МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ХЕРСОНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ Кафедра загальної та прикладної фізики

Рег. № 15/855 – 04.10.2010

МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ

Херсон – 2010

Методичні рекомендації і контрольні завдання (частина І) з дисципліни «Фізика» для студентів заочного відділення

Укладач: Степанчиков Д.М., кількість сторінок 88

Рецензент: к.т.н., доц. Курак В.В.

Затверджено на засіданні кафедри загальної та прикладної фізики протокол №__2__ від _23.09.2010_

Зав. кафедри_________ Шарко О.В.

Відповідальний за випуск ___Степанчиков Д.М.____

2

Вступ

Дисципліна «Фізика» разом з «Вищою математикою» і «Теоретичною механікою» складає основу теоретичної підготовки інженерів і відіграє роль фундаментальної фізико-математичної бази, без якої неможлива успішна діяльність інженера будь-якого профілю. Курс фізики являє собою єдине ціле. Вивчення цілісного курсу фізики сприяє формуванню у студентів наукового світогляду та сучасного фізичного мислення. Курс передбачає вивчення основних законів та категорій фізики, фізичних основ методів дослідження матеріалів (фізичного матеріалознавства).

Основною формою навчання студента-заочника є самостійне опанування навчального матеріалу. Для полегшення цієї роботи кафедра Загальної та прикладної фізики ХНТУ проводить читання лекцій, практичні і лабораторні заняття. Тому процес вивчення фізики складається з наступних етапів:

1.опрацювання настановних та оглядових лекцій;

2.самостійна робота з підручниками і навчальними посібниками;

3.виконання контрольних робот;

4.проходження лабораторного практикуму;

5.складання заліків та іспитів.

Контрольні роботи дозволяють закріпити теоретичний матеріал курсу.

Розв’язання задач в контрольних роботах є перевіркою ступеня засвоєння студентом-заочником теоретичного курсу.

Перша частина Методичних рекомендацій складаються з трьох розділів та десяти тем, які передбачені до вивчення у першому семестрі викладання дисципліни «Фізика» згідно з робочими програмами. Основною метою методичних рекомендацій є допомога студентам-заочникам у вивченні курсу фізики та виконанні контрольної роботи, яка передбачена у першому семестрі вивчення дисципліни. Контрольна робота складається з десяти задач (по одній задачі з кожної теми). Кожна розглянута тема складається з основних теоретичних відомостей, методичних порад щодо розв’язування задач, декількох прикладів розв’язку типових задач і списку задач контрольного завдання.

3

Визначення варіанта завдання проводиться за єдиною для всіх

контрольних робот схемою. Студент має розв’язати задачі того

варіанта, номер якого співпадає з двома останніми цифрами шифру його залікової книжки (якщо вони не перевищують 30), або з сумою останніх двох цифр шифру залікової книжки (якщо вони перевищують

30). Номери задач кожного варіанту вказано у таблиці 1.

При оформленні контрольної роботи необхідно дотримуватись наступних правил:

1.контрольна робота виконується на аркушах А4;

2.на титульній сторінці вказати номер варіанту, найменування

дисципліни, прізвище та ініціали студента, шифр його

залікової книжки;

3.контрольну роботу варто виконувати акуратно, залишаючи поля для зауважень рецензента;

4.кожну задачу починати з окремої сторінки, при цьому умову задачі переписати спочатку цілком, а потім зробити скорочений запис;

При самостійному розв’язуванні контрольних завдань студенту-

заочнику у своїх діях рекомендується дотримуватися наступної

послідовності:

1.ретельно опрацювати теоретичний матеріал, на якому базуються задачі контрольного завдання;

2.розібрати наведені приклади розв’язку задач даної теми;

3.ознайомитися з умовою задачі, обрати найбільш раціональний шлях розв’язку задачі;

4.обґрунтувати правомірність застосування обраного фізичного закону або формули до опису явища, про яке йдеться у задачі;

5.записати коротку умову задачі, для пояснення розв’язку задачі, де це необхідно, акуратно зробити схематичний рисунок;

6.скласти систему рівнянь, кількість яких неменша за кількість невідомих;

7.розв’язати отриману систему рівнянь;

8.проаналізувати отриманий результат.

4

Розв’язок задачі необхідно супроводжувати поясненнями, вказувати основні закони і формули, на яких базується розв’язок задачі. Варто уникати проміжних розрахунків і спочатку вивести остаточну розрахункову формулу у літерних позначеннях. Правильність отриманої формули слід перевірити методом розмірностей. Обчислення проводити шляхом підстановки заданих числових величин у розрахункову формулу. Точність розрахунку визначається кількістю значущих цифр у вихідних даних задачі. Константи фізичних величин треба брати з фізичних довідників.

