Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Ижевская государственная сельскохозяйственная академия»
УТВЕРЖДАЮ:
Проректор по учебной работе
профессор П.Б. Акмаров
________________
«____» ___________2010 г.
ФИЗИКА
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
ДЛЯ СТУДЕНТОВ - ЗАОЧНИКОВ
АГРОНОМИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА
Составитель
Костылев В.Н.
Ижевск 2010
УДК 53 (078.2)
ББК 22.3я 73-9
Ф 50
Методические указания
рассмотрены и рекомендованы к изданию редакционно-издательским советом ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА, протокол №__________ от «_____» ______________ 2010г.
Рецензент
Доктор химических наук, профессор Г.А. Кораблев
Составитель
В.Н. Костылев – старший преподаватель кафедры физики
ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА
| Ф 50 | ФИЗИКА:методические указания / Сост. В.Н. Костылев – Ижевск: ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА, 2010. - 80с. Цель настоящего методического указания – оказать помощь студентам-заочникам агрономического факультета ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА в изучении курса физики. Основной учебный материал программы курса в пособии распределен на четыре раздела. В каждом из них даны основные формулы и примеры решения задач. Кроме того, в пособии даны контрольные задания и итоговый тест по всему курсу физики. |
УДК 53 (078.2)
ББК 22.3я 73-9
© ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА, 2010
© Костылев В.Н., составление, 2010
СОДЕРЖАНИЕ
| Общие методические указания…………….................................................... | |
| Самостоятельная работа по курсу физики…………………………........ | |
| Правила выполнения и оформления контрольной работы…………………. | |
| Программа по физике…………………………………………………………… | |
| Раздел 1. Механика…………………………………………………………… | |
| 1.1 Основные формулы… …………………………………………… | |
| 1.2 Примеры решения задач…………………………………………. | |
| Раздел 2. Молекулярная физика и термодинамика……………………… | |
| 2.1 Основные формулы……………………………………………….. | |
| 2.2 Примеры решения задач………………………………………….. | |
| Раздел 3. Электричество и магнетизм………………………………………. | |
| 3.1 Основные формулы……………………………………………….. | |
| 3.2 Примеры решения задач………………………………………….. | |
| Раздел 4. Оптика. Атомная и ядерная физика…………………………… | |
| 4.1 Основные формулы……………………………………………….. | |
| 4.2 Примеры решения задач………………………………………….. | |
| Задание для контрольной работы ……..………………………………………. | |
| Итоговый тест…………………………………………………………………… | |
| Приложение…………………………………………………………………… | |
| Литература……………………………………………………………………… |
ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА ПО КУРСУ ФИЗИКИ
Изучение курса физики студентами-заочниками делится на два этапа:
1-й – слушание установочных лекций, самостоятельное изучение физики по учебникам и учебным пособиям, выполнение контрольных работ и получение по ним зачета;
2-й – участие в экзаменационной сессии, выполнение лабораторных работ, сдача зачетов и экзаменов.
Основная работа по изучению курса должна быть проделана студентами до лабораторно-экзаменационной сессии.
Изучая курс физики, необходимо руководствоваться программой. Нельзя ограничиваться изучением лишь тех вопросов теории, которые непосредственно связаны с выполнением контрольных работ.
Самостоятельная работа по учебным пособиям должна обязательно сопровождаться составлением конспекта, в котором кратко описаны физические явления, записаны формулировки законов и формулы, выражающие законы, определения физических величин и их единиц, выполняются чертежи и решаются типовые задачи.
При необходимости студент может получить (устно или письменно) консультацию на кафедре физики. При невозможности приехать в академию студент может обратиться на кафедру за получением письменной консультации, указав характер затруднения, а также автора и название учебного пособия, которым он пользовался при изучении материала по почтовой переписке или по сети Internet.
ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ И ОФОРМЛЕНИЯ
КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
1. Работа, присланная на рецензию, должна быть выполнена в отдельной ученической тетради, на обложке которой нужно указать фамилию, инициалы, полный шифр.
2. Задачи контрольной работы должны иметь те номера, под которыми они стоят в методических указаниях. Условия задач необходимо переписывать полностью. Каждую задачу начинать с новой страницы. Для замечаний рецензента следует оставлять поля шириной 4 – 5 см. Контрольная работа выполняются чернилами синего или фиолетового цвета.
3. Решение задачи должно быть кратко обосновано с использованием законов и положений физики. При необходимости решение следует пояснить чертежом, выполненным карандашом с помощью циркуля и линейки. Обозначения на чертеже и в решении должны соответствовать. Не следует обозначать одну и ту же величину разными буквами, а также обозначать различные величины одними и теми же символами.
4. Как правило, задачи решаются в общем виде, т.е. буквенных выражениях, без вычисления промежуточных величин. Числовые значения подставляются только в окончательную (расчетную) формулу. Если расчетная формула не выражает общеизвестный физический закон, то ее следует вывести. После получения расчетной формулы необходимо: а) пояснить величины, входящие в формулу; б) проверить расчетную формулу, для чего подставить в нее обозначения единиц, входящих в формулу величин, и убедиться, что единицы правой и левой частей формулы совпадают; в) выразить все величины в СИ и выписать их числовые значения в виде столбика; г) подставить в расчетную формулу числовые значения величин и произвести вычисления.
5. Получив проверенную работу (как зачтенную, так и незачтенную), студент обязан тщательно изучить все замечания рецензента, уяснить свои ошибки и внести исправления. Повторно оформленная работа высылается на рецензию обязательно вместе с тетрадью, в которой была выполнена незачтенная работа и с рецензией на нее. Замечания и рекомендации, сделанные преподавателями кафедры, следует рассматривать как руководство для подготовки к беседе по решениям задач. Тетрадь с контрольной работой нужно сохранять, так как на экзамен студент допускается только при предъявлении.
6. В конце работы необходимо указать год и место издания методических указаний, перечислить использованную литературу, обязательно указывая авторов учебников и год их издания. Это позволит рецензенту при необходимости дать ссылку на определенную страницу того пособия, которое имеется у вас.
ПРОГРАММА ПО ФИЗИКЕ
Механика
1.1 Кинематика
Движение как главная форма существования материи. Пространство и время. Способы описания состояния тела и системы тел. Системы отсчета и координат. Роль и принципы выбора систем координат. Степени свободы, инвариантные свойства числа степеней свободы. Трехмерное и многомерное пространства. Материальная точка и распространение этой модели на многомерный случай. Траектория и мировая линия, их свойства. Скорость и ускорение как производные. Поступательное и вращательное движения как основные виды движений. Угловые скорость и ускорение, нормальное и тангенциальное ускорения. Скорость и ускорение в многомерном пространстве. Инерциальные системы и равноправность покоя и равномерного прямолинейного движения. Постулат о постоянстве скорости света в вакууме. Преобразование интервалов времени и длины при больших скоростях относительных движений инерциальных систем. Парадокс близнецов. Преобразования Лоренца и релятивистское сложение скоростей. Интервал между событиями и его инвариантность.
Динамика
Сила и масса, суперпозиция сил. Первый и второй закон Ньютона. Уравнения движения, роль начальных условий, принцип детерминизма. Примеры решения уравнений движения. Движение тел в поле сил тяготения, явление невесомости в спутниках. Динамика следящих систем, объяснение прямохождения человека. Импульс, закон сохранения импульса для механической системы, третий закон Ньютона. Взаимодействие тел через поле. Общая формулировка закона сохранения импульса. Кинетическая энергия материальной точки, связь ее с компонентами вектора импульса. Работа и потенциальная энергия. Работа перемещения материальной точки по криволинейному пути. Потенциальные силы, введение понятия потенциала для взаимодействующих тел. Потенциальная функция, потенциальная поверхность. Связь компонента силы и потенциальной функции. Потенциальная яма и условие устойчивого равновесия. Невозможность равновесия системы взаимодействующих статических точечных электрических зарядов. Принцип плотнейшей упаковки и объяснение пространственных форм кристаллов. Конформационный анализ молекул. Момент силы. Динамика вращения точки и тела вокруг постоянной оси, понятие о моменте инерции материальной точки и тела. Уравнение движения вращающегося вокруг неподвижной оси тела. Момент импульса, связь его компонент с кинетической энергией вращения. Изменение момента инерции тела при переносе оси вращения. Главные моменты инерции и устойчивость вращения тел. Закон сохранения момента импульса тела и системы тел. Особенности конструкции вертолетов. Гироскопы и их применение. Центр масс и уравнение его движения. Разделение поступательных и вращательных движений твердого тела. Пара сил. Система уравнений для движения твердого тела и его кинетическая энергия. Закон сохранения энергии и его связь с равномерностью течения времени. Движение систем со многими степенями свободы. Функция Лагранжа и уравнения Лагранжа. Принцип наименьшего действия.
Динамика больших скоростей
Принцип относительности в физике. Релятивистский импульс. Преобразование энергии-импульса. Масса и ее связь с энергией покоя. Масса сложной системы и ее связь с энергией взаимодействия частей. Неаддитивность массы. Дефект массы и энергетика. Кинетическая энергия в релятивистской механике. Уравнение движения материальной точки в релятивистской механике. Движение материальной точки под действием постоянной силы. Скорость света как предельная скорость. Частицы с нулевой массой покоя. Принцип эквивалентности и теория происхождения сил всемирного тяготения.
Колебания и волны
Колебания как частный случай движения, условия появления колебаний. Уравнение движения пружинного маятника и его решение. гармоническое колебание и его характеристики. Уравнение движения физического маятника и его решение, математический маятник. Энергия гармонических колебаний. Вынужденные колебания и явление резонанса. Резонанс как проявление бифуркации. Автоколебания. Примеры проявления резонансных и автоколебательных явлений в живых организмах и технике. Резонансная передача энергии в системе одинаковых связанных маятников. Волны в упругих средах, линейные, поверхностные и объемные волны, поперечные и продольные волны, фронт волны, плоские и сферические волны. Аналитическая запись бегущей волны. Волновое уравнение. Перенос энергии бегущей волной. Сложение колебаний и волн. Когерентные источники волн. Интерференция волн от точечных когерентных источников. Условия появления максимумов и минимумов. Сложение круговых и сферических волн. Построение фронта волны по принципу Гюйгенса, поведение фронта волны в неоднородной среде. Отражение и преломление волн. Принцип Ферма. Вывод закона преломления волн на границе двух сред на основе принципа Ферма. Принцип Ферма как частный случай общего принципа минимакса. Появление отраженных волн в неоднородных средах, сложение встречных волн и образование стоячих волн. Переходное состояние и время релаксации. Связь длин стоячих волн с размерами среды, дискретность длин стоячих волн. Квантование. Управление звучанием музыкальных инструментов.