Методические указания по изучению курса

Партнерка на США и Канаду по недвижимости, выплаты в крипто

30% recurring commission
Выплаты в USDT
Вывод каждую неделю
Комиссия до 5 лет за каждого referral

Методические указания по изучению курса

1. Кинематика поступательного и вращательного движения.

При изучении данного раздела формируется понятие кинематических характеристик движения. К общим кинематическим характеристикам: перемещению, скорости ускорению добавляются биомеханические: темп, ритм движения. Основной характеристикой является уравнение, устанавливающее зависимость положения тела в данной системе отсчета от времени S = f(t).

Например, для равноускоренного поступательного движения эта функция в общем случае имеет вид:

В конкретных задачах зависимость пройденного пути от времени задается уравнением с коэффициентами:

Мгновенные значения скорости и ускорения при поступательном движении могут быть найдены дифференцированием соответствующей функции:

Путь S, пройденный телом при поступательном движении, соответствует углу поворота φ во вращательном движении; линейная скорость v поступательно движущегося тела – угловой скорости ω вращающегося тела; линейное ускорение a - угловому ускорению β. Все формулы вращательного движения могут быть получены из формул поступательного движения, если все обозначения линейных величин заменить обозначениями соответствующих угловых величин.

2. Динамика поступательного движения

Основными динамическими характеристиками движения являются масса тела и сила. Масса рассматривается в динамике как мера инертности тела. Движение тела или системы тел описывается тремя законами Ньютона, особое внимание надо уделить II закону:

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Взаимодействие тел подчиняется законам сохранения импульса и энергии:

Для усвоения этих законов необходимо предварительно получить отчетливое представление о понятиях «энергия» и «механическая работа».

Энергия, работа и мощность рассматриваются с точки зрения биомеханики. К ним добавляется еще одна энергетическая биомеханическая характеристика – коэффициент метаболической энергии.

3. Динамика вращательного движения

Динамику вращательного движения определяют величины: момент силы, момент инерции, момент импульса.

Особо важное значение имеет основной закон динамики вращательного движения, устанавливающий связь между моментом силы, моментом инерции и угловым ускорением. Это второй закон Ньютона, примененный к вращательному движению:

где роль массы играет момент инерции I, роль силы – момент силы

Из основного закона динамики вращательного движения выводится важный закон сохранения момента импульса.

4. Основы гидродинамики и гемодинамики.

Необходимо сформулировать понятия «идеальная жидкость», «стационарный поток», «ламинарное и турбулентное течение».

Знать уравнения неразрывности потока и Бернулли, уяснить физический смысл статического, динамического и гидравлического давлений, способы их измерения. Привести примеры проявления этих законов движения жидкостей в природе и технике.

Рассматриваются условия плавания живых существ, виды плавания, силы, действующие на тело.

5. Механические колебания и волны.

При изучении раздела необходимо знать термины: амплитуда, период, частота, фаза колебания; вид уравнения гармонического колебания, скорости и ускорения колеблющегося тела.

Следует помнить, что колебательное движение вызывает сила, пропорциональная смещению и противоположная ему по знаку.

Изучая раздел, необходимо сформулировать определения терминов «свободные колебания», «затухающие колебания», «вынужденные колебания», понять, что вынужденные колебания происходят при наличии постоянно действующей периодически изменяющейся силы. полезно рассмотреть примеры, раскрывающие сущность и значение явления резонанса.

6. Основы акустики.

Необходимо понимание, что звук – это продольная волна в упругой среде. Знать классификацию звука, частотные интервалы видов звука.

Знать понятия «тон», «музыкальный звук», «шум», «обертон», «основной тон». Уметь воспроизвести график слышимости звука, знать физический и физиологический смысл порога слышимости и болевого порога. Знать формулировку и формулу закона Вебера – Фехнера.

Также важно иметь представление о нормальных, допустимых и опасных уровнях шума, приводить примеры шумов, соответствующих уровней, знать возможные источники шума опасных уровней, знать о влиянии шума на человека и животных.

Кроме того, необходимо иметь представление о физических свойствах, источниках и биологическом действии инфра - и ультразвука, их проявлении в природе и применении в различных областях.

II Молекулярная физика и термодинамика

1. Основы молекулярно-кинетической теории газов

Следует обратить внимание на два метода исследований свойств тел и физических явлений: термодинамический и молекулярно-кинетический. Надо знать вид уравнения Менделеева – Клапейрона и убедиться в том, что все другие экспериментально полученные газовые законы следуют из этого уравнения как частные случаи.

Молекулярно-кинетическая теория (МКТ) оперирует средними величинами, такими, как средняя величина свободного пробега молекул, среднее число столкновений в единицу времени, средняя квадратичная скорость движения молекул, средняя кинетическая энергия.

Важным вопросом является вывод основного уравнения МКТ для идеального газа, устанавливающего связь между давлением и средней кинетической энергией молекул газа, а также связь между средней кинетической энергией и абсолютной температурой газа.

Необходимо рассмотреть общие характеристики явлений переноса: диффузии, внутреннего трения, теплопроводности, составить представление о том, перенос какой физической величины молекулами газа имеет место в каждом из трех явлений. Нужно уметь записать уравнения Фика, Фурье, Ньютона, закон Пуазейля, знать биофизическую сущность понятия «число Рейнольдса».

Рассматривается явление осмоса, понятие осмотического давления, суть эксперимента по изучению осмоса и уравнение Вант-Гоффа, роль осмотических явлений для живых организмов.

2. Агрегатные состояния и фазовые переходы. Свойства жидкостей и твердых тел

Необходимо выяснить, в чем состоит отличие реальных газов от идеальных, уметь написать уравнение Ван-дер-Ваальса для реальных газов и дать истолкование изотерм, являющихся решением этого уравнения.

Далее рассматриваются понятия «критическое состояние вещества», «критическая температура». Знать суть опытов Эндрюса и методы получения сжиженных газов, а также области их применения.

При изучении свойств жидкости необходимо обратить внимание на характеристику поверхностного слоя жидкости и силы, которые в этом слое действуют. Знать вид формул Лапласа и Борелли-Жюрена. Иметь представление о смачивании, капиллярных явлениях, их проявлениях в природе и применении.

При изучении твердых тел необходимо ясно представлять отличия кристаллических и аморфных тел, знать понятие «фаза вещества», уметь приводить примеры веществ в разных фазах. Знать названия и сущность основных фазовых переходов. При изучении деформаций твердых тел необходимо уяснить сущность и практическое значение закона Гука, иметь представление об упругих свойствах биологических тканей.

3. Основы термодинамики

Первый и второй законы термодинамики формулируют общие закономерности большинства процессов превращения и передачи энергии.

При изучении первого закона термодинамики необходимо познакомиться с понятиями: «термодинамическая система», «термодинамический процесс», «изолированная система», «открытая система».

Необходимо уметь объяснить принцип работы идеальной тепловой и холодильной машины, понятие «коэффициент полезного действия», иметь представление о работе всех видов тепловых двигателей.

Важно уяснить понятие «энтропия», знать формулу, иметь представление о принципе возрастания энтропии в изолированных системах.

Нужно уметь применить законы термодинамики к существованию живых организмов, знать понятие «равновесное состояние», «стационарное состояние», иметь представление о принципе невозрастания энтропии в живых организмах.

Необходимо иметь представление о физических основах терморегуляции живого организма. Для этого усвоить понятия «теплопродукция» и «удельная теплопродукция», знать их зависимость от массы тела. Знать физическую сущность процессов переноса теплоты в живых организмах.

III Электричество и магнетизм

1. Электростатика

Вначале формируется понятие об электрических зарядах и электрическом поле, посредством которого осуществляется взаимодействие зарядов. Количественной характеристикой взаимодействия является закон Кулона. Силовая и энергетическая характеристики электрического поля – напряженность и потенциал. Необходимо установить физический смысл и связь этих величин. Обязательной является формулировка принципа суперпозиции полей.

Необходимо классифицировать вещества по их электрическим свойствам: проводники 1 и 2 рода, полупроводники, полярные и неполярные диэлектрики. Уметь приводить примеры веществ, обладающих указанными свойствами. Также необходимо уметь на качественном уровне объяснять сущность электростатической индукции проводников, механизм поляризации диэлектриков.

Вводится понятие электроемкости уединенного проводника и конденсатора, единица измерения, представление об устройстве основных типов конденсаторов.

2. Постоянный ток

Вводятся понятия электрического тока, постоянного тока, силы тока, напряжения и сопротивления. Рассматривается зависимость сопротивления от материала и формы проводника, понятие удельного сопротивления.

Рассматриваются законы Ома для участка и полной цепи, тепловое действие тока, закон Джоуля - Ленца, его применение в технике. Необходимо уметь написать формулы работы и мощности тока.

Важно различать носители тока в металлах, газах, электролитах, уметь дать их вольтамперную характеристику. Рассмотреть законы Фарадея для электролиза. Особенности протекания постоянного тока в биологических объектах, понятие поляризации проводника, в частности, живой ткани. Иметь представление о применении постоянного тока с лечебной целью.

Рассматривается сущность контактной разности потенциалов, понятие о термоэлектричестве, свойства термопары, ее применение.

3. Электромагнетизм. Переменный ток

В данном разделе изучаются свойства и характеристики магнитного поля, посредством которого осуществляется взаимодействие между движущимися зарядами – токами. Оно описывается законом Ампера.

Переходя к изучению закона электромагнитной индукции Фарадея, предварительно следует дать определение магнитного потока. Закон Фарадея формулируется качественно и количественно вместе с правилом Ленца, определяющим направление ЭДС индукции.

Следует разобрать явления самоиндукции и взаимоиндукции как частный случай явления электромагнитной индукции. Привести примеры, имеющие практическое значение (генератор переменного тока, трансформатор). Уметь написать уравнение для силы и напряжения переменного тока, знать понятие действующих или эффективных значений напряжения и силы тока.

Необходимо усвоить особенности протекания переменного тока через живые ткани. Уметь объяснять применение явлений, происходящих в живом организме при протекании переменного тока, для диагностических целей.

Изучая магнитное поле в веществе, следует уяснить, что все вещества по магнитным свойствам делятся на три группы: диа-, пара - и ферромагнетики. Уметь объяснить механизм намагничивания веществ, привести значения магнитной проницаемости для трех групп магнетиков. Знать биологическое действие постоянного магнитного поля, роль геомагнитного поля в жизнедеятельности земных организмов.

IV. Электромагнитные колебания и волны. Оптика. Физика атома и атомного ядра

1. Электромагнитные волны

Следует повторить все, что относится к гармоническим колебаниям, затем уяснить понятие синусоидальной волны.

Рассматриваются электромагнитные колебания в закрытом колебательном контуре – цепи, состоящей из катушки и конденсатора, способы получения незатухающих колебаний в генераторе.

Затем переходят к понятию открытого колебательного контура как источника электромагнитных волн в пространстве. Рассматриваются постулаты теории Максвелла, формула для скорости электромагнитной волны. Необходимо уметь графически изобразить структуру электромагнитной волны. Важно составить представление о непрерывности шкалы электромагнитных излучений, рассмотреть их виды (низкочастотные, радиоволны, микроволны, инфракрасные, видимые, ультрафиолетовые, рентгеновские, гамма-излучение), физические свойства, биологическое действие и применение.

2. Геометрическая и волновая оптика

Изучение оптики начинается с рассмотрения вопроса о развитии представлений о природе света. Следует уяснить, что свет обладает как волновыми, так и корпускулярными свойствами (корпускула – частица). Такая двойственность называется корпускулярно-волновой дуализм.

В геометрической оптике рассматриваются законы отражения и преломления, явление полного внутреннего отражения, физический и геометрический смысл показателя преломления, оптические схемы лупы и микроскопа, представления об устройстве и применении рефрактометра, световодов. В биофизике законы геометрической оптики применяются для рассмотрения механизма зрения – формирования изображения в глазу.

С точки зрения волновой оптики свет – это электромагнитная волна определенного диапазона на шкале всех волн. Волновая природа света подтверждается такими явлениями, как интерференция и дифракция.

Перед рассмотрением волновых явлений необходимо сформировать понятие спектра. Для этого рассмотреть явление дисперсии света в призме, затем разобраться различиях спектров – призматического, интерференционного и дифракционного.

Рассмотреть сущность интерференции как усиления или ослабления когерентных волн при их наложении, способы создания когерентных волн, применение интерференции и проявление в природе.

Дифракция представляет собой явление огибания препятствия или краев отверстия при условии, что размеры препятствия или отверстия соизмеримы с длиной волны. Уметь объяснить устройство и назначение дифракционной решетки.

Еще одно явление, рассматриваемое с позиции волновой оптики – поляризация света. Сущность поляризации в том, что поляризованный пучок света обладает неодинаковыми свойствами в различных плоскостях.

Знать принцип действия поляриметра, его применение.

3. Квантово-оптические явления

В этом разделе рассматриваются оптические явления, которые получили объяснение после возникновения квантовой теории.

Вначале следует разобраться в законах теплового излучения Стефана – Больцмана, Кирхгофа, Вина), введя предварительно понятия испускательной и поглощательной способности, абсолютно черного тела.

Эти экспериментальные законы получили полное теоретическое обоснование после введения Планком понятия кванта энергии и принятия дискретного характера излучения. Исходя из этого, Планк нашел вид функциональной зависимости ε = f(λ,T) и показал, что законы теплового излучения являются частными случаями этой функции.

Необходимо иметь представление о пирометрии – измерении температуры тел на расстоянии, и тепловидении.

В основе теоретического обоснования явления фотоэффекта лежит представление об излучении как о потоке частиц – фотонов, которые обладают при движении импульсом и массой. Следует знать формулу Планка для энергии фотона, его импульса и массы, уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Знать области применения фотоэффекта.

Явление люминесценции рассматривается на основе представлений о теории атома водорода Бора. Вначале знакомятся с упрощенной моделью строения атома – планетарной, рассматривают ее недостатки. Затем знакомятся с постулатами Бора, которые устраняют противоречия. Вводится понятия «возбужденный атом», «стационарная орбита», «разрешенный энергетический уровень», «спонтанное излучение».

Рассматривается квантовая сущность явления люминесценции, ее виды, проявления в природе и практическое применение.

4. Основы атомной и ядерной физики

Явление радиоактивности было открыто благодаря вниманию, которое обращалось учеными на все явления излучения после открытия Рентгеном нового вида электромагнитного излучения. Поэтому для лучшего усвоения свойств радиоактивного излучения необходимо выяснить все, что связано с открытием, природой, свойствами и применением рентгеновских лучей.

Далее рассматривается явление радиоактивности – самопроизвольное испускание излучения, состоящего из трех компонент, обозначенных Резерфордом буквами α, β, γ. Необходимо знать природу этих лучей, виды радиоактивного распада атомов, уметь написать формулу закона радиоактивного распада, примеры реакций распада.

Необходимо знать состав ядра атома, свойства составляющих его частиц и природу сил, связывающих их. Знать формулы дефекта массы и энергии связи ядра. Уметь расшифровывать символическую запись ядра и пользоваться данными таблицы Менделеева для характеристики ядер атомов.

Необходимо уметь объяснить особенности реакции деления тяжелых ядер – основы атомной энергетики, а также реакции синтеза легких ядер (термоядерная реакция). Знать преимущества и проблемы атомной энергетики, проблемы и перспективы термоядерной.

Методические указания к выполнению контрольной работы.

1. Контрольная работа выполняется в школьной тетради объемом 18 листов. Страницы нумеруются, оставляются поля.

2. На первой странице сверху указываются номера всех выполняемых заданий.

3. Начало каждой задачи оформляется на новой странице.

4. Перед решением записывается полный текст задачи.

5. Выполняется краткая запись условия и перевод единиц измерения в систему СИ.

6. Рисунки, схемы, чертежи выполняются аккуратно, карандашом.

7. Записывается полный текст решения с комментарием, объяснением всех формул, указанием всех входящих величин.

8. Задача решается в общем виде до получения конечной формулы путем подстановок всех промежуточных выкладок.

11. Обязательно выполняется проверка размерностей. Для этого в конечную формулу подставляют не числовые значения, а размерности всех входящих величин. При необходимости такие единицы измерения, как Н, Дж, Па, Вт, заменяют их размерностями. Производят действия в соответствии с формулой, сокращают все одинаковые единицы в числителе и знаменателе. Оставшуюся размерность сравнивают с единицей измерения искомой величины. Если они совпадают, задача решена правильно, если нет – в решении ошибка.

12. Убедившись в правильности общего решения, заменить буквенные обозначения величин их числовыми значениями и произвести вычисления. Здесь единицы измерения не подписываются.

13. Ответ записывается полным предложением с указанием полученного числового значения и единицы измерения.

14. В конце контрольной работы указывается перечень использованной литературы и оставляется чистый лист для рецензии.

15. Контрольная должна быть выполнена до 25 августа 2013 года.

Пример оформления решения задачи.

Задача: Грузовая машина массой 6 т двигалась со скоростью 90 км/ч. Под действием постоянной силы торможения машина остановилась через 20 секунд. Определить: 1) работу торможения; 2) величину тормозящей силы; 3) пробег машины до остановки после начала торможения.

Дано: СИ

m = 6 т = 6·103 кг

v0 = 90 км/ч = 25 м/с

t = 20 c

A - ? F - ? S - ?

Решение.

1. Работа торможения затрачена на уменьшение кинетической энергии грузовой машины

где - кинетическая энергия машины после торможения ( по условию равна нулю). Следовательно,

i. Проверяем размерность

= кг·м2·с-2 = кг·м·с-2·м = Н·м = Дж

Подставляем числовые значения, получим

А = - ·6·103·252 = - 1875·103 Дж

2. По второму закону Ньютона имеем ,

где , так как постоянная сила вызывает равнопеременное движение. Но vt = 0, поэтому , откуда

ii. Проверяем размерность = кг·м·с-1·с-1 = Н

Подставляем числовые значения

3. При равнопеременном движении

Следовательно,

Ответ: A = -18,75·105 Дж; F = -7500 Н; S = 250 м

Знак минус означает, что сила торможения направлена против движения, работа торможения поэтому также отрицательная.

Задачи:

1. В центре горизонтальной платформы массой 105 кг и радиусом 1,7 м, вращающейся с частотой 1,2 об/с, стоит человек и держит в расставленных руках 2 гири. На какую величину уменьшится момент импульса человека, когда он опустит руки, если платформа при этом начнет вращаться с частотой 1, 7 об/c?

2. Средний диаметр жировых шариков в свежем молоке 2,75 мкм. Определить скорость всплытия этих шариков при образовании сливок, если плотность жира 870 кг/м3, плотность обрата 1025 кг/м3 и коэффициент вязкости обрата 1,15 мПа·с.