умк_Вабищевич_Физика_ч.1. умк_Вабищевич_Физика_ч. Учебнометодический комплекс для студентов технических специальностей в двух частях Часть 1 Новополоцк 2005 2 удк 53 (075. 8)
 Скачать 1.81 Mb.
|
|
Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования Полоцкий государственный университет С.А. Вабищевич, В.А. Груздев, ГА. Дубченок В.Г. Залесский, ГМ. Макаренко ФИЗИКА УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС для студентов технических специальностей В двух частях Часть 1 Новополоцк 2005 2 УДК 53 (075.8) ББК 22 я В 12 РЕЦЕНЗЕНТЫ В.И. Семенов, член.-корр. БИА, канд. техн. наук, генеральный директор ОАО Полоцкий завод «Проммашремонт»; Н.В. Ощепкова, доцент кафедры физики, канд. техн. наук ЛИ. Прокопович, доцент кафедры физики, канд. физмат. наук Одобрен и рекомендован к изданию методической комиссией геодезического факультета В 12 Вабищевич С.А., Груздев В.А., Дубченок ГА, Залесский В.Г., Макаренко ГМ. Физика учебно-методический комплекс для студентов технических специальностей. В х ч. Ч. 1. – Новополоцк: ПГУ, 2005. – 232 с. ISBN 985-418-322-X (Ч. 1) ISBN 985-418-324-6 УМК состоит из семи учебно-методических модулей, которые изучаются в течение трех семестров. Первая часть УМК включает три модуля Механика материальной точки, Механика материальных тел. Модель системы материальных точек, Молекулярно- кинетическая теория. Основы термодинамики. Объединение содержательного материала этих модулей в одну книгу обусловлено рабочей программой дисциплины на один семестра также тем, что в основу модуля «Молекулярно-кинетическая теория. Основы термодинамики положена модель классической механики движения частиц газа. УДК 53 (075.8) ББК 22 я ISBN 985-418-322-X (Ч. 1) ISBN 985-418-324-6 © С.А. Вабищевич, В.А. Груздев, ГА. Дубченок, В.Г. Залесский, ГМ. Макаренко, 2005 © УО Полоцкий государственный университет, 2005 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ ..............................................................................................................................5 УЧЕБНЫЙ МОДУЛЬ № 1 МЕХАНИКА МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ .........................9 Введение ...................................................................................................................................9 Учебно-методическая структура модуля .............................................................................10 Методическая программа модуля .........................................................................................10 1. УЧЕБНЫЙ БЛОК КИНЕМАТИКА ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ ..................................................................................................12 1.1. Краткое содержание теоретического материала ..........................................................13 1.2. Методические указания к лекционным занятиям ........................................................22 1.3. Методические указания к практическим занятиям .......................................................23 1.4. Примеры решения задач .................................................................................................25 1.5. Задачи для самостоятельного решения .........................................................................32 2. УЧЕБНЫЙ БЛОК ДИНАМИКА ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ ................................................................................................34 2.1. Краткое содержание теоретического материала ..........................................................35 2.2. Методические указания к лекционным занятиям ........................................................49 2.3. Методические указания к практическим занятиям .....................................................50 2.4. Примеры решения задач .................................................................................................52 2.5. Задачи для самостоятельного решения .........................................................................63 3. УЧЕБНЫЙ БЛОК КОЛЕБАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ .......69 3.1. Краткое содержание теоретического материала ..........................................................71 3.2. Методические указания к лекционным занятиям ........................................................80 3.3. Методические указания к практическим занятиям ......................................................81 3.4. Примеры решения задач .................................................................................................82 3.5. Задачи для самостоятельного решения .........................................................................86 УЧЕБНЫЙ МОДУЛЬ № 2 МЕХАНИКА МАТЕРИАЛЬНЫХ ТЕЛ. МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ МАТЕРИАЛЬНЫХ ТОЧЕК ...........................................................91 Введение ..................................................................................................................................91 Учебно-методическая структура модуля .............................................................................92 