9278
.pdfМИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
О.М. Бархатова, Н.Е. Демидова, Л.П. Коган,
А.А. Краснов, Е.А. Ревунова, В.Б. Штенберг
ФИЗИКА
Учебно-методическое пособие
по подготовке к лекционным и практическим занятиям (включая рекомендации для обучающихся по организации самостоятельной работы) по дисциплине «Физика»
по направлению подготовки 09.03.03 Прикладная информатика, направленность (профиль) Искусственный интеллект и бизнес-аналитика
Нижний Новгород
2023
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
О.М. Бархатова, Н.Е. Демидова, Л.П. Коган,
А.А. Краснов, Е.А. Ревунова, В.Б. Штенберг
ФИЗИКА
Учебно-методическое пособие
по подготовке к лекционным и практическим занятиям (включая рекомендации для обучающихся по организации самостоятельной работы) по дисциплине «Физика»
по направлению подготовки 09.03.03 Прикладная информатика, направленность (профиль) Искусственный интеллект и бизнес-аналитика
Нижний Новгород ННГАСУ 2023
УДК 531, 534, 536, 537
Бархатова О.М. Физика: учебно-методическое пособие / О.М. Бархатова, Н.Е. Демидова, Л.П. Коган, А.А. Краснов, Е.А. Ревунова, В.Б. Штенберг; Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет. – Нижний Новгород: ННГАСУ, 2022. – 216 с. – Текст: электронный.
В пособии дается тематика лекций, их краткое содержание, примеры решения основных физических задач, а также методические рекомендации по организации самостоятельной работы обучающихся по дисциплине «Физика». Указывается необходимая литература по теоретической и практической части дисциплины.
Предназначено обучающимся в ННГАСУ для подготовки к лекциям и практическим занятиям, для организации самостоятельной работы по дисциплине «Физика» по направлению подготовки 09.03.03 Прикладная информатика, направленность (профиль) Искусственный интеллект и бизнес-аналитика
© О.М. Бархатова, Н.Е. Демидова, Л.П. Коган, А.А. Краснов, Е.А. Ревунова, В.Б. Штенберг, 2023
© ННГАСУ, 2023
3
Содержание |
|
Рекомендации по организации самостоятельной работы студентов......................... |
6 |
МЕХАНИКА.................................................................................................................... |
8 |
Глава 1. Кинематика поступательного движения |
|
§ 1. Система отсчета. Траектория материальной точки .................................................................. |
9 |
§ 2. Скорость...................................................................................................................................... |
11 |
§ 3. Ускорение и его составляющие ................................................................................................ |
12 |
§ 4. Угловая скорость и угловое ускорение.................................................................................... |
15 |
Примеры решения задач................................................................................................................... |
17 |
Задачи для самостоятельного решения........................................................................................... |
19 |
Глава 2. Динамика материальной точки |
|
§ 1. Первый закон Ньютона. Масса и сила ..................................................................................... |
21 |
§ 2. Второй закон Ньютона............................................................................................................... |
22 |
§ 3. Третий закон Ньютона............................................................................................................... |
24 |
§ 4. Силы трения................................................................................................................................ |
25 |
§ 5. Закон сохранения количества движения (импульса) .............................................................. |
27 |
Примеры решения задач................................................................................................................... |
29 |
Задачи для самостоятельного решения........................................................................................... |
33 |
Глава 3. Работа и энергия |
|
§ 1. Энергия, работа, мощность ....................................................................................................... |
35 |
§ 2. Кинетическая и потенциальная энергии.................................................................................. |
37 |
§ 3. Закон сохранения энергии......................................................................................................... |
41 |
§ 4. Удар абсолютно упругих и неупругих тел .............................................................................. |
43 |
Примеры решения задач................................................................................................................... |
47 |
Задачи для самостоятельного решения........................................................................................... |
49 |
Глава 4. Механика твердого тела |
|
§ 1. Момент инерции......................................................................................................................... |
51 |
§ 2. Кинетическая энергия вращения .............................................................................................. |
52 |
§ 3. Уравнение динамики вращательного движения твердого тела............................................. |
54 |
§ 4. Момент количества движения и закон его сохранения.......................................................... |
56 |
Примеры решения задач................................................................................................................... |
58 |
Задачи для самостоятельного решеня............................................................................................. |
63 |
ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ И МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКИ………... |
65 |
Глава 1. Основытермодинамическогоимолекулярно-кинетического методов |
|
исследования |
|
§ 1. Масса и размеры молекул.......................................................................................................... |
66 |
§ 2. Основные понятия термодинамики.......................................................................................... |
67 |
§3. Экспериментальные газовые законы......................................................................................... |
72 |
§ 4. Уравнение состояния идеального газа..................................................................................... |
74 |
§ 5. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории...................................................... |
77 |
§ 6. Средняя квадратичная скорость. Распределение Максвелла молекул по скоростям.......... |
80 |
§ 7. Сопоставление с уравнением Клапейрона-Менделеева......................................................... |
82 |
§ 8. Закон равнораспределения энергии по степеням свободы. Внутренняя энергия идеального
газа ...................................................................................................................................................... |
83 |
Примеры решения задач................................................................................................................... |
86 |
Задачи для самостоятельного решения........................................................................................... |
89 |
Глава 2. Термодинамический подход |
|
§ 1. Первое начало термодинамики................................................................................................. |
90 |
|
4 |
|
§ 2. Работа, производимая термодинамической системой............................................................ |
91 |
|
§ 3. Количество теплоты и теплоемкость........................................................................................ |
93 |
|
§ 4. |
Применение первого начала термодинамики к изопроцессам в идеальном газе ................ |
94 |
§ 5. |
Адиабатический процесс........................................................................................................... |
97 |
§ 6. |
Второе начало термодинамики ............................................................................................... |
100 |
§ 7. |
