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

Методички / А.А. Колесникова Физика. Программа, методические указания к практическим занятия и контрольные задания по общему курсу физики для студентов заочной формы обучения специальностей 060808 и 060814

.pdf
Скачиваний:
44
Добавлен:
19.08.2013
Размер:
752.9 Кб
Скачать

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра физики

ФИЗИКА

Программа, методические указания к практическим занятиям и контрольные задания по общему курсу физики для студентов заочной формы обучения специальностей 060808 «Экономика и управление на предприятии в строительстве» и 060814 «Экономика и управление на предприятии в горной промышленности и геологоразведки»

Составители А.А. Колесникова Л.Г. Соколова Т.И. Янина

Утверждены на заседании кафедры Протокол № 5 от 5.02.99

Рекомендованы к печати учебнометодической комиссией специальности 060800 Протокол № 3 от 5.03. 99

Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса КузГТУ

Кемерово 2000

1

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Цели изучения курса физики во втузе:

создание теоретической подготовки у студентов в области физики, являющейся базой для изучения многих общетехнических и специальных дисциплин;

формирование у студентов научного мышления и материалистического мировоззрения;

выработка умения применять полученные знания к решению конкретных физических задач;

ознакомление студентов с достижениями современной физической науки, позволяющими использовать новейшие технологии в производстве. В процессе самостоятельного изучения курса общей физики студентызаочники экономических специальностей выполняют одну контрольную работу, состоящую из шести задач. Номера задач контрольной работы определяют по таблице (с. 5). В первом столбце студент находит первую букву своей фамилии, а в первой строке таблицы - последнюю цифру шифра своей зачетной книжки и берет номера, находящиеся на пересечении соответствующих столбца и строки. Например, студент Васильев имеет шифр ЭГ– 91–9127. Первая буква фамилии ”В” и последняя цифра “7” определяют но-

мера задач 5, 11, 23, 35, 42, 54.

Правила оформления контрольной работы:

1) на титульном листе укажите наименование дисциплины, фамилию и инициалы, номер зачетной книжки и домашний адрес;

2)работу следует выполнять аккуратно, оставляя поля для замечаний рецензента;

3)условия задач перепишите полностью, заданные величины выпишите отдельно, переведя их в одну систему единиц (СИ);

4)решение необходимо подробно объяснить, указывая законы и формулы, используемые для вывода расчетных формул; в случае необходимости cделать рисунки;

5)искомые величины выразите в общем виде, проверьте правильность полученных выражений подстановкой размерностей и произведите расчеты.

Работа над ошибками не зачтенной работы производится в той же тетради. Зачтенные работы защищаются во время сессии. Прием контрольных работ на проверку заканчивается за 10 дней до начала сессии. Работы, присланные в более поздние сроки, проверяются после сессии.

2

ПРОГРАММА 1. Физические основы механики

Представление о свойствах пространства и времени. Кинематические характеристики движения материальной точки (МТ). Кинематические уравнения МТ и поступательного движения тела.

Инерциальные системы отсчета. Закон инерции. Второй закон Ньютона и его применение. Система МТ. Закон сохранения импульса. Работа переменной силы. Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальная энергия. Закон сохранения энергии в механике и его связь с однородностью времени.

Кинематические и динамические характеристики вращательного движения МТ и твердого тела. Уравнение динамики вращательного движения тела относительно неподвижной оси. Работа при вращательном движении. Закон сохранения момента импульса.

2 . Основы молекулярной физики и термодинамики

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа для давления. Средняя кинетическая энергия молекул. Молекулярнокинетическое толкование температуры. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы молекул. Скорости молекул. Термодинамический метод исследования. Равновесные состояния и процессы. Внутренняя энергия идеального газа. Работа расширения газа в разных процессах. Количество теплоты. Теплоемкость газов. Первое начало термодинамики и его применение. Обратимые и необратимые процессы. Круговые процессы. Цикл Карно и его КПД. Энтропия. Второе начало термодинамики.

3. Электричество и магнетизм

Закон сохранения электрического заряда. Электрическое поле и его характеристики - напряженность и потенциал. Напряженность как градиент потенциала. Поток вектора напряженности. Теорема Остроградского-Гаусса и ее применение к расчету поля. Проводники в электрическом поле. Распределение зарядов в проводнике. Напряженность поля внутри заряженного проводника и вне его. Электроемкость проводника. Конденсаторы. Энергия электрического поля. Диэлектрики. Поляризация диэлектриков. Поляризуемость и диэлектрическая проницаемость. Теорема Остроградского-Гаусса для электрического поля в диэлектриках. Электрическое смещение.

