Механика твердого тела
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗВАНИЯ «ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра общей и экспериментальной физики
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС КУРСА МЕХАНИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА
Направление: 050100 – Педагогическое образование
Профили: Физика, Информатика и ИКТ
Квалификация (степень): Бакалавр
Пермь
ПГПУ
2011
2
УДК
ББК
Рецензент: к.ф.-м.н., доцент кафедры общей и экспериментальной физики ПГПУ В.М. Мызников
Автор-составитель: к.ф.-м.н., доцент кафедры общей и экспериментальной физики ПГПУ Д.А. Полежаев
Механика твердого тела: учебно-методический комплекс по дисциплине. Направление: 050100 – Педагогическое образование. Профили: Физика, Информатика и ИКТ. Квалификация (степень): Бакалавр / авт.-сост. Д.А. Полежаев; Перм. гос. пед. ун-т. – Пермь, 2011. – 16 с.
Учебно-методический комплекс по дисциплине «Механика твердого тела» составлен в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению «Педагогическое образование».
Дисциплина относится к обязательным дисциплинам вариативной части профессионального цикла.
Адресовано студентам, изучающим курс «Механика твердого тела».
Утверждено: |
Утверждено на заседании кафедры |
|
«___» ________________20___ г. |
общей и экспериментальной физики: |
|
Начальник учебно-методического |
Протокол № |
|
управления __________________ |
« » |
2011г. |
|
Зав. кафедрой _______________ |
|
Печатается по решению учебно-методического совета
Пермского государственного педагогического университета
3
Содержание
1. |
Цель изучения дисциплины |
4 |
2. |
Место дисциплины в структуре ООП |
4 |
3. |
Требования к результатам освоения дисциплины |
4 |
4. |
Объем дисциплины |
6 |
5. |
Содержание дисциплины |
7 |
6. |
Формы и методы обучения |
10 |
7. |
Структура и содержание самостоятельной работы студентов |
10 |
8. |
Учебно-методическое, информационное и материально-техническое |
12 |
|
обеспечение дисциплины |
|
|
|
|
9. |
Содержание и порядок проведения входного и текущего контроля, |
12 |
|
промежуточной аттестации |
|
4
1. Цель изучения дисциплины
Целью преподавания дисциплины «Механика твердого тела» является получение студентами основополагающих представлений о физических законах и принципах, описывающих механические явления и процессы. Дисциплина «Механика твердого тела» содержит структурированную и систематизированную информацию о механических явлениях и методах их изучения. Содержание курса направлено на формирование у студентов современного естественнонаучного мировоззрения, развитие научного мышления и расширение их научно-технического кругозора. Дисциплина «Механика твердого тела» способствует формированию представлений о физической картине мира как основе целостности и многообразия природы.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина относится к обязательным дисциплинам вариативной части профессионального цикла. Для освоения дисциплины «Механика твердого тела» студенты используют знания, умения и навыки, сформированные при изучении следующих дисциплин:
1.Основы физики
2.Механика Освоение дисциплины «Механика твердого тела» является основой для
последующего изучения следующих дисциплин: 1.Классическая механика 2.Молекулярная физика 3.Электричество и магнетизм 4.Оптика 5.Квантовая физика
3. Требования к результатам освоения дисциплины
3.1. Принятая структура компетенций
Дисциплина способствует формированию следующих компетенций, предусмотренных ФГОС по направлению подготовки ВПО:
1.способен использовать знания о современной естественнонаучной картине мира в образовательной и профессиональной деятельности, применять методы математической обработки информации, теоретического и экспериментального исследования (ОК-4);
2.знает концептуальные и теоретические основы физики, ее место в общей системе наук и ценностей, историю развития и современное состояние (СК-1);
3.владеет системой знаний о фундаментальных физических законах и теориях, физической сущности явлений и процессов в природе и технике (СК-2);
|
5 |
|
|
4. владеет навыками организации |
и |
постановки |
физического |
эксперимента (лабораторного, |
демонстрационного, компьютерного) |
||
(СК-3); |
|
|
|
5.умеет объяснять физические явления и процессы и применять свои знания к решению конкретных задач (СК-5).
Врезультате изучения дисциплины студент должен
знать: основные понятия и законы механики твердого тела, классические эксперименты, сыгравшие определяющую роль в развитии механики. уметь: применять законы механики для описания механического движения твердого тела, описать рассматриваемые проблемы с помощью математических моделей; уметь решать стандартные задачи.
