Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Колебания и волны в сплошных средах. Сборник тестовых заданий. Учебное пособие
.pdf
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
__________________________________________________________________________
КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ
В СПЛОШНЫХ СРЕДАХ
СБОРНИК ТЕСТОВЫХ ЗАДАНИЙ
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
Новосибирск
2019
УДК 534:539.3(075.8)
К 602
Авторский коллектив:
В.Г. Дубровский, Н.Б. Орлова, Г.М. Остреинов,
В.М. Ковалёв, А.В. Топовский
Рецензенты:
канд. физ.-мат. наук, доцент В.Н. Холявко
канд. физ.-мат. наук, доцент А.В. Баранов
Работа подготовлена на кафедре прикладной и теоретической физики
К 602 Колебания и волны
в сплошных средах. Сборник тесто-
вых заданий: учебное пособие / В.Г. Дубровский, Н.Б. Орлова,
Г.М. Остреинов и др. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2019. –
72 с.
ISBN 978-5-7782-3878-7
В пособии даны определения различных типов тестовых заданий,
проиллюстрированные конкретными примерами. Для удобства тестирующихся студентов приводится справочная информация по соответствующим темам курса физики, полезными могут оказаться и рекомендации составителям тестов. Представлен также раздел с тестом,
задания которого содержат подробные ответы-решения. Последний
раздел пособия содержит два варианта тестовых
готовки, снабженных ключами из ответов.
Учебное пособие предназначено как для студентов, изучающих
колебания и волны в общем курсе физики, так и для преподавателей –
разработчиков тестов.
заданий для самопод-
УДК 534:539.3(075.8)
ISBN 978-5-7782-3878-7 © Авторский коллектив, 2019
© Новосибирский государственный
технический университет, 2019
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение .................................................................................................................. 4
1. Тематическая структура аттестационных педагогических
измерительных материалов (АПИМ) ................................................................ 4
2. Справочные данные: фундаментальные константы, уравнения
и формулы ........................................................................................................... 5
3. Рабочие формулы ................................................................................................ 5
4. Типы тестовых заданий .................................................................................... 27
Открытая форма заданий.................................................................................. 27
Закрытая форма заданий .................................................................................. 29
5. Рекомендации разработчикам тестовых заданий ........................................... 34
6. Примеры тестовых заданий с анализом ответов. ........................................... 35
7. Варианты тестовых заданий для самостоятельного решения ....................... 55
Вариант I ................................................................................................................ 55
Вариант II .............................................................................................................. 62
8. Таблица
Библиографический список ................................................................................. 71
ответов к тестовым заданиям ........................................................... 70
ВВЕДЕНИЕ
С помощью настоящего учебного пособия студенты, изучающие
курс общей физики, могут проконтролировать усвоение изучаемого
материала по колебаниям и волнам в конденсированных средах, изучив разобранные в пособии примеры типовых тестовых заданий и потренировавшись затем на тестах для самостоятельного контроля.
Пособие может оказаться весьма полезным при подготовке студентов к
прохождению контрольных тестов в конце семестров, а также
при аттестации и аккредитации университета.
Учебное пособие могут использовать преподаватели – разработчики тестов.
1. ТЕМАТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА
АТТЕСТАЦИОННЫХ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ (АПИМ)
Наименование
дидактической
единицы
Колебания
и волны
Колебательные процессы. Характеристики колебаний.
Модель гармонического осциллятора. Сложение гармонических колебаний
Свободные и вынужденные колебания, добротность. Явление резонанса
Волновые процессы. Одномерное волновое уравнение
и его решения
Гармонические волны. Волновое число. Фазовая и групповая скорость. Волны в упругих средах
Энергия волны. Перенос энергии волной
Излучение и распространение электромагнитных волн,
их основные свойства
Тема
4
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ КОНСТАНТЫ,
g
s
s
T
Величина
2. СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ:
УРАВНЕНИЯ И ФОРМУЛЫ
Символ,
уравне-
ние
Точное Приближенное
Значение
Скорость света
в вакууме
Элементарный
заряд
Ускорение
свободного
падения
Здесь
– смещение; A – амплитуда колебаний (максимальное значе-
ние смещения
– начальная фаза.
