Физика (стр. 1 )

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ
ГОУ ВПО «НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

,

ФИЗИКА

Часть 1

учебно-методический комплекс для студентов ОЗО
факультета технологии и предпринимательства НГПУ

Новосибирск
2009

УДК 53 (075.8) Печатается по решению

ББК 22.3я 73–1 Редакционно-издательского совета НГПУ

А 471

Р е ц е н з е н т ы:

доктор физико-математических наук, профессор,

заведующий кафедрой общей и теоретической физики НГПУ

;

кандидат технических наук, профессор,

заведующий кафедрой машиноведения НГПУ

;

доктор физико-математических наук,
профессор кафедры общей физики НГТУ

Алексеев, В. В.

А 471 Физика: учебно-методический комплекс для студентов ОЗО факультета технологии предпринимательства/ , В. Г. Приданов. – Новосибирск: Изд. НГПУ, 2009. – 220 с.

Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальностям: 030600 «Технология и предпринимательство»; 230700 «Сервис»; 030500.08 «Профессиональное обучение». Содержит полный объем материалов для самостоятельного освоения курса физики по трем разделам: «Механика», «Молекулярная физика», «Электричество и магнетизм», расширенный анализ решения физических задач; перечень тестовых заданий для проверки знаний, вопросов к экзамену, варианты контрольных работ, а также список рекомендуемой литературы.

Адресован студентам заочной формы обучения факультета технологии и предпринимательства.

УДК 53 (075.8)

ББК 22.3я 73–1

© , , 2009

© ГОУ ВПО «Новосибирский государственный
педагогический университет», 2009

 

СОДЕРЖАНИЕ

I. Рабочая программа учебной дисциплины «Физика». 7

1.1. Выписка из образовательного стандарта
по учебной дисциплине. 7

1.2. Цели, задачи и роль дисциплины
в системе профессиональной подготовки. 7

1.3. Принципы построения учебно-методического комплекса. 7

2. Содержание дисциплины.. 8

2.1. Тематический план 8

2.2. Содержание отдельных тем учебных дисциплин. 9

3. Информационное обеспечение учебной дисциплины.. 10

3.1. Вопросы к экзамену. 10

3.2. Варианты контрольных работ. 12

3.3. Список рекомендуемой литературы.. 14

II. Методические рекомендации по изучению дисциплины.. 15

III. Теоретический материал по дисциплине «Физика». 17

1. Механика. 17

1.1. Кинематика. 17

1.1.1. Механическое движение. 17

1.1.2. Скорость. 18

1.1.3. Ускорение. 19

1.1.4. Угловая скорость и угловое ускорение. 20

1.1.5. Нормальное и тангенциальное ускорения. 23

1.2. Законы Ньютона. 25

1.2.1. Сила. Упругие силы и силы трения. 25

1.2.2. Первый закон Ньютона. 27

1.2.3. Второй закон Ньютона. 29

1.2.4. Третий закон Ньютона. 32

1.2.5. Закон всемирного тяготения. 33

1.2.6. Движение тел относительно инерциальных и неинерциальных
систем отсчета. 35