владеть: алгоритмами и методами решения стандартных задач по механике твердого тела, приемами проведения лабораторного эксперимента и базовыми методами обработки информации.
3.2. Матрица соотнесения разделов учебной дисциплины и формируемых компетенций
№ |
|
Кол-во |
Коды |
|
Раздел |
формируемых |
|||
п/п |
часов/ЗЕ |
|||
|
|
|
компетенций |
|
1. |
Движение твердого тела |
8 |
СК-1, СК-2, СК-5 |
|
2. |
Основное уравнение динамики твердого тела |
26 |
ОК-4, СК-1, СК-2, |
|
СК-3, СК-5 |
||||
|
|
|
||
3. |
Гироскопы |
18 |
ОК-4, СК-1, СК-2, |
|
СК-3, СК-5 |
||||
|
|
|
||
|
|
|
|
|
4. |
Деформации твердого тела |
20 |
ОК-4, СК-1, СК-2, |
|
СК-3, СК-5 |
||||
|
|
|
||
|
|
|
|
|
ИТОГО |
72/2 |
|
||
6
4.Объем дисциплины
4.1.Объем дисциплины и виды учебной работы
|
Вид учебной работы |
Количество часов по |
|
|
формам обучения |
|
|
Очная |
Номер семестра: |
2 |
|
Аудиторные занятия, в т.ч.: |
36/1 |
|
1. |
Лекции (Л) |
12/0,33 |
2. |
Практические занятия (ПЗ) |
12/0,33 |
3. |
Лабораторные работы (ЛР) |
12/0,33 |
Самостоятельная работа студентов, в т.ч.: |
36/1 |
|
1. |
Конспект в рабочей тетради |
+ |
2. |
Аналитическая таблица, схема, график |
+ |
3. |
Решение проблемных задач |
+ |
|
Другие виды самостоятельной работы |
+ |
Общая трудоемкость: часы/ зачетные единицы |
72/2 |
|
Входной контроль |
|
|
Текущий контроль |
тест, опрос |
|
Форма промежуточной аттестации |
зачет |
|
4.2. Распределение часов по темам и видам учебной работы
|
|
|
Виды учебной работы студентов |
||||
№ |
Раздел |
Всего, ч |
|
и трудоемкость, ч |
|
||
п/п |
Аудиторная работа |
Сам. работа |
|||||
|
|
|
Лек. |
Пр. |
Лаб. |
Обяз. |
Доп. |
1. |
Движение твердого тела |
|
2 |
2 |
|
4 |
|
2. |
Основное уравнение динамики |
|
4 |
6 |
4 |
8 |
4 |
|
твердого тела |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
3. |
Гироскопы |
|
4 |
|
4 |
6 |
4 |
4. |
Деформации твердого тела |
|
2 |
4 |
4 |
6 |
4 |
ИТОГО, ч/ ЗЕ |
72/2 |
12/0,33 |
12/0,33 |
12/0,33 |
24/0,7 |
12/0,3 |
|
7
5. Содержание дисциплины
5.1. Программа дисциплины
№ |
Раздел |
Понятия |
|
Содержание |
|
||||
1. |
Движение |
твердого |
Абсолютно |
твердое |
Поступательное |
и |
|||
|
тела |
|
тело, момент силы, |
вращательное |
движе- |
||||
|
|
|
плечо силы, |
момент |
ние твердого тела |
|
|||
|
|
|
импульса |
|
|
|
|
|
|
2. |
Основное |
уравнение |
Второй закон Ньютона |
Второй закон Ньютона |
|||||
|
динамики |
твердого |
для движения твердого |
для движения твердого |
|||||
|
тела |
|
тела, момент инерции, |
тела, закон сохранения |
|||||
|
|
|
физический |
маятник, |
момента импульса, ус- |
||||
|
|
|
маятник Максвелла |
ловия |
равновесия |
||||
|
|
|
|
|
твердого тела, теорема |
||||
|
|
|
|
|
Штейнера, |
кинетиче- |
|||
|
|
|
|
|
ская |
энергия |
твердого |
||
|
|
|
|
|
тела, моменты инер- |
||||
|
|
|
|
|
ции |
симметричных |
|||
|
|
|
|
|
тел |
|
|
|
|
3. |
Гироскопы |
|
Гироскопы, |
гироско- |
Движение |
гироскопа, |
|||
|
|
|
пические силы, пре- |
применение |
гироско- |
||||
|
|
|
цессия, нутация |
пов |
|
|
|
|
|
4. |
Деформации твердого |
Деформации, |
модуль |
Виды |
деформации |
||||
|
тела |
|
Юнга |
|
твердого тела |
|
|
||
|
5.2. Содержание практических и лабораторных занятий |
|
Раздел 1. Движение твердого тела |
|
Практическое занятие №1. Момент силы и момент импульса. |
|
Вопросы для подготовки: |
1. |
Второй закон Ньютона для поступательного движения |
2. |
Импульс тела |
3. |
Формула для расчета момента силы |
4. |
Формула для расчета момента импульса |
5. |
Абсолютно твердое тело |
6. |
Плечо силы |
7. |
Угловая скорость вращения тела |
Список рекомендуемой литературы
1.Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т. 1. Механика. Физматлит. 2005.
