Физика / 1

Лекция №1 (Эбергард)

Теоретические вопросы:

1. Какое движение называется реактивным?

2. При каких условиях выполняется закон сохранения импульса?

3. Сформулируйте и запишите основной закон динамики вращательного движения твердого тела вокруг неподвижной оси.

4. Дайте определение углового ускорения

Тест:

1. Направление импульса совпадает с направлением:

1. силы

2. массы

3. скорости

2. Реактивное движение – это движение…

1. …при котором импульс тела увеличивается

2. …при котором импульс тела уменьшается

3. …возникающее при отделении от тела с какой-либо скоростью некоторой его части

3. В наиболее простом случае закон сохранения импульса может быть сформулирован следующим образом:

1. Произведение массы тела на его ускорение равно силе

2. При взаимодействии двух тел их общий импульс остается неизменным

3. Действию всегда есть равное и противоположное взаимодействие

4. Чем больше сила, приложенная к телу, тем больше его ускорение

4. По второму закону Ньютона сила, действующая на тело, может быть рассчитана по формулам:

1. 

2. 

3. 

5. Сила как физическая величина характеризуется…

1. …направлением и точкой приложения

2. …модулем и точкой приложения

3. …направлением, модулем и точкой приложения

6. Укажите тело, с которым может быть связана инерциальная система отсчета:

1. Трогающийся с места автомобиль

2. Стартующая ракета

3. Капля дождя, падающая вертикально вниз с постоянной скоростью

7. Для каких физический явлений был сформулирован принцип относительности Галилея?

1. Только для механических явлений

2. Для механических и тепловых явлений

3. Для механических, тепловых и электромагнитных явлений

8. Какая из приведенных ниже пар величин совпадает по направлению?

1. сила и ускорение

2. сила и перемещение

3. ускорение и перемещение

9. Изолированная материальная точка это:

1. бесконечно малый участок

2. точка, на которую не действуют другие материальные точки

3. материальная точка, находящаяся в замкнутом пространстве

10. Траектория материальной точки, брошенной под углом к горизонту, представляет собой:

1. параболу с горизонтальной осью симметрии

2. параболу с вертикальной осью симметрии

3. гиперболу с вертикальной осью симметрии

Задачи: №1: Тело массой 4 кг под действием некоторой силы приобрело ускорение 2м/. Какое ускорение приобретает тело массой 10 кг под действием такой же силы?

Дано: СИ

а2 - ?

Решение: Запишем для тел 2 закон Ньютона

, где m-масса, a- ускорение

Отсюда:

= =м⁄= 0,8м/

Ответ: 0,8м/

№2: Два неупругих тела, массы которых 2 и 6 кг, движутся навстречу друг другу со скоростями 2м/c каждое. С какой скоростью и в каком направлении будут двигаться эти тела после удара?

Дано: СИ

v’-?

Решение: используя закон сохранения импульса, имеем:

-=(+)´ =˃ ´==1 м/c

Ответ: 1 м/c

Лекция №2 (Эбергард)

Теоретические вопросы:

1. Сформулируйте закон сохранения механической энергии. В чём заключается его физическая сущность?

2. Приведите формулу момента силы относительно неподвижной точки в векторном и скалярном виде.

3. Какова связь между потенциальной энергией и силой?

4. Дайте определение момента импульса.

Тест:

1. Формула кинетической энергии:

1. 

2. 

3. 

2. Какие значения принимает кинетическая энергия:

1. Только положительна

2. Только отрицательна

3. Положительна и отрицательна

3. В потенциальных полях действуют:

1. Диссипативные силы

2. Консервативные силы

3. Все перечисленное

4. Абсолютно неупругими называются тела, для которых коэффициент восстановления

1. 

2. 

3. 

5. Теорема Штейнера:

1. 

2. 

3. 

6. При абсолютно упругом соударении:

1. Сохраняется механическая энергия тел

2. Тела при столкновении движутся как одно целое

3. Коэффициент восстановления равен 0

7. Мощность измеряется в:

1. Дж

2. Вт

3. Кл

8. Формула деформирующей силы:

1. 

2. 

3. 

9. Кому принадлежит идея закона сохранения механической энергии?

