51

3.ОРГАНИЗАЦИЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

3.1.Программа курса физики по механике и молекулярной физике

1.Предмет физики. Механика. Материальная точка и твердое тело. Основные понятия кинематики: движение, система отсчета, координаты, радиусвектор, перемещение, скорость, ускорение, траектория, путь. Способы задания движения. Прямолинейное равномерное и равноускоренное движение точки.

2.Вращение точки вокруг неподвижной оси. Угловая скорость и ускорение. Связь линейных и угловых величин. Криволинейное движение. Нормальное и касательное ускорение. Движение тела под углом к горизонту. Подвижные системы отсчета. Преобразование скоростей и ускорений. Ускорение Кориолиса.

3.Динамика точки. Сила и масса. Законы Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности Галилея. Задачи динамики точки.

4.Силы в природе: тяжести, вес, реакции опоры, трения, упругости, вязкости. Сила упругости, закон Гука. Сила сухого трения, законы трения скольжения. Силы вязкого трения, законы вязкого трения. Наклонная плоскость. Движение под действием силы тяжести. Машина Атвуда. Невесомость.

5.Импульс материальной точки. Баланс импульса. Закон сохранения импульса. Импульс системы материальных точек. Баланс импульса системы. Закон сохранения импульса системы. Центр масс. Теорема о движении центра масс. Реактивное движение. Уравнение Мещерского. Полет ракет. Примеры из биологии (спрут).

6.Механическая работа. Работа сил тяжести, трения, упругости. Кинетическая энергия. Закон изменения кинетической энергии. Потенциальная энергия. Консервативные силы. Полная механическая энергия. Закон сохранения полной механической энергии. Удар. Виды удара: упругий и неупругий. Законы сохранения при ударе.

7.Момент импульса и момент силы. Баланс момента импульса. Закон сохранения момента импульса. Закон всемирного тяготения. Движение планет. Законы Кеплера. Космические скорости.

8.Вращение твердого тела вокруг недвижимой оси. Основное уравнение динамики вращательного движения твердого тела. Момент инерции. Момент инерции стержня и диска. Теорема Штейнера. Кинетическая энергия вращающегося тела. Кинетическая энергия произвольно движущегося тела. Уравнения движения твердого тела. Условия равновесия твердого тела. Скатывание цилиндра с наклонной плоскости.

9.Неинерциальные системы отсчета. Законы движения в неинерциальных системах отсчета. Силы инерции: центробежная и Кориолиса. Примеры проявления сил инерции в природе (атмосферные явления, маятник Фуко).

10.Механика жидкостей и газов. Закон Паскаля. Гидростатика. Поле скоростей, линии и трубки тока. Уравнения неразрывности. Уравнение Бернулли.

52

Вязкость. Ламинарное и турбулентное движение. Число Рейнольдса. Уравнение Эйлера для движения идеальной жидкости. Течение в трубах. Профиль Пуазейля. Закон Пуазейля. Движение тел в жидкости. Формула Стокса. Проявление в биологии (птицы, рыбы, кровообращение).

11.Гармонические колебания. Математический, физический и пружинный маятники. Свободные, затухающие и вынужденные колебания. Резонанс. Сложение колебаний. Упругие волны. Звук. Ультразвук. Проявление в биологии (дельфины, летучие мыши).

12.Основные положения молекулярно-кинетической теории. Термодинамические параметры. Равновесие термодинамической системы. Равновесные и неравновесные процессы. Идеальный газ. Давление газа на стенку.

13.Основное уравнение молекулярно-кинетической теории. Средняя кинетическая энергия молекул. Температура, как мера интенсивности хаотического движения. Уравнение состояния идеального газа. Изопроцессы и их графическое изображение. Степени свободы молекул и внутренняя энергия. Внутренняя энергия идеального газа.

14.Барометрическая формула. Распределение Больцмана. Распределение Максвелла. Характерные скорости теплового движения.

15.Работа термодинамической системы. Работа в изопроцессах. Количество теплоты. Виды теплообмена. Первое начало термодинамики. Теплоемкость. Теплоемкость идеального газа в разных процессах. Уравнение Майера. Адиабатический процесс. Уравнение адиабаты. Работа в адиабатическом процессе.

16.Обратимые и необратимые процессы. Циклические процессы. Второе начало термодинамики. Тепловые машины. Коэффициент полезного действия тепловых машин. Цикл Карно. Идеальная тепловая машина. Теорема Карно.

17.Неравенство Клаузиуса. Энтропия. Закон возрастания энтропии. Теория тепловой смерти Вселенной. Термодинамическая вероятность и энтропия. Статистический смысл II начала термодинамики.

18.Реальные газы. Силы взаимодействия между молекулами. Газ Ван-дер- Ваальса. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы газа Ван-дер-Ваальса. Внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса. Критическое состояние.

