Раздел 3. Молекулярная физика и термодинамика

Тема 3.1. Молекулярная физика

Студент должен знать: газовые законы; основные уравнения молекулярной физики.

Студент должен уметь: решать задачи по молекулярной физике, самостоятельно разобраться и выполнить лабораторные работы по молекулярной физике.

СОДЕРЖАНИЕ ТЕМЫ

Основные представления МКТ. Уравнение Менделеева-Клапейрона. Статистические закономерности. Молекулярно-кинетическая теория идеального газа. Распределение Максвелла. Барометрическая формула.

Тема 3.2. Основы термодинамики

Студент должен знать: основные законы и величины термодинамики.

Студент должен уметь: решать задачи по термодинамике, в том числе связанные с фазовыми переходами.

СОДЕРЖАНИЕ ТЕМЫ

Первое начало термодинамики. Теплоемкость. Процессы и циклы с газами и их графическое представление. Энтропия. Второе начало термодинамики. Энтропия. Обратимые и необратимые процессы.

Раздел 4. Электричество и магнетизм

Тема 4.1. Электростатика

Студент должен знать: основные приемы и методы решения задач по электростатике.

Студент должен уметь: решать задачи по электростатике.

СОДЕРЖАНИЕ ТЕМЫ

Взаимодействие электрических зарядов. Электрическое поле. Напряженность. Расчет электрических полей. Теорема Гаусса. Применение теоремы Гаусса.

Проводники и диэлектрики в электростатическом поле. Электроемкость. Конденсаторы.

Энергия и потенциал электростатического поля. Работа сил поля по перемещению заряда.

Тема 4.2. Постоянный электрический ток

Студент должен знать: законы постоянного тока.

Студент должен уметь: решать задачи на расчет разветвленных электрических цепей.

СОДЕРЖАНИЕ ТЕМЫ

Электрический ток. Закон Ома для участка и для полной цепи. Правила Кирхгофа. Работа, мощность и тепловые действия тока. Основы электронной теории металлов. Контактные явления. Термоэлектронная эмиссия. Ток в электролитах. Электролиз. Законы Фарадея. Действие тока на биологические объекты.

Перечень вопросов к зачету

1. Кинематика поступательного движения (система отсчёта, путь и траектория, скорость, ускорение и т.д.).

2. Кинематика вращательного движения тела (угловое перемещение, угловая скорость и ускорение и т.д.). Связь между угловыми и линейными величинами.

3. Принцип относительности Галилея. Инерциальные и неинерциальные системы отсчёта. Законы динамики Ньютона. Масса и вес.

4. Виды взаимодействия в природе и силы в механике.

5. Импульс. Закон сохранения импульса.

6. Работа. Мощность. Энергия.

7. Кинетическая, потенциальная и полная энергия тела. Закон сохранения энергии.

8. Соударение шаров.

9. Динамика вращательного движения. Момент инерции, силы и импульса. Закон сохранения момента импульса.

10. Гармонические колебания.

11. Сложение гармонических колебаний одной частоты и одинаковых направлений.

12. Сложение гармонических колебаний разных частот и одинаковых направлений. Биения.

13. Сложение взаимно перпендикулярных гармонических колебаний.

14. Свободные затухающие колебания.

15. Вынужденные колебания. Резонанс.

16. Пружинный, математический и физический маятники. Период их колебаний.

17. Волны. Уравнение плоской бегущей волны.

18. Волны. Уравнение сферической бегущей волны. Волновое число.

19. Дисперсия. Фазовая скорость. Волновое уравнение. Интенсивность и объёмная плотность энергии волны.

20. Суперпозиция. Групповая скорость. Интерференция.

21. Стоячие волны. Ультра и инфразвук, и их применение в человеческой деятельности и в природе.

22. Основные понятия молекулярной физики и термодинамики.

23. Молекулярно-кинетическая теория идеального газа. Статистические закономерности (опытные законы идеального газа и уравнение Менделеева-Клайперона).

24. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа.

25. Барометрическая формула. Распределение Больцмана.

26. Распределение Максвелла.

27. Число степеней свободы. Внутренняя энергия.

28. Первое начало термодинамики. Работа газа при изменении его объёма.

29. Теплоёмкость. Изопроцессы. Адиабатический процесс.

30. Круговой процесс. Тепловой двигатель и холодильная машина. КПД.

31. Энтропия

32. Второе и третье начало термодинамики. Цикл Карно. КПД цикла Карно.

33. Электрическое поле. Напряженность. Закон Кулона.

34. Диполи.

35. Поток вектора электростатической индукции. Теорема Гаусса.

36. Применение теоремы Гаусса (равномерно заряженные сфера, плоскость, две плоскости).

37. Потенциал электростатического поля. Эквипотенциальные по­верхности.

38. Проводники и диэлектрики в электростатическом поле.

39. Конденсаторы. Электроемкость. Энергия электрического поля.

40. Электрический ток. Закон Ома для участка цепи. Сопротивление.

41. Закон Ома для полной цепи. Правила Кирхгофа.

42. Работа и мощность электрического тока. Электронная теория металлов.

43. Электролиты. Законы Фарадея и Ома для электролитов.

44. Магнитное поле и его характеристики. Закон Ампера. Взаимодействие токов.

45. Закон Био-Савара-Лапласа. Магнитное поле кругового и прямого тока.

46. Циркуляция вектора напряженности магнитного поля. Поле соленоида.

47. ]Поток вектора магнитной индукции. Магнитные цепи.

48. Сила Лоренца. Движение зарядов в магнитном поле.

49. Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца.

50. Трансформаторы. Явление самоиндукции. Энергия магнитного поля

51. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле.

52. Диамагнетизм. Парамагнетизм. Ферромагнетизм.