1. Ломоносову

2. Ньютону

3. Штейнеру

10. Формула элементарной работы:

1. 

2. 

3. 

Задачи:

№1: Получите формулу для момента инерции однородного шара J, который имеет радиус R и массу m по отношению к оси, которая проходит через его центр масс.

Решение:

Разобьем весь шар на элементарные массы. Такой массой будет диск радиуса r, на расстоянии h от диска, который проходит через центр масс шара.

Причем

Момент инерции для элемента массы запишем как:

где для рассматриваемого диска имеем:

(где – плотность шара, V – его объём, dh – высота рассматриваемого диска)Тогда элементарный момент инерции равен:

Для того, чтобы найти момент инерции всего шара, относительно оси, которая проходит через его центр масс возьмем интеграл по объему шара:

Ответ:

№2:По горизонтальной плоскости катится диск со скоростью . Определить коэффициент сопротивления, если диск, будучи предоставленным самому себе, остановился, пройдя путь S=18м.

Дано: СИ

k - ?

Решение:

Так как диск катится, он будет вращаться с угловой скоростью и двигаться поступательно со скоростью .

(где R – радиус диска)

Тогда равно:

Кинетическая энергия вращения равна:

, где и

(J – момент инерции сплошного диска)

Тогда

Помимо вращения существует поступательное движение со скоростью . Тогда кинетическая энергия поступательного движения равна

Тогда полная кинетическая энергия равняется

Когда диск катится, на него действует сила трения равная

(где k – коэффициент сопротивления)

Работа сил трения равна

Тогда

Ответ:

Лекция №3 (Григорьева)

Теоретические вопросы:

1. В чем отличие вынужденных колебаний от затухающих?

2. Что называется механическим резонансом?

3. Чему равна плотность потока энергии?

4. От чего зависит амплитуда вынужденных колебаний?

Тест:

1.Уравнение гармонических колебаний:

1. 

2. 

3. 

2. Формула частоты колебаний:

1. 

2. 

3. 

3.Формула плотности потока энергии:

1. 

2. 

3. 

4.Энергия, переносимая волной:

1. 

2. 

3. 

5.В случае гармонических колебаний стоячая волна описывается формулой:

1. 

2. 

3. 

6.Пучностями называются точки, в которых колебания имеют:

1. максимальную амплитуду

2. минимальную амплитуду

3. амплитуда равна нулю

7.Поперечная волна-волна, распространяющаяся

1. параллельно плоскости

2. перпендикулярно плоскости

3. сонаправлено плоскости

8.Уравнение бегущей плоской волны:

1. 

2. 

3. 

9.Скорость продольных волн определяется по формуле:

1. 

2. 

3. 

10.Кем было введено понятие продольных волн?

1. Д.К.Максвеллом

2. Г.Р.Герцем

3. Н.А.Умовым

Задачи

№1. Начальная фаза гармонического колебания φ = 0. Через какую долю периода скорость точки будет равна половине ее максимальной скорости?

Дано: СИ:

φ = 0

- ?

Решение:

Уравнение колебаний запишем в виде:

Скорость колеблющейся точки:

Циклическую частоту выразим через период колебаний Т:

Из формулы (2) найдем время t когда :

Ответ:

№2. Через какое время от начала движения точка, совершающая гармоническое колебание, сместится от положения равновесия на половину амплитуды? Период колебаний T=24 c, начальная фаза .

Дано: СИ:

T=24 c

t-?

Решение:

Уравнение гармонического колебательного движения имеет вид

Подставляя числовое значение периода Т и начальной фазы , получим

По условию , отсюда

или t=2c

Ответ: t=2c

Лекция №4 (Эбергард)

Теоретические вопросы:

1. Что из себя представляет термодинамический и статистический метод?

2. Три основных положения молекулярно-кинетической теории.

3. Какой газ называют идеальным?

4. Физический смысл основного уравнения МКТ.

Тест:

1. Чему равно число степеней свободы двухатомной молекулы?

   1. 1

   2. 2

   3. 5

2. Сколько степеней свободы приходится на вращательное движение у двухатомной молекулы?

