poz053

УДК 53 (075) А 66

Андронов И. Н., Богданов Н. П., Северова Н. А. Физика – 9. Методы решения задач: Учебное пособие. – Ухта: УГТУ, 2001.- 102 с., ил.

ISBN 5-88179-134-7

Учебное пособие предназначено для слушателей 9 класса факультета довузовской подготовки при Ухтинском государственном университете при самостоятельной работе и выполнении контрольных заданий.

Охватывает основные разделы школьного курса физики за 7–9 классы. Содержит краткую теоретическую справку по каждой теме, примеры решения задач с подробными пояснениями, задачи для самостоятельной работы. Предложены задачи, по характеру и степени сложности соответствующие предлагаемым на вступительных экзаменах абитуриентам УГТУ. Рассмотрены требования к работе с учебными пособиями.

Учебное пособие рассмотрено, одобрено кафедрой физики от 22 июня 2001 г., протокол № 10 и предложено для издания ФДП.

Рецензент: кафедра физики Сыктывкарского лесного института СанктПетербургской академии им. С. М. Кирова; С. Н. Мильков – к.ф.-м.н., доцент Российского государственного открытого технического университета путей сообщения (РГОТУПС).

©Ухтинский государственный технический университет, 2001

©Андронов И. Н., Богданов Н. П., Северова Н. А.

ISBN 5-88179-134-7

4

Цель предлагаемого методического пособия – помочь слушателям 9 класса ФДП научиться решать задачи по физике. При этом успех ожидает только тех, кто искренне желает развить у себя способность разобраться в физической постановке вопроса и приобрести навыки в применении наиболее общих и целесообразных методов решения конкретных физических задач.

Задачи подобраны по темам курса физики средней школы за 7-9 классы. Они позволяют повторить ранее пройденный материал и более глубоко усвоить новый.

С целью развития навыков и культуры оформления решения физических задач приведены примеры с подробными пояснениями.

Краткая теоретическая справка, содержащая основные формулы и законы по рассматриваемой теме и несколько примеров решения задач, позволяет слушателям приступить к самостоятельной работе. Но если первая же задача вызовет у Вас затруднения, то Вам необходимо повторить данную тему в более подробном изложении по любому учебному пособию, в котором она представлена.

Требования к работе с учебными пособиями

Изучение школьного курса физики предполагает знакомство с теоретическим материалом по учебнику. В последние годы появилось большое количество учебных пособий, которые можно с успехом использовать для более углубленного усвоения материала и систематизации знаний.

Необходимо помнить, что любую учебную книгу нельзя читать с позиций развлекательного чтения. Работа с учебным материалом требует волевого усилия

ивыполнения следующих требований:

•необходимо сосредоточиться на том, что читаешь;

•следует правильно и достаточно глубоко понимать текст, т.е. понимать смысл всех слов, научных терминов и выражений;

•при чтении необходимо следить за логикой изложения, подмечать методы доказательства или опровержения, которыми пользуется автор, припоминать факты, подтверждающие или опровергающие утверждения, и находить правильное объяснение;

•уметь выделять в тексте самое существенное, перечитывая его несколько раз, пытаться формулировать его своими словами, воспроизводить вывод формул и, таким образом, запоминать;

•устанавливать, какую новую информацию, по сравнению с имеющимися знаниями, несет изучаемый текст.

5

Для успешной работы над учебным пособием необходимы и другие обязательные условия. К ним относятся хорошая освещенность рабочего места, нормальная температура и влажность окружающего воздуха, отсутствие раздражающего шума.

Очень важен режим чтения: оптимальный темп, периодические перерывы, смена деятельности (чтение, обдумывание, фиксация прочитанного в выписке или конспекте, воспроизведение вывода формул и пр.).

Не менее важна установка на данный характер работы.

Вы должны поставить перед собой задачу усвоить систематические научные знания, точные и ясные формулировки понятий и закономерностей, сведения, указывающие на использование этих знаний в практической деятельности человека.

Рекомендуемая литература

1.Физика. Учебники для 7-9 классов.– М.: Просвещение.

2.Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г. Справочник по элементарной физике. – М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988 (и последующие издания).

3.Кабардин О.Ф. Физика. Справочные материалы. – М.: Просвещение. 1985 (и последующие издания).

4.Парфентьева Н., Фомина М. Решение задач по физике. В помощь поступающим в ВУЗы. В 2-х частях.– М.: Мир. 1993 (и последующие издания).

5.Павленко Ю.Т. Физика. Ответы на вопросы. Теория и примеры решения задач.– М.: "Экзамен", 2000.

6.Задачи по физике для поступающих в ВУЗы. Учебное пособие. /Бендриков Г.А., Буховцев Б.Б., Керженцев В.В., Мякишев Г.Я. – М.: Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987 (и последующие издания).

Что нужно помнить при решении задач по физике

В основу любой задачи по физике положен какой-нибудь частный случай проявления общих законов природы, которые нашли свое отражение в законах физики. Без твердого знания теории нельзя рассчитывать на успешное решение даже сравнительно простых задач, не говоря уже о более сложных. Немаловажную роль в правильном исходе решения задачи играет метод ее решения. Рекомендуем при решении задач по физике применять следующие правила.

6

•Прочитать внимательно условие задачи и ясно представить себе, о каком физическом явлении сказано в задаче. Вспомнить законы, отражающие это явление.

