17

Волгоградский государственный технический университет

Кафедра «Экспериментальная физика»

Материалы

курса физики, ч. 1 «Механика и термодинамика»

для студентов групп ИИТ-173, УТС-120, АТП-121

(первый семестр, сентябрь-май 2013 г.)

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

1. Экзаменационные вопросы………………………………………………….. 2

2. Вопросы теоретического минимума………………………………………… 4

3. Семинары ……………………………………………………………….….. 5

4. Литература……………………………………………………………..……. 5

5. Рейтинговые оценки в семестре …………………………………………….. 5

6. Правила представления семестровых работ………………………………... 6

7. Задачи семинаров ………………………………………………………… 10

Лектор курса

Владимир Константинович Михайлов

Волгоград 2013

1. Экзаменационные вопросы

(34 лекционных часа)

1. Движение точки в пространстве: траектория, перемещение и путь, мгновенная и средняя скорости, ускорение. Кинематические уравнения равноускоренного движения по прямой.

2. Движение точки по окружности: угловая и линейная скорости. Радиальное, касательное и угловое ускорения. Период и частота.

3. Сила. Сложение сил. Третий закон Ньютона. Инерциальные системы отсчёта. Первый закон Ньютона. Принцип относительности Галилея.

4. Второй закон Ньютона. Импульс силы. Центростремительная сила.

5. Определение силового поля. Силовые линии. Однородное и радиальное поля. Работа поля. Свойства работы: аддитивность и алгебраичность. Определение мощности. Единицы работы и мощности.

6. Определение силового поля. Определение потенциального поля. Основное свойство потенциального поля (работа по контуру). Потенциальность однородного и центрального полей.

7. Определение потенциального поля. Потенциальная энергия частицы в поле. Связь работы поля с изменением потенциальной энергии частицы. Сила как градиент потенциальной энергии.

8. Кинетическая энергия частицы и её связь с работой. Полная механическая энергия частицы и её связь с работой сторонних сил. Закон сохранения механической энергии частицы.

9. Импульс системы частиц и его изменение под действием внешних сил. Законы сохранения импульса и механической энергии системы частиц.

10. Столкновение двух частиц. Абсолютно упругий и абсолютно неупругий удары. Прямой и косой удары шаров. Преобразование скоростей при прямом абсолютно упругом ударе шаров.

11. Центр масс системы частиц. Импульс системы частиц. Уравнение движения центра масс. Центр тяжести системы частиц.

12. Момент инерции и момент импульса частицы. Вектор угловой скорости. Момент силы. Уравнение движения частицы по окружности.

Момент импульса системы частиц. Закон сохранения момента импульса системы частиц.

13. Момент инерции твёрдого тела относительно заданной оси. Аддитивность момента инерции. Вычисление момента инерции (на примерах диска и стержня). Теорема Штейнера.

14. Уравнение вращения твёрдого тела. Работа внешней силы при вращении твёрдого тела. Кинетическая энергия вращающегося тела.

15. Инерциальные системы отсчёта. Преобразование Галилея. Неинерциальные системы. Сила инерции при поступательном движении.

16. Силы инерции в равномерно вращающейся системе. Примеры.

17. Уравнение свободных незатухающих синусоидальных колебаний и его общее решение Период, частота, фаза, амплитуда. Начальные условия. Колебания шарика на пружине (пружинный маятник).

18. Уравнение свободных незатухающих синусоидальных колебаний и его общее решение Период, частота, фаза, амплитуда. Начальные условия. Малые колебания математического маятника.

19. Уравнение свободных незатухающих синусоидальных колебаний и его общее решение Период, частота, фаза, амплитуда. Начальные условия. Малые колебания физического маятника. Приведённая длина.

20. Преобразования энергии при колебаниях пружинного и математического маятников.

21. Затухающие колебания: уравнение колебаний, его решение, график решения, первичные и вторичные параметры колебательных систем с затуханием. Слабое затухание. Критическое сопротивление среды.

22. Уравнение затухающих колебаний и его решение. Потери энергии при колебаниях. Добротность колебательной системы и её связь с другими параметрами.

23. Вынужденные колебания. Переходный и установившийся процессы. Вынужденные колебания пружинного маятника. Амплитудно-частотная характеристика колебательной системы. Резонанс. Добротность.

24. Предмет термодинамики. Моль, число Авогадро, молярная масса. Оценка размеров молекул.

25. Понятие термодинамической системы. Равновесное и неравновесное состояния системы. Время релаксации. Параметры состояния и уравнение состояния. Процессы: равновесный, неравновесный, обратимый, циклический. Внутренняя энергия системы. Температура как мера средней кинетической энергии молекул. Измерение температуры.

26. Работа системы и работа над системой. Передача тепла. Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия системы как функция её состояния. Толкование теплоты и работы в термодинамике.

27. Понятие идеального газа. Уравнение состояния идеального газа. Закон Авогадро. Эквивалентная форма уравнения состояния.

28. Удельная и молярная теплоёмкости, единицы их измерения. Теплоёмкости идеальных газов при постоянном объёме и при постоянном давлении.

29. Изопроцессы в идеальном газе. Уравнения изопроцессов. Теплоёмкости и работы при изопроцессах.

30. Адиабатный процесс в идеальном газе. Адиабатный процесс в тропосфере, снижение температуры с высотой.

31. Адиабатный процесс в идеальном газе. Изотермическая модель атмосферы. Барометрическая формула.

32. Формулировки второго закона термодинамики. Цикл Карно. Схема тепловой машины. КПД тепловой машины.