 |
Равномерное движение и его графическое описание.
|
|
|
|
Государственное (областное) бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования
Лебедянский торгово-экономический техникум
Базовый конспект лекций
По дисциплине «физика»
(1 семестр)
Подготовила:
Маркова С.В.
Лебедянь
Пояснительная записка
Современная физика имеет фундаментальное значение для теории познания, формирования научного мировоззрения, понимания строения и свойств окружающего нас мира. Физика оказывает большое влияние на развитие других наук и различных областей техники, поэтому ее изучение создает базу для профессиональной подготовки студентов средних профессиональных учебных заведений. Для вопросов экономического и социального развития необходимы современные знания. В данном пособии разъясняется смысл физических законов, понятий и явлений, раскрывающих физическую картину мира во всем многообразии. Пособие будет полезно студентам, как при изучении курса физики, так и при подготовке к экзаменам.
В результате освоения дисциплины студенты должны уметь:
· описывать и объяснять физические явления и свойства тел: движение небесных тел и искусственных спутников Земли; свойства газов, жидкостей и твердых тел; электромагнитную индукцию, распространение электромагнитных волн; волновые свойства света; излучение и поглощение света атомом; фотоэффект;
· отличать гипотезы от научных теорий;
· делать выводы на основе экспериментальных данных;
· приводить примеры, показывающие, что: наблюдения и эксперимент являются основой для выдвижения гипотез и теорий, позволяют проверить истинность теоретических выводов; физическая теория дает возможность объяснять известные явления природы и научные факты, предсказывать еще неизвестные явления;
|
|
|
· приводить примеры практического использования физических знаний: законов механики, термодинамики и электродинамики в энергетике; различных видов электромагнитных излучений для развития радио и телекоммуникаций, квантовой физики в создании ядерной энергетики, лазеров;
· воспринимать и на основе полученных знаний самостоятельно оценивать информацию, содержащуюся в сообщениях СМИ, Интернете, научно-популярных статьях.
· применять полученные знания для решения физических задач;
· определять характер физического процесса по графику, таблице, формуле;
· измерять ряд физических величин, представляя результаты измерений с учетом их погрешностей;
· использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни:
-для обеспечения безопасности жизнедеятельности в процессе использования транспортных средств, бытовых электроприборов, средств радио- и телекоммуникационной связи;
- оценки влияния на организм человека и другие организмы загрязнения окружающей среды;
- рационального природопользования и защиты окружающей среды.
знать:
· смысл понятий: физическое явление, гипотеза, закон, теория, вещество, взаимодействие, электромагнитное поле, волна, фотон, атом, атомное ядро, ионизирующие излучения, планета, звезда, галактика, Вселенная;
· смысл физических величин: скорость, ускорение, масса, сила, импульс, работа, механическая энергия, внутренняя энергия, абсолютная температура, средняя кинетическая энергия частиц вещества, количество теплоты, элементарный электрический заряд;
· смысл физических законов классической механики, всемирного тяготения, сохранения энергии, импульса и электрического заряда, термодинамики, электромагнитной индукции, фотоэффекта;
|
|
|
· вклад российских и зарубежных ученых, оказавших наибольшее влияние на развитие физики;
Содержание
Семестр
| Введение 1. Физика – наука о природе. Физические явления и процессы. Роль эксперимента и теории в процессе познания природы. Физические законы……………………………………………… I. Механика 2. Относительность механического движения. Системы отсчета. Характеристики механического движения…………………….. 3. Равномерное движение и его графическое описание…………. 4. Равноускоренное движение и его графическое описание……. 5. Движение по окружности с постоянной по модулю скоростью………………………………………………………… 6. Взаимодействие тел. Законы динамики Ньютона. …………... 7. Силы всемирного тяготения. Закон всемирного тяготения…. 8. Сила тяжести и вес тела. Невесомость………………………... 9. Силы упругости и силы трения……………………………….. 10. Импульс тела. Импульс силы. Закон сохранения импульса. Реактивное движение…………………………………………... 11. Работа. Мощность………………………………………………. 12. Энергия. Закон сохранения механической энергии………….. 13. Механические колебания. Амплитуда, частота, фаза колебаний. Свободные и вынужденные колебания. Резонанс…………………………………………………………. 14. Механические волны. Свойства механических волн. Длина волны…………………………………………………………….. 15. Звуковые волны. Ультразвук и его использование в технике и медицине………………………………………………………. II. Молекулярная физика 16. Наблюдения и опыты, подтверждающие атомно-молекулярное строение вещества. Масса и размер молекул…. 17. Объяснение агрегатных состояний вещества на основе атомно-молекулярных представлений. ………………………... 18. Модель идеального газа. Связь между давлением и средней кинетической энергией молекул газа ………………………….. 19. Тепловое движение. Абсолютная температура – как мера средней кинетической энергии…………………………………. 20. Уравнение состояния идеального газа. Газовые законы……… 21. Модель строения жидкости. Насыщенный и ненасыщенный пары. Влажность воздуха……………………………………….. 22. Поверхностное натяжение. Смачивание. Капиллярные явления…………………………………………………………… 23. Модель строения твердых тел. Механические свойства твердых тел………………………………………………………. 24. Аморфные вещества и жидкие кристаллы. Изменение агрегатных состояний вещества………………………………... 25. Внутренняя энергия и работа газа……………………………… 26. Первое начало термодинамики. Необратимость тепловых процессов………………………………………………………… 27. Тепловые двигатели и охрана окружающей среды. КПД тепловых двигателей……………………………………………. | 8 15 19 22 26 29 32 37 38 39 41 43 47 51 53 55 61 65 67 71 76 81 86 90 93 97 100 |
Введение
|
|
|
Тема:
Физика – наука о природе. Физические
явления и процессы. Физические законы. Роль эксперимента и теории в процессе познания природы. Физика и другие области науки и техники. Физические величины и измерения. Международная система единиц СИ.
1) Физика – наука о природе.
С незапамятных времен люди наблюдали последовательность происходящих явлений, научились предвидеть ход новых событий в природе, например, смену времен года, время разливов рек и т.д. Эти знания они использовали для определения времени посева и уборки урожая и т.д. Постепенно люди убедились в том, что изучение явлений природы приносит большую пользу. Тогда появились люди – ученые, которые изучали явления природы, записывали результаты наблюдений и опытов, сообщали свои знания ученикам.
Слово «природа» в переводе на греческий звучит «фюзис», поэтому науку о природе назвали «физикой». Начиная с 17 в. физика быстро развивается. По мере того, как открывались и изучались новые явления природы, из нее выделяются новые науки о природе, например, химия. Все они называются естественными науками.
Многолетнее изучение явлений природы привело ученых к идее о материальности окружающего нас мира. Материя есть объективная реальность, существующая помимо нашего сознания и данная нам в ощущениях.
Таким образом, все реально существующее в природе, материально.
|
|
|
Любое изменение, происходящее в природе, называется движением материи. Следовательно, всякое явление природы представляет собой движение материи. При изучении этих явлений удалось установить закон сохранения материи, утверждающий, что материя может видоизменяться, но никогда не возникает из ничего и не исчезает, т.е. материя вечно существовала и будет существовать. Материя существует в двух видах: а/ вещество (то из чего состоят все окружающее), б/ поле (электромагнитное поле).
2) Физические явления и процессы.
Движение материи имеет несколько форм: физическая, химическая, биологическая и др. Наиболее распространены в природе физические формы движения материи. К физической относятся: механическая, тепловая, электромагнитная, квантовая формы движения материи.
В различных явлениях природы всегда происходит переход одних физических форм движения материи в другие. Например, при движении троллейбуса электрическая форма движения материи переходит в механическую; при поглощении телом световых лучей солнечная энергия переходит в тепловую и т.д.
3) Физические законы.
Все явления в природе происходят закономерно, т.е. подчиняются определенным законам. Законы, применяемые к большому количеству самых разнообразных физических явлений, называются основными физическими законами. Таков, например, закон сохранения материи, применяемый ко всем явлениям
природы. Физический закон, если это возможно, выражают формулой, устанавливающей точную количественную связь между величинами, характеризующими те явления, к которым он применим.
Итак, современная физика изучает различные физические формы движения материи, их взаимные превращения друг в друга, а также свойства вещества и поля.
4) Роль эксперимента и теории в процессе познания природы.
Для изучения явлений в физике применяют наблюдение и опыт.
При наблюдении человек не вмешивается в ход явлений, а только старается подметить его типичные особенности и те условия, в которых оно протекает. Например, наблюдая за падением листа и монет, видим, что лист падает медленно по извилистому пути, а монета – быстро и по прямой линии. Такое различие можно объяснить тем, что при их падении не все условия одинаковы. Общим является наличие и влияние воздуха, а различным вес и площадь поверхности. Пользуясь только наблюдением, установить влияние каждого из этих условий на падение тел невозможно.
Чтобы выяснить влияние воздуха на падение тел, нужно проделать опыт, т.е. осуществить падение в безвоздушном пространстве, тогда будет видно, что лист падает так же, как и монета.
|
|
|
Воспроизведение явления в таких условиях, при которых можно изучить влияние отдельных факторов на ход явления, установить закономерную связь между переменными величинами в исследуемом явлении
называется экспериментом, или опытом. Опыт обычно сопровождается измерениями. Таким образом, с помощью опытов и измерений можно установить законы, которым подчиняются различные явления.
Однако физика не только должна открывать закономерности явлений, но и объяснять их. Сопоставляя закономерности, можно обнаружить связи между ними. Для объяснения этой связи создается научное предположение, называемое гипотезой. Так как гипотеза объясняет многие явления, пользуясь ею, можно предсказать новые, еще не известные явления и таким образом проверить справедливость гипотезы. Если новые опыты противоречат гипотезе, то она либо отбрасывается, либо видоизменяется. Если же проверка подтверждает сущность гипотезы, то она становится достоверной и называется физической теорией.
5) Физика и др. области науки и техники.
Физика является одной из лидирующих наук. Она оказывает огромное влияние на различные области науки и техники.
Физика помогла развитию астрономии: появились радиоастрономия, человек вышел в открытый космос и т.д.
Физика помогла развитию биологии, т.к. основные средства, используемые биологией: микроскопы, рентгеноструктурный анализ, электронография и т.д., заимствованы у физики. Физика вносит решающий вклад в создание современной вычислительной техники, представляющей собой основу информатики.
Физика внесла огромный вклад в развитие энергетики. Физика стоит также у истоков преобразований во всех областях техники. Во 2-й половине 18 и 1-ой половине 19
века появляются и совершенствуются паровые машины. Из физики выделяется новая наука – термодинамика. Широкое использование тепловых машин на производстве и транспорте дало повод назвать это время «веком пара».
В конце 19 в. начале 20 в. – появляются и усовершенствуются электрические машины. Из физики выделяются электротехника, радиотехника…
Широкое использование электрической энергии в технике дало повод назвать это время «веком электричества».
Во 2-ой половине 20 в. изучают свойства атомов и атомных ядер, получают и используют ядерную энергию. Это время назвали «атомным веком».
В конце 20 в. происходит быстрое освоение человеком космоса. Это время назвали «космической эрой».
6) Физическая картина мира.
Физика знакомит нас с наиболее общими законами природы, управляющими течением процессов в окружающем нас мире и во Вселенной в целом.
В 18 в. Ньютоном была создана механическая картина мира. Согласно ей мир состоит из «твердых, весомых, непроницаемых, подвижных частиц». Они отличаются друг от друга массами. Многообразие мира – это результат различий в движении частиц. В основе ее лежат открытые Ньютоном законы динамики, всемирного тяготения. Однако при исследовании электромагнитных процессов выяснилось, что они не подчиняются механике Ньютона.
В 19 в. Максвелл создал электромагнитную картину мира. Она состоит в том, что движущееся тело создает электромагнитное поле, которое распространяется в пространстве и действует на др. тело.
В 20 в. появляется единая картина мира в связи с развитием квантовой механики, согласно которой движущаяся материя является одновременно и веществом и полем.
7) Физические величины и измерения.
Все, что может изменяться количественно называется величиной. Величины, характеризующие физические явления или определенные свойства материи называются физическими (напр. длина, объем, сила и т.п.). Эти величины, если они однородны, можно сравнивать. Сравнение значения какой-либо величины называется измерением.
Измерения могут быть прямыми и косвенными. Прямые измерения производятся непосредственно измерительными приборами. Косвенные измерения производятся вычислениями по формулам. (Напр. длина окружности ℓ=2ּπּr). Все измерения, производимые измерительными приборами неточные. Для оценки точности измерения вводят погрешность измерения.
Абсолютная погрешность – это разность между точным и приближенным значением, взятая по модулю:
Δ а = а0 – а , где а0 – точное значение
а – приближенное значение
Относительная погрешность – это отношение абсолютной погрешности к точному значению, выраженная в процентах.
δ = 
100%
8) Международная система единиц СИ.
Одна и та же величина в физике может измеряться в различных единицах (длина: мм, см, м, км). Произвольный
выбор этих единиц осложняет расчеты по формулам. Поэтому для удобства по международному соглашению ввели единую систему единиц: СИ. Эти единицы измерения являются основными. Те единицы, которые выводятся из формул называются производными. Например: 
Все единицы могут быть кратными и дольными.
Вопросы для самоконтроля и повторения
1. Что изучает наука физика?
2. Дайте определение материи.
3. Какие виды материи вам известны?
4. Приведите примеры известных вам форм движения материи.
5. Что следует понимать под физической картиной мира?
6. Какие измерения физических величин являются прямыми? косвенными?
7. Какую погрешность измерений называют абсолютной? относительной?
Механика
Тема.
Механическое движение. Системы отсчета. Относительность движения. Характеристики механического движения.
1. Механическое движение.
Все в мире происходит где-то – в пространстве и когда – во времени. Каждое тело в любой момент времени занимает определенной положение в пространстве относительно других тел. Если с течением времени положение тела не меняется, то говорят, что оно находится в покое. Если же с течением времени положение тела меняется, то тело движется.
Наиболее простой формой движения является механическое движение. Раздел физики, в котором изучается механическое движение, называется механикой.
Механическим движением тела называется изменение его положения в пространстве относительно других тел с течением времени.
Наиболее просто изучить механическое движение материальной точки. Под материальной точкой понимают тело, размером и формой которого можно пренебречь.
2. Системы отсчета.
Когда говорят о движении какого-либо тела, имеют ввиду положение его относительно какого-то другого тела. Его называют телом отсчета. С телом отсчета связывают систему координат и по ней определяют положение тела. Системы координат бывают:
1) 
одномерными:
Х = 50
2) двухмерными:
Х = 30, У = 30
3) трехмерными:
X = 20, Y = 20, Z = 10
Тело отсчета и система координат, связанная с ним, позволяют задать положение тела в пространстве. Но при его движении его положение изменяется со временем. Значит, нужен прибор для измерения времени.
Тело отсчета и система координат, связанная с ним и прибор для измерения времени образуют систему отсчета
3. Относительность движения.
За тело отсчета можно выбрать любое тело и связать с ним систему координат. Тогда положение одного и того же тела будет различным. Т.е. положение тела относительно. Но относительно и его движение.
В стихотворении И.А. Бунина «В поезде» есть строки:
Вот мост железный над рекой
Промчался с грохотом под нами…
На первый взгляд они кажутся бессмысленными: ведь не мост под поездом, а поезд по мосту мчится. Но здесь выбрана система отсчета связанная с поездом, поэтому поезд условно считается неподвижным. А мост движется относительно поезда. Если эти тела рассматривать относительно Земли, то мост находится в покое, а поезд движется.
4. Характеристики механического движения.
Для характеристики движения вводится величина, называемая перемещением. Пусть тело находится в точке М. Через некоторое время оно переместилось на расстояние S от начального положения. Как найти новое положение тела? Надо знать в каком направлении оно двигалось. Направленный отрезок прямой,
соединяющий начальное и конечное положение тела называется перемещением.
Перемещение векторная величина, т.к. кроме числового значения она имеет и направление: S [м].
Перемещение тела надо отличать от его траектории.
Линия, по которой движется тело, называется траекторией.
Для характеристики быстроты и направления движения тела служит векторная величина, называемая скоростью υ [ м / с].
Существует несколько видов движения:
1) Прямолинейным равномерным движением называется движение, при котором тело за равные промежутки времени совершает одинаковые перемещения.
2) Движение, при котором тело за равные промежутки времени совершает неодинаковые перемещения называется неравномерным прямолинейным движением.
3) Движение, траектория которого кривая линия называется криволинейным.
Движение по криволинейной траектории можно представить как движение по окружности.
 |
Вопросы для самоконтроля и повторения
1. Что изучает раздел физики «Механика?
2. Что называют механическим движением?
3. Что понимают под материальной точкой?
4. Что называется телом отсчета? системой отсчета?
5. Что понимают под относительностью движения?
6. Что называется траекторией движения? перемещением?
Тема.
Равномерное движение и его графическое описание.
Основная задача механики – определить положение тела в любой момент времени.
Рассмотрим пример.
Пусть тело совершило перемещение 
Из рисунка видно, что проекция вектора 
на ось ОХ равна Р0Р. Длина отрезка проекции перемещения равна
Sx = х – х0.
А проекция вектора на ось ОY – Q0Q, длина проекции равна
Sy = y – y0.
Отсюда следует, что, зная вектор перемещения, можно узнать координаты тела:
x = х0 + Sx
y = y0 + Sy
Рассмотрим самый простой вид движения – прямолинейное движение.
Прямолинейное движение – это движение, при котором траектория тела – прямая линия.
Прямолинейным равномерным движением называется движение, при котором тело за равные промежутки времени совершает одинаковые перемещения.
Скоростью равномерного прямолинейного движения называют постоянную векторную величину, равную отношению перемещения тела за любой промежуток времени к значению этого промежутка.
υ 
Зная скорость, можно найти перемещение:
S = υ ּ t
Направление вектора скорости и перемещения совпадают.
Теперь найдем координату х тела в любой момент времени:
x = х0 + υх ּ t
Движение можно описывать с помощью графика. Если по оси ОХ откладывать время, а по оси ОY – значение координаты, получим зависимость координаты тела от времени, т.е. график движения.
Построим график движения.
Пусть в момент времени t = 0 с, координата х = 3 м, при t = 10 с, х = 4 м, при t = 20 с, х = 5 м, при t = 30 с, х = 6 м.
График движения представляет собой прямую линию. По графику можно судить о скорости. Чем круче график, тем больше скорость.
Наряду с графиком движения пользуются графиком скорости. По оси ОХ откладывают время, по оси ОY – скорость. Т.к скорость не изменяется, то график представляет собой прямую параллельную оси ОХ. 
По графику скорости можно определить значение перемещения. Оно равно площади прямоугольника под графиком скорости.
Вопросы для самоконтроля и повторения
1. Какое движение называют прямолинейным равномерным движением?
2. Назовите величины, которыми характеризуется прямолинейное равномерное движение, и назовите единицы их измерения.
3. Назовите формулы для вычисления перемещения, скорости и времени при прямолинейном равномерном движении.
Тема.
|
|
|