0
A
0
с
e
299 792 458 м/с
19
1,602 176 6208 10 Кл
9,8 м/с
2
3. РАБОЧИЕ ФОРМУЛЫ
Гармонические колебания (рис. 1)
(1)
0
);
cos( )sA t
– фаза колебаний; – циклическая частота;
t
0
8
310 м/с
19
1, 6 1 0 Кл
2
10 м/с
t
–A
Рис. 1. График зависимости смещения от времени
5
Частота колебаний (герц, Гц)
s
1
(2)
,
T
Здесь
T – период колебаний (наименьший промежуток времени, че-
рез которое состояние системы повторяется).
Циклическая частота (рад/с)
2
2
. (3)
T
Дифференциальное уравнение гармонических колебаний
2
Здесь
() cos( )st A t
уравнения (1);
2
ds
2
dt
2
cos( )
At
ds
dt
ds
dt
2
, или
0
s
2
– общее решение дифференциального
0
sin( )
At
– ускорение, если ()
0
0
Механические колебания
2
0ss
. (4)
– скорость изменения s;
t – смещение.
(рис. 2)
Смещение
cos( )xA t
. (5)
0
Скорость
dx
vA t
dt
cos
. (6)
0
2
Ускорение
2
dx
aAt
2
dt
2
cos( )
6
0
. (7)
Рис. 2. Графики зависимости
смещения, скорости и ускорения от времени. Графики при-
ведены для случая
0
2
Энергия механических колебаний
Потенциальная энергия системы
22 2 2
mx A m
Wt
пот 0
24
Кинетическая энергия системы
222
Wt
mx A m
кин 0
24
Полная энергия системы
(1 cos 2 ( ))
(1 c os 2( ))
. (8)
. (9)
22
Am
WW W
кин пот
2
7
.
Am
W
Fkx
x
x
g
g
Am
22
2
W
22
2
p
T
Рис. 3. Графики зависимости кине-
0
k
0
тической и потенциальной энергии
t
от времени. Здесь Т – период колебания системы. Графики приведены
для случая
0
0
Пружинный маятник (рис. 4)
Возвращающая сила: сила упругости
ное уравнение колебаний
Здесь
mx kx
– жесткость пружины;
k
, или
F
упр
Математический маятник (рис. 5)
ma mg mg
Уравнение колебаний
Здесь
частота.
mx mg
– ускорение свободного падения;
, или
l
. Дифференциаль-
упр
2
km – циклическая частота.
0
0xx
0
. (10)
Рис. 4. Пружинный маятник
sin
. (11)
l
2
0xx
. (12)
0
0
l – циклическая
8
Рис. 5. Математический маятник
J
J
α
l
T
F
рез
0
mg
x
Физический маятник (рис. 6)
sin
mgl mgl
. (13)
Уравнение колебаний
2
mgl
, или
0xx
. (14)
0
Здесь J – момент инерции твердого тела относительно оси вращения,
проходящей через точку подвеса;
са и центром масс маятника;
стота;
– приведенная длина маятника.
/LJml
– расстояние между точкой подве-
l
0
mgl J g L
– циклическая ча-
l
O
L
O
Рис. 6. Физический маятник
α
mg
C
9
Идеальный электрический колебательный контур (рис. 7)
L
По закону Ома для полной цепи
q
C
Уравнение колебаний
qq
Здесь q – электрический заряд;
конденсатора; L – индуктивность;
Рис. 7. Идеальный электрический
C
Свободные колебания в идеальном электрическом
колебательном контуре
Заряд
dI
. (15)
L
dt
2
0
Idqdt
. (16)
o
– сила тока;
1/ LC
0
колебательный контур
– циклическая частота.
(рис. 8)
– емкость
С
cos( )qq t
000
. (17)
Сила тока
dq
Iq t
00 0 0
dt
cos
. (18)
2
Напряжение
q
q
Ut
0
cos( )
CC
00
10
. (19)
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]