Методическая программа модуля .........................................................................................92 1. УЧЕБНЫЙ БЛОК СТАТИКА .......................................................................................94 1.1. Краткое содержание теоретического материала ..........................................................95 1.2. Методические указания к лекционным занятиям ........................................................99 1.3. Методические указания к решению задач ....................................................................99 1.4. Примеры решения задач ...............................................................................................100 2. УЧЕБНЫЙ БЛОК ДИНАМИКА ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА ..105 2.1. Краткое содержание теоретического материала ........................................................106 2.2. Методические указания к лекционным занятиям ..........................................................117 2.3. Методические указания к решению задач ....................................................................118 2.4. Примеры решения задач ...............................................................................................120 2.5. Вопросы к коллоквиуму ...............................................................................................133 3. УЧЕБНЫЙ БЛОК КОЛЕБАНИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА ..............................................134 3.1. Краткое содержание теоретического материала ........................................................134 4 3.2. Вопросы для самоконтроля ..........................................................................................138 3.3. Примеры решения задач ...............................................................................................138 3.4. Практическое занятие ...................................................................................................139 3.5. Задачи для самостоятельного решения .......................................................................140 4. УЧЕБНЫЙ БЛОК МЕХАНИКА ЖИДКОСТИ .........................................................142 4.1. Краткое содержание теоретического материала ........................................................143 4.2. Вопросы для самоконтроля ..........................................................................................148 4.3. Примеры решения задач ...............................................................................................149 4.4. Практическое занятие ...................................................................................................151 4.5. Задачи для самостоятельного решения .......................................................................151 УЧЕБНЫЙ МОДУЛЬ № 3 «МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ. ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ ......................................................................................155 Введение .................................................................................................................................155 Учебно-методическая структура модуля ...........................................................................156 Методическая программа модуля .......................................................................................156 1. УЧЕБНЫЙ БЛОК ЗАКОНЫ СОСТОЯНИЯ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА .......................157 1.1. Краткое содержание теоретического материала ........................................................158 1.2. Методические указания к лекционным материалам ..................................................172 1.3. Методические указания к практическим занятиям ....................................................173 1.4. Примеры решения задач ...............................................................................................174 2. УЧЕБНЫЙ БЛОК ЯВЛЕНИЯ ПЕРЕНОСА ...............................................................189 2.1. Краткое содержание теоретического материала ........................................................190 2.2. Методические указания к лекционным материалам ..................................................199 2.3. Методические указания к практическим занятиям ....................................................200 2.4. Примеры решения задач ...............................................................................................201 3. УЧЕБНЫЙ БЛОК ТЕРМОДИНАМИКА. АГРЕГАТНОЕ СОСТОЯНИЕ ВЕЩЕСТВА ....209 3.1. Краткое содержание теоретического материала ........................................................210 3.2. Вопросы для самоконтроля ..........................................................................................224 3.3. Практические занятия ...................................................................................................225 3.4. Примеры решения задач ...............................................................................................227 ЛИТЕРАТУРА ......................................................................................................................231 ВВЕДЕНИЕ Учебно-методический комплекс (УМК) разрабатывался как система взаимосвязанных и взаимодополняющих средств и способов обучения, проектируемых в соответствии с учебной программой и выбранным дидактическим процессом, необходимых и достаточных для реализации требований образовательного стандарта [4]. Предполагается, что УМК по учебной дисциплине Физика будет способствовать системному решению трех следующих задач – контроль исходного уровня подготовки учащихся по физике – осуществление необходимых, в том числе обусловленных исходным уровнем подготовки, технологий организации процесса обучения – организация перманентного контроля результатов обучения, необходимого для своевременной корректировки процесса обучения (обратная связь) и обеспечения требуемых результатов конечного контроля подготовки учащегося. Для реализации педагогической системы в данный УМК заложены следующие функции – методическое обеспечение курса физики – дидактические средства обучения, объединенные конечными целями обучения – адаптация содержания курса физики к образовательному стандарту специальности – предъявление новых знаний и развитие новых навыков и умений – развитие творческой активности и потенциала учащегося. Основой УМК является обобщенный для технических специальностей стандарт по курсу физики, как необходимый уровень естественнонаучной подготовки к изучению общеобразовательных и специальных дисциплин. Для учащихся УМК предлагает – рекомендации по выбору учебников и методических пособий, необходимых для достижения целей обучения при минимизированном бюджете времени – рекомендации по самоорганизации и содержанию самостоятельной работы над курсом, как одной из самых эффективных форм обучения новым навыками умениям – методические материалы для различных форм учебного процесса – перечень требований для самооценки и выбора уровней результатов обучения, что необходимо для реализации индивидуальной траектории и результатов обучения. Для преподавателей учебно-методический комплекс может оказаться полезным, во-первых, при адаптации курса физики к учебным программам специальных дисциплин, на чем обычно настаивают профилирующие кафедры ноне удалением ненужных разделов и тема вариацией уровня изучения тех или иных разделов при сохранении целостности курса физики, как естественнонаучной дисциплины. Во-вторых, УМК может избавить от значительной рутинной работы по подготовке материалов контроля. И, в-третьих, позволяет унифицировать оценку знаний, умений и навыков при контроле, проводимом на разных специальностях и различными преподавателями. Обычно курс физики для технических специальностей изучается в течение 2 – 3 семестров (250 – 450 часов, поэтому УМК построен по модульно-блочному принципу. Учебный модуль представляет собой единицу курса, единство которой основано на используемой физической модели или на совокупности физических явлений, относимых к единому классу. В свою очередь учебный модуль состоит из учебных блоков, формируемых на тех же принципах, нос большей детализацией. Как и УМК, каждый модуль и блок представляют содержание в виде завершенного элемента в структуре учебного курса содержат собственные цели обучения конкретное технологическое и методическое обеспечение обучения предусматривают текущий и итоговый контроль наряду с элементами самоконтроля. Таким образом, учебный модуль содержит все структурные элементы, рекомендованные в моделях УМК [2, 3]. Настоящее издание охватывает 3 модуля и содержит учебную и методическую программы к этим модулям перечень рекомендуемой литературы с указанием рекомендуемых разделов перечень требований к знаниям, умениями навыкам краткое содержание теоретического материала примеры решения типовых задач задачи для самостоятельного тренинга. В рамках УМК издание дополняется следующими издаваемыми отдельно брошюрами 1. Банк задач по каждому модулю для самостоятельной подготовки и текущего контроля обучения. Задачи оценены в баллах в соответствии с уровнем их сложности. 2. Банк тестовых заданий для текущего (рейтингового) контроля успешности обучения. Тестовые задания сгруппированы по темам каждого модуля и уровням сложности, что позволяет использовать банк для контроля с использованием ЭВМ. 3. Методические указания к лабораторному практикуму по каждому модулю. К выдаче студентам для работы в период обучения предназначены настоящее издание и брошюра с банком задач для самоподготовки. Вторая часть УМК по курсу Физика издается отдельной книгой, содержит 4 модуля, построенных на тех же, что и первая часть, методических и структурных принципах. Учебно-методический комплекс разработан коллективом преподавателей кафедры физики Полоцкого государственного университета в составе профессора ГМ. Макаренко, доцентов С.А. Вабищевича и В.Г. Залесского, старшего преподавателя ГА. Дубченка, под общим руководством заведующего кафедрой физики, профессора В.