•Затем следует сделать схематический чертеж, где условно указать все параметры, характеризующие это явление. Если при решении задачи надо будет использовать векторные величины, то на чертеже расставьте их и нарисуйте координатные оси, относительно которых будете решать задачу. Если это электрическая схема, то необходимо нарисовать цепь и показать направление тока на каждом участке цепи.

•В левой части листа, на котором решаете задачу, нужно выписать все данные задачи и сразу же перевести их в выбранную систему единиц измерения (желательно использовать в основном систему СИ).

•Если для решения задач нужны физические постоянные или табличные данные, то их следует выписать в столбик под данными задачи в выбранной системе единиц измерения.

•Необходимо ещё раз внимательно прочитать условие задачи и с помощью физических законов установить математическую связь между всеми параметрами, отмеченными на чертеже и характеризующими данное явление.

•Если получили не одно, а несколько уравнений, то убедитесь, что число неизвестных равно числу уравнений. Решение системы уравнений следует начинать с исключения тех неизвестных, которые не требуется определить по условию задачи.

•Решать систему нужно алгебраически, чтобы получить формулу для искомой величины.

•Необходимо проверить размерность искомой величины в полученной формуле. Задачу можно считать правильно решенной, если размерность правой

илевой частей расчетной формулы одинаковы.

•Подставить числовые значения всех физических величин (они уже выражены в одной системе измерения) в расчетную формулу, получить числовой ответ для искомой величины.

7

Раздел 1. Тепловые явления

Энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело, на-

зывается внутренней энергией.

Для изменения внутренней энергии тела необходимо совершить работу или осуществить теплопередачу посредством теплопроводности, конвекции или излучения.

Энергия, которую тело получает или теряет в результате теплопередачи,

называется количеством теплоты Q.

Количество теплоты, выделяемое при сгорании топлива:

Q = q m ,

где q – удельная теплота сгорания топлива, m – масса сгоревшего топлива. Количество теплоты, поглощаемое (выделяемое) при нагревании (охлаж-

дении) тела:

Q = c m (t2 −t1) ,

где с – удельная теплоемкость вещества, из которого изготовлено тело, m – масса тела, t1 и t2 – начальная и конечная температуры тела.

Количество теплоты, поглощаемое (выделяемое) в процессе плавления (отвердевания) при температуре плавления, равно:

Q = λ m ,

где λ – удельная теплота плавления, m – масса тела.

Количество теплоты, поглощаемое (выделяемое) в процессе парообразования (конденсации) при температуре плавления, равно:

Q = L m ,

где L – удельная теплота парообразования, m – масса тела.

Система тел, предоставленная самой себе, стремится к равновесному состоянию, когда температуры во всех точках тел будут одинаковы.

В равновесном состоянии процесс теплопередачи прекращается.

Если система изолирована, то при переходе в равновесное состояние ка- кие-то части системы (тела) отдают тепло (Q < 0), какие-то его получают (Q > 0). В этом случае алгебраическая сумма (сумма с учетом знаков слагаемых) количества отданной и полученной теплоты равна нулю:

Q1 + Q2 = 0.

Это выражение, называемое уравнением теплового баланса, можно записать в виде:

Qотд = Qпол ,

8

где Qотд = Q1 , Qпол = Q2 .

В процессах, сопровождающихся фазовыми превращениями (плавление – отвердевание, парообразование – конденсация), температура тела не изменяется.

Примеры решения задач

Пример 1. В калориметр, содержащий 2 л воды при температуре 20°С, погружают 250 г льда при температуре 0°С. Какую температуру будет иметь

Вышеперечисленные процессы протекают за счет того количества теплоты, которое отдает теплая вода при охлаждении от t1 = 20°C до температуры t:

Qотд = Q2 = cВ m1 (t1 −t) .

Составим уравнение теплового баланса: Qотд = Qпол , cВ m1 (t1 −t)= λ m2 + cВ (t −t2 ).

Проведем преобразования:

cВ m1 t1 − cВ m1 t = л m2 + cВ m2 t −cВ m2 t2 , (cВ m1 + cВ m2 ) t = cВ m1 t1 + cВ m2 t2 − л m2 ,

t = cB (m1 t1 + m2 t2 ) −λ m2 , cВ (m1 + m2 )

где m1 = ρ V1 =1000 мкг3 2 103 м3 = 2 кг, тогда

9

Ответ: t = 9,4°C.

Пример 2. Какое количество теплоты надо затратить, чтобы 1 кг льда, взятого при температуре –20°С, превратить в пар при температуре 120°С? Удельная теплоемкость льда СЛ = 2100 Дж/кг град, удельная теплоемкость воды СВ = 4200 Дж/кг град, удельная теплота плавления льда λ = 3,3 105 Дж/кг, удельная теплота парообразования L = 2,26 106 Дж/кг, удельная теплоемкость пара СП = 2200 Дж/кг град. Построить график зависимости температуры от времени,

Q = ?

где Q1 = СЛ m (t2 – t1 ) – количество теплоты, полученное при нагревании льда до температуры плавления t2 = 0°C;

Q2 = λ m – количество теплоты, полученное при плавлении льда;

Q3 = СВ m (t3 – t2 ) – количество теплоты, полученное при нагревании воды от температуры плавления льда t2 = 0°C до температуры кипения воды t3 = 100°C;

Q4 = L m – количество теплоты, полученное при испарении воды;

Q5 = СП m (t4 – t3) – количество теплоты, полученное при нагревании пара от температуры кипения воды t3 = 100°C до конечной температуры t4 = 120°C.