Отриманий результат наприкінці розв’язку треба перевірити на адекватність реальним умовам, що запропоновані у задачі.

За умови вдумливого та наполегливого опрацювання теоретичного матеріалу та прикладів розв’язку задач, студенти-заочники з запропонованими задачами контрольного завдання можуть впоратися самостійно. Це сприяє розвитку творчих здібностей, вмінь та навичок.

Контрольні роботи, які представлені без дотримання правил оформлення та розв’язку, а також роботи, які виконано не за своїм варіантом,

зараховуватися не будуть.

5

Таблиця1. Номери задач індивідуальної контрольної роботи

6

РОЗДІЛ 1. МЕХАНІКА [1,3,6,8-12]

Тема 1. Кінематика поступального і обертального руху

Кінематика вивчає механічний рух тіл з геометричної точки зору. При цьому сили, що діють на тіло, не розглядаються. Основним завданням кінематики є визначення кінематичних характеристик руху тіл – їх положення (координат), швидкостей, прискорень, часу руху і т.п.

– і отримання рівнянь, які пов’язують ці характеристики між собою. Ці рівняння дозволяють за відомими характеристиками знаходити інші і таким чином дають можливість при мінімальному числі вихідних даних повністю описати рух тіл.

Методичні рекомендації

При розв’язанні задач з кінематики доцільно використовувати наступні методичні вказівки:

1.Уважно прочитати умову задачі, зробити короткий запис умови, виразити усі дані в СІ.

2.Де це можливо зробити схематичний рисунок, який пояснює зміст задачі. На рисунку вказати усі необхідні кінематичні характеристики.

3.Вибрати систему координат, вказати її початок та додатні напрямки координатних осей, вибрати початок відліку часу. Слід використовувати таку систему координат, в якій кінематичні рівняння мають найбільш простий вигляд.

4.Встановити, які фізичні закони треба застосувати до розв’язання задачі, записати відповідні кінематичні рівняння у векторному вигляді, знайти їх проекції на обрані координатні осі.

5.Виразити шукану фізичну величину через задані у задачі величини – розв’язати задачу у загальному вигляді, без підстановки числових значень.

6.Перевірити правильність загального розв’язку, підставити числові дані у кінцеву формулу. Перевірити та вказати розмірність шуканої фізичної величини.

Основні закони та формули

Швидкість та прискорення прямолінійного руху в загальному випадку визначаються

де x0 – початкова координата тіла; Sx – проекція вектора переміщення на обрану вісь.

7

Миттєві значення швидкості та прискорення визначаються за законом (1.1). Нерівномірний рух характеризують також середньою швидкістю:

де S – повний шлях, пройдений тілом; t – повний час руху тіла.

Кутова швидкість та кутове прискорення в загальному випадку визначаються формулами:

Кутове переміщення, кутова швидкість та кутове прискорення є аксіальні вектори – їхній напрямок співпадає з віссю обертання тіла і визначається за правилом правогоr гвинта.

В будь-якій точці траєкторії лінійна швидкість rυ тіла спрямована по дотичній до траєкторії, а лінійне прискорення a можна розкласти на два вектори: нормальне прискорення arn і дотичне (або тангенційне)

прискорення arτ . З рисунку 1.1 видно, що

де R – радіус кола.

8

де ω0 – початкова кутова швидкість.

У цих формулах обирають знак “+” для рівноприскореного обертання, знак “–” – для рівноуповільненого.

6. Нерівномірний обертальний рух

Умова: ω = f(t) ≠ const; ε = f(t) ≠ const; aτ ≠ const; an ≠ const

Кутова швидкість та кутове прискорення визначаються рівняннями (1.9). З цих рівнянь також слідує, що

Приклади розв’язування задач

Приклад № 1

Машиніст потягу, що рухається зі швидкістю υ1 = 108 км/год, помітив попереду на відстані L = 180 м інший потяг, який рухається у тому ж напрямку зі швидкістю υ2 = 32,4 км/год. Машиніст ввімкнув гальма і перший потяг отримав прискорення a1 = 1,2 м/с2. Чи достатньо

Знайдемо проекції цих рівнянь на координатну вісь та перепишемо кінематичні рівняння у скалярному вигляді:

9

Нехай відбулося зіткнення, тоді обидва потяги одночасно знаходяться в одній точці, тобто

зупинки. Для цього використаємо кінематичне рівняння для прискорення:

ar = υ −tυ0

Перепишемо це рівняння в проекції на вісь ОХ та у відповідних позначеннях:

Відповідь: гальмівного прискорення 1,2 м/с2 не достатньо, щоб уникнути зіткнення потягів.

Приклад № 2

В останню секунду вільного падіння тіло пройшло половину свого шляху. З якої висоти і скільки часу падало тіло?

Розглянемо рух тіла на першій половині:

10