- •Методические указания к выполнению ргз
- •Расчетно-графическое задание по физике
- •Письменное оформление решения задач
- •О приближенных вычислениях
- •Таблицы вариантов контрольных работ
- •1. Физические основы механики
- •Основные формулы
- •Примеры решения задач по механике
- •2. Электричество и магнетизм
- •Основные формулы
- •Примеры решения задач по электричеству и магнетизму
- •3. Колебания. Волны
- •Основные формулы
- •Примеры решения задач по колебаниям и волнам
- •4. Оптика
- •Основные формулы
- •5. Статистическая физика и термодинамика.
- •Основные формулы
- •6. Квантовая физика
- •Основные формулы
- •Примеры решения задач по квантовой физике
- •Задачи для контрольных работ
Примеры решения задач по механике
Задача 1. Движение тела массой 2 кг задано уравнением: , где путь выражен в метрах, время - в секундах. Найти зависимость ускорения от времени. Вычислить равнодействующую силу, действующую на тело в конце второй секунды, и среднюю силу за этот промежуток времени.
Дано: | |
|
|
Найти: |
Решение: Модуль мгновенной скорости находим как производную от пути по времени:
Мгновенное тангенциальное ускорение определяется как производная от модуля скорости по времени:
Среднее ускорение определяется выражением:
После подстановки:
Равнодействующая сила, действующая на тело, определяется по второму закону Ньютона:
Тогда
Ответ: a(t) = 36t, F = 144 H, = 72 H.
Задача 2. По наклонной плоскости, составляющей с горизонтом угол 30º, движется тело массой 5 кг. К этому телу с помощью нерастяжимой нити, перекинутой через блок, привязано тело такой же массы, движущееся вертикально вниз (рис. 1). Коэффициент скольжения между телом и наклонной плоскостью 0,05. Определить ускорение тел и силу натяжения нити.
Дано: |
Рис. 1 | |
|
| |
Найти: |
Решение: Покажем на рисунке силы, действующие на каждое тело. Запишем для каждого из тел уравнение движения (второй закон Ньютона):
В проекциях на выбранные оси координат:
Учитывая, что , где, получим систему уравнений:
Вычтем из первого уравнения второе:
Искомое ускорение равно:
Вычислим ускорение а:
Силу натяжения найдем из первого уравнения системы:
Ответ:
Задача 3. Найти линейные ускорения движения центров тяжести шара и диска, скатывающихся без скольжения с наклонной плоскости. Угол наклона плоскости равен 30º. Начальная скорость тел равна нулю.
Дано: |
Рис. 2 | |
|
| |
Найти: |
Решение: При скатывании тела с наклонной плоскости высотой h его потенциальная энергия переходит в кинетическую поступательного и вращательного движения. По закону сохранения энергии:
(1)
где I - момент инерции тела, m - масса.
Длина наклонной плоскости l связана с высотой соотношением (рис. 2):
(2)
Линейная скорость связана с угловой:
(3)
После подстановки (2) и (3) в (1), получим:
(4)
Так как движение происходит под действием постоянной силы (силы тяжести), то движение тел - равноускоренное. Поэтому:
(5)
и
(6)
Решая совместно (4), (5) и (6), получим:
(7)
Моменты инерции:
для шара: | |
|
|
для диска: |
Подставляя выражение для момента инерции в формулу (7), получим:
для шара: | |
|
|
для диска: |
Ответ:
2. Электричество и магнетизм
Изучение основ электродинамики традиционно начинается с электрического поля в вакууме. Силовой характеристикой электрического поля является напряженность, энергетической - потенциал φ. Следует обратить внимание на связь междуи φ . Для вычисления силы взаимодействия между двумя точными зарядами и вычисления напряженности электрического поля, созданного точечным зарядом, нужно уметь применять закон Кулона. Для вычисления напряженностей полей, созданных протяженными зарядами (заряженной нитью, плоскостью и т.д.), применяется теорема Гаусса. Для системы электрических зарядов необходимо применять принцип суперпозиции (задачи 201-220 контрольной работы).
При изучении темы "Постоянный ток" необходимо рассмотреть во всех формах законы Ома и Джоуля-Ленца. В контрольной работе это задачи 221- 230. При изучении "Магнетизма" необходимо иметь в виду, что магнитное поле порождается движущимися зарядами и действует на движущиеся заряды. Здесь следует обратить внимание на закон Био-Савара-Лапласа. Нужно знать этот закон и уметь применять его для расчета вектора магнитной индукции - основной характеристики магнитного поля (в контрольной работе это задачи 231-240). Особое внимание следует обратить на силу Лоренца и рассмотреть движение заряженной частицы в магнитном поле (задачи 241-250).
При изучении явления электромагнитной индукции необходимо усвоить, что механизм возникновения ЭДС индукции имеет электронный характер. Основной закон электромагнитной индукции - это закон Фарадея-Ленца. Согласно этому закону, ЭДС индукции в замкнутом контуре возникает при изменении магнитного потока, сцепленного с контуром. Необходимо знать, как вычисляется магнитный поток, ЭДС индукции, как рассчитывается работа по перемещению замкнутого контура с током в магнитном поле и энергия магнитного поля (в контрольной работе задачи 251-260).
Электрические и магнитные явления связаны особой формой существования материи - электромагнитным полем. Основой теории электромагнитного поля является теория Максвелла.
В программе большое внимание уделяется изучению уравнений Максвелла. Эти уравнения могут быть записаны в двух формах: в интегральной и дифференциальной. Уравнения Максвелла удовлетворяют принципу относительности: они инвариантны относительно преобразований Лоренца. Основным следствием теории Максвелла является вывод о существовании электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью света.