Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физика. Продвинутый этап. В 2 частях. Ч.I. Учебное пособие для иностранных слушателей по курсу довузовской подготовки
.pdf
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Т. А. Новикова
ФИЗИКА
ПРОДВИНУТЫЙ ЭТАП
ЧАСТЬ I
Учебное пособие
для иностранных слушателей по курсу довузовской подготовки
Ульяновск
УлГТУ
2024
1
УДК 534: 535(075)
ББК 22.3я7
Н73
Рецензенты:
Ульяновский филиал ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН
(директор, д-р техн. наук, доцент В. А. Сергеев);
канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник НИТИ
им С.П. Капицы, доцент кафедры теоретической физики УлГУ
В. В. Саенко.
-
Новикова, Татьяна Анатольевна
Н73 Физика. Продвинутый этап. В 2 частях / Т. А. Новикова. – Ульяновск :
УлГТУ, 2024. –
ISBN 978-5-9795-2369-9
Часть I: Учебное пособие для иностранных слушателей по курсу
довузовской подготовки. – 2024. – 142 с.
ISBN 978-5-9795-2370-5
Материал учебного пособия предназначен для изучения дисциплины
«Физика» при довузовской подготовке иностранных слушателей на базовом
и первом сертификационном уровнях владения русским языком как
иностранным. Пособие содержит основные законы механики,
электричества и магнетизма.
Учебное пособие подготовлено на кафедре «Естественно-научные
дисциплины» Инженерного факультета Международного института
УлГТУ. Печатается в авторской редакции.
УДК 534: 535(075)
ББК 22.3я7
ISBN 978-5-9795-2369-9 Новикова Т. А., 2024
ISBN 978-5-9795-2370-5 (ч. 1) Оформление. УлГТУ, 2024
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................. 5
ГЛАВА 1. МЕХАНИКА ............................................................................. 7
1.1. Относительность движения. Закон Галилея .................................. 7
1.2. Графическое определение пути, скорости и ускорения ............. 11
1.3. Зависимость между линейными и угловыми величинами
кинематики движения по окружности ................................................ 18
1.4. Свободное падение. Движение тел, брошенных вертикально .. 20
1.5. Движение тел, брошенных горизонтально .................................. 26
1.6. Кинематика движения тел, брошенных под углом к горизонту 29
1.7. Первый закон Ньютона .................................................................. 33
1.8. Второй закон Ньютона ................................................................... 36
1.9. Третий закон Ньютона ................................................................... 39
1.10. Закон всемирного тяготения ....................................................... 39
1.11. Применение законов Ньютона при решении задач .................. 42
1.12. Механическая работа и мощность. Коэффициент полезного
действия .................................................................................................. 48
1.13. Теорема о кинетической энергии ................................................ 55
1.14. Закон сохранения импульса ........................................................ 61
1.15. Закон сохранения механической энергии .................................. 66
ГЛАВА 2. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ .................................. 75
2.1. Взаимодействие зарядов. Закон Кулона ...................................... 75
2.2. Электростатическое поле. Напряжѐнность .................................. 80
2.3. Потенциал. Потенциальная энергия заряда. Работа
электростатического поля ..................................................................... 87
2.4. Электрическая ѐмкость. Соединения конденсаторов ................. 93
2.5. Сила тока. Расчѐт сопротивления проводника .......................... 101
2.6. Цепь постоянного тока. ЭДС. Напряжение. Законы Ома ........ 104
2.7. Работа тока. Закон Джоуля-Ленца. Мощность тока ................. 109
2.8. Движение заряда в магнитном поле. Сила Лоренца ................. 113
3
2.9. Провод с током в магнитном поле. Закон Ампера.................... 117
2.10. Поток индукции магнитного поля. Индуктивность. Энергия
магнитного поля................................................................................... 120
2.11. Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея ......... 126
2.12. Явление самоиндукции. ЭДС самоиндукции .......................... 133
ПРИЛОЖЕНИЕ ...................................................................................... 137
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ................................................... 141
4
ВВЕДЕНИЕ
Учебное пособие «Физика. Продвинутый этап обучения. Часть I»
предназначено для обучения иностранных слушателей на русском
языке, проходящих подготовку к поступлению в высшие учебные
заведения на основные образовательные программы.
Данное пособие соответствует этапу подготовки иностранных
слушателей в конце базового и на первом сертификационном уровнях
владения русским языком как иностранным, на котором они
показывают следующие умения и навыки:
1. Речь слушателя понятна носителям русского языка. Слушатель
говорит на русском языке короткими фразами.
2. Слушатель может объяснить решение задачи в устной форме.
3. Слушатель воспринимает на слух формулы, определения
и физические законы, понимает учебный материал, произносимый
в среднем темпе.
4. Слушатель читает текст по изучаемой теме в среднем темпе.
При чтении понимает содержание материала, имея предметные
знания по физике на родном языке.
5. Слушатель может написать предложения по изучаемому
материалу на русском языке.
6. Слушатель свободно произносит и пишет обозначения,
числовые значения и единицы физических величин с использованием
принятых сокращений на русском языке.
Пособие содержит методический материал по двум разделам:
«Механика», «Электричество и магнетизм».
Глава 1 «Механика» содержит основной материал по кинематике
и динамике.
