Физика (стр. 1 )

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ГОУ ВПО «НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

,

Физика

Часть 3

Дидактические и методические материалы
для студентов всех специальностей

факультета технологии и предпринимательства

Новосибирск

2011

УДК 53(075.8) Печатается по решению

ББК 22.3я73–1 Редакционно-издательского совета НГПУ

А 471

Рецензенты:

доктор физико-математических наук, профессор,

зав. кафедрой общей и теоретической физики НГПУ

;

доктор физико-математических наук,

профессор кафедры общей физики НГТУ

Алексеев, В. В.

А 471 Физика: дидактические и методические материалы для студентов всех специальностей факультета технологии и предпринимательства / , . – Новосибирск: Изд. НГПУ, 2011. – Ч. 3. – 200 с.

Издание составлено в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальностям: 030600 «Технология и предпринимательство», 230700 «Сервис», 030500.08 «Профессиональное обучение». Содержит подробное описание демонстрационных опытов, иллюстрирующих теоретический материал разделов общей физики, а также описание лабораторных работ и сборник задач по указанным разделам.

Адресовано студентам всех специальностей факультета технологии и предпринимательства.

УДК 53(075.8)

ББК 22.3я73–1

© , , 2011

© ГОУ ВПО «Новосибирский государственный

педагогический университет», 2011

СОДЕРЖАНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ.. 4

1. ФОРМЫ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ
УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ ПО РАЗДЕЛАМ КУРСА ОБЩЕЙ ФИЗИКИ.. 6

1.1. Механика. 6

1.2. Молекулярная физика. Введение в термодинамику. 8

1.3. Электричество и магнетизм. 9

1.4. Оптика. 10

2. ЦИКЛ ФИЗИЧЕСКИХ ДЕМОНСТРАЦИЙ К РАЗДЕЛАМ КУРСА ОБЩЕЙ ФИЗИКИ.. 12

2.1. Механика. 12

2.2. Молекулярная физика. Введение в термодинамику. 21

2.3. Электричество и магнетизм. 25

2.4. Оптика. 34

3. ЦИКЛ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ.. 41

3.1. Механика. 41

3.2. Молекулярная физика. Введение в термодинамику. 84

3.3. Электричество и магнетизм. 109

3.4. Оптика. 127

4. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ.. 143

4.1. Механика. 143

4.2. Молекулярная физика. Введение в термодинамику. 160

4.3. Электричество и магнетизм. 164

4.4. Оптика 174

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА.. 191

ПРИЛОЖЕНИЯ …………………………………………………………………193

ПРЕДИСЛОВИЕ

Издание составлено в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальностям: 030600 «Технология и предпринимательство», 230700 «Сервис», 030500.08 «Профессиональное обучение» и призвано помочь студентам в изучении курса общей и экспериментальной физики, которым необходимо:

1)  освоить основные концепции и законы физики;

2)  уметь ставить физический эксперимент и осмысливать его результаты;

3)  знать и уметь принимать на практике современные достижения физики.

Издание включает: 1) описание опытов, сопровождающих лекционно-теоретический учебный материал курса; 2) учебно-исследовательский аспект самостоятельной постановки основных экспериментов по выполнению лабораторных работ; 3) большой формат экспериментально-теоретических задач, решенных по известным алгоритмам; 4) задачи для самостоятельного решения, необходимые для наиболее полного усвоения изученного теоретического материала. Задачи сопровождаются перечнем используемых формул и примерами решения. Рекомендуется выполнить не менее 5 лабораторных работ и решить не менее 10 задач по каждому разделу.

В силу ограниченности времени, выделенного на изучение курса общей физики, авторы выбрали демонстрационные эксперименты, лабораторные работы и физические задачи, наиболее полно отвечающие материалу курса.

При выборе демонстрационных экспериментов авторы ориентировались на имеющуюся материально-техническую базу отделения физики института физико-математического и информационно-экономического образования (ИФМИЭО) и наиболее полное раскрытие физической сущности демонстрируемых явлений. Детали некоторых демонстраций были изготовлены, а опыты поставлены непосредственно авторами.

Все разделы пособия базируются на первых двух частях учебно-методического комплекса «Физика» (2009, 2010 гг.), в которых содержатся программы соответствующих разделов курса физики, учебные планы, тестовые задания, а также полный объем лекционного материала.

Пособие предназначено для студентов всех специальностей факультета технологии и предпринимательства НГПУ.

1. ФОРМЫ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ ПО РАЗДЕЛАМ КУРСА ОБЩЕЙ ФИЗИКИ

1.1. Механика

Физические демонстрации

Изложение первого закона движения – закона инерции – рекомендуется проиллюстрировать опытом № 1. Векторное сложение сил наглядно наблюдается в опыте № 2. Основные законы сохранения – законы сохранения импульса, энергии и момента импульса – подтверждаются опытами № 3, 4, 5. Особенности гармонического колебательного движения хорошо проявляются в опыте № 6. Независимость ускорения свободного падения от массы тела удобно продемонстрировать опытом с трубкой Ньютона (№ 7). Неизменность направления в пространстве оси вращения гироскопа легко показать в опыте № 8. Реактивное движение иллюстрируется в опыте с ракетой (№ 9). Зависимость коэффициента трения от состояния скользящих поверхностей можно наблюдать в опыте № 10.

Темы лабораторных работ

Работа 1. «Измерение ускорения свободного падения в условиях со случайными погрешностями измерений». Цель: овладеть методикой статистической обработки результатов измерений.

Работа 2. «Определение плотности тел правильной геометрической формы». Цель: научить студентов пользоваться измерительным инструментом и оценивать величины систематических погрешностей измерений.

Работа 3. «Исследование влияния силы трения скольжения на движение тела по наклонной плоскости» Цель: получить практические навыки определения ускорения движения тела и коэффициента трения.

Работа 4. «Измерение начальной скорости пули с помощью баллистического маятника». Цель: ознакомить студентов со способами применения баллистического маятника для измерения скорости пули и использованием законов сохранения при неупругом ударе.

Работа 5. «Определение ускорения свободного падения с помощью оборотного маятника». Цель: дать представление об устройстве оборотного маятника и практическом использовании понятия приведенной длины физического маятника.

Указанные работы представлены в лаборатории механики ИФМИЭО каждая на отдельном стенде. Новый модульный учебный комплекс МУК-М2-03 допускает выполнение не менее шести лабораторных работ на одной установке:

Работа 1. «Определение коэффициента трения скольжения твердых тел». Цель: определить коэффициент трения двумя способами.

Работа 2. «Соскальзывание тела с наклонной плоскости». Цель: обучить практически определять ускорение движущегося тела и его зависимости от угла наклона плоскости.

Работа 3. «Скатывание тела с наклонной плоскости». Цель: демонстрировать особенности трения качения различных тел по наклонной плоскости.

Работа 4. «Определение ускорения связанных тел при движении по наклонной плоскости». Цель: изучить движения тел, связанных легкой нерастяжимой нитью, перекинутой через блок.

Работа 5. «Изучение законов столкновения тел при ударе». Цель: использовать законы сохранения при соударении двух шаров.

Работа 6. «Определение скорости пули с помощью физического маятника». Цель: определить скорость пули, используя закон сохранения момента импульса.

Задачи

В пособии представлены 54 задачи по разделу «Механика», наиболее полно иллюстрирующие различные области этого раздела. Задачи предназначены для самостоятельного решения, предваряются перечнем используемых формул и примерами решения.

1.2. Молекулярная физика. Введение в термодинамику

Физические демонстрации

Броуновское движение легко продемонстрировать на механической модели этого явления (опыт № 1). При изучении барометрической формулы будет полезен опыт № 2. Вязкое трение в газах наглядно показывается в опыте № 3. Стремление капли жидкости в свободном состоянии принимать шарообразную форму хорошо видно в опыте Плато (опыт №4). Демонстрации действия сил поверхностного натяжения посвящен опыт № 5. При изучении явления капиллярности полезен опыт № 6.

Темы лабораторных работ

Работа 1. «Проверка закона Шарля». Цель: установить зависимость давления воздуха от температуры и ее соответствие закону Шарля.

Работа 2. «Определение плотности воздуха». Цель: определить плотность воздуха при нормальных условиях.

Работа 3. «Определение отношения теплоемкостей газа методом Клемана – Дезорма». Цель: экспериментально определить отношение теплоемкостей для воздуха.

Работа 4. «Определение коэффициента вязкости, длины свободного пробега и эффективного диаметра молекул воздуха». Цель: изучить вопросы физической кинетики.

Работа 5. «Определение коэффициента поверхностного натяжения методом отрыва кольца». Цель: ознакомить с одним из экспериментальных методов определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости.

Задачи

В пособии по разделу «Молекулярная физика. Введение в термодинамику» представлены 20 задач, достаточно полно иллюстрирующих различные его области. Задачи предназначены для самостоятельного решения, предваряются перечнем используемых формул и примерами решения.

1.3. Электричество и магнетизм

Физические демонстрации

Возникновение зарядов разного знака хорошо иллюстрируется опытом № 1. Наличие силовых линий в электрическом поле можно продемонстрировать опытом № 2. Способность различных тел накапливать на себе разные количества электрических зарядов показывается в опыте № 3. Температурная зависимость сопротивления металлических проводников хорошо видна в опыте № 4. Такую же зависимость для термисторов демонстрирует опыт № 5. Простейшая демонстрация появления термо-ЭДС проводится в опыте № 6. Влияние электрического поля на магнитную стрелку показывается в опыте Эрстеда (опыт № 7). Силовые линии магнитного поля хорошо видны в опыте № 8. Действие магнитного поля на ток демонстрируется в опыте № 9. Опытом № 10 несложно показать взаимодействие параллельных токов. Известные опыты Фарадея наглядно демонстрируют появления ЭДС-индукции (опыт № 11). На магнитоэлектрической машине показывают появление переменного тока (опыт № 12).