т1 = 1 (4 3,142 22 0,125 – 9,81) Н = 9,91 Н. 2   ) Т2  maцP В нижней точке траектории на тело действуют те же силы Р = mg и Т2. Однако сила Р в данном случае направлена противоположно вектору ац.. В связи с этим второй закон Ньютона имеет вид: T2 – mg = 4mp2n2R, откуда T2 = m(g + 4p2n2R). После подстановки имеем Т2 = 1 (9,81 + 4 3,142 22 0,125) Н = 29,53 Н. Ответ: Т1 = 9,91 Н; Т2 = 29,53 Н. При подстановке числовых значений величин необходимо пользоваться преимущественно системой СИ. Допускается в отдельных случаях и другие (внесистемные) единицы, если проверка расчетной формулы подставкой наименований единиц показывает, что применение внесистемных единиц не отразится на результате вычислений. При подстановке, в ходе вычислений и при записи окончательного результата следует числа записывать, как правило, в виде единиц, умноженных на соответствующие степени основания 10, используя три значащие цифры с учетом правил округления. Например, число 0,0012873 следует записать 1,29 · 10-3, а число 78336000 следует записать 7,83 · 107. Такая запись упрощает вычисления, т.к. степенные сомножители, определяющие порядок величины, легко отдельно привести к результирующей степени, а вычисления вести только с числовыми сомножителями. Например:  .Результирующая степень при основании 10 10-3 · 10+7 · 10-2 · 10+4 = 10-3+7-2+4 = 106. Номера задач, которые студент должен включить в свою контрольную работу, определяются по таблицам (см. ниже). Необходимо особо подчеркнуть: относитесь очень внимательно к выбору своего варианта. Если решены задачи неправильного варианта, то контрольная работа не принимается к рассмотрению. 10. Таблицы вариантов и задачи для студентов–заочников инженерных специальностей 10.1. КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1 Таблица вариантов для студентов–заочников инженерных специальностей: электрификация с/х, механизация с/х, промышленно-гражданское строительство, вод- ное хозяйство и земельный кадастр
Пример: шифр зачетной книжки МХ – 02 – 34; последняя цифра – 4, следовательно, 4-й вариант, предпоследняя цифра – 3 (нечетная), следовательно, левый столбец. Необходимо решить следующие задачи: 4, 15, 21, 27, 38, 49, 60, 61, 73, 77. 10.2. Задачи контрольной работы № 11. Уравнение прямолинейного движения материальной точки x = At+Bt3, где А = 2,5 м/с; В=0,05 м/с3. Определить средние значения скорости <vх> и ускорения <ах> за первые 3 с движения и сравнить их с мгновенными значениями этих величин в начальный и конечный моменты этого отрезка времени. 2. Барабан сепаратора радиусом R = 0,25 м вращается согласно уравнению φ = A+Bt+Ct3, где А = 2,5 рад, В = 0,8 рад/с; С=0,15рад/с3. Определить тангенциальное аτ, нормальное аn и полное а ускорения точек на поверхности барабана в момент времени t=10 с. 3. Точка движется по окружности радиусом R=0,8 м согласно уравнению ξ=At+Bt3, где ξ криволинейная координата, отсчитанная вдоль окружности от некоторой начальной точки; А = 9 м/с; В= -0,1 м/с3. Определить скорость v, полное линейное а и угловое ускорение ε точки через t=3 с после начала движения. 4. Движение точки по окружности радиусом R = 1,3 м описывается уравнением φ = =At+Bt3, где А = 0,6 рад/с, В = 0,25 рад/с3. Определить угловую скорость ω, угловое ускорение ε и полное линейное ускорение а точки через t= 4 c после начала движения. 5. Две материальные точки движутся вдоль оси х согласно уравнениям x1 = =A1+B1t+C1t2 и x2=A2+B2t+C2t2, где A1 = 10 м; В1 = 2 м/с; С1 = - 2 м/с2; А2 = 3 м; B2 = l м/с; С2 = 0,2 м/с2. Определить скорости v1 и v2 и ускорения а1 и а2 этих точек: а) в момент времени, когда их скорости будут одинаковы; б) в момент времени, когда точки займут на оси х одинаковое положение. 6. Направление ствола орудия, жестко закрепленного на железнодорожной платформе, составляет угол 30° с линией горизонта. Проекция направления ствола на плоскость земли отклонена на такой же угол от направления рельсов. Определить, на какое расстояние откатится платформа при выстреле снарядом массой m1 = 60 кг, вылетающим со скоростью v1=480 м/с. Масса платформы с орудием m 2=18 т, коэффициент трения f=0,03. 7. Снаряд массой m = 8 кг разорвался на 2 осколка на высоте h = 30 м в горизонтальном полете со скоростью v =250 м/с Больший осколок массой т1 = 6 кг получил скорость v1 = 400 м/с в направлении полета снаряда. На каком расстоянии друг от друга упали осколки? Сопротивлением воздуха пренебречь. 8. Снаряд массой 8 кг в горизонтальном полете со скоростью v = 250 м/с на высоте h= =30 м разорвался на 2 осколка. Меньший из них массой m1 = 2 кг полетел вертикально вверх со скоростью v1 = 100 м/с. На каком расстоянии друг от друга упадут осколки? Сопротивлением воздуха пренебречь. 9. Две одинаковые лодки массами m = 200 кг (вместе людьми и грузами) движутся в неподвижной воде встречными курсами со скоростями v = 1 м/с относительно воды и пpoходят на небольшом расстоянии друг от друга. В момент, когда лодки поравнялись, с каждой из них на другую был переброшен груз массой m1 = 30 кг со скоростью v1 = 0,5 м/c в перпендикулярном курсу лодки направлении. Определить скорость лодки после переброски грузов и угловое изменение курса каждой лодки. По доске массой m1 = 20 кг и снабженной легкими колесиками пошел человек массой m2 = 60 кг со скоростью v2 = 1 м/с (относительно доски). С какой скоростью v (относительно пола) стала двигаться доска? Трением вращающихся колесиков пренебречь. Пружина жесткостью k = 500 Н/м сжата силой F = 100 Н. Определить работу внешней силы, дополнительно сжимающей эту пружину на Δl = 2 см. 12. Две пружины жесткостью k1 = 0,5 кН/м иk2 = 1 кН/м скреплены параллельно. Определить потенциальную энергию этой системы при абсолютной деформации Δl =4 см. 13. Определить работу по растяжению двух соединенных последовательно пружин с жесткостями k1 = 400 Н/м и k2 = 250 Н/м, если первая пружина при этом растянулась на Δl= 2 см. 14. Из ствола автоматического пистолета вылетела пуля массой m1 = 10 г со скоростью v = 300 м/с. Затвор пистолета массой m2 = 200 г прижимается к стволу пружиной, жесткость которой k = 25 кН/м. На какое расстояние отойдет затвор после выстрела? Пистолет считать жестко закрепленным. 15. Груз, положенный на верхний конец спиральной пружины, сжимает ее на Δl = 3 мм. Каково будет максимальное сжатие пружины при падении того же груза на верхний конец пружины с высоты h = 8 см? На барабан сепаратора диаметром 1 м с моментом инерции J = 15 кг·м2 в течение t = 0,5 мин действует вращающий момент М = 12 Н·м. По прекращении действия вращающего момента в барабан вылили V = 10 л молока плотностью ρ = 1028 кг/м3. Определить частоту вращения сепаратора. Человеку, стоящему на оси неподвижной платформы в виде диска, передали вращающееся на легкой вертикальной оси колесо радиусом 40 см и массой 4 кг, распределенной по ободу колеса. Суммарный момент инерции человека с платформой J = 8 кг·м2 . Центр инерции человека с колесом лежит на оси платформы. Образовав осью колеса угол α = 30° с осью платформы, человек привел ее во вращение. Определить частоту вращения платформы с человеком, если колесо раскручивалось силой натяжения шнура F = 500 Н, действовавшей на обод колеса по касательной в течение t=1,5 с. Человек, стоящий в центре круглой платформы радиусом R=3 м и моментом инерции J = 10 кг·м2, вращающейся с частотой n1=1 с-1, перешел к краю платформы и нажал педаль тормоза, прижимающего деревянную тормозную колодку к деревянному ограждению платформы с силой F= 20 Н. Определить продолжительность торможения. Масса человека m = 80 кг, его момент инерции рассчитывать как для материальной точки. Коэффициент трения f=0,1. Скамья Жуковского с человеком, стоящим в центре ее и опирающимся на лом длиной 1,2 м и массой 12 кг, приведена во вращение натяжением шнура F = 20 H, действовавшим в течение t = 7 с на шкив R = 15 см. Момент инерции скамьи с человеком J = 10 кг·м2. Определить частоту вращения скамьи после того, как человек поднимет лом на грудь, повернув его