 |
Примеры решения задач по теме №1
|
|
|
|
Механика. Молекулярная физика
И термодинамика. Электричество и магнетизм. Колебания и волны. Оптика.
Элементы квантовой механики, атомной
И ядерной физики
Методические указания к выполнению контрольных работ №№1-4
по физике для студентов всех специальностей
факультета дистанционного обучения (бакалавриат)
Воронеж 2012
УДК 53.07
ББК 22.3
Составители
А.К. Тарханов, А.И. Никишина
Механика. Молекулярная физика и термодинамика. Электричество и магнетизм. Колебания и волны. Оптика. Элементы квантовой механики, атомной и ядерной физики: метод. указания к изучению курса физики для студ. факультета дистанционного обучения (бакалавриат) / Воронеж. гос. арх.-строит. ун-т.; сост.: А.К. Тарханов, А.И. Никишина. – Воронеж, 2012. – 61 c.
Приведены условия задач для выполнения контрольных работ, содержатся краткий теоретический материал и примеры решения задач по темам «Механика», «Молекулярная физика и термодинамика», «Электричество и магнетизм», «Колебания и волны», «Оптика», «Элементы квантовой механики, атомной и ядерной физики». Приведена разбивка задач по вариантам.
Данные методические указания предназначены для студентов всех специальностей факультета дистанционного обучения.
УДК 53.07
ББК 22.3
Введение
Физика относится к числу естественных наук. Предметом физики является изучение общих свойств материи, т.е. вещества и поля, общих закономерностей и форм ее движения.
Физика определяет законы, которыми пользуются остальные естественные науки и техника, применяя их для отдельных частных случаев.
Изучение физики в высших учебных заведениях преследует двоякую цель: расширить кругозор учащихся и способствовать развитию у них миропонимания; подготовить их к сознательному изучению смежных с физикой дисциплин.
|
|
|
Учебная работа студентов дистанционной формы обучения складывается из следующих основных элементов: самостоятельного изучения физики по учебным пособиям, выполнения контрольных работ, посещения и проработки обзорных лекций в период сессий, выполнения лабораторного практикума, сдачи зачетов и экзаменов.
Цель контрольных работ – закрепление теоретического материала при самостоятельном выполнении контрольных заданий, которое способствует более глубокому пониманию и закреплению курса физики.
Указания к решению контрольных работ
В процессе изучения курса физики студенты, обучающиеся по ускоренной форме, должны выполнить контрольные работы в соответствии с учебным планом. Каждая из четырех контрольных работ состоит из 6 задач. Определение варианта и номеров задач проводится по двум последним цифрам шифра зачетной книжки по таблице вариантов.
Перед выполнением контрольной работы студенту необходимо внимательно ознакомиться с основными формулами и разобрать примеры решения задач.
Требования к выполнению контрольных работ
1) полностью переписывать условия задач своего варианта;
2) сделать краткую запись условия, при этом числовые данные перевести в одну систему единиц (преимущественно в СИ);
3) выполнить аккуратно чертеж, рисунок или схему, поясняющие описанный в задаче процесс;
4) в ходе решения задачи делать краткие и ясные комментарии используемых физических законов и формул;
5) решив задачу в общем виде, проверить ответ по равенству размерностей левой и правой части расчетной формулы;
6) в полученную расчетную формулу подставить числовые данные и оценить правдоподобность ответа;
|
|
|
7) оставлять поля для замечаний;
8) на титульном листе указывать номер контрольной работы, наименование дисциплины, фамилию и инициалы студента, шифр и домашний адрес.
Контрольные работы, представленные без соблюдения указанных выше требований, а также работы, выполненные не по своему варианту, не будут приниматься к рассмотрению. На повторную проверку работу обязательно представлять с первым и исправленным вариантом работы.
Таблица вариантов
| Номер варианта | Контрольная работа №1 | Контрольная работа №2 | Контрольная работа №3 | Контрольная работа №4 | ||||||||||||||||||||
| Тема №1 | Тема №2 | Тема №3 | Тема №4 | Тема №5 | Тема №6 | |||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ТЕМА №1. МЕХАНИКА
Законы и формулы к выполнению задач по теме №1
Кинематика
Поступательное движение
1. Уравнение движения материальной точки (или центра масс абсолютно твердого тела), движущейся равномерно вдоль оси x: 
, (1.1)
движущейся равноускоренно вдоль оси x: 
. (1.2)
Для прямолинейного движения разность между конечной (x) и начальной (x0) координатами тела равна пройденному пути S.