5
В Главу 2 «Электричество и магнетизм» включены базовые темы
и законы электричества и магнетизма.
Главы пособия состоят из параграфов. Методический материал
параграфов содержит тексты по теории, иллюстрации, примеры
использования законов физики, решения типовых задач и задания для
самостоятельной подготовки слушателей.
В учебных текстах пособия комментируются физические законы,
даны алгоритмы определения векторных величин и решений задач
с использованием законов механики, электричества и магнетизма.
Приложение содержит справочные материалы, относящиеся
к изложенным в пособии разделам физики и необходимые для
самостоятельной работы слушателей: десятичные множители
и приставки; основные физические величины и фундаментальные
постоянные.
Слушателям, которые используют данное пособие, необходимо:
1. Пополнять словарь с физической лексикой из пособия.
2. Читать вслух и учить наизусть физические законы.
3. Учить наизусть основные формулы.
4. Заносить в рабочую тетрадь примеры из текста пособия.
5. Разбирать примеры решения задач.
6. Пользоваться справочным материалом из Приложения.
7. Решать задачи и отвечать на вопросы, которые даны в пособии
для самостоятельной подготовки.
6
ГЛАВА 1. МЕХАНИКА
часы
1.1. Относительность движения. Закон Галилея
В кинематике изучают геометрические свойства и законы
движения.
Задача кинематики – найти положение материальной точки
в пространстве в любой момент времени t.
Движение тел в природе относительно. Чтобы знать положение
тела в пространстве, необходимо задать систему отсчѐта.
В систему отсчѐта входят:
1) тело отсчѐта с точкой отсчѐта ;
2) система координат с началом координат в точке отсчета ;
3) прибор для измерения времени.
Тело отсчета – это тело, относительно которого изучают
движение других тел. Телом отсчета может быть любой предмет: дом,
дерево, стол и т.п.
Рис. 1.1. Система отсчета: тело отсчета; декартова система координат; часы
Пример 1.1. На рис. 1.1. показан шар в системе отсчѐта
1) с телом отсчѐта – деревом с началом отсчѐта в точке ;
7
2) с декартовой системой координат с осями (
), начало системы координат ‒ в точке на дереве;
3) с часами для измерения времени.
Положение шара в момент времени в системе отсчѐта даѐт
точка . Из начала отсчета проведѐн радиус-вектор .
Из точки опущены перпендикуляры на ось и на плоскость .
Получены:
1) координата точки ;
2) точка на плоскости ;
3) координаты и точки .
Системы отсчѐта могут быть неподвижными и покоиться, а могут
быть подвижными и двигаться. Важно понимать, относительно какой
системы отсчѐта описывают движение данного тела.
Закон Галилея
Пусть известны:
1) скорость подвижной системы отсчѐта относительно неподвижной
системы отсчѐта
2) скорость тела в подвижной системе отсчѐта
;
.
Скорость тела относительно неподвижной системы отсчѐта
равна сумме скорости тела в подвижной системе
подвижной системы от относительно неподвижной системы
и скорости
:
Пример 1.2. Автобус движется по дороге мимо остановки
со скоростью . Внутри автобуса к выходу идѐт пассажир
со скоростью . С какой скоростью движется пассажир
относительно остановки?
8
Скорость автобуса ‒ это скорость подвижной
Дано:
Решение. Неподвижная система отсчѐта – это берег
реки. Движущаяся вода в реке – это подвижная
система. Скорость течения воды
направлена вправо.
Скорость лодки относительно воды
. Скорость
лодки
перпендикулярна берегу и по закону Галилея
равна:
.
Найти:
системы относительно остановки. Скорость пассажира внутри
автобуса ‒ это скорость тела в подвижной системе.
Тогда скорость тела относительно неподвижной остановки
по закону Галилея (1.1) равна:
Рассмотрим пример решения задачи.
Задача 1.1. Скорость течения воды в реке равна . Скорость
лодки относительно воды равна . Скорость лодки относительно
берега реки перпендикулярна берегу. Найдите скорость лодки
относительно берега и время движения лодки через реку. Расстояние
между берегами равно 80 м.
Рис. 1.2. Рисунок к задаче 1.1
9
По правилу сложения векторов
направлен влево под углом
к вектору . По теореме Пифагора равна:
Время движения лодки между берегами равно:
Ответ:
Решить задачи.
М-1. Скорость течения воды в реке равна . Скорость движения
лодки относительно воды ‒ в 2 раза больше. Сколько времени
требуется пассажиру, чтобы добраться из пункта в пункт ,
который находится ниже по течению реки на расстоянии ?
М-2. Скорость течения воды в реке равна . Скорость движения
лодки относительно воды ‒ в 4 раза больше. Сколько времени
требуется пассажиру, чтобы добраться из пункта в пункт ,
который находится выше против течения реки на расстоянии ?
М-3. Эскалатор метро движется скоростью . Человек
поднимается по эскалатору вверх со скоростью относительно
эскалатора. За сколько времени пассажир переместится на
относительно неподвижной платформы метро?
М-4. Эскалатор метро поднимает стоящего пассажира за 1 минуту.
По неподвижному эскалатору пассажир поднялся за 3 минуты.
За сколько времени поднялся бы идущий по эскалатору пассажир,
если бы эскалатор двигался?
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]