Методические указания к контрольным работам (стр. 1 )

Федеральное агентство по образованию

Волгоградский государственный архитектурно-строительный

университет

ИДО

Кафедра физики

ФИЗИКА

Методические указания к контрольным работам

ЧАСТЬ 1

Волгоград 2007

УДК 53(072)

Физика: метод. указ. к контр. работам.

, , . Волгоград: ВолгГАСУ, 2007.

Содержит программу 1-й части курса физики, включающей разделы «Механика», « Молекулярная физика и термодинамика», «Электростатика и законы постоянного тока», вопросы для самоконтроля, методические указания по решению задач, контрольные задания, для студентов ИДО ВолгГАСУ.

Учебная работа студента ИДО по изучению курса физики включает в себя:

-  изучение теоретического материала;

-  решение задач контрольных работ;

-  выполнение лабораторных работ и отчет по ним;

-  сдачу зачета и экзамена.

Для изучения теоретического материала выберите один из рекомендованных учебников и разберите по нему вопросы программы. Если выбранный учебник не дает полного ответа на вопрос, обратитесь к другим доступным источникам, в том числе многотомным учебникам, учебным и методическим пособиям.

Ответьте на вопросы для самоконтроля и составьте краткую запись ответов, поскольку они понадобятся вам при решении задач контрольной работы.

Приступая к решению задач, внимательно прочитайте условие, выясните, какие величины даны, какие нужно определить. Перепишите текст задачи, включая числовые значения данных вашего варианта и определяемые величины. Необходимые данные для каждого варианта приведены в таблице после текста задачи. Знаком «?» в таблице отмечена величина, которую необходимо определить в задании.

Ответьте на вопросы для самоконтроля в указанном порядке. Запишите краткие ответы на них - они фактически являются пояснениями к задаче.

Запишите краткое условие задачи - выпишите обозначения и числовые значения данных и необходимые величины. Обратите внимание, чтобы все данные были выражены в единицах СИ. При необходимости сделайте чертеж и, пользуясь ответами для самоконтроля, решите задачу в общем виде, проверив размерность полученного результата. После этого подставьте численные данные своего варианта в полученную формулу и вычислите результат.

Контрольные работы должны быть решены и отосланы до начала сессии. Лабораторные работы выполняются во время занятий в течение сессии. Для допуска к экзамену необходимо получить зачет по контрольным работам, выполнить и отчитаться по всем лабораторным работам.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.   , Курс физики: учебное пособие для вузов. М. : Высш. шк., 2003.

2.   , Курс физики: учебное пособие для студ. втузов./ , . М. : Академия, 2005.

3. , Физика: 400 основных законов и формул: [Справочник] М: Высш. шк., 1996.

4. , Краткий курс физики: Учебное пособие для вузов. – М.: Высш. шк., 2000.

5. , Физика. Учебное пособие для студентов нефизических специальностей вузов. – Харьков, 1998.

6. , Справочник по физике./ , . М.: Наука, 2002.

7. , . Сборник задач по курсу физики с решениями: Учебное пособие для вузов./ , . – М.: Высш. шк., 1996.

8. , Учись решать задачи по физике. – М.: Высш. шк., 1996.

9. . Физика в задачах: Учебное пособие для вузов. – М.: Физ.-мат. лит., 1994.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

Часть 1.

Линейные кинематические характеристики и уравнения прямолинейного движения материальной точки.

Угловые кинематические характеристики и уравнения криволинейного движения материальной точки.

Основные законы динамики поступательного движения твердого тела. Закон сохранения импульса.

Движение жидкости. Уравнение Бернулли.

Основной закон динамики вращательного движения твердого тела. Закон сохранения момента импульса.

Работа переменной и постоянной сил, ее связь с изменением кинетической энергии. Мощность. Работа силы в консервативных и диссипативных системах.

Потенциальная энергия упруго деформированного тела. Потенциальная энергия в однородном гравитационном поле. Законы сохранения и изменения полной механической энергии.

Инерциальные системы отсчета. Классический принцип относительности. Преобразования Галилея.

Постулаты специальной теории относительности Эйнштейна. Преобразования Лоренца. Основные положения релятивистской механики.

Основные положения молекулярно-кинетической теории идеальных газов. Уравнение состояния. Равновесные состояния и процессы.

Максвелловское распределение молекул по скоростям. Больцмановское распределение молекул в потенциальном поле. Барометрическая формула.

Явления переноса. Физические причины, уравнения и коэффициенты переноса.

Первое начало (закон) термодинамики. Применение первого начала (закона) термодинамики к различным изопроцессам. Адиабатический процесс, уравнение Пуассона.

Обратимые и необратимые процессы. Круговые процессы (циклы). Цикл Карно. Энтропия как функция состояния. Второе и третье начала (законы) термодинамики.

Силы и потенциальная энергия молекулярного взаимодействия. Уравнение Ван-дер-Ваальса и изотермы реальных газов. Критическое состояние вещества. Внутренняя энергия реальных газов.

Характеристики жидкого состояния вещества. Поверхностное натяжение. Явления смачивания и несмачивания. Формула Лапласа. Капиллярные явления. Понятие о поверхностно - активных веществах.

Кристаллические и аморфные тела. Моно - и поликристаллы. Анизотропия и полиморфизм. Дефекты и их влияние на механические свойства кристаллов.

Фазовые равновесия и превращения. Фазовая диаграмма. Тройная точка. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса.

Закон сохранения электрических зарядов. Силовая характеристика электростатического поля. Принцип суперпозиции полей. Теорема Остроградского - Гаусса.

Энергетическая характеристика электростатического поля (потенциал) и ее связь с силовой характеристикой (напряженностью).

Поляризация диэлектриков. Теорема Остроградского-Гаусса для электрического смещения. Диэлектрические проницаемость и восприимчивость.

Проводники в электростатическом поле. Электроемкость уединенного проводника. Конденсаторы. Энергия электрического поля и ее объемная плотность.

Закон Ома в интегральной и дифференциальной формах. ЭДС, разность потенциалов, напряжение. Основные положения классической электронной теории проводимости металлов.

Контрольная работа № 1

МЕХАНИКА

Вопросы для самоконтроля.

Что такое уравнение движения материальной точки?

Что называется длиной пройденного пути и перемещением?

Мгновенная и средняя скорости.

Мгновенное и среднее ускорения. Виды движения (равномерное, ускоренное, замедленное).

Составляющие ускорения - тангенциальное и нормальное. Полное ускорение.

Угловая скорость и ускорение. Связь угловых величин с линейными характеристиками движения.

Силы тяжести, реакции опоры, трения. Результирующая сила. Единицы силы.

Связь результирующей силы и массы. Второй закон Ньютона.

Работа. Мощность. Единицы измерения работы и мощности.

Кинетическая, потенциальная и полная механическая энергии. Изменение механической энергии.

Закон сохранения механической энергии.

Импульс тела и системы тел.

Связь изменения импульса с действующей силой.

Закон сохранения импульса.

Упругий и неупругий удары.

Момент инерции точки и тела.

Момент силы. Связь результирующего момента силы и момента инерции (второй закон Ньютона для вращательного движения).

Момент импульса.

Связь изменения момента импульса тела с действующим на него моментом силы.

Закон сохранения момента импульса.

Кинетическая энергия вращательного движения. Кинетическая энергия сложного (поступательно-вращательного) движения.

Пример решения и оформления задачи

Задача. Автомобиль массой m при силе тяги двигателя Fтяги начинает двигаться по дороге с уклоном a и коэффициентом трения m. При этом путь S вверх по дороге преодолевается за время t. Данные для каждого варианта и величины, которые необходимо определить, указаны в табл.1.

Таблица 1

№ варианта	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
m, т.	?	1.5	1.2	2	3	2.5	?	4	5	?
S, м.	100	50	?	160	?	150	170	120	200	250
t, с.	8	?	5	10	9	?	10	8	?	15
m	0.03	0.07	0.03	0.04	0.14	0.01	0.05	0.02	0.06	0.2
a, град	4	5	6	8	9	10	7	5	3	6
Fтяги, H	4102	2404	8780	?	17553	13755	54453	?	19093	21217

Вопросы для самоконтроля: №№ 4,7,8.

Решение. Пусть решается вариант № 3 (номер зачетной книжки оканчивается на цифру 3). Перепишите полностью условие задачи с данными этого варианта.

Автомобиль массой m = 2т при неизвестной силе тяги двигателя Fтяги начинает двигаться по дороге с уклоном a=80 и коэффициентом трения m = 0,04. При этом путь S = 160 м вверх по дороге преодолевается за t= 10 с.

Ответьте на вопросы для самоконтроля.

Вопрос 4. Мгновенное ускорение - первая производная от скорости

Тогда для равноускоренного прямолинейного движения без начальной скорости и

Вопрос 7. Сила тяжести равна произведению массы тела на ускорение свободного падения и направлена вертикально вниз: . Сила реакции опоры действует на тело со стороны опоры и направлена перпендикулярно опоре. Сила трения всегда направлена против направления движения и связана с величиной силы реакции опоры соотношением . Результирующая сила равна векторной сумме всех сил, приложенных к телу.

Вопрос 8. Второй закон Ньютона - ускорение тела массой m под действием силы пропорционально приложенной силе и обратно пропорционально его массе.

откуда .

Выпишите кратко численные данные задачи в СИ и величины, которые нужно определить. Затем приступайте к решению.

Сделайте рисунок, обозначив все силы, действующие на автомобиль, и выбрав систему координат.

Дано: S = 160 м. m= 2т =2000 кг. a = 80 m = 0,04 t = 10c. g = 9.8 м/c2

Второй закон Ньютона имеет вид .

Для данной системы

,

то есть: .

В проекциях на выбранные оси координат:

Из этой системы уравнений получим

и,

подставляя в первое уравнение системы, имеем:

откуда сила тяги: (*).

Так как автомобиль начинает двигаться из состояния покоя с постоянным ускорением, то длина пути откуда ускорение

Подставляя в уравнение (*) выражение для ускорения, получим:

Используя числовые данные задачи, имеем:

Ответ: сила тяги автомобиля

Задание к контрольной работе

Задача 1 Зависимость координаты Х от времени t определяется уравнением Определите зависимость скорости и ускорения от времени; расстояние, пройденное телом за t секунд от начала движения; скорость и ускорение тела через t секунд от начала движения; среднюю скорость и среднее ускорение за последнюю секунду движения. Постройте графики зависимости скорости и ускорения тела в промежутке времени от 0 до t секунд.

Таблица 2

№ варианта	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
A, м.	2	-3	1	3	-1	0	3	8	6	2
B, м/с.	-3	2	0	-2	2	4	2	3	8	-3
C, м/с2	4	0	3	4	-3	-1	1	2	10	4
D, м/с3	0	4	4	2	3	1	2	0	-3	1
t, с.	2	2	3	3	4	5	3	3	2	3

Вопросы для самоконтроля: 1, 2, 3, 4.