Его место в учебном процессе

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСА ФИЗИКИ,

ЕГО МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

Физика – наука, изучающая общие свойства и законы движения вещества и поля (А.Ф.Иоффе). Поскольку вещество и поле встречаются в любых материальных системах, физике принадлежит исключительное место: она составляет основу всего современного естествознания. Сама физика как наука показывает тот идеал, к которому должна стремиться любая область знаний, когда на основании сравнительно небольшого числа экспериментально обоснованных принципов, опираясь на мощный математический аппарат, можно логически совершенно строго вывести массу следствий и точно предсказать конечный результат процесса по исходным данным.

Последовательное изучение физики вырабатывает специфический метод мышления, физическую интуицию, которые оказываются весьма плодотворными и в других науках. Специалисты, получившие широкое физико-математическое образование, могут самостоятельно осваивать новые технические направления, успешно работать в них, легко переходить от решения одних задач к решении. других, искать нестандартные и нетрадиционные пути, что особенно важно для профессиональной мобильности специалистов в условиях ускоренного развития техники, когда амортизация достижений конкретных узкоспециальных знаний происходит чрезвычайно быстро.

В век научно-технической революции и прогресса человечества роль физики сильно возрастает не только как технической науки, рождающей целые отрасли производства, но и как фундаментальной, мировоззренческой: она дает современную физическую картину мира как философскую категорию.

Важная цель высшего образования – получить научное представление о природе и методах ее познания. Физика как ведущая наука о природе играет главную роль в достижении этой цели.

По своему содержанию и научным методам исследования физика является могучим средством образовательного и воспитательного воздействия, помогая развитию умственных способностей, формированию научного мировоззрения, воспитанию воли и характера при достижении поставленной цели. Возникающее в процессе творческого поиска стремление к истине вызывает чувство непредвзятости и справедливости, вырабатывает объективное отношение ко всему. Занятие физикой дает человеку истинно эстетическое наслаждение красотой научной теории, описывающей законы гармонии окружающего мира, и развивает в нем чувство прекрасного. Все это – качества, необходимые для настоящего интеллектуала, наделенного чистой совестью и высокой нравственностью.

Основные задачи курса физики:

1. Изучение основных физических явлений и идей; овладение фундаментальными понятиями, принципами, законами и теориями современной физики, а также методами физического исследования.

2. Формирование научного мировоззрения и современного физического мышления.

3. Овладение приемами и методами решения конкретных задач из различных областей физики, помогающих в дальнейшем решать практические задачи.

4. Ознакомление с современной научной аппаратурой, выработка навыков проведения физического эксперимента и автоматизированной компьютерной обработки результатов измерений.

5. Формирование умения выделить конкретное физическое содержание в прикладных задачах будущей специальности.

В современном естествознании широко применяются математические методы. Для успешного усвоения курса физики студентам необходимо знать следующие разделы высшей математики:

1. Дифференциальное исчисление.

2. Интегральное исчисление.

3. Ряды.

4. Векторная алгебра и элементы векторного анализа.

5. Функции комплексного переменного.

6. Дифференциальные уравнения.

7. Элементы теории вероятностей и математической статистики.

При этом важно овладеть математической техникой, т.е. навыками правильно и быстро вычислять.

В современных условиях решение вышеуказанных задач требует от студентов компьютерной “грамотности” и знания основ программирования.

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Изучение курса физики в нашем университете для большинства

специальностей состоит из очных занятий (лекции, практические занятия, лабораторные работы, консультации) и самостоятельной работы студента (изучение курса по конспектам лекций, рекомендованным учебникам и учебным пособиям, выполнение домашнего задания, подготовка к выполнению лабораторных работ, выполнение расчетно-графических работ, написание рефератов.). По курсу физики в первые два семестра согласно учебным планам студенты зачеты и экзамены по следующим разделам:

1. Механика. Основы молекулярной физики и термодинамики.

2. Электричество и магнетизм. Колебания и волны. Оптика.

