Кинематика и динамика поступательного движения материальной точки

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное агентство по образованию

Санкт-Петербургский государственный университет сервиса и экономики

Кафедра «Прикладная физика»

ФИЗИКА I

Механика. Молекулярная физика. Термодинамика. Электричество

Методические указания

к самостоятельной работе студентов при изучении
двухсеместрового курса общей физики

специальностей 080401.65 (351100) «Товароведение
и экспертиза товаров (в сфере производства и обращения
непродовольственных товаров и сырья)»
260501.65 (271200) «Технология продуктов
общественного питания»

Санкт-Петербург

Одобрены на заседании кафедры «Прикладная физика», протокол № 11/08 от 19.11.2008 г.

Утверждены на заседании экспертного совета по математическим и естественнонаучным дисциплинам, протокол №3 от 25.11.2008 г.

Физика I. Механика. Молекулярная физика. Термодинамика. Электричество. Методическое указание к самостоятельной работе студентов при изучении двухсеместровогокурса общей физики, специальностей080401.65 (351100) «Товароведение и экспертиза товаров (в сфере производства и обращения непродовольственных товаров и сырья)» 260501.65 (271200) «Технология продуктов общественного питания». – СПб.: Изд-во СПбГУСЭ, 2009. – 30 с.

Методическое указание предназначено для самостоятельной работы студентов с основной и вспомогательной учебной литературой по курсу общей физики, рассчитанной на двух семестровое обучение. Приведенные в пособии карты-схемы и пояснения к ним определяют логическую структуру отдельных разделов.

Составители: д-р. техн. наук, проф. Ю.В. Гомзин

канд. ф.-м. наук, доц. Г.Р. Асатрян

канд. техн. наук, доц. В.Б. Коцкович

д-р. техн. наук, проф. Г.В. Парантаев

Рецензент: канд. тех. наук, доц. А.А. Романова

Под редакцией д-р. техн. наук, проф. Ю.В. Гомзина
зав. кафедрой «Прикладная физика»

© Санкт-Петербургский государственный университет

сервиса и экономики

2009 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.. 4

КИНЕМАТИКА И ДИНАМИКА ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ.. 6

МЕХАНИКА ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ.. 9

ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ.. 11

РЕЛЯТИВИСТСКАЯ МЕХАНИКА.. 13

ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКИ.. 15

ЭЛЕМЕНТЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ.. 17

ЯВЛЕНИЯ ПЕРЕНОСА В ГАЗАХ.. 19

ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ.. 21

ВТОРОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ.. 23

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ.. 25

ДИЭЛЕКТРИКИ И ПРОВОДНИКИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ.. 27

ЗАКОНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА.. 29

ВВЕДЕНИЕ

Одним из главных элементов учебной работы студента является самостоятельное изучение физики по учебным пособиям. Эта работа должна быть систематической. Рекомендуется выбрать какое-либо учебное пособие в качестве основного, другие использовать как вспомогательные.

Учебное пособие следует не просто читать, а изучать. Для этого составляют краткий конспект изучаемого материала. Помочь составлению систематического и сжатого конспекта и призваны данные методические материалы, в которых приведены карты схемы проработки теоретического материала по учебным пособиям [1] и [2].

Основным учебником является [1], вспомогательным – [2]. Кроме указанных учебников при проработке курса может быть использована и другая литература, представленная в списке.

Карты-схемы проработки темы соответствующего раздела курса физики содержат блоки четырех типов:

1 – основные для данного раздела понятия, законы, явления, изучаемые в данной теме (обведены жирной линией);

2 – вспомогательные для данной темы понятия, характеристики, при помощи которых описываются, формулируются основные понятия и законы (обведены пунктиром);

3 – методы наблюдений и расчетов, краткие выводы основных формул (обведены тонкой линией);

4 – примеры применения изучаемых в данной теме законов, явлений, понятий, методов (обведены двойной линией).

В картах-схемах стрелками указаны логические связи, отношения между вышеуказанными блоками схемы, приведены соответствующие параграфы учебных пособий.

Блоки, содержащие основные понятия темы, обведены жирной линией; блоки, содержащие вспомогательные для данной темы понятия – пунктиром; блоки, содержащие методы наблюдений и расчетов – тонкой линией; блоки, содержащие примеры применения понятий, законов, явлений, обведены двойной линией (рис. 1).

При изучении каждой темы следует начертить на развернутом листе тетради блоки, соответствующие карте-схеме. Изучив указанный в данной теме материал по учебным пособиям, надо вписать очень кратко в блоки формулировки законов, понятий, выводы формул и т. д. Можно изменить расположение блоков на листе. Изучать материал лучше до того, как чертить карту-схему, чтобы оценить размеры блоков. Обычно для формулировок блоки 1, 2, 4 имеют меньшие размеры, а блоки, содержащие выводы формул – большие. Рекомендуется вводить краткие обозначения, символы, использовать сокращения для достижения максимальной краткости записи, чтобы при устном изложении материала сказать можно было больше, чем записано.

Образец заполнения карты-схемы приведен в приложении.

2. Вспомогательные понятия и характеристики

1. Основные понятия, законы темы

3. Методы расчетов и наблюдений. Выводы формул

4. Применение изученных в теме понятий, законов, явлений, методов

К каждой теме даны пояснения и вопросы для самопроверки. Только после того, как получены ответы на них, можно считать, что данная тема усвоена.

Если с первых шагов изучения темы встречаются сложности (связанные, например, с перерывом в учебе), целесообразно ознакомиться с соответствующим разделом по школьному учебнику или какому-либо пособию для абитуриентов [5].

