Кафедра физики
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К выполнению контрольной работы по физике
Для студентов инженерных специальностей
Заочного отделения
Ч.I.
Механика, молекулярная физика
САНКТ – ПЕТЕРБУРГ
Составители:
доцент кафедры физики СПбГАУ Л.П.Глазова
доцент кафедры физики СПбГАУ Г.М.Федорова
ст.лаборант кафедры физики СПбГАУ Р.А.Федоров
Ответственная за выпуск: Г.М.Фёдорова
Рецензент: кандидат физико-математических наук
доцент кафедры физики Университета Гражданской авиации К.П.Бутусов
Методические указания рекомендованы к изданию учебно-методической комиссией энергетического факультета и методическим советом СПбГАУ.
Методические указания содержат задачи по физике (механика и молекулярная физика) для контрольной работы студентов заочного отделения и примеры решения задач.
Предназначены для студентов инженерных специальностей заочного отделения.
Оглавление
Введение…………………………………………………..2
1. Основные вопросы программы по физике (разделы «Физические основы механики» и «Молекулярная физика и термодинамика») ………………………………..……... 3
2. Организация учебного процесса………………………6
3.Методические указания по организации самостоятельной работы……………………………………………………..8
4. Указания к выполнению контрольной работы……….9
5.Примеры решения задач……………………………....13
6. Задачи для контрольной работы……………………..36
7.Рекомендуемая литература…………………………..58
8. Приложение…………………………………………..58
Введение
Курсу физики в системе высшего образования традиционно придается большое значение. Физическая наука имеет мировоззренческое значение. Она включает в себя не только систему знаний об объективной действительности, но и систему принципов и методов познания. Физика выполняет три важнейшие функции образования: мировоззренческую, техническую и методологическую. На инженерных факультетах физика является системообразующей дисциплиной предметных знаний. Она служит научной основой всей современной техники и большинства новых технологий. Без знания курса общей физики невозможно приобщение студента, как к общим, так и профессиональным дисциплинам, а, следовательно, невозможна подготовка качественного специалиста, конкурентоспособного на рынке труда.
Образовательный процесс по физике состоит из лекционных, лабораторных, практических и самостоятельных занятий.
Основной составляющей процесса обучения на заочном отделении в вузе является самостоятельная работа студентов в течение семестра. В состав самостоятельной работы входит подготовка к лабораторным и практическим занятиям, проработка материалов лекций, составление отчетов по лабораторным работам, подготовка к зачетам и экзаменам. Эффективный результат учебной деятельности студента предполагает усвоение за время учебы предлагаемого учебного материала до степени его активного и осознанного использования.
1. Основные вопросы программы по физике
(разделы «Физические основы механики» и «Молекулярная физика и термодинамика»)
«Физические основы механики». Материальная точка. Траектория. Система отсчета. Путь, перемещение, скорость, ускорение, нормальная и тангенциальная составляющие ускорения. Равномерное и равнопеременное прямолинейное движение. Формулы и графики для пути и скорости. Движение материальной точки по окружности. Формула нормального ускорения. Единицы измерения кинематических величин.
Закон инерции (первый закон Ньютона), масса – мера инертности, инерциальные системы отсчета. Второй закон Ньютона, определение силы, принцип суперпозиции сил, результирующая сила. Импульс тела, закон изменения импульса, закон сохранения импульса. Реактивное движение. Единицы измерения массы, силы, импульса.
Работа и энергия. Работа постоянной и переменной сил. Мощность. Кинетическая энергия. Потенциальная энергия. Сила упругости. Сила тяготения, гравитационное поле, закон всемирного тяготения, ускорение свободного падения, вес тела, потенциальная энергия тела вблизи поверхности Земли. Сила трения, трение скольжения и трение качения, коэффициент трения. Закон сохранения и превращения энергии, центральный удар двух абсолютно упругих шаров. Единицы измерения работы, энергии, мощности.
Кинематические характеристики вращательного движения (угловое перемещение, угловая скорость, угловое ускорение, период и частота вращения) и их связь с соответствующими линейными величинами. Основной закон динамики вращательного движения, момент силы, момент инерции; моменты инерции некоторых однородных тел геометрически правильной формы относительно оси их симметрии: толстостенного кольца, обруча, диска, тонкого стержня, шара. Теорема Штейнера. Закон изменения момента импульса. Закон сохранения момента импульса(примеры). Кинетическая энергия вращающегося тела. Полная кинетическая энергия. Единицы измерения величин, характеризующих вращательное движение. Аналогия между характеристиками поступательного движения и вращательного движения.
Понятие о колебаниях. Уравнение гармонических колебаний; смещение, амплитуда, период, частота колебаний, круговая частота, фаза колебаний. Скорость и ускорение точки при гармонических колебаниях. Период колебаний пружинного, физического и математического маятников. Возвращающая сила. Энергия гармонических колебаний (кинетическая, потенциальная, полная). Сложение двух одинаково направленных гармонических колебаний одинаковой частоты, анализ частных случаев. Затухающие и вынужденные колебания.