2.Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 1. Механика. Лань. 2011.
8
3. Иродов И.Е. Задачи по общей физике. БИНОМ. Лаборатория знаний. 2010.
4.Трофимова Т.И. Курс физики. Академия. 2006.
5.Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Т. 2. УРСС. 2004.
Раздел 2. Основное уравнение динамики твердого тела
|
Практическое занятие №1. Условия равновесия твердого тела. |
|
Практическое занятие №2. Моменты инерции различных тел. |
|
Практическое занятие №3. Кинетическая энергия твердого тела. |
|
Вопросы для подготовки: |
1. |
Второй закон Ньютона для вращательного движения с использованием |
момента инерции |
|
2. |
Второй закон Ньютона для вращательного движения с использованием |
момента импульса |
|
3. |
Момент инерции диска относительно оси, проходящей через центр масс |
4. |
Момент инерции стержня относительно оси, проходящей через центр |
масс |
|
5. |
Формула для расчета центра масс |
6. |
Теорема Штейнера |
7. |
Кинетическая энергия катящегося тела |
Лабораторная работа №1. Определение момента инерции твердого тела на основе законов равноускоренного движения.
Список рекомендуемой литературы
1.Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т. 1. Механика. Физматлит. 2005.
2.Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 1. Механика. Лань. 2011.
3.Иродов И.Е. Задачи по общей физике. БИНОМ. Лаборатория знаний. 2010.
4.Трофимова Т.И. Курс физики. Академия. 2006.
5.Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Т. 2. УРСС. 2004.
Раздел 3. Гироскопы
Лабораторная работа №1. Гироскоп.
Список рекомендуемой литературы
1.Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т. 1. Механика. Физматлит. 2005.
2.Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 1. Механика. Лань. 2011.
3.Иродов И.Е. Задачи по общей физике. БИНОМ. Лаборатория знаний. 2010.
4.Трофимова Т.И. Курс физики. Академия. 2006.
9
5.Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Т. 2. УРСС. 2004.
Раздел 4. Деформации твердого тела
Практическое занятие №1. Упругие деформации. Закон Гука. Практическое занятие №2. Упругие деформации. Потенциальная энер-
гия деформируемого тела.
|
Вопросы для подготовки: |
1. |
Виды деформаций |
2. |
Закон Гука, пределы применимости |
3. |
Модуль Юнга |
4. |
Формула для расчета потенциальной энергии деформируемого тела |
Лабораторная работа №1. Измерение момента инерции твердого тела методом крутильных колебаний.
Список рекомендуемой литературы
1.Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т. 1. Механика. Физматлит. 2005.
2.Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 1. Механика. Лань. 2011.
3.Иродов И.Е. Задачи по общей физике. БИНОМ. Лаборатория знаний. 2010.
4.Трофимова Т.И. Курс физики. Академия. 2006.
5.Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Т. 2. УРСС. 2004.
10
6. Формы и методы обучения
Технологии аудиторной работы:
Академические лекции, лекции-визуализации, семинары, лабораторные занятия, решение проблемных задач.
Технологии внеаудиторной работы:
Конспектирование литературы, составление схем/таблиц, выполнение лабораторных работ, построение графиков, решение проблемных задач.
7. Структура и содержание самостоятельной работы студентов
7.1. Структура и трудоемкость самостоятельной работы студентов
|
|
|
Формы СРС |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
№ раздела |
Раздел дисциплины |
Конспектирование |
Построение графиков зависимостей |
Составление аналитических таблиц, схем |
Лабораторная работа |
Решение проблемных задач |
Общая трудоемкость, ч/ЗЕ |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1. |
Движение твердого тела |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
4/0,1 |
2. |
Основное уравнение динамики |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
12/0,3 |
твердого тела |
|||||||
3. |
Гироскопы |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
10/0,3 |
4. |
Деформации твердого тела |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
10/0,3 |
Итого: |
|
|
|
|
|
36/1 |
|