Перечень контрольных задач

контрольная работа

1. Тело, брошенное вертикально вверх, находилось на одной и той же высоте h=8,6 м два раза с интервалом =3 с. Пренебрегая сопротивлением воздуха, вычислить начальную скорость брошенного тела.

2. С какой наименьшей высоты h должен скатываться акробат на велосипеде (не работая ногами), чтобы проехать по дорожке имеющей форму «мёртвой петли» радиусом R=4 м, и не оторваться от дорожки в верхней точке петли? Трением пренебречь.

3. Через неподвижный блок массой m=0,2 кг перекинут шнур, к концам которого подвесили грузы массами m₁=0,3 кг и m₂=0,5 кг. Определить силы натяжения T₁ и T₂ шнура по обе стороны блока во время движения грузов, если масса блока равномерно распределена по ободу.

4. С балкона бросили мячик вертикально вверх с начальной скоростью =5 м/с. Через t=2 с мячик упал на землю. Определить высоту балкона над землёй и скорость мячика в момент удара о землю.

5. На железнодорожной платформе установлено орудие. Масса платформы с орудием M=15 т. Орудие стреляет вверх под углом к горизонту в направлении пути. С какой скоростью покатиться платформа вследствие отдачи, если масса снаряда m=20 кг и он вылетает со скоростью =600 м/с?

6. Платформа, имеющая форму диска, может вращаться около вертикальной оси. На краю платформы стоит человек массой m₁=60 кг. На какой угол повернётся платформа, если человек пройдёт вдоль края платформы и, обойдя его, вернётся в исходную точку на платформе? Масса m₂ платформы равна 240 кг. Человека считать материальной точкой.

7. С вышки бросили камень в горизонтальном направлении. Через промежуток времени t=2 с камень упал на землю на расстоянии s=40 м от основания вышки. Определить начальную и конечную v скорости камня.

8. Два бруска массами m₁=1 кг и m₂=4 кг, соединённые шнуром, лежат на столе. С каким ускорением a будут двигаться бруски, если к одному из них приложить силу F=10 Н, направленную горизонтально? Какова будет сила натяжения T шнура, соединяющего бруски, если силу 10 Н приложить к первому бруску? Ко второму бруску? Трением пренебречь.

9. На краю горизонтальной платформы, имеющей форму диска радиусом R=2 м, стоит человек массой m₁=80 кг. Масса m₂ платформы равна 240 кг. Платформа может вращаться около вертикальной оси, проходящей через её центр. Пренебрегая трением, найти с какой угловой скоростью будет вращаться платформа, если человек будет идти вдоль её края со скоростью v=2 м/с относительно платформы.

10. Водяной пар расширяется при постоянном давлении. Определить работу A расширения, если пару передано количество теплоты Q=4 кДж.

11. Камень падает с высоты h=1200 м. Какой путь s пройдёт камень за последнюю секунду своего падения?

12. На столе стоит тележка массой m₁=4 кг. К тележке привязан один конец шнура, перекинутого через блок. С каким ускорение a будет двигаться тележка, если к другому концу шнура привязать гирю массой m₂=1 кг?

13. На горизонтальную ось насажены маховик и лёгкий шкив радиусом R=5 см. На шкив намотан шнур, к которому привязан груз массой m=0,4 кг. Опускаясь равноускоренно, груз прошёл путь s=1,8 м за время t=3 с. Определить момент инерции J маховика. Массу шкива считать пренебрежимо малой.

14. Маховик начал вращаться равноускоренно и за промежуток времени =10 с достиг частоты вращения n=300 мин^-1. Определить угловое ускорение маховика и число N оборотов, которое он сделал за это время.

15. На рельсах стоит платформа, на которой закреплено орудие, и ствол его расположен в горизонтальном положении. Масса снаряда равна 10 кг, и его скорость u₁=1 км/с. На какое расстояние откатится платформа после выстрела, если коэффициент трения платформы о рельсы f=0,002?

16. Сколько времени t будет скатываться без скольжения обруч с наклонной плоскости длинной =2 м и высотой h=10 см?

17. Идеальный газ совершает цикл Карно. Работа A₁ изотермического расширения газа равна 5 Дж. Определить работу A₂ изотермического сжатия, если КПД цикла равен 0,2.

18. Расширяясь, водород совершил работу A=6 кДж. Определить количество теплоты Q, подведённое к газу, если процесс протекал 1) изобарно; 2) изотермически.

19. Водяной пар расширяется при постоянном давлении. Определить работу A расширения, если пару передано количество теплоты Q=4 кДж.

20. Наименьший объём газа, совершающего цикл Карно, равен 153 л. Определить наибольший объём V₃, если объём V₂ в конце изотермического расширения и объём V₄ в конце изотермического сжатия равны соответственно 600 и 189 л.

21. При адиабатическом сжатии газа его объём уменьшился в n=10 раз, а давление увеличилось в k=21,4 раза. Определить отношение C_p/C_v теплоёмкостей газов.

22. Расширяясь, водород совершил работу A=6 кДж. Определить количество теплоты Q, подведённое к газу, если процесс протекал 1) изобарно; 2) изотермически.

23. В баллоне находилась масса m₁=10 кг газа при давлении p₁=10 МПа. Какую массу газа Δm взяли из баллона, если давление стало равным p₂=2,5 МПа? Температуру газа считать постоянной.

Приложение 1. Результаты успеваемости по дисциплине

Год	Специальность	Группа	Качество (отл, хорошо)		Удовл (Зачёт)		Неуд (Незач)
			колич.	%	колич.	%	колич.	%

Приложение 2. Отметки об изменениях в рабочей программе

Дата, № протокола заседания кафедры	Внесённые изменения	Подписи зав.кафедрой, председателя УМК

5