«Молекулярная физика и термодинамика». Основные положения молекулярно-кинетической теории строения вещества и явления, их подтверждающие. Модель идеального газа.
Параметры состояния газа. Экспериментальные законы для изопроцессов. Закон Клапейрона. Закон Авогадро. Закон Менделеева – Клапейрона.
Вывод уравнения Клаузиуса и следствия из него: формула Больцмана, формула для средней квадратичной скорости. Термодинамическая температура и ее физический смысл. Число степеней свободы. Постулат Больцмана. Функция Максвелла и ее график. Наиболее вероятная, средняя квадратичная и средняя арифметическая скорости молекул. Опыт Штерна.
Явления переноса. Уравнения Фика, Ньютона, Фурье. Среднее число столкновений молекул, средняя длина свободного пробега. Вывод уравнения переноса. Зависимость коэффициентов переноса от температуры и давления.
Основные понятия термодинамики, внутренняя энергия – функция состояния системы, работа и количество теплоты как характеристики процесса. Первое начало термодинамики. Удельная и молярная теплоемкости. Вывод формул для Сv и Ср. Уравнение Майера. Физический смысл универсальной газовой постоянной. Адиабатический процесс, вывод уравнения Пуассона. Сопоставление классической теории теплоемкости с опытом и ее недостатки. Работа, совершаемая газом при различных термодинамических процессах.
Обратимые и необратимые процессы. Цикл Карно, к.п.д. идеальной машины. Второе начало термодинамики. Реальный газ. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Опыт Эндрюса, изотермы реального газа. Критическая температура. Сжижение газов. Машина Линде. Применение сжиженных газов.
Общие представления о структуре жидкости. Сжимаемость. Вязкость. Диффузия в жидкости, теплоемкость жидкостей. Поверхностное натяжение и свободная энергия поверхности жидкости. Коэффициент поверхностного натяжения. Поверхностно-активные вещества. Смачиваемость и несмачиваемость. Формула Лапласа. Капиллярные явления. Формула Борелли-Жюрена.
Особенности строения твердых тел. Кристаллическое и аморфное состояние. Типы кристаллических решеток. Монокристаллы и поликристаллы. Анизотропия кристаллов. Кристаллизация, плавление, испарение твердых тел. Теплоемкость твердых тел, закон Дюлонга-Пти, закон Джоуля-Коппа.
Организация учебного процесса
На экзаменационно - лабораторных сессиях для студентов заочного отделения проводятся установочные лекции, лабораторные занятия, практические занятия по решению задач, консультации перед экзаменами, экзамены.
Лекционный курс был и остается школой научного мышления и организующим началом самостоятельной работы студентов. Лектор сообщает студентам теоретический материал, акцентирует внимание на изучении вопросов, наиболее важных для понимания физических явлений, демонстрирует принципы физического стиля мышления, показывает на примерах значение физики в практике сельского хозяйственного производства.
Посещение лекций обязательно для студентов.
Важнейшим элементом обучения в курсе физики является лабораторный практикум. В ходе выполнения лабораторных работ по всем разделам курса общей физики студенты знакомятся с измерительной аппаратурой, проверяют на опыте основные законы физики, получают практические навыки обработки результатов эксперимента.
Для студентов заочного отделения предусмотрено выполнение 3 работ по механике и 2 работ по молекулярной физике. Решением кафедры объем выполняемых работ может быть изменен. Лабораторные работы выполняются студентами на кафедре физики под руководством преподавателя. Подготовка к лабораторным работам проводится самостоятельно перед работой, обработка результатов измерений также может быть проведена самостоятельно. Студент должен оформить отчет установленного образца по каждой выполненной работе. Отчет подписывается преподавателем, при этом преподаватель делает отметку в журнале группы о выполнении и защите студентом соответствующей работы.
При обучении физике основным дидактическим средством являются физические задачи. На практических занятиях под руководством преподавателя студенты обучаются методике решения задач по физике.
Изучение курса физики завершается экзаменом. К сдаче экзамена допускаются студенты, выполнившие 2 контрольные работы, успешно защитившие ее при собеседовании и сдавшие зачет по лабораторным работам. При сдаче экзамена студент должен продемонстрировать знание курса физики в объеме, установленном программой. Перед экзаменом проводится консультация, на которой можно разобрать с преподавателем наиболее сложные вопросы курса.
Если студент по уважительным причинам пропустил выполнение лабораторной работы или ее защиту, то ликвидировать задолженность можно во время консультации.
Учебные консультации проводятся преподавателями кафедры физики во вторую и четвёртую субботу каждого месяца (кроме четвертой субботы июля, второй и четвертой субботы августа и второй субботы сентября).
Консультации проводятся в шестом корпусе СПбГАУ по адресу: г. Пушкин, ул. Садовая, дом 14, аудитория 208 с 10 часов. Телефон кафедры физики: 476-09-93 доб.209.