А. Груздева. Методические указания для учащихся При изучении курса физики рекомендуется использовать настоящий учебно-методический комплекс следующим образом 1. По заданной теме необходимо найти соответствующий модуль и блок учебного материала 2. Прочитать краткое содержание теоретического материала блока, выписать основные (базовые) формулы, к которым относятся формулы- определения и формулы – физические законы. Например p m = υ (импульс тела) – формула-определение; dr dt υ = (скорость по перемещению) – фор- мула-определение; 2 2 x x d d x a dt dt υ = = (ускорение по координате х) – формула- определение. Но F ma = – закон y F kx = − – закон 3. Выучить (запомнить) базовые формулы. Методика запоминания может быть различной, поэтому целесообразно пользоваться наиболее эффективной (привычной) для учащегося 4. Прочитать раздел Студент должен знать. Оценить соответствие своих знаний требованиям. При необходимости вернуться к Краткому содержанию для повторного прочтения 5. Обратиться к разделу Вопросы для самоконтроля. Ответить на вопросы. Если возникают затруднения с ответами, вернуться к разделу Краткое содержание или к рекомендуемой литературе 6. После ответов на вопросы для самоконтроля перейти к разделу Примеры решения задач. Студенты должны изучить приведенные в разделе примеры решения типовых задач до полного их понимания 8 7. Обратиться к разделу Студент должен уметь. Проверить соответствие своих умений предъявляемым требованиям. Одним из способов проверки может быть составление алгоритма Ваших действий для определения (нахождения) требуемых величин по заданным. В случае возникновения затруднений надо обратиться к примерам решения типовых задач или за консультацией к преподавателю 8. Приступить к самостоятельному решению предложенных для этого задач. При этом рекомендуется следующий порядок 8.1. Сконцентрируйте данные величины, переведите их в систему СИ 8.2. Сделайте необходимый рисунок, поясняющий физическую суть задачи 8.3. Попробуйте записать предварительный ответ, те. формулу (уравнение) для искомой величины. Если в этой формуле (уравнении) содержатся неизвестные (не данные в условии) величины, то запишите известные Вам формулы для этих неизвестных величин. В результате должно получиться столько формул (уравнений, сколько неизвестных величин они содержат. Полученная система уравнений позволяет найти искомую в задаче величину 8.4. Получите решение задачи в общем виде (без подстановки конкретных значений величин 8.5. Проверьте полученный ответ методом анализа размерностей. После этого можно находить значение искомой величины 9. После приобретения требуемых знаний и навыков можно приступать к контрольному тестированию (по рекомендации преподавателя) успешности обучения в классе ЭВМ или выполнению контрольных заданий. Результаты тестирования или выполнения контрольных заданий сформируют рейтинговую оценку Ваших знаний. В случае успешного их выполнения эта оценка будет достаточной для получения минимальной положительной экзаменационной оценки. В процессе выполнения экзаменационного задания студент может повысить итоговую экзаменационную оценку до максимальной. УЧЕБНЫЙ МОДУЛЬ № 1 МЕХАНИКА МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ Введение В данном учебном модуле рассматриваются основные законы, закономерности и принципы классической механики в упрощенной модели объектов – модели материальной точки. Эта модель облегчает изучение базовых понятий и законов механики, ограничивая их объем рассмотрением только поступательного движения. В тоже время модель материальной точки позволяет сформировать достаточную базу знаний для описания новых видов движения, присущих системам материальных точек, образующих жидкие и твердые тела течение жидкости и вращательное движение твердого тела, статическое состояние твердых тел. Модуль содержит три учебных блока 1. Кинематика поступательного движения материальной точки. 2. Динамика поступательного движения материальной точки. 3. Колебательное движение материальной точки. В первом блоке рассматриваются общепринятые параметры поступательного движения, связь между параметрами. Вводятся элементы дифференциального и интегрального исчисления для определения для определения параметров поступательного движения. Рассматриваются различные виды поступательного движения и основные закономерности, относящиеся к ним. Поясняются принципы суперпозиции и относительности движения. Во втором блоке рассматриваются контактные и неконтактные взаимодействия материальных точек на основе законов Ньютона. Вводится понятие системы материальных точек и механические параметры системы. Рассматриваются виды механической энергии и принцип эквивалентности работы и энергии, законы сохранения энергии и импульса материальных точек и их систем. В третьем блоке рассматриваются колебания материальной точки под действием упругих (квазиупругих) сил, виды колебательных движений. Показана эквивалентность дифференциального уравнения Ньютона и уравнений с гармоническими функциями для резонанса колебательных систем. На основе принципа суперпозиции движений представлены вопросы сложения колебаний при различных условиях. Вводятся понятия поляризации, интерференции, когерентности, векторных диаграмм. Для приобретения запланированных в модуле навыков в каждом учебном блоке даны примеры решения типовых задач. 10 |