Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

176_КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №1

.pdf
Скачиваний:
29
Добавлен:
21.04.2015
Размер:
623.1 Кб
Скачать

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА ПО УКАЗАННЫМ ПОСОБИЯМ

Самостоятельная работа по учебным пособиям является главным видом работы студента - заочника. В самостоятельной работе рекомендуется руководствоваться следующими положениями:

1)изучать курс физики необходимо систематически в течение всего учебного

процесса;

2)студент должен придерживаться одного пособия при изучении всего курса или

раздела;

3)чтение учебного пособия следует сопровождать составлением конспекта;

4)при изучении курса физики студент встретится с большим количеством физических величин, а, следовательно, с большим количеством единиц измерений, объединенных в особые системы единиц, которые студент должен твердо знать (следует преимущественно пользоваться Международной системой единиц – СИ).

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ

При решении задач необходимо выполнять следующее:

1)указать основные законы и формулы, на которых базируется решение задач, дать разъяснение буквенных обозначений, используемых при написании формул;

2)дать чертеж, поясняющий условие задачи;

3)сопровождать решение задачи краткими, но исчерпывающими пояснениями;

4)выбрать систему единиц (СИ или СГС), которая наиболее удобна для решения данной задачи, выразив все величины, входящие в условие задачи в единицах данной системы;

5)подставить в окончательную формулу числовые значения, выраженные в единицах одной системы;

6)проверить, дает ли рабочая формула правильную размерность искомой величины; если полученная таким образом размерность не совпадает с размерностью искомой величины, то задача решена неверно.

ВЫПОЛНЕНИЕ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

Выполнение контрольных работ студентом и рецензирование их преподавателем преследует две цели:

1)осуществление институтом контроля за работой студента;

2)оказание ему помощи в вопросах, которые оказались слабо усвоенными или не понятыми студентом.

Число контрольных работ определяется учебными планами и учебным графиком. Число задач в контрольном задании определяется разделом «Контрольные работы»

настоящего пособия.

При выполнении контрольных работ студент должен руководствоваться следующим:

1)контрольные работы от первой до последней выполняются студентом по данном учебному пособию в соответствии с его шифром;

2)контрольная работа выполняется в тетради школьного типа, на лицевой стороне которой приводятся по следующему образцу:

Студент заочного факультета НТИ МГУДТ (филиал)

Петров И.Н. (697503) группа ЗШ – 51

Адрес: 630099, г. Новосибирск, ул. Ленина, 4, кв. 2 Контрольная работа № 2 по физике

3)контрольная работа выполняется чернилами, на страницах оставляются поля для замечаний преподавателя;

4)условия задач переписываются полностью, без сокращений;

5)решения задач должны сопровождаться исчерпывающими, но краткими объяснениями;

6)в конце контрольной работы следует указать, каким учебным пособием студент пользовался при изучении физики.

СДАЧА ЭКЗАМЕНОВ

К сдаче экзамена допускаются студенты, выполнившие установленное число контрольных работ и сдавшие зачет по лабораторному практикуму.

Контрольные работы, прорецензированные и зачтенные преподавателем, предъявляются студентом экзаменатору.

Число экзаменов по курсу физики устанавливается учебными планами факультета и специальности.

Для всех специальностей заочного факультета (кроме экономистов) НТИ МГУДТ (филиал) установлено два экзамена и две контрольные работы.

При таком числе экзаменов материал программы распределяется следующим образом.

1экзамен. Физические основы механики. Молекулярная физика. Термодинамика. Электростатика. Постоянный ток.

2экзамен. Электромагнетизм. Электромагнитные колебания и волны. Оптика. Квантово-оптические явления. Физика атома, атомного ядра и элементарные частицы.

При выполнении контрольных работ студент должен решить 7 задач того варианта контрольной работы, номер которого совпадает с последней цифрой шифра студента.

ТАБЛИЦА ВАРИАНТОВ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

Вариант 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н О М Е Р А З А Д А Ч

 

 

Вариант 2

 

 

 

 

 

 

 

1

1

11

21

31

41

51

61

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

12

22

32

42

52

62

 

 

 

 

 

 

 

 

3

3

13

23

33

43

53

63

 

 

 

 

 

 

 

 

4

4

14

24

34

44

54

64

 

 

 

 

 

 

 

 

5

5

15

25

35

45

55

65

 

 

 

 

 

 

 

 

6

6

16

26

36

46

56

66

 

 

 

 

 

 

 

 

7

7

17

27

37

47

57

67

 

 

 

 

 

 

 

 

8

8

18

28

38

48

58

68

 

 

 

 

 

 

 

 

9

9

19

29

39

49

59

69

 

 

 

 

 

 

 

 

0

10

20

30

40

50

60

70

 

 

 

 

 

 

 

 

П Р О Г Р А М М А П О Ф И З И К Е

Раздел 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ

А. МЕХАНИКА ЧАСТИЦ И ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Механика и ее разделы. Понятие пространства и времени. Понятие о материальной точке.