19.Жидкости. Поверхностное натяжение. Сила и энергия поверхностного натяжения. Давление под искривленной поверхностью. Формула Лапласа. Явления на границе жидкости и твердого тела. Капиллярность. Проявление в биологии (водомерки, водоплавающие, капиллярные сосуды).

20.Физическая кинетика. Внутреннее трение, диффузия, теплопроводность. Средняя длина свободного пробега молекул. Градиент. Общие законы явлений переноса. Проявление в биологии (обтекаемая форма рыб, белый цвет полярных животных, длинная шерсть).

21.Агрегатные состояния вещества. Фазовые равновесия и переходы. Кривая фазового равновесия. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Зависимость температуры кипения воды от давления. Применение в медицине и пищевой промышленности (автоклав).

53

3.2. График практических и лабораторных занятий

По учебной программе на практические занятия отводится один час в неделю, поэтому они проводятся один раз в две недели. Темы практических занятий согласованы с лекционным курсом и лабораторными работами. В табл. 3.1 приведен график проведения практических занятий: темы практических занятий и номера задач для аудиторной и самостоятельной работы по задачнику:

Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики. - М.: Наука,

1990.- 400 с.

Таблица 3.1. График практических занятий

Приведенный в табл. 3.1. график и перечень задач являются расширенными и ориентированы на студентов, которые стремятся к углубленному изучению физики. Для освоения курса физики в рамках программы достаточно изучить теоретические вопросы программы курса и научиться решать типовые задачи из блоков задач для работы в аудитории, самостоятельной работы и задач для контроля.

На лабораторные занятия согласно программе курса отводится два аудиторных часа в неделю. Лабораторные занятия проводятся в специально оборудованных учебных лабораториях. Согласно графику занятий на одном занятии студент выполняет лабораторную работу, а на следующем занятии защищает лабораторную работу, предварительно обработав результаты измерений, составив отчет и подготовив соответствующий теоретический материал. График проведения лабораторных занятий приведен в табл. 3.2.

Список лабораторных работ

1.Лабораторная работа № 1. Изучение законов кинематики и динамики поступательного движения.

2.Лабораторная работа № 2. Проверка закона сохранения момента импульса.

3.Лабораторная работа № 3. Проверка теоремы Гюйгенса-Штейнера.

4.Лабораторная работа № 4. Определение универсальной газовой постоянной.

5.Лабораторная работа № 5. Определение показателя адиабаты воздуха.

6.Лабораторная работа № 6. Определение коэффициента вязкости воздуха методом Пуазейля (не обязательная, для получения дополнительных баллов)

Список рекомендуемой литературы

1.Савельев И.В. Общий курс физики, т. 1 - М.: Наука, 1977.- 416 с.

2.Савельев И. В. Курс общей физики: В 3-х т. - М.: Наука, 1978. - Т.2. - 480 с.

3.Сивухин Д. В. Общий курс физики: В 4-х т. - М.: Наука, 1977. - Т.1. - 510 с.

4.Сивухин Д. В. Общий курс физики: В 4-х т. - М.: Наука, 1979. - Т.2. - 551 с.

5.Яворский В.М., Пинский А.А. Основы физики, т. 1, 2 - М.: Наука, 1981.

55

6.Сущинский М.М. Курс физики, т. 1. Физические основы механики. Молекулярная физика и термодинамика. - М.: Наука, 1973352 с.

7.Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика: Учеб. для вузов / А.Н. Ремизов, А.Г. Максина, А.Я. Потапенко. – М.: Дрофа, 2004. 560 с.

8.Кикоин И.К., Кикоин А.К. Молекулярная физика. М.: Наука, 1976. – 450 с.

9.Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики. - М.: Наука,

1990.- 400 с.

3.3. Вопросы для контроля Механика

1.Предмет физики. Механика. Основные понятия кинематики: материальная точка, твердое тело, движение, система отсчета, координаты, перемещение, скорость, ускорение, траектория, путь. Способы задания движения.

2.Прямолинейное равномерное и равноускоренное движение материальной точки. Графики координаты и скорости для этих движений.

3.Вращение вокруг неподвижной оси. Угловая скорость и ускорение. Связь линейных и угловых величин.

4.Криволинейное движение. Нормальное и касательное ускорение.

5.Движение тела, брошенного под углом к горизонту. Высота и дальность полета.

6.Подвижные системы отсчета. Преобразование скоростей и ускорений. Ускорение Кориолиса.

7.Динамика точки. Сила и масса. Законы Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности Галилея.

8.Силы в природе: тяжести, вес, реакции опоры, трения, упругости, вязкости. Сила упругости, закон Гука. Сила трения, законы трения скольжения. Силы вязкого трения, законы вязкого трения.

9.Задачи динамики точки. Движение тела по наклонной плоскости. Движение под действием силы тяжести. Машина Атвуда. Невесомость.

10.Импульс материальной точки. Баланс импульса. Закон сохранения импульса.