Термодинамическое циклы. Цикл Карно............................................................................... |
101 |
Примеры решения задач................................................................................................................. |
106 |
|
Задачи для самостоятельного решения......................................................................................... |
109 |
|
ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ............................................................................................. |
110 |
Глава 9. Электростатика |
|
§ 1. Электрический заряд................................................................................................................ |
110 |
§ 2. Закон Кулона............................................................................................................................. |
111 |
§ 3. Электростатическое поле......................................................................................................... |
112 |
§ 4. Поток вектора напряженности E ........................................................................................... |
114 |
§ 5. Теорема Гаусса и ее применение для расчета электростатических полей ......................... |
115 |
§ 6. Потенциал ................................................................................................................................. |
118 |
§ 7. Электрическая емкость проводников..................................................................................... |
121 |
§ 8. Энергия электрического поля ................................................................................................. |
123 |
Примеры решения задач................................................................................................................. |
125 |
Задачи для самостоятельного решения......................................................................................... |
127 |
Глава 10. Постоянный электрический ток |
|
§ 1. Сила и плотность тока ............................................................................................................. |
129 |
§ 2. Закон Ома для участка цепи.................................................................................................... |
131 |
§ 3. Закон Джоуля -Ленца............................................................................................................... |
132 |
§ 4. Источники тока. Закон Ома для замкнутой неразветвленной цепи.................................... |
133 |
§ 5. Энергетические характеристики замкнутой цепи. КПД источника.................................... |
136 |
§ 6. Правила Кирхгофа.................................................................................................................... |
137 |
Примеры решения задач................................................................................................................. |
141 |
Задачи для самостоятельного решения......................................................................................... |
146 |
Глава 11. Магнитное поле постоянного тока |
|
§ 1. Действие магнитного поля на ток. Индукция магнитного поля.......................................... |
148 |
§ 2. Принцип суперпозиции для магнитного поля....................................................................... |
150 |
§ 3. Закон Био-Савара-Лапласа ...................................................................................................... |
150 |
§ 4. Линии индукции магнитного поля. Циркуляция .................................................................. |
154 |
§ 5. Взаимодействие параллельных токов .................................................................................... |
158 |
§ 6. Рамка с током в магнитном поле. Магнитный момент......................................................... |
159 |
§ 7. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле....................................... |
161 |
§ 8. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле........................................ |
163 |
Примеры решения задач................................................................................................................. |
165 |
Задачи для самостоятельного решения......................................................................................... |
168 |
Глава 12. Электромагнитная индукция |
|
§ 1. Закон электромагнитной индукции Фарадея......................................................................... |
170 |
§ 2. Вывод выражения для ЭДС индукции для движущихся проводников .............................. |
171 |
§ 3. Вихревое электрическое поле ................................................................................................. |
173 |
§ 4. Явление самоиндукции. Индуктивность................................................................................ |
176 |
§ 5. Энергия магнитного поля........................................................................................................ |
177 |
Примеры решения задач................................................................................................................. |
179 |
Задачи для самостоятельного решения......................................................................................... |
182 |
5
КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ........................................................................................... |
183 |
§ 1. Классификация колебаний ...................................................................................................... |
183 |
§2. Кинематика гармонических колебаний................................................................................... |
185 |
§3. Гармонический осциллятор, начальные условия................................................................... |
186 |
§4. Преобразование энергии в процессе гармонических колебаний.......................................... |
187 |
§5. Физический маятник................................................................................................................. |
188 |
§6. Затухающие колебания............................................................................................................. |
190 |
§7. Колебательный контур; собственные колебания................................................................... |
191 |
§8. Вынужденные колебания, резонансная кривая...................................................................... |
192 |
§9. Сложение колебаний одинаковой частоты, биения............................................................... |
194 |
§10. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний.............................................................. |
198 |
§11. Основные определения, классификация волн...................................................................... |
200 |
§12. Плоские и сферические волны............................................................................................... |
201 |
§13. Волновое уравнение для плоских волн................................................................................. |
203 |
§14. Звуковые волны....................................................................................................................... |
204 |
§15. Электромагнитные волны....................................................................................................... |
205 |
Примеры решения задач................................................................................................................. |
207 |
Задачи для самостоятельного решения......................................................................................... |
211 |
Литература .................................................................................................................. |
2133 |
6
Рекомендации для обучающихся по организации самостоятельной работы
Самостоятельная работа студентов направлена на закрепление и углубление знаний и навыков, полученных на лекционных, практических и лабораторных занятиях, формирование навыков самостоятельности в поиске и приобретении новых знаний, а также на подготовку к предстоящему зачёту (экзамену).