Литература, рекомендуемая для изучения
части I курса физики

1. Трофимова Т.И. Курс физики: учеб. пособие. – М.: Академия, 2006.

2. Савельев И.В. Курс общей физики: кн. 3 – 5. – М.: Астрель, 2005.

3. Зисман А., Иодес О. М. Курс общей физики. Т. 3. – М.: Наука, 1970.

4. Яворский Б.М., Детлаф А. А. Справочник по физике. – М.: Наука, 1985.

5. Яворский Б.М., Пинский А. А. Основы физики. Т. 1 – 2. – М.: Наука, 1981.

КИНЕМАТИКА И ДИНАМИКА ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ

Пояснения к карте-схеме 1

1. Перед тем, как работать с картой-схемой 1, внимательно прочтите «Введение» [1, 2]. Обратите внимание на связь физики с философией, на понятия основ физики как науки: физические законы, методы исследования, гипотезы, физические теории, этапы развития физики, современное состояние науки и ее перспективы.

2. Основным в разделе «Кинематика» является понятие о кинематическом уравнении движения, с помощью которого решаются прямая и обратная задачи кинематики.

3. Основными в этой теме так же являются законы Ньютона. При заполнении карты-схемы продумайте и запишите четкие формулировки трех законов Ньютона.

4. Ко второму закону Ньютона введите такие категории как масса, импульс тела и импульс силы.

Прямую задачу решают, дифференцируя уравнение движения. Обратная задача решается методом интегрирования.

5. Заполнять схему рекомендуется в таком порядке: общие понятия, понятия скорости и ускорения и в заключение заполняется блок «Кинематическое уравнение движения».

В разделе «Принцип относительности в классической механике» дайте определение инерциальных систем отсчета, сформулируйте принцип относительности Галилея, напишите преобразование координат Галилея для случая движения в направлении координатной оси х. Покажите, что законы Ньютона инвариантны относительно преобразований Галилея.

Вопросы для самопроверки

1. Какое движение называется механическим?

2. Чем отличаются понятия «тело отсчета» и «система отсчета»?

3. Дайте определение материальной точки.

4. Как задается положение материальной точки?

5. Что общего и какая разница между понятиями «траектория», «путь» и «перемещение»?

6. Что называется средней скоростью неравномерного движения?

7. Как найти скорость точки в данный момент времени (мгновенную)?

8. Как меняется скорость при неравномерном криволинейном движении?

9. Что называется тангенциальным и нормальным ускорениями?

10. Выведите формулу нормального ускорения.

11. Что равно и как направлено полное ускорение?

12. Каким образом по уравнению движения определить скорость и ускорение?

13. Как, зная закон изменения скорости – v(t), определить вектор перемещения?

14. Какие виды механического движения вы знаете?

15. Напишите формулы пути и скорости равномерного прямолинейного движения.

16. Какое движение называется равнопеременным?

17. Напишите формулы пути, скорости и ускорения прямолинейного и равнопеременного движения.

18. Дайте формулировки законам Ньютона.

19. Какое свойство тел называется инертностью?

20. Как вводится понятие массы?

21. Что такое релятивистская масса?

22. Что называется импульсом силы и импульсом тела?

23. Как связаны сила и импульс тела?

24. Назовите виды взаимодействия?

25. Какая деформация называется упругой?

26. Сформулируйте закон Гука. Дайте определение величин, входящих в формулу этого закона (коэффициента упругости, модуля Юнга, напряжения, относительной деформации).

27. Какое трение называется внешним? – внутренним? Какое трение называется сухим? Расскажите о трении покоя, трении скольжения. Какую роль в природе играют силы трения?

28. Дайте определение силы тяжести и веса. Расскажите о невесомости. От чего зависят ускорение свободного падения и сила тяжести Р?

29. Какие системы отсчета называются инерциальными? Какими свойствами они обладают? Напишите преобразования Галилея. В чем заключается принцип относительности Галилея? Выведите закон сложения скоростей и выражения для ускорения тела относительно инерциальных систем отсчета. В чем заключается инвариантность законов Ньютона относительно преобразований Галилея?

30. Какие явления не укладываются в рамки Ньютоновской механики? Почему классическая механика может применяться только в определенных пределах? Каковы эти пределы? Как соотносятся классическая механика, теория относительности и квантовая механика?

Карта-схема 1. Кинематика и динамика поступательного движения материальной точки

Кинематика (общие понятия)

Кинематическое уравнение движения

Скорость

Тело отсчета, система отсчета.
Материальная точка.
Задание положения материальной точки

Прямая задача:

Вычисление скорости и ускорения по уравнению движения материальной точки.

Обратная задача:

Вычисление пути по скорости, графическое выражение в пути

Виды движения:

Равномерное, равнопеременное.

Средняя скорость неравномерного движения

Мгновенная скорость неравномерного движения

Ускорение

Траектория движения

Путь

Перемещение

Тангенциальное ускорение

Нормальное ускорение

Полное ускорение

ЗАКОНЫ НЬЮТОНА

МАССА

ИМПУЛЬС ТЕЛА

СИЛЫ

Виды взаимодействий: 1…. 2….. 3……

Силы механике

Упругие силы

Силы трения

Силы тяжести

Закон Гука для любого вида упругой деформации. Деформация сжатия и растяжения.

Виды силы трения. Трение покоя. Трение скольжения.

Сила тяжести. Вес тела. Невесомость.