Кинематика точки.

Система отсчета. Траектория точки. Прямолинейное движение точки, его скорость и ускорение. Движение точки по кривой, закон движения. Скорость движения точки по кривой. Тангенциальное, нормальное и полное ускорения точки. Уравнения движения точки; нахождение траектории, скорости и ускорения по ним. Движение материальной точки, брошенной под углом к горизонту.

Кинематика твердого тела.

Понятие об абсолютно твердом теле. Поступательное движение твердого тела. Вращательное движение твердого тела; угол поворота, угловые скорость и ускорение. Связь между векторами линейных и угловых скоростей и ускорений.

Динамика материальной точки.

Законы Ньютона, их физическое содержание и взаимная связь. Инерция, масса, импульс (количество движения), сила. Закон сохранения импульса. Движение материальной точки с переменной массой; реактивная сила. Реактивный двигатель и ракета.

Работа и энергия.

Работа переменной силы. Мощность. Понятие об энергии; энергия кинетическая и потенциальная. Закон сохранения энергии к прямым центральным ударам неупругих и упругих тел.

Понятие об ударе.

Применение законов сохранения импульса и энергии к прямым центральным ударам неупругих и упругих тел.

Динамика твердого тела.

Центр инерции массы). Момент инерции твердого тела. Теорема Штейнера. Кинетическая энергия твердого тела при вращении вокруг неподвижной оси. Второй закон динамики для вращательного движения (основное уравнение динамики вращательного движения). Закон сохранения момента импульса. Гироскопический эффект и его применение в физике и технике.

Силы упругости и трения

Упругое тело; силы упругости. Два основных вида деформации. Закон Гука. Понятие о напряжении. Энергия упругодеформированного тела.

Силы трения покоя, скольжения и качения. Коэффициент трения.

Силы тяготения. Элементы теории поля. Движение в поле тяготения.

Силы тяготения. Закон всемирного тяготения. Законы Кеплера. Изменение силы тяжести с высотой и широтой. Космические скорости. Искусственные спутники. Состояние невесомости.

Б. МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ

Гармонические колебания. Уравнение гармонических колебаний. Скорость и ускорение при гармонических колебании. Сложение одинаково направленных гармонических колебаний; биения. Сложение колебаний, происходящих по взаимно перпендикулярным направлениям (фигуры Лиссажу). Возвращающая сила. Энергия материальной точки, совершающей гармонические колебания. Период собственных колебаний. Периоды колебаний математического и физического маятников Затухающие колебания, их уравнение; коэффициент затухания и логарифмический декремент затухания. Понятие о вынужденных колебаниях и о резонансе.

Раздел 2. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА, ТЕРМОДИНАМИКА, АКУСТИКА

Термодинамический и молекулярно-кинетический методы изучения макроскопических тел. Термодинамические параметры (объем, давление, температура).

Идеальный газ.

Опытные газовые законы. Понятие идеального газа. Уравнение состояния идеального газа. Универсальная газовая постоянная. Смеси газов.

Молекулярно-кинетическая теория газов.

Опытные основания молекулярно-кинетической теории (броуновское движение, диффузия). Основное уравнение молекулярно-кинетической теории и следствия из него. Средняя энергия молекул, молекулярно-кинетическое толкование температуры, абсолютная температура. Постоянная Больцмана. Максвелловское распределение молекул по скоростям. Барометрическая формула. Больцмановское распределение числа Авогадро. Эффективный радиус молекул. Число столкновений и средняя длина пробега молекул. Свойства газов при весьма малых давлениях. Явления переноса в газах (диффузия, внутреннее трение, теплопроводность).

Физические основы термодинамики.

Внутренняя энергия системы как функция состояния. Количество теплоты. Первое начало термодинамики. Применение первого начала термодинамики к различным изопроцессам. Работа, совершаемая газом в изопроцессах. Адиабатический процесс.

Число степеней свободы молекул. Распределение энергии по степеням свободы. Внутренняя энергия идеального газа. Молекулярно-кинетическая теория теплоемкости газов.