горизонтально и держась за его середину. Человеку, стоящему на неподвижной скамье Жуковского, передали вращающееся на вертикальной легкой оси колесо массой m = 3 кг и радиусом R = 30 мм. Масса колеса распределена по его ободу. Момент инерции человека со скамьей J = 7,5 кгм2. Определить угловую скорость вращения платформы, если человек перевернет ось вращения колеса на угол α = 180°, оставив ее вертикальной. Колесо приводилось во вращение шнуром-пускателем длиной l = 1,5 м, намотанным на шкив диаметром d = 20 см в течение времени t = 1,5 с. По круговой орбите вокруг Земли обращается спутник массой m = 2 т с периодом T = 105 мин. Определить полную механическую энергию спутника относительно Земли. Спутник массой m = 3 т вращается вокруг Земли по круговой орбите на высоте h= 520 км. Определить полную механическую энергию спутника относительно Земли. 23. Определить механическую энергию, которой обладает Луна, вращаясь в гравитационном поле Земли. Спортсмен мечет диск диаметром d=22 см и массой m = 2 кг под углом α = 45° к линии горизонта с начальной скоростью v = 24 м/с. Определить механическую энергию летящего диска в верхней точке траектории, если частота его вращения в полете n= 4 с-1. Во время игры в городки бита массой 1,3 кг была брошена горизонтально на высоте 1,6 м от земли со скоростью v = 7 м/с. В полете бита вращалась относительно оси, перпендикулярной бите и проходящей через ее середину вертикально с частотой n= 5 с-1. Определить полную механическую энергию биты. Маятник Фуко имеет длину l= 50 м и представляет собой железный шар диаметром d = 20 см. Амплитуда колебания маятника A = 2 м. Определить потенциальную, кинетическую и полную энергии маятника при фазе φ = 5/8 π и соответствующий этому условию момент времени, считая начало отсчета времени в середине траекторий качаний. 27. На стержне массой m1 = 0,1 кг и длинойl=30 см укреплены два одинаковых грузика массой m2 = 0,5 кг: один в середине стержня, другой - на одном из его концов. Стержень с грузиками колеблется около горизонтальной оси, проходящей через свободный конец стержня, достигая максимального углового отклонения α = 3°. Определить приведенную длину маятника, кинетическую и потенциальную энергии при фазе φ = π/3 и соответствующий этому условию момент времени, считая начало отсчета времени в положении равновесия. 28. На невесомом стержне длиной l=1,5 м, качающемся с угловым размахом α = 2,5° относительно горизонтальной оси, перпендикулярной стержню и проходящей через верхний его конец, укреплены грузы m1 = l кг на расстоянии r1 = 1 м от оси и m2 = 2 кг на нижнем конце стержня. Определить приведенную длину маятника, его кинетическую и потенциальную энергии при фазе φ = π/4 и соответствующий этому условию момент времени, считая начало отсчета времени в положении равновесия. На концах невесомого стержня длиной l = 1,7 м, качающегося в вертикальной плоскости относительно горизонтальной оси, перпендикулярной стержню и проходящей на расстоянии r = 20 см от верхнего его конца, укреплены грузы m1 = 0,5 кг на верхнем и m2 = 1,5 кг на нижнем концах. Угловая амплитуда колебаний α = 2°. Определить приведенную длину физического маятника, его кинетическую, потенциальную энергии и фазу колебаний в момент времени t = 1,5 с, отсчитанный от момента прохождения маятником положения равновесия. Груз массой m = 200 г, подвешенный к пружине, удлиняет ее на Δl = 8 см. Определить кинетическую, потенциальную энергии и фазу колебаний в момент времени t = =1 с, отсчитанный от момента прохождения маятником положения равновесия. Предложить альтернативный способ вычисления энергий. Один баллон объемом V1 = 10 л содержит кислород под давлением p1 = l,5 МПа, другой баллон объемом V2 = 22 л содержит гелий под давлением р2 = 0,6 МПа при той же температуре. Баллоны соединили и газы образовали однородную смесь без изменения температуры. Определить парциальные давления, концентрации молекул и массы компонентов смеси, если на вращательное движение молекулы газа приходится энергия εвр = 4,14·10-21 Дж. Предложить варианты решения. Смесь водорода и азота общей массой m = 290 г при температуре T = 600 К и давлении р = 2,46 МПа занимает объем V = 30 л. Определить внутреннюю энергию смеси газов, а также массы и парциальные давления компонентов смеси. 