11.Импульс системы материальных точек. Баланс импульса системы. Закон сохранения импульса системы.

12.Центр масс. Теорема о движении центра масс.

13.Реактивное движение. Уравнение Мещерского. Полет ракет. Примеры реактивного движения в биологии (спрут).

14.Механическая работа. Работа сил: тяжести, трения, упругости.

15.Кинетическая энергия. Закон изменения кинетической энергии.

16.Потенциальная энергия. Консервативные силы.

17.Полная механическая энергия. Закон сохранения полной механической энергии.

18.Удар. Виды удара: упругий и неупругий. Законы сохранения при ударе.

19.Момент импульса и момент силы. Баланс момента импульса. Закон сохранения момента импульса.

56

20.Закон всемирного тяготения. Движение планет. Законы Кеплера. Космические скорости.

21.Виды движения твердого тела. Уравнения движения твердого тела.

22.Условия равновесия твердого тела.

23.Вращение твердого тела вокруг недвижимой оси. Основное уравнение динамики вращательного движения твердого тела.

24.Момент инерции. Теорема Гюйгенса-Штейнера. Момент инерции стержня и диска.

25.Кинетическая энергия вращающегося тела. Кинетическая энергия произвольно движущегося твердого тела.

26.Скатывание цилиндра по наклонной плоскости.

27.Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции: центробежная и Кориолиса. Примеры проявления сил инерции в природе.

28.Законы сохранения в неинерциальных системах отсчета.

29.Механика жидкостей и газов. Модели сплошной среды. Гидростатика. Закон Паскаля. Сила Архимеда.

30.Поле скоростей, линии и трубки тока. Уравнения неразрывности. Уравнение Бернулли.

31.Вязкость. Ламинарное и турбулентное движение. Число Рейнольдса Re.

32.Уравнение Эйлера для движения идеальной жидкости.

33.Течение Пуазейля в круглых трубах.

34.Движение тел в жидкости. Сопротивление и подъемная сила при движении тел в жидкости. Проявление в биологии.

35.Гармонические колебания. Математический, физический и пружинный маятники. Уравнения колебаний для этих маятников.

36.Свободные, затухающие и вынужденные колебания. Резонанс. Сложение колебаний.

37.Упругие волны. Звук. Ультразвук. Проявление в биологии.

Молекулярная физика и термодинамика

38.Основные положения молекулярно-кинетической теории. Термодинамические параметры. Равновесие термодинамической системы. Равновесные и неравновесные процессы.

39.Идеальный газ. Давление газа на стенку. Основное уравнение молекуляр- но-кинетической теории.

40.Средняя кинетическая энергия молекул. Температура, как мера теплового движения. Уравнение состояния идеального газа.

41.Изопроцессы и их графическое изображение.

42.Степени свободы молекул и внутренняя энергия. Внутренняя энергия идеального газа.

43.Барометрическая формула. Распределение Больцмана.

44.Распределение Максвелла. Характерные скорости теплового движения.

45.Работа термодинамической системы. Работа в изобарном и изотермическом процессах.

46.Количество теплоты. Виды теплообмена. Первое начало термодинамики.

57

47.Теплоемкость. Теплоемкость идеального газа в разных процессах. Уравнение Майера.

48.Адиабатический процесс. Уравнение адиабаты. Работа в адиабатическом процессе. Сравнение адиабаты и изотермы.

49.Обратимые и необратимые процессы. Циклические процессы. II начало термодинамики.

50.Тепловые машины. Коэффициент полезного действия тепловых машин.

51.Цикл Карно. Идеальная тепловая машина. Теоремы Карно.

52.Неравенство Клаузиуса.

53.Энтропия. Закон возрастания энтропии.

54.Теория тепловой смерти Вселенной.

55.Термодинамическая вероятность и энтропия. Статистический смысл II начала термодинамики.

56.Реальные газы. Силы взаимодействия между молекулами. Газ Ван-дер- Ваальса. Уравнение Ван-дер-Ваальса.

57.Изотермы газа Ван-дер-Ваальса. Внутренняя энергия газа Ван-дер- Ваальса. Критическое состояние.

58.Жидкости. Поверхностное натяжение. Сила и энергия поверхностного натяжения. Давление под искривленной поверхностью. Формула Лапласа.

59.Явления на границе жидкости и твердого тела. Капиллярность. Проявление в биологии (водомерки, водоплавающие, капиллярные сосуды).

60.Физическая кинетика. Явление переноса: внутреннее трение, диффузия и теплопроводность. Средняя длина свободного пробега молекул.

61.Общие законы явлений переноса. Градиент. Проявление в биологии явлений переноса (обтекаемая форма рыб, белый цвет полярных животных, длинная шерсть).

62.Агрегатные состояния вещества. Фазовые равновесия и переходы. Кривая фазового равновесия.

63.Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Зависимость температуры кипения воды от давления. Применение в медицине и пищевой промышленности (автоклав).