Общий перечень самостоятельной работы:
При изучении курса «Общая физика» рекомендуются следующие виды самостоятельной работы:
-изучение материала, вынесенного на самостоятельную проработку;
-работа с лекционным материалом, предусматривающая проработку конспекта лекций и учебной литературы;
-подготовка к практическим занятиям, самостоятельное решение задач;
-подготовка к выполнению и защите лабораторных работ;
-подготовка к зачету (экзамену).
Самостоятельная работа студентов реализуется:
1)непосредственно в процессе аудиторных занятий – на лекциях и практических занятиях – путем проведения экспресс-опросов по конкретным темам, самостоятельны и контрольных работ;
2)в контакте с преподавателем вне рамок расписания – на консультациях по учебным вопросам, при выполнении индивидуальных заданий;
3)в библиотеке, дома, в общежитии.
Методические рекомендации по работе с конспектом лекций
Просмотрите конспект сразу после занятий. Пометьте материал конспекта лекций, который вызывает затруднения для понимания. Попытайтесь найти ответы на затруднительные вопросы, используя предлагаемую литературу. Если самостоятельно не удалось разобраться в материале, сформулируйте вопросы и обратитесь за помощью к преподавателю.
Каждую неделю рекомендуется отводить время для повторения пройденного материала.
|
|
7 |
Методические |
рекомендации |
по подготовке к практическим занятиям |
Практические занятия проводятся с целью углубленного изучения теоретического материала и применение теоретических знаний для решения практических задач. При подготовке к практическим занятиям студентам рекомендуется:
-внимательно ознакомиться с теоретическим материалом по теме практического занятия;
-прочесть конспект лекции по теме, при необходимости, изучить дополнительную литературу.
При решении задач по физике необходимо выполнять следующие рекомендации:
1. Оформлять решение строго по образцу:
Дано: Решение:
2.Все физические величины в «Дано» должны быть выражены в СИ.
3.Решения задач с использованием векторных величин, например, второго закона Ньютона, закона сохранения импульса и др., а также задач по правилам Кирхгофа и геометрической оптике обязательно дополняются рисунками.
4.Для искомой в задаче величины желательно получить расчетную формулу, включающую только те величины, которые известны по условию задачи.
После практического занятия обязательно выполнение домашнего задания, полученного от преподавателя. Все задания выполняются в рабочей тетради.
8
МЕХАНИКА
Механика — часть физики, которая изучает простейшую и наиболее общую форму движения материи, заключающуюся в перемещении тел или частей тела относительно друг друга и называемую механическим движением.
Развитие механики как науки начинается с III в. до н. э., когда древнегреческий ученый Архимед сформулировал закон равновесия рычага (на нем основано устройство всех машин) и законы равновесия плавающих тел. Основные законы механики в значительной мере выяснены итальянским физиком и астрономом Г. Галилеем и окончательно сформулированы английским ученым И. Ньютоном.
Механика Галилея – Ньютона называется классической и изучает законы движения макроскопических тел, скорости которых малы по сравнению со скоростью света. Законы движения макроскопических тел со скоростями, сравнимыми со скоростью света, изучаются теорией относительности, сформулированной А. Эйнштейном. Для описания движения микроскопических тел (отдельные атомы и элементарные частицы) законы классической механики не применимы – они изучаются квантовой механикой.
Механика подразделяется на три раздела: кинематику; динамику; статику. Кинематика изучает движение тел, не рассматривая те причины, которые это
движение обусловливают.
Динамика изучает законы движения тел и те причины, которые вызывают или изменяют это движение.
Статика изучает законы равновесия системы тел.
9
Глава 1. Кинематика поступательного движения
§ 1. Система отсчета. Траектория материальной точки
Наиболее простым примером механического движения является движение материальной точки. Материальная точка – это тело, обладающее массой, размерами которого в данной задаче можно пренебречь. Понятие материальной точки
– абстрактное понятие, но его введение облегчает решение конкретных задач. Например, изучая движение планет по орбитам вокруг Солнца, можно принять их за материальные точки. Движение тел происходит в пространстве и во времени. Поэтому для описания движения материальной точки надо знать, в каких местах пространства эта точка находилась и в какие моменты времени она проходила то или иное место. Положение материальной точки определяется по отношению к какому- либо другому, произвольно выбранному телу, называемому телом отсчета. Выбранное таким образом тело условно считается неподвижным, а связанная с ним произвольная система координат называется системой отсчета положений материальной точки. В декартовой системе координат, используемой наиболее часто, положение точки А в данный момент времени по отношению к этой системе характеризуется тремя координатами x, у и z или радиусом-вектором , проведенным из начала отсчета в данную точку (рис. 1).
Z |
A |
|
Z |
|
S |
|
A |
B |
|||
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
R0 |
R |
0 |
|
|
0 |
|
|
|
y |
X |
|
|
X |
|
x |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Y |
|
|
Y |
|
|
|
Рис.1 |
|
|
Рис.2 |
|