   1. 1

   2. 2

   3. 3

3. Какое из приведенных выражений описывает наиболее вероятную скорость?

   1. 

   2. 

   3. 

4. Какое из приведенных выражений является функцией распределения Больцмана?

   1. 

   2. 

   3. 

5. Какой температуре по абсолютной шкале Кельвина соответствует температура 69⁰С?

1. 180 К

2. 342 К

3. 316 К

6.  Сколько молекул содержится в одном моле кислорода?

1. 12 × 10²⁶

2. 6 × 10²⁶

3. 6·

7. Барометрическая формула:

1. 

2. 

3. .

8. Формула давления идеального газа:

1. 

2. 

3. 

9. Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекулы:

1. 

2. 

3. 

10.  Закон Шарля для:

1. Изотермического процесса

2. Изобарного процесса

3. Изохорного процесса

Задачи:

№1.Какие процессы в неизменной массе идеального газа представляют графики (рис.1)?

Решение: Рассмотрим процесс, который изображен на графике (рис.1) и обозначен цифрой 1.

Мы видим, что произведение , по условию газ идеальный, масса газа постоянная, следовательно, это изотермический процесс.

Перейдем к процессу, который изображен на графике (рис. 1) и обозначен цифрой 2. Из графика мы можем сделать вывод о том, что:

где С – некоторая постоянна величина. Разделим правую и левую части выражения, имеем:

Мы получили, что давление постоянно. Так как ; , то процесс - изобарный.

Ответ: 1- изотермический процесс.

2- изобарный процесс.

№2.Как будет изменяться давление идеального газа в процессе при котором масса газа постоянна, объем газа увеличивают, а температуру уменьшают?

Решение:

За основу решения задачи примем уравнение Клапейрона – Менделеева:

Зная, что масса газа не изменяется, обозначим величину , помним, что эта величина в проводимом процессе постоянная. Из полученного уравнения выразим давление, имеем:

В этом уравнении обозначим направление изменение параметра стрелками

(-увеличивается; - уменьшается):

В формуле мы видим, что числитель дроби уменьшается, знаменатель растет, следовательно, результат (давление) в процессе уменьшается.

Ответ: Давление уменьшается.

Лекция№5 (Мохова)

Теоретические вопросы:

1. Что такое теплоемкость?

2. Какой процесс называется адиабатным?

3. Что такое внутренняя энергия?

4. Какой газ называют идеальным?

Тест:

1. Чему равна удельная теплоемкость (С_уд.) ?

1. С= (ΔТ- изменение температуры, ΔQ-изменение количества тепла, m-масса)

2. С= (n-количество моль)

3. С= (dV- изменение объема, dT- изменение температуры)

2. Первое начало термодинамики в общем виде:

1. Q= A (А-работа)

2. А= ∆U (∆U- изменение внутренне энергии)

3. Q= A+ ∆U (∆U- изменение внутренне энергии, А-работа)

3. Чему равна молярная теплоемкость?

1. С= (dV- изменение объема, dT- изменение температуры)

2. С= (n-количество моль)

3. С= (dT- изменение температуры, dQ- изменение количества тепла)

4. Как называется процесс, при постоянной температуре?

1. изохорным

2. адиабатным

3. изотермическим

5. Чему равен показатель адиабаты γ?

1. γ= (Ср- теплоемкость при постоянном давлении, Сv-теплоемкость при постоянном объеме)

2. γ= (Ср- теплоемкость при постоянном давлении, Сv-теплоемкость при постоянном объеме)

3. γ= С_v - С_р (Ср- теплоемкость при постоянном давлении, Сv-теплоемкость при постоянном объеме)

6. Как выглядит уравнение Пуассона?

1. PV^γ = const (Р-давление, V-объем)

2. PV= const (Р-давление, V-объем)

3. RT= const (R-газовая постоянная, Т-температура)

7. Первое начало термодинамики для изохорного процесса?

1. Q= T (Т-температура)

2. Q=∆U (∆U- изменение внутренне энергии)

3. Q=0

8. Формула внутренней энергии?

1. U= PV (Р-давление, V-объем)

2. U=RT (R-газовая постоянная, Т-температура)

3. U= PV (Р-давление, V-объем)

9. Первое начало термодинамики для изотермического процесса?

1. Q= A (А-работа)

2. Q=T (Т-температура)

3. Q= A+ ∆U (∆U- изменение внутренне энергии, А-работа)

10. Первое начало термодинамики для адиабатного процесса?

1. Q=0

2. Q= ∆U (∆U- изменение внутренне энергии)

3. Q=T (Т-температура)

Задачи:

№1. Какова внутренняя энергия 15 моль одноатомного газа при температуре 28˚С ?

Дано: СИ

Т= 28˚С

N= 15 моль

∆U-?

Решение: Переведем температуру из градусов в кельвины.

28˚С+ 273= 301 К

Внутреннюю энергию одноатомного газа можно найти по формуле:

U= nRT (n-количество моль, R- газовая постоянная, Т- температура)

U = *15*8.31*301= 56279 Дж

Ответ: 56279 Дж

№2. При увеличении давления в 1,5 раза объем газа уменьшился на 30 мл. Найдите первоначальный объем.

Дано: СИ

∆V = 30 мл

Р₂=1,5*Р₁ V₁-?

Решение: Для решения задачи используем закон Бойля- Мариотта, связывающий первоначальные Р₁ и V₁ и конечные Р₂ и V₂:

Р₁*V₁ = Р₂*V₂ (Р- давление, V- объем) Согласно условию задачи: Р₂=1,5*Р₁ и ∆V=V₁ – V₂ = 30 мл.

Таким образом получаем: Р₁*V₁ = 1,5*Р₁* (V₁ - ∆V)

V₁ = 3*∆V= 3*30=90 мл.

Ответ: V₁ = 90 мл.

Лекция №6 (Григорьева) Теоретические вопросы:

1. Что изучает физическая кинетика, и какие элементы она в себя включает?

2. Понятие о релаксационных процессах и времени релаксации.

3. От чего зависит давление газа?

4. Чем характеризуется тепловое движение молекул в жидких телах?

Тест:

1.Уравнением физической кинетики является:

1. уравнение Больцмана

2. уравнение Бернулли

3. уравнение Менделеева - Клапейрона

2. Формула расчета времени релаксации для опытных образцов:

1. t=S/v (S- путь, v – скорость)

2. T= 2ℼ/ω ( ω - частота колебаний)

3. τ=a/u² ( a– теплопроводность объекта, u – нормальная скорость горения)

3. Во сколько раз уменьшается амплитуда колебаний во время релаксации?

1. 10

2. 5

3. 2,7

4. Какой уровень характеризуется переносом тепла с помощью электромагнитных волн, источниками которых являются колебания заряженных частиц в рассматриваемом объеме?

1. Квантовый

2. Молекулярный

3. Макроуровень

5. Закон Фурье описывается формулой:

1. p=p₀exp[-Mg(h-h₀)/RT]

(p - давление газа в слое, расположенном на высоте h, p₀ - давление на нулевом уровне (h= h₀), M - молярная масса газа, _R - универсальная газовая постоянная, T - абсолютная температура)

2. dQ = -λ ‧ dt/dn ‧ dF‧ dτ

(dQ -количество тепла, dF - элемент поверхности, dτ - время, dt/dn - температурный градиент, λ - коэффициент теплопроводности)

3. Q=cm∆T (где c - удельная теплоемкость, m - масса тела, ∆T - изменение температуры)

6. Плотность потока вещества пропорциональна градиенту концентрации и коэффициенту диффузии

1. Закон Фурье

2. Закон Фика

3. Закон Пуазелья

7.Формула теплоемкости при нагревании/охлаждении:

1. Q=cm∆T (где c - удельная теплоемкость, m - масса тела,  ∆T - изменение температуры)

2. Q=Lm (где L - удельная теплота парообразования, m - масса тела )

3. Q=λm (где  λ - удельная теплота плавления, m - масса тела )

8.Газ в состоянии высокого вакуума называется

1. ультраразреженным

2. идеальным

3. реальным

9. Молекулы при понижении температуры жидкости:

1. изменяют равновесие редко

2. изменяют равновесие часто

3. не изменяют равновесия