2. Закон изменения скорости при равноускоренном движении:
. (1.3)
Здесь 
и 
– скорость тела в начальный момент времени и в момент времени t соответственно, a – линейное ускорение.
3. Средняя путевая скорость:
, (1.4)
где ΔS – величина пути, пройденного телом за интервал времени Δt.
4. Тангенциальное ускорение:
. (1.5)
5. Нормальное ускорение:
, (1.6)
где R – радиус кривизны траектории.
6. Полное ускорение:
. (1.7)
Вращательное движение
7. Уравнение движения материальной точки (или центра масс абсолютно твердого тела), движущейся равноускоренно по окружности радиуса R:
. (1.8)
8. Закон изменения скорости при равноускоренном движении:
. (1.9)
Здесь Δφ – угол поворота тела за время t, ω0 и ω – угловые скорости тела в начальный момент времени и в момент времени t соответственно, ε – угловое ускорение.
9. Угловая скорость ω связана:
с линейной скоростью 
: 
, (1.10)
с линейной частотой ν: 
, (1.11)
с периодом колебаний Т: 
. (1.12)
10. Угловое ускорение ε связано с тангенциальной составляющей линейного ускорения aτ соотношением
. (1.13)
11. Угловая скорость ω связана с нормальной составляющей линейного ускорения an соотношением
. (1.14)
Динамика
Поступательное движение
12. Второй закон Ньютона:
. (1.15)
– геометрическая сумма сил, действующих на тело, m – масса тела.
13. Третий закон Ньютона:
, (1.16)
где 
– сила, действующая на первое тело со стороны второго, а 
– сила, действующая на второе тело со стороны первого.
14. Силы в механике:
· сила упругости 
, где x – величина упругой деформации тела, k – коэффициент упругости;
· сила тяжести 
, где 
– ускорение свободного падения;
· сила трения (скольжения) 
, где μ – коэффициент трения,
N – сила нормального давления (сила реакции опоры).
15. Импульс материальной точки (твердого тела) массой m:
. (1.17)
16. Закон сохранения импульса изолированной системы тел:
. (1.18)
17. Кинетическая энергия тела:
. (1.19)
18. Потенциальная энергия:
· упругодеформированной пружины 
, (1.20)
где k – жесткость пружины, x – величина деформации;
· тела, находящегося в однородном поле силы тяжести 
, (1.21)
где h – высота тела над уровнем, принятым за нулевой (имеется при этом в виду, что h<<R, где R – радиус Земли).
19. Закон сохранения механической энергии:
, (1.22)
где E – полная энергия изолированной системы.
20. Работа постоянной силы:
, (1.23)
где S – перемещение тела под действием силы F, α – угол между направлением силы и направлением перемещения.
21. Связь работы сил, действующих на тело, и кинетической энергии тела:
, (1.24)
где ΔE – изменение полной энергии системы под действием внешних сил.
Вращательное движение
22. Модуль момента силы относительно неподвижной точки О:
, (1.25)
где r – модуль радиус-вектора, проведенного из точки О, через которую проходит ось вращения в точку приложения силы F; α – угол между радиус-вектором и вектором силы. Направление вектора момента силы совпадает с направлением поступательного движения правового винта при его вращении от 
к 
.
23. Основной закон динамики вращательного движения:
, (1.26)
где J – момент инерции тела относительно оси вращения, 
– угловое ускорение.
24. Момент инерции относительно оси, проходящей через центр масс для:
· полого цилиндра (обруча) радиусом R 
; (1.27)
· сплошного цилиндра (диска) радиусом R 
; (1.28)
· прямого тонкого стержня длиной l 
; (1.29)
· шара радиусом R 
. (1.30)
25. Кинетическая энергия тела, вращающегося вокруг неподвижной оси:
, (1.31)
где ω – угловая скорость.
26. Кинетическая энергия катящегося тела:
. (1.32)
Примеры решения задач по теме №1
Пример 1.1. Самолет движется со скоростью 18 км/ч. С некоторого момента он начинает двигаться с ускорением a в течение 10 с, а последние 110 м проходит за одну секунду. Определить ускорение и конечную скорость самолета.
Дано: 
=18 км/ч=5м/с,
t1=10 с,
t2=1 с,
S2=110 м.
Найти: a, 
Решение
 |
Весь путь, проделанный самолетом, делится на два S1 и S2