Контроль текущей работы студентов над курсом физики осуществляется проведением коллоквиумов, контрольных работ, рейтинг-контролей, защитой лабораторных и расчетно-графических работ. Зачеты и экзамены – итоговая проверка усвоения учебной программы, когда студент демонстрирует знания по пройденым разделам курса. К экзаменам допускают только тех студентов, которые полностью выполнили план данного семестра и получили за него все зачеты, предусмотренные в учебном плане.

Самостоятельная работа.Высшая школа коренным образом отличается от средней методикой преподавания и степенью самостоятельности учащихся. Здесь преподаватель занимается в основном организацией познавательной деятельности студентов, а само познание осуществляется каждым студентом лично. Завершая задачи всех других видов учебной работы, в вузе основополагающую роль играет самостоятельная работа студента, доля которой в процессе учебы возрастает от первого к старшим курсам. Поэтому каждый студент как можно раньше должен войти в этот новый для него темп учебной жизни.

В процессе работы над курсом рекомендуется руководствоваться программой по физике. Пользуясь конспектом лекций, учебником и другими учебными пособиями, сначала нужно ознакомиться в целом с материалом, подлежащим изучению, после чего работать над отдельными частями рассматриваемого материала с подробным изучением как качественной стороны вопроса (описание явлений, физических факторов, от которых они зависят, описание приборов и пр.), так и количественной. Для этого необходимо воспроизводить приведенные в конспекте и книге чертежи, выводы формул и графики. Разбор математической стороны учебного материала не надо отрывать от его физического содержания.

При изучении курса следует постоянно работать над конспектом лекций. В нем должны быть сделаны все необходимые уточнения и дополнения. Особое внимание следует обратить на точность формулировок, определений, законов, а также единиц физических величин. После рассмотрения вопросов программы полезно прочитать дополнительную литературу по рекомендации лектора и дополнить конспект. Теперь он может служить основой для подготовки к экзамену.

В овладении знаниями по физике большую роль играет систематическое решение задач. Оно помогает анализировать физические явления и выделить обусловливающие их главные факторы, способствует более глубокому пониманию применяемых законов, закрепляет в памяти основные формулы, фундаментальные константы и другие полезные данные, прививает навыки практического применения теории и развивает творческое мышление.

При самостоятельном решении задач целесообразно соблюдать следующие правила:

- выбрать систему единиц, которая наиболее удобна для решения данной задачи, как правило СИ, выразить все величины, входящие в условие задачи, в единицах данной системы и выписать их для наглядности столбиком;

- дать схематический чертеж (где это возможно), поясняющий содержание задачи;

- провести решение в общем виде, в буквенных обозначениях, без подстановки числовых значений в промежуточные формулы;

- проверить, дает ли рабочая формула правильную единицу измерения искомой величины;

- подставить в окончательную формулу числовые значения и указать единицу физической величины для полученного результата;

- при подсчете определить количество значащих цифр, пользуясь правилами приближенных вычислений;

- получив числовой ответ, оценить его правдоподобность.

Задания расчетно-графической работы необходимо выполнить письменно и сдать преподавателю.

Лабораторные занятия. Цель лабораторных занятий – ознакомить студента с современной научной аппаратурой, выработать у него начальные навыки проведения физических экспериментов и оценки погрешностей измерений.

Перед работой в лабораториях физики студенты проходят инструктаж по общим вопросам техники безопасности на рабочих местах. На лабораторные занятия студенты должны приходить подготовленными. К выполнению работы приступают только после получения допуска.

После выполнения измерений преподавателю представляется для контроля таблица результатов измерений.

По окончании работы каждый студент должен получить подпись преподавателя о выполнении и номер работы на следующее занятие. К следующему занятию студент обязан предоставить отчет о проделанной работе, защитить ее и получить по ней зачет. В зависимости от учебного плана в течение семестра студенты выполняют 5 – 10 лабораторных работ.

ПРОГРАММА

I. Механика

1. Введение. Предмет физики. Методы физического исследования: опыт, гипотеза, эксперимент, теория. Важнейшие этапы истории физики. Роль физики в развитии техники и влияние техники на развитие физики. Роль физики в становлении инженера. Связь физики с другими науками. Успехи современной физики.