1.3. Основные законы сохранения. 38

1.3.1. Закон сохранения импульса. 38

1.3.2. Физические понятия вращательного движения. 42

1.3.3. Закон сохранения полной механической энергии. 49

1.3.4. Основное уравнение динамики вращательного движения. 52

1.3.5. Закон сохранения момента импульса. 54

1.4. Колебательное движение. 55

1.4.1. Гармонические колебания. 56

1.4.2. Затухающие колебания. 61

1.4.3. Вынужденные колебания. 62

1.5. Движение жидкостей и газов. 64

1.5.1. Линии и трубки тока. Уравнение неразрывности. 64

несжимаемой струи. 64

1.5.2. Уравнение Бернулли. 66

1.5.3. Вязкое трение. 68

1.5.4. Ламинарное и турбулентное течения. 70

1.5.5. Течение Пуазейля. 72

1.6. Основы механики упругих тел. 74

1.6.1. Упругие и пластические деформации. 74

1.6.2. Закон Гука. 76

1.6.3. Диаграмма деформирования. 78

1.6.4. Потенциальная энергия деформации. 79

1.6.5. Деформация сдвига. 80

2. Молекулярная физика. 82

2.1. Молекулярно-кинетическая теория газов. 82

2.1.1. Основные понятия. 82

2.1.2. Модель идеального газа. 84

2.1.3. Уравнение Клапейрона–Менделеева. 85

2.1.4. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории. 87

2.1.5. Распределение Максвелла. 89

2.1.6. Барометрическая формула. 91

2.2. Основы термодинамики. 92

2.2.1. Внутренняя энергия. Первое начало термодинамики. 92

2.2.2. Теплоемкость. 94

2.2.3. Равновесные процессы.. 96

2.2.4. Изопроцессы.. 97

2.2.5. Второе начало термодинамики. 100

2.2.6. Тепловые машины. Цикл Карно. 105

2.3. Агрегатные состояния вещества. 107

2.3.1. Ван-дер-ваальсовский газ. 107

2.3.2. Критическое состояние. 110

2.3.3. Изотермы Ван-дер-Ваальса. 111

2.4. Физическая кинетика. 112

2.4.1. Диффузия. 113

2.4.2. Теплопроводность. 114

2.4.3. Вязкое трение. 115

2.4.4. Длина свободного пробега молекул. 116

3. Электричество и магнетизм.. 120

3.1. Электрическое поле. 120

3.1.1. Электрический заряд. 120

3.1.2. Закон Кулона. 120

3.1.3. Напряженность электрического поля. 121

3.1.4. Принцип суперпозиции. 123

3.1.5. Линии напряженности. 125

3.1.6. Поток вектора. Теорема Гаусса. 126

3.1.7. Применение теоремы Гаусса для расчета электрических полей. 127

3.1.8. Работа сил электрического поля. 130

3.1.9. Потенциал. 131

3.2. Диэлектрики и проводники в электрическом поле. 134

3.2.1. Диэлектрики. 134

3.2.2. Диполь в электрическом поле и диэлектрике. 135

3.2.3. Сегнетоэлектрики. Пьезоэлектрический эффект. 138

3.2.4. Проводники в электрическом поле. 139

3.2.5. Электроемкость. Конденсаторы.. 140

3.3. Постоянный электрический ток. 145

3.3.1. Сила тока. 145

3.3.2. Электродвижущая сила. Напряжение. 146

3.3.3. Закон Ома для однородного участка цепи. 147

3.3.4. Закон Джоуля–Ленца. Закон Ома для неоднородного участка. 149

3.3.5. Правила Кирхгофа. 151

3.3.6. Расчет мощности, выделяемой в цепи. 154

3.3.7. Электрический ток в различных средах. 155

3.3.8. Термоэлектронные явления. 161

3.4. Магнитное поле в вакууме и веществе. 162

3.4.1. Характеристики магнитного поля. 162

3.4.2. Закон Био–Савара–Лапласа. 163

3.4.3. Намагничивание вещества. 169

3.4.4. Закон Ампера. 171

3.4.5. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле. 174

3.4.6. Сила Лоренца. 176

3.5. Электромагнитная индукция. 178

3.5.1. Фарадея. Закон Фарадея. 178

3.5.2. Токи Фуко. 181

3.5.3. Явление самоиндукции. 182

3.5.4. Токи при размыкании и замыкании цепи. 184

3.5.5. Индуктивность. 185

3.5.6. Энергия магнитного поля. 186

3.5.7. Взаимная индукция. 187

3.5.8. Переменный ток. 189

3.5.9. Электрические цепи с изменяющимся током. 194

IV. Комбинированные тесты по физике. 198

Приложение. 217

I. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ «ФИЗИКА»

1.1. Выписка из образовательного стандарта по учебной дисциплине

Физические основы механики. Понятие состояния в классической механике. Уравнения движения, законы сохранения, принцип относительности в механике. Кинематика и динамика твердого тела, жидкостей и газов. Статическая и молекулярная физика и термодинамика: три начала термодинамики, термодинамические функции состояния, фазовые равновесия и фазовые превращения, элементы неравновесной термодинамики, кинематические явления. Физический практикум. Электричество и магнетизм. Электростатика и магнитостатика в вакууме и веществе. Квазистационарные токи. Физика колебаний и волн. Принцип относительности в электродинамике.

1.2. Цели, задачи и роль дисциплины в системе профессиональной подготовки

Цель курса: сформировать у студентов логичную систему представлений об основных концепциях и фундаментальных законах современной физики. Представить физику как основу современного естествознания.

Задачи курса:

·  расширить и углубить знания, полученные студентами в школьном курсе физики, для построения замкнутой системы основных физических законов;

·  раскрыть физические методы исследования и сформировать представление о физике как науке, имеющей экспериментальную основу;

·  научить грамотной постановке и проведению физического эксперимента;

·  развить самостоятельность и активность мышления путем решения конкретных физических задач.

·  подготовить к освоению элементов предметной подготовки для инженерных специальностей, фундаментом которых является физика.

Место курса в системе подготовки специалиста. Данный курс является, в соответствии с государственным образовательным стандартом, обязательной частью подготовки студентов на факультете технологии и предпринимательства. Содержание курса содействует расширению знаний о закономерностях реальных процессов, протекающих в природе, понимание которых на современном уровне является необходимым для будущего педагога, и организовано с учетом опыта преподавания физики на факультете технологии и предпринимательства студентам заочной формы обучения.

1.3. Принципы построения учебно-методического комплекса

Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальностям: 030600 «Технология и предпринимательство»; 230700 «Сервис»; 030500.08 «Профессиональное обучение».

В основу настоящего учебно-методического комплекса положены материалы учебного пособия для студентов высших учебных заведений В. Г. Приданова «Краткий курс лекций по общей физике»: ч. 1.«Механика. Молекулярная физика и введение в термодинамику»; ч. 2. «Электричество и магнетизм. Оптика» (Новосибирск: изд. НГПУ, 2005), учебно-методического комплекса для студентов I курса факультета технологии и предпринимательства «Физические основы технической механики» (Новосибирск: изд. НГПУ, 2007), а также учебной программы по курсу общей физики, составленной , (Новосибирск: изд. НГПУ, 2001).