33. Некоторое количество молекул аммиака обладает энергией хаотического движения вдвое больше, чем такое же количество молекул азота. В каком соотношении находятся давления этих газов, если аммиак занимает объем вдвое больший, чем азот? Предложите два способа решения. Средняя энергия вращательного движения молекулы кислорода равна εвр = 2,76· ·10-20 Дж. Давление газа р = 0,5 МПа. Вычислить двумя способами плотность газа и концентрацию его молекул. Смесь состоит из азота с массовой долей w1 = 1/9 и аргона с массовой долей w2 = =8/9 при давлении р = 0,2 МПа. Определить плотность смеси и ее молярную внутреннюю энергию, если концентрация молекул смеси составила 4,83·1025 м-3. Определить массу углекислого газа, продиффундировавшего за 1 час через 1 м2 почвы, прогретой до температуры 27° C. Коэффициент диффузии через почву принять равным D = 0,05 см2/с. Плотность газа у поверхности почвы ρ2 = 1,0·10-2 г/см3, а на глубине h = 0,5 м ρ1 = 1,2·10-2 г/см3. Определить, во сколько раз почва ослабляет диффузию. Сколько теплоты пройдет за 1 час через 1 м2 поверхности льда толщиной 25 см, если температура воздуха 20°С, а температура воды у поверхности льда 0°С? Во сколько раз интенсивность передачи теплоты через лед выше, чем через воздух, при отсутствии теплопередачи конвекцией и излучением? Определить количество теплоты, проходящее через 1 м2 поверхности суглинистой почвы за 1 час, если температура поверхности почвы t1 =18°C, а на глубине h=0,5 м температура t2=10°С. Во сколько раз процесс теплопроводности через почву интенсивнее, чем через воздух? Определить градиент плотности углекислого газа в почве, если через площадь S = 1 га за время t = 2 часа в атмосферу прошел газ массой m = 6 кг. Коэффициент диффузии D = 0,04 см2/с. Определить, во сколько раз почва ослабляет диффузию, если температура атмосферы tВ=17°С. Определить толщину слоя песчаной почвы, если за время t = 3 часа через площадь S = 1 га проходит теплота Q = 511 Дж. Температура у поверхности почвы t1 = =20°С, а в нижнем слое t2 = 7°С. Определить, во сколько раз процесс теплопроводности в песчаной почве интенсивнее, чем в воздухе. 41. Определить показатель адиабаты γ идеального газа, который при температуре T=350 К и давлении p = 0,4 МПа занимает объем V==300 л и имеет теплоемкость <CV> = 857 Дж/К. 42. Трехатомный газ под давлением р = 240 кПа и температуре t = 20° С занимает объем V= 10 л. Определить теплоемкости этого газа при постоянном объеме <Cv> и при постоянном давлении <СР>. Определить отношение показателя адиабаты cмеси газов, полученной при смешении m1= 5 г гелия и m2=2 г водорода, к показателям адиабаты чистых компонентов. Считая влажный воздух двухкомпонентной смесью газов, вычислить молярные изохорическую Сv и изобарическую Сp теплоемкости три температуре t=21°С и относительной влажности φ=89%. Определить молярные теплоемкости Ср и Cv и показатель адиабаты для смеси, образованной m1= 1 г азота, m2= 12 г кислорода и m3=18 г углекислого газа. 46. Углекислый газ в количестве m = 200 г, являясь рабочим телом в цикле Карно, отдал охладителю теплоту Q2 = 14 кДж. Определить температуру Т1 нагревателя и отношение объемов газа при изотермическом расширении, если при температуре охладителя Т2 = 280 К работа цикла составила А = 6 кДж. . Гелий, являясь рабочим веществом в цикле Карно, получил от нагревателя теплоту Q1 = 4,38 кДж и совершил за один цикл работу A = 2,4 кДж. Температура охладителя T2 = 273 К. Определить температуру нагревателя и отношение объемов газа в конце и начале адиабатического расширения. . Азот, совершая цикл Карно, отдал охладителю 67% теплоты, полученной от нагревателя. Определить массу газа и температуру охладителя, если температура нагревателя Т1 = 430 К, а объем газа в процессе изотермического расширения увеличился втрое при совершении им работы 18 кДж. . Водяной пар, совершая цикл Карно, получил теплоту Q1 = 84 кДж. Определить количество газа и его работу за один цикл, если температура нагревателя в три раза больше температуры охладителя T2 = 300 К, а объем газа уменьшился в 4 раза в процессе потери им теплоты в охладителе. . Одноатомный газ в цикле Карно совершил работу А = 100 Дж, получив Q1 = 500 Дж теплоты от нагревателя, имеющего температуру T1 = 400 К. Определите температуру охладителя и количество рабочего вещества, совершившего цикл, если в процессе адиабатического расширения газ совершил работу 2 кДж. . Найти массу m воды, вошедшей в стеклянную трубку с диаметром канала d= 0,8 мм, опущенную в воду на малую глубину. Считать смачивание полным. . Какую работу А надо совершить при выдувании пузыря, чтобы увеличить его объем от V1 = 8 см3 до V2=16 см3? Считать процесс изотермическим. 53. Какая энергия Е выделится при слиянии двух капель ртути диаметром d1=0,8 мм и d2 = l,2 мм в одну каплю? 54. Глицерин поднимается в капиллярной трубке с диаметром канала d = l мм на высоту h = 20 мм. Определить коэффициент поверхностного натяжения α глицерина. Считать смачивание полным. 55. Найти добавочное давление внутри мыльного пузыря диаметром d = 5 см. Какую работу нужно совершить, чтобы выдуть этот пузырь? 56. На расстоянии d = 30 см находятся два точечных заряда q1 = - 20 нКл и q2 = 40 нКл. Определить силу F, действующую на заряд q3=12 нКл, удаленный от обоих зарядов на одинаковое расстояние а = 20 см. 57. Расстояние между точечными зарядами q1 = 32·10-6 Кл и q2 = -32·10-6 Кл равно 12 см. Определить напряженность и потенциал поля в точке, удаленной на 8 см от первого и от второго зарядов. . Определить напряженность E поля, создаваемого тонким длинным стержнем с линейной плотностью заряда τ = 20 мкКл/м в точке, находящейся на расстоянии а = =4 см от стержня, вблизи от его середины. . Две параллельные заряженные плоскости бесконечной протяженности, поверхностные плотности зарядов которых σ1 = 4 мкКл/м2 и σ2 = -0,8 мкКл/м2, находятся на расстоянии d = 0,6 см. Определить разность потенциалов U между плоскостями. . С какой силой (на единицу длины) взаимодействуют две заряженные бесконечно длинные параллельные нити с одинаковой линейной плотностью заряда τ = 40 мкКл/м, находящиеся на расстоянии r = 8 см друг от друга? 61. Пылинка массой m = 20 мкг, несущая на себе заряд q = 40 нКл, влетела в электрическое поле в направлении силовых линий. После прохождения разности потенциалов U = 300 В пылинка имела скорость v = 10 м/с. Определить скорость пылинки до того как она влетела в поле. . Электрон, обладавший кинетической энергией WK = 20 эВ, влетел в однородное электрическое поле в направлении силовых линий поля. Какой скоростью будет обладать электрон, пройдя в этом поле разность потенциалов U=16 В? . Электрон, пройдя в плоском конденсаторе путь от одной пластины до другой, приобрел скорость v = 105 м/с. Расстояние между пластинами d = 10 мм. Найти: 1) разность потенциалов между пластинами, 2) поверхностную плотность заряда σ на пластинах. . Пылинка m = 3 нг, несущая на себе N= 10 электронов, прошла в вакууме ускоряющую разность потенциалов U = 2 мВ. Какова кинетическая энергия пылинки? Какую скорость приобрела пылинка? Ион атома лития Li+ прошел разность потенциалов U1 = 300 В, ион атома натрия Na+ - разность потенциалов U2 = 400 В. Найти отношение скоростей этих ионов. 66. Пространство между пластинами плоского конденсатора заполнено двумя слоями диэлектрика: стекла толщиной d1 = 0,3 cм и слоем парафина d2 = 0,4 см. Разность потенциалов между обкладками U = 400 В. Определить напряженность Е поля и падение потенциала в каждом из слоев. . Два одинаковых плоских воздушных конденсатора, соединены последовательно в батарею, которая подключена к источнику тока с ЭДС ε= 10 В. Определить, насколько изменится напряжение на одном из конденсаторов, если другой поместить в трансформаторное масло. . Плоский конденсатор с площадью пластин S = 100 см2 каждая, заряжен до разности потенциалов U = 3 кВ. Расстояние между пластинами d = 4 см. Диэлектрик - стекло. Определить энергию W поля конденсатора и плотность w энергии поля. 69. Четыре одинаковые капли ртути, заряженных до потенциала φ1 = 20 В, сливаются в одну. Каков потенциал φ2 образовавшейся капли? 70. Плоский конденсатор состоит из двух круглых пластин радиусом R =12 см каждая. Расстояние между пластинами d= 3 мм. Конденсатор присоединили к источнику напряжения U = 100 В. Определить заряд q и напряженность Е поля конденсатора в двух случаях: а) диэлектрик - воздух; б) диэлектрик - стекло. 71. Определить силу токов на всех участках электрической цепи (рис. 16), если ε1 = =10 В, ε2= 12В, R1 = 2 Ом, R2 = 2 Ом, R3 = 8 Ом, R4 =4 Ом. Внутренними сопротивлениями источников тока пренебречь.  Рисунок 16 Рисунок 17 72. Два источника тока ε1 = 10 В с внутренним сопротивлением r1 = 4 Ом и ε2 = 6 В с внутренним сопротивлением r2=2 Ом соединены, как показано на рис. 17. Определить силы тока в проводнике и источниках тока. Сопротивление проводника R = 6 Ом. Две батареи (ε1= 10 B, r1 = 2 Ом, ε2= 24 В, r2 = 6 Ом) и проводник сопротивлением R = 16 Ом соединены как показано на рис. 17. Определить силу тока в батареях и проводнике. Определить силу тока I3 в проводнике R3 (рис. 18) и напряжение U3 на концах этого проводника, если ε1=8 В,ε2 = 10 В, R1 = 2 Ом, R2 = 4 Ом, R3 = 3 Ом. Внутренним сопротивлением источников тока пренебречь.  Рисунок 18 Рисунок 19 Электрическая цепь состоит из двух гальванических элементов, трех сопротивлений и гальванометра (рис. 19). В этой цепи R1 = 50 Ом, R2 = 25 Ом, R3 = 5 Ом, ЭДС элемента ε1 = 4 В. Гальванометр регистрирует ток I3 = 40 мА, идущий в направлении, указанном стрелкой. Определить ЭДС второго элемента. Сопротивлением гальванометра и внутренним сопротивлением элементов пренебречь. 76. Воздух между плоскими электродами ионизационной камеры ионизируется рентгеновскими лучами. Сила тока, текущего через камеру, 1,2·10-6 А. Площадь каждого электрода 300 см2, расстояние между ними 2 см, разность потенциалов 100 В. Определить концентрацию пар ионов между пластинами, если ток далек от насыщения. Подвижность положительных и отрицательных ионов равна соответственно 1,4 и 1,9 см2/В·с. Заряд каждого иона равен элементарному заряду. 77. Газ, заключенный в ионизационной камере между плоскими пластинами, облучается рентгеновскими лучами. Определить плотность тока насыщения jнас, если ионизатор образует в объеме V = 3 см3 газа n = 5·106 пар ионов в секунду. Принять, что каждый ион несет на себе элементарный заряд. Расстояние между пластинами камеры d= 2 см. 78. Объем газа, заключенного между электродами ионизационной камеры, 0,5 л. Газ ионизируется рентгеновскими лучами. Сила тока насыщения 4·10-9 А. Сколько пар ионов образуется в 1 с в 1 см3 газа? Заряд каждого иона равен элементарному заряду. 79. Воздух ионизируется рентгеновскими лучами. Определить удельную проводимость σ воздуха, если в объеме V= 1 см3 газа находится в условиях равновесия n = =108 пар ионов. 80. К электродам разрядной трубки, содержащей водород, приложена разность потенциалов U = 10 В. Расстояние между электродами равно 25 см. Ионизатор создает в объеме V = 1 см3 водорода n = 107 пар ионов в секунду. Найти плотность тока j в трубке. 10.3. КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 2 Таблица вариантов контрольных работ для студентов–заочников инженерных специальностей: электрификация с/х, механизация с/х, промышленно– гражданское строительство, водное хозяйство и земельный кадастр
Пример: шифр зачетной книжки МХ – 02 – 34; последняя цифра – 4, следова- тельно, 4-й вариант, предпоследняя цифра – 3 (нечетная), следовательно, левый стол- бец. Необходимо решить следующие задачи: 84, 95, 101, 112, 124, 134, 145, 147, 55, 159. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||