Второе начало термодинамики. Круговые необратимые и обратимые процессы. Принцип действия тепловой и холодильной машины. Цикл Карно. Коэффициент полезного действия цикла Карно. Абсолютная шкала температур. Энтропия. Статистический смысл второго начала термодинамики.

Агрегатные состояния и фазовые переходы

Отступления от законов идеальных газов. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы Ван-дер-Ваальса и их анализ.

Критическое состояние. Взаимодействие молекул. Силы притяжения и отталкивания. Внутренняя энергия реального газа. Эффект Джоуля-Томсона. Сжижение газов.

Жидкости. Свойства жидкостей. Характеристика жидкого состояния. Поверхностный слой, поверхностное натяжение. Явление смачивания. Формула Лапласа. Капиллярные явления. Понятие о молекулярно-кинетических теориях жидкого состояния.

Твердые тела. Типы кристаллических решеток. Монокристаллы и поликристаллы. Плавление и испарение твердых тел. Закон Дюлонга и Пти. Теплопроводность.

Акустика.

Звуковые волны и их источники. Скорость распространения звука. Характеристика звука: акустические спектры, интенсивность, громкость.

Ультразвуки, их свойства и методы генерирования. Эффект Допплера. Практическое приложение акустики.

Раздел 3. ЭЛЕКТРОСТАТИКА. ПОСТОЯННЫЙ ТОК.

А. ЭЛЕКТРОСТАТИКА

Электрическое поле.

Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона. Диэлектрическая проницаемость. Электрическая постоянная. Силовая характеристика поля напряженность. Силовые линии поля. Поток напряженности. Теорема Остроградского-Гаусса и ее применение к вычислению напряженности полей бесконечно заряженных плоскости и нити. Индукция поля и ее связь с напряженностью. Напряженность поля точечного заряда, системы точечных зарядов, диполя, заряженной сферы.

Работа сил поля при перемещении зарядов. Циркуляции вектора напряженности. Эквипотенциальные поверхности. Градиент потенциала. Связь между напряженностью и потенциалом. Потенциал поля точечного заряда, системы точечных зарядов, диполя, заряженной сферы.

Элементарный заряд. Закон сохранения заряда. Определения заряда электрона. Опыт Милликена.

Проводники и диэлектрики в электрическом поле.

Проводники и диэлектрики. Свободные и связанные заряды. Поляризация диэлектриков. Поляризованность (интенсивность поляризации). Напряженность поля в диэлектрике. Полярные и неполярные диэлектрики.

Распределение зарядов на поверхности проводника. Напряженность и потенциал поля, созданного заряженным проводником (внутри проводника и вне его). Электрическая емкость проводников. Конденсаторы. Соединения конденсаторов.

Энергия электростатического поля.

Энергия системы неподвижных точечных зарядов, заряженного проводника, электростатического поля. Плотность энергии электрического поля.

Б. ПОСТОЯННЫЙ ТОК

Законы постоянного тока.

Причины возникновения тока. Сила тока. Плотность тока. Напряжение и падение напряжения. Электродвижущая сила. Строение силы. Законы Ома и Джоуля-Ленца. Вектор плотности тока. Дифференциальная форма законов Ома и Джоуля-Ленца. Закон Ома для неоднородного участка цепи. Законы Кирхгофа для разветвленных цепей.

Электропроводность металлов.

Экспериментальные доказательства электронной природы тока в металлах. Вывод законов Ома и Джоуля-Ленца из электронной теории. Закон Видермана-Франца. Зависимость сопротивления металлов от температуры. Сверхпроводимость. Трудности классической теории.

Электропроводность твердых и жидких электролитов.

Ионная проводимость. Электролиз. Подвижность ионов в жидких и твердых электролитах. Практическое применение электролиза.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ

ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ

Кинематическое уравнение движения материальной точки (центра масс твердого тела) вдоль оси Х:

x = f (t),

где f (t) – некоторая функция времени. Средняя скорость:

х

хt .

Средняя путевая скорость:

 

 

 

S

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

t

 

 

 

где

S - путь, пройденный точкой за интервал времени t. Путь

S в отличие от

разности координат

х

х2

х1 не может убывать и принимать

отрицательные

значения, т.е.

S > 0.

 

 

 

 

Мгновенная скорость:

 

 

хdt .

Среднее ускорение:

ax

x

.

 

 

t

Мгновенное ускорение:

a(x)

d

x

.

dt

 

 

Кинематическое уравнение движения материальной точки по окружности:

f (t); r R const.

Угловая скорость:

d dt .

Угловая ускорение:

d dt .

 

Связь между линейными и угловыми величинами, характеризующими движение

точки по окружности:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R, a

 

R, an

 

2 R,

 

 

где

-

линейная скорость;

a

и an - тангенциальное и нормальное ускорения;

- угловая скорость;

- угловое ускорение; R – радиус окружности.

 

Полное ускорение:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

аn2

a 2

или

a

R

2

2 .

Угол между полным a и нормальным an ускорениями:

аarccos( an / a).

Кинематическое уравнение гармонических колебаний материальной точки:

х

А cos( t

),

 

где x - смещение; А – амплитуда колебаний;

- круговая, или циклическая частота;

- начальная фаза.

 

 

Скорость и ускорение

материальной

точки, совершающей гармонические

колебания:

А sin( t ),

a А

2 cos( t ).

Сложение гармонических колебаний одного направления и одинаковой частоты: а) амплитуда результирующего колебания

А А2

А2

2 А А cos(

2

1

);

1

2

1

2

 

б) начальная фаза результирующего колебания:

 

 

arctg

A1 sin

1

A2 sin

2

.

 

 

 

 

A1 cos

1

A2 cos

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Траектория точки, участвующей в двух взаимно перпендикулярных колебаниях

( х А1 cos

t, y

 

A2 cos(

t

) ):

 

 

 

 

 

а)

y

( A2 / A1 )x (если разность фаз

0 );

 

 

 

 

б)

y

( A2 / A1 )x (если разность фаз

 

);

 

 

в)

x 2 / A2

y

2 / A2

1

(если разность фаз

 

 

 

).

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Уравнение плоской бегущей волны:

 

 

 

 

 

 

y

А cos

 

(t

x /

),

 

 

 

 

 

где у – смещение любой из точек среды с координатой x в момент t;

 

- скорость распространения колебаний в среде.

 

 

 

 

 

Связь разности фаз

колебаний с расстоянием х между точками среды,

отсчитанным в направлении распространения колебаний:

(2 / ) х,

где - длина волны.

Импульс материальной точки массой m, движущийся поступательно со скоростью V:

p mV.

Второй закон Ньютона:

dp Fdt,

где F – сила, действующая на тело.

Силы, рассматриваемых в механике: а) сила упругости

F kx,

где k – коэффициент упругости (в случае пружины – жесткость); х – абсолютная деформация;

б) сила тяжести

P mg;

в) сила гравитационного взаимодействия

F G

m1m2

,

r 2

 

 

где G – гравитационная постоянная; m1 и m2 – массы взаимодействующих тел; r – расстояние между телами (тела рассматриваются как материальные точки). В случае гравитационного взаимодействия силу можно выразить также через напряженность G гравитационного поля:

F mG;

г) сила трения (скольжения)

F fN;

где f – коэффициент трения; N – сила нормального давления.

Закон сохранения импульса:

N

Pi const,

i 1

или для двух тел (i = 2):

m1v1 m2 v2 m1u1 m2u2 ,

где v1 и v2 - скорости тел в момент времени, принятый за начальный;

 

u1 и u2 - скорости тех же тел в момент времени, принятый за конечный.

 

 

Кинетическая энергия тела, движущегося поступательно:

 

T

mv2 / 2, или T

p 2 /(2m).

 

 

Потенциальная энергия:

 

а) упругодеформированной пружины

 

П 0,5kx2 ,

 

 

где k – жесткость пружины; х – абсолютная деформация;

 

б) гравитационного взаимодействия

 

П

Gm1m2 / r,

 

 

где G – гравитационная постоянная; m1 и m2 – массы взаимодействующих тел;

r –

расстояние между телами (тела рассматриваются как материальные точки); в) тела, находящегося в однородном поле силы тяжести,

Пmgh,

где g – ускорение свободного падения; h – высота тела над уровнем, принятым за нулевой (формула справедлива при условии h<<R, где R – радиус Земли).

Закон сохранения механической энергии:

Е Т П const.

Работа А, совершаемая внешними силами, определяется как мера изменения энергии системы:

А Е Е2 Е1.

Основное уравнение динамики вращательного движения относительно неподвижной оси вращения z:

 

M z

J z ,

 

где M z - результирующий момент внешних сил относительно оси z, действующих на

тело;

- угловое ускорение; J z - момент инерции тела относительно оси вращения.

 

 

Моменты инерции некоторых тел массой m относительно оси z, проходящей

через центр масс:

 

 

а) стержня длиной l относительно оси, перпендикулярной стержню,

 

J z

 

1

ml 2 ;

 

12

 

 

 

б) обруча (тонкостенного цилиндра) относительно оси, перпендикулярной плоскости обруча (совпадающей с осью цилиндра),