Постоянный ток и его характеристики. Разность потенциалов, напряжение и электродвижущая сила. Обобщенный закон Ома в интегральной форме. Дифференциальная форма закона Ома. Закон Джоуля-Ленца.

Магнитное поле. Индукция магнитного поля. Напряженность. Магнитный поток. Закон Био-Савара-Лапласа и его применение к расчету магнитно-

3

го поля. Закон полного тока. Действие магнитного поля на проводник с током (сила Ампера) и на движущийся заряд (сила Лоренца). Принцип действия электродвигателя и МГД - генератора.

Явления электромагнитной индукции и самоиндукции. Закон Фарадея. Индуктивность. Энергия и объемная плотность энергии магнитного поля.

4. Колебания и волны

Гармонические колебания (механические и электромагнитные) и их характеристики. Дифференциальное уравнение гармонических колебаний. Затухающие и вынужденные колебания в электрическом колебательном контуре. Уравнения этих колебаний и их решения. Амплитуда и фаза вынужденных колебаний. Резонанс.

Волны в упругой среде. Уравнение плоской волны. Уравнение электромагнитной волны. Энергия электромагнитных волн.

5. Волновая оптика. Квантовая природа излучения

Интерференция света. Условия и способы наблюдения интерференции. Применение интерференции света. Шахтный интерферометр. Дифракция света. Расчет дифракционной картины методом зон Френеля. Дифракция на одной щели и на решетке. Дифракция рентгеновских лучей и ее применение. Поляризация света. Законы Брюстера и Малюса. Искусственная оптическая анизотропия. Применение поляризации света для исследования распределения механических напряжений в моделях деталей конструкций.

Тепловое излучение и его характеристики. Черное тело. Законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина. Гипотеза Планка о квантовом характере излучения. Квантовые представления в объяснении фотоэффекта (уравнение Эйнштейна) и эффекта Комптона. Фотоны. Энергия, масса и импульс фотона. Диалектическое единство волновых и корпускулярных свойств электромагнитного излучения.

6. Элементы физики атома, ядра и элементарных частиц

Строение атома в классической теории Резерфорда-Бора и затруднения этой теории. Гипотеза де Бройля и ее опытное подтверждение. Соотношение неопределенностей. Стационарное уравнение Шредингера. Энергетическое состояние электрона в атоме водорода.

Строение ядра. Характеристики нуклонов. Дефект массы и энергия связи ядра. Природа и особенности ядерных сил. Происхождение альфа-, бета- и гаммаизлучений. Ядерные реакции и законы сохранения в них. Реакции деления и синтеза атомных ядер. Проблемы управляемых термоядер-

4

ных реакций. Элементарные частицы, их классификация и взаимопревращаемость. Четыре типа фундаментальных взаимодействий.

Список рекомендуемой литературы

1. Трофимова Т.И. Курс физики. - М., 1990.

2.Шубин А.С. Курс общей физики. - М., 1976.

3.Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике. - М., 1997.

Выбор номеров задач контрольной работы

Начальная

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

буква фами-

 

 

 

 

 

 

 

Последняя цифра шифра

 

 

 

 

 

 

 

лии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

1

 

2

 

3

 

4

 

5

 

6

 

7

 

8

 

9

 

А Б В Г Х

1

34

5

38

9 32 17

3

33

7

37

2

36

6

40

5

35

4

33

8

37

Ч Э

12

45

18

49

42

22

13

44

18

48

14

47

18

46

11

42

17

45

14

49

23

56

27

60

52

 

23

54

26

58

25

58

29

54

23

54

29

58

23

54

 

 

Д Ж З Е И

2 35

6

39

10

31

4

34

8

36

3

37

7 35 19

1

31

5

34

9

38

Ф Ш

13

46

19

50

11

41

14

45

17

49

15

48

45

30

11

41

18

46

13

50

24

57

28

55

21

51

24

55

28

59

26

59

53

 

22

55

30

57

22

53

 

 

К М Л Н У

3 37 14

7 40 20

1

31

5

35

9

39

4

38

8

34

2

31

6

35

10

39

Щ Ю

46

25

44

29

11

42

15

46

16

50

20

49

15

44

20

43

12

47

19

42

58

 

54

 

21

52

25

56

29

60

27

52

23

60

27

52

25

52

21

56

 

 

 

О П Р С Т

4

36

8

33

2

32

6

33

10

40

5

39

9

33

3

32

7

36

1

38

Я

15

48

16

43

12

43

19

47

20

41

17

50

13

43

16

44

20

48

11

41

26

59

30

53

22

55

24

57

30

51

28

56

25

51

28

59

24

55

26

51

 

З А Д А Ч И 1. Тело массой 1 кг под действием постоянной силы движется пря-

молинейно. Зависимость

координаты тела от времени выражается уравне-

нием Х = Аt2 + Bt + C,

где A = 1 м/c2; B = 2 м/c, C = 2 м. Опреде-

лить работу за первые 5 с действия силы.

2. Тело движется прямолинейно под действием постоянной силы 15 Н. Зависимость координаты от времени имеет вид

Х = А + Вt2 + Ct2 , где А = 10 м, В = − 5 м/c, C = 2 м/c2. Найти массу тела и изменение его импульса за 4 c после начала движения.

3. Найти зависимость скорости от времени и силу, действующую на тело массой 0,1 кг в конце третьей секунды, если координата тела со вре-

менем меняется

по уравнению Х = Аt + Bt2 + Ct3 , где A =

2 м/с,

В = − 1 м/с2 , С =

3 м/с3. Какую работу совершит данная сила за

3 с ее

действия ?

 

 

4. Груз массой 25 кг подвешен на цепи длиной 2,5 м с прочностью на разрыв 500 Н. В натянутом состоянии цепь с грузом отводят в сторону и отпускают. Определить наибольшую высоту, на которую можно отвести груз, чтобы цепь при качаниях груза не разорвалась.

5. Сплошной шарик массой 400 г и радиусом 5 см вращается вокруг оси, проходящей через его центр, под действием тормозящего момента.

Уравнение

движения

шара

имеет вид ϕ = А + Вt + Ct2 ,

где

A = 4 рад,

В = 2 рад/с,

С =

2 рад/с2. Определить тормозящий момент

иего работу за время торможения.

6.Маховик, имеющий форму диска массой 30 кг и радиусом 10 см, был раскручен до частоты 300 об/мин. Под действием трения диск остановился через 20 с. Найти момент силы трения, считая его постоянным, и число оборотов маховика до остановки.

7.Стержень массой 1 кг и длиной 1 м вращается вокруг оси, перпен-

дикулярной

к стержню

и

проходящей через

его

конец, по

закону

ϕ = А + Вt +

Ct2 , где

А =

2 рад, В = 1 рад/с,

С =

1 рад/с2.

Опреде-

лить момент силы, действующей на другой конец стержня. Какая работа будет совершена этой силой за 2 с после начала вращения ?

8. Тело вращается вокруг неподвижной оси по закону

2

ϕ = А + Вt + Ct2 , где А = 10

рад,

В = 20 рад/с, С =

2 рад/с2. Найти

полное ускорение точки, находящейся на расстоянии r =

0,1 м от оси вра-

щения, для момента времени

t = 4 c

и момент силы,

вызывающий это

движение, если момент инерции тела

J = 1 кг м2.

 

9. Сплошной диск массой 0,2

кг вращается вокруг оси, перпендику-

лярной плоскости диска и проходящей через центр его масс, под действием

момента сил

0,8 102

H м

по уравнению ϕ = А + Вt + Ct2 , где

А = 5 рад, В =

1 рад/с,

С = 2

рад/с2. Определить радиус диска, а также

его момент импульса и кинетическую энергию через 5 с после начала вращения.

10. Тело массой 1 кг под действием постоянной силы движется прямолинейно. Зависимость пути, пройденного телом, от времени задана урав-

нением S = 2t2 + 4t + 1. Определить работу силы за 10 с от начала ее действия и зависимость кинетической энергии от времени.

11. Вычислить плотность азота, находящегося в баллоне под давлением P = 20 ат. Температура азота T = 290 К.

12. Баллон емкостью V = 50 л заполнен кислородом. Температура кислорода Т = 300 К. Когда часть кислорода израсходовали, давление в баллоне понизилось на ∆ P = 200 кПа. Определить массу израсходованного кислорода. Процесс считать изотермическим.

13. Сосуд емкостью V = 0,01 м3 содержит азот массой m =

7 г и

1

 

водород массой m2 = 1г при температуре Т = 280 К. Определить давление Р смеси газов.

14. Найти плотность газовой смеси, состоящей по массе из одной части водорода и восьми частей кислорода, при давлении Р = 0,1 мПа и температуре 290 К.

15. Сколько молекул водорода находится в сосуде емкостью 1 л, если средняя квадратичная скорость движения молекул 500 м/c, а давление на стенки сосуда 1 кПа ?

16. Во сколько раз увеличится объем 2 молей водорода при изотермическом расширении при температуре 27° С, если при этом была затрачена теплота 8 кДж ?

17. Газ, занимающий объем 10 л под давлением 0,5 мПа, был изобарно нагрет от 323 до 473 К. Найти работу расширения газа.

3

18. При нагревании 0,5 кмоль азота было передано 1000 Дж теплоты. Определить работу расширения газа при постоянном давлении.

19. За счет 1 кДж теплоты, получаемой от нагревателя, машина, работающая по циклу Карно, совершает работу 0,5 кДж. Температура нагревателя 500 К. Определить температуру холодильника.

20. Совершая прямой цикл Карно, газ отдал холодильнику 25 % теплоты, полученной от нагревателя. Определить температуру холодильника, если температура нагревателя 500 К.

21. Сколько надо заплатить за пользование электрической энергией в месяц (30 дней), если ежедневно по 6 ч горят две электрические лампочки, потребляющие при 120 В ток 0,5 А? Кроме того, ежедневно кипятят 3 л воды с начальной температурой 10° С. Стоимость 1кВт ч энергии принять равной 10 к. КПД нагревателя 80 %.

22. Электрический чайник с 600 см3 воды забыли выключить. Через сколько времени вода в чайнике выкипит? Сопротивление обмотки чайника равно 16 Ом, напряжение в сети 120 В, КПД нагревателя 80 %, начальная температура воды 9° С.

23.Для отопления комнаты пользуются электрической печью, включенной в сеть с напряжением 120 В. Комната теряет в сутки 20800 ккал тепла. Требуется поддерживать температуру комнаты неизменной. Найти сопротивление печи, ее мощность, а также длину нихромовой проволоки, из которой изготовлена обмотка такой печи. Диаметр проволоки d = 0,6 мм. 1 кал = 4,19 Дж.

24.Сколько ватт потребляет нагреватель электрического чайника, если 1 л воды закипает через 5 мин? Начальная температура воды 13,5° С. Потерями тепла пренебречь. Каково сопротивление нагревателя, если напряжение в сети 120 В?

25.Определить удельное сопротивление провода, который намотан на

катушку, имеющую 500 витков со средним диаметром витка

6 см, если

при напряжении 220 В допустимая плотность тока 138 МА/м2.

 

26. Падение напряжения во внешней цепи равно 5,1 В. Определить силу тока в цепи, ЭДС и КПД источника тока, если его внутреннее сопротивление 1,5 Ом, а сопротивление внешней цепи 8,5 Ом.

27. При замыкании аккумуляторной батареи на сопротивление

9

Ом в цепи идет ток 1 А. Ток короткого замыкания равен 10 А. Определить внутреннее сопротивление батареи.

4

28.Определить плотность тока j в железном проводнике длиной 10 м, если проводник находится под напряжением 6 В.

29.ЭДС батареи равна 20 В. Сопротивление внешней цепи 2 Ом, сила тока 4 А. Найти КПД батареи. При каком значении внешнего сопротивления КПД будет равен 99 % ?

30.Обмотка электрического кипятильника имеет две секции. Если включена только первая секция, вода закипит через 15 мин, если только вторая, то через 30 мин. Через сколько минут закипит вода, если обе секции включить последовательно? Параллельно?

31. По двум длинным параллельным проводам текут в одинаковом направлении токи силой J1 = 10 A и J2 = 15 A. Расстояние между прово-

дами 10 см. Определить напряженность Н магнитного поля в точке, удаленной от первого провода на 8 см и от второго провода на 6 см.

32. В однородном магнитном поле с индукцией В = 0,01 Тл помещен прямой проводник длиной 20 см (подводящие провода находятся вне поля). Определить силу F, действующую на проводник, если по нему течет ток силой 50 А, а угол между направлением тока и вектором магнитной индукции равен 30° .

33. Рамка с током силой 5 А содержит 20 витков тонкого провода. Определить магнитный момент рамки с током Pm , если ее площадь

10 см2.34. По двум бесконечно длинным проводам (прямолинейным, параллельным), расстояние между которыми 50 см, в одном направлении текут токи 5 и 10 А. Определить расстояние от проводника с меньшим током до геометрического места точек, в котором индукция магнитного поля равна нулю.

35.По квадратной рамке течет ток 10 А. Напряженность магнитного поля в центре рамки 2,25 А/м. Определить периметр рамки.

36.Обмотка соленоида содержит два слоя плотно прилегающих друг к другу витков провода диаметром d = 0,2 мм. Определить магнитную индукцию В на оси соленоида, если по проводу идет ток силой 0,5 А.

37.Соленоид содержит 4000 витков провода, по которому течет ток силой

20А. Определить магнитный поток Ф и потокосцепление ψ , если индуктивность L = 0,4 Гн.

38.На картонный каркас длиной 50 см и площадью сечения S = 4 см2 намотан в один слой проводник диаметром 0,2 мм так, что витки плотно прилегают друг к другу. Определить индуктивность L получившегося соленоида.

Соседние файлы в папке Методички