2. Некоторые сведения из математики. Роль математики в изучении физики. Функции и их производные. Интегрирование. О смысле производной и интеграла в приложении к физическим задачам. Элементы векторной алгебры: определение вектора, сложение векторов, умножение векторов, дифференцирование векторных величин. Дифференциальные уравнения. Элементарные сведения из теории вероятности.

3. Кинематика поступательного движения. Кинематика как раздел механики. Механическое движение как простейшая форма движения материи. Материальная точка (частица). Система отсчета. Инерциальные системы отсчета. Радиус-вектор. Принцип относительности Галилея. Траектория. Радиус кривизны траектории. Линейная скорость и линейное ускорение. Тангенциальное и нормальное ускорения. Связь между линейными и угловыми кинематическими величинами. Поступательное движение твердого тела.

4. Динамика поступательного движения . Динамика как раздел механики. Первый закон Ньютона и понятие инерциальной системы отсчета. Второй закон Ньютона и понятие силы, массы и импульса. Уравнение движения. Третий закон Ньютона и пределы его применимости. Неинерциальные системы отсчета. Абсолютные и относительные скорость и ускорение. Силы инерции.Центробежная сила. Сила Кориолиса. Система материальных точек. Центр инерции (центр масс). Теорема о движении центра инерции.

5. Вращательное движение твердого тела. Понятие абсолютного твердого тела. Момент силы. Момент импульса. Момент инерции. Теорема Штейнера. Уравнение моментов (связь момента импульса с моментом силы). Уравнение вращательного движения твердого тела относительно неподвижной оси. Кинетическая энергия вращающегося твердого тела. Гироскопический эффект. Свободные оси.

6. Законы сохранения. Значение и содержание законов сохранения в механике. Закон сохранения импульса. Однородность пространства. Реактивное движение. Закон сохранения момента импульса. Изотропия пространства. Работа, энергия, мощность. Связь между потенциальной энергией и силой. Понятие силового поля. Консервативные и неконсервативные силы. Закон сохранения энергии в механике. Однородность времени. Консервативная и диссипативная системы.

7. Элементы механики жидкостей и газов. Общие свойства жидкостей и газов. Уравнение движения в форме Эйлера. Поле скоростей, линии и трубки тока. Уравнение неразрывности. Уравнение Бернулли. Система уравнений газодинамики. Вязкость. Течение вязкой жидкости. Формула Пуазейля. Ламинарный и турбулентный режимы течения. Циркуляция скорости. Потенциальное и вихревое движения. Движение тел в жидкостях и газах. Теорема Жуковского.

8. Элементы специальной теории относительности. Принцип относительности Эйнштейна. Роль скорости света. Постулат постоянства скорости света. Преобразования Лоренца. Лоренцево сокращение длины и замедление времени. Релятивистский импульс. Взаимосвязь массы и энергии. Дефект масс. Энергия связи. Соотношение между полной энергией и импульсом частицы. Граница применимости классической (ньютоновской) механики.

IV. Колебания и волны

31. Механические колебания. Свободные (собственные) и вынужденные колебания. Понятие об автоколебаниях. Дифференциальное уравнение гармонических колебаний и его решение. Характеристики гармонических колебаний. Понятие о гармоническом и ангармоническом осцилляторе. Изохронность колебаний. Энергия гармонических колебаний. Сложение одинаково направленных (скалярных) гармонических колебаний. Метод векторной диаграммы. Биения. Сложение взаимно перпендикулярных (векторных) гармонических колебаний. Фигуры Лиссажу. Дифференциальное уравнение затухающих колебаний и его решение. Апериодический процесс. Частота и коэффициент затухания. Логарифмический декремент затухания и добротность колебательной системы. Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний и его решение. Амплитуда и фаза при вынужденных механических колебаниях. Механический резонанс. Резонансные кривые. Соотношение между фазами вынуждающей силы и скорости при механическом резонансе. Спектр колебаний, понятие о разложении Фурье.

32. Механические волны. Механизм образования механических волн в упругой среде. Продольные и поперечные волны. Волновое уравнение и его решение. Гармонические волны и их характеристики. Ударные волны. Принцип суперпозиции волн и граница его применимости. Фазовая скорость и дисперсия волн. Волновой пакет и групповая скорость. Понятие о когерентности. Интерференция волн. Стоячие волны. Эффект Доплера для звуковых волн. Ультра- и инфразвуки.

33. Электромагнитные колебания. Дифференциальное уравнение колебаний в колебательном контуре и его решение. Дифференциальное уравнение затухающих электромагнитных колебаний и его решение. Частота и коэффициент затухания электромагнитного колебания. Логарифмический декремент затухания и добротность контура. Дифференциальное уравнение вынужденных электромагнитных колебаний и его решение. Амплитуда и фаза при вынужденных электромагнитных колебаниях. Резонанс в колебательном контуре. Резонансные кривые для напряжения и силы тока. Переменный ток.

34. Электромагнитные волны. Фарадеевская и максвелловская трактовки явления электромагнитной индукции. Ток смещения. Электромагнитное поле. Система уравнений Максвелла. Волновое уравнение для электромагнитного поля и его решение. Скорость распространения электромагнитных волн в средах. Основные свойства электромагнитных волн. Вектор Пойнтинга. Импульс электромагнитного поля. Излучение диполя. Диаграмма направленности. Эффект Доплера для электромагнитных волн. Шкала электромагнитных волн.

V. Оптика

35. Распространение света через границу двух сред. Электромагнитная природа света. Принцип Гюйгенса. Закон отражения и преломления. Абсолютный и относительный показатели преломления. Полное внутреннее отражение. Световоды. Геометрическая оптика как предельный случай волновой оптики. Оптические инструменты.

36. Интерференция света. Монохроматические и немонохроматические волны. Принцип суперпозиции и интенсивность при сложении световых волн. Временная когерентность. Время и длина когерентности. Пространственная когерентность. Радиус когерентности. Оптическая длина пути. Оптическая разность хода. Расчет интерференционной картины от двух когерентных источников. Полосы равной толщины и равного наклона. Многолучевая интерференция. Способы получения когерентных лучей. Интерферометры.

37. Дифракция света. Принцип Гюйгенса – Френеля. Метод зон Френеля. Прямолинейное распространение света. Дифракция Френеля. Дифракция Френеля от круглого отверстия и круглого диска. Дифракция Френеля от края полуплоскости. Спираль Корню. Дифракция Фраунгофера от бесконечно длинной прямой щели. Дифракционная расходимость. Дифракция от одномерной дифракционной решетки. Разрешающая способность оптических инструментов. Понятие о голографии.

38. Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Степень поляризации. Поляризация света при преломлении и отражении. Закон Брюстера. Поляризация при двойном лучепреломлении. Обыкновенный и необыкновенный лучи. Оптическая ось кристалла. Поляроиды и поляризационные призмы. Поляризаторы и анализаторы. Закон Малюса. Полуволновые и четвертьволновые пластинки. Искусственная оптическая анизотропия. Оптическая активность вещества. Эффект Фарадея.

39. Дисперсия света. Затруднения в электромагнитной теории Максвелла. Нормальная и аномальная дисперсии. Методы наблюдения дисперсии. Призматический и дифракционный спектры. Электронная теория дисперсии света. Поглощение света. Закон Бугера. Цвета тел и спектры поглощения.

ВОПРОСЫ, ВХОДЯЩИЕ В ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ БИЛЕТЫ

I. Механика

1. Механическое движение как простейшая форма движения материи. Система отсчета. Принцип относительности Галилея. Преобразования Галилея. Радиус-вектор.

2. Материальная точка (частица). Траектория. Радиус кривизны траектории. Линейная скорость и линейное ускорение. Поступательное движение твердого тела.

3. Тангенциальное и нормальное ускорение. Связь между линейными и угловыми кинематическими величинами.

4. Первый закон Ньютона и понятие инерциальной системы отсчета. Второй закон Ньютона и понятие силы, массы и импульса. Уравнение движения. Третий закон Ньютона и пределы его применимости.

5. Неинерциальные системы отсчета. Абсолютные и относительные скорости и ускорение. Силы инерции.

6. Система материальных точек. Центр инерции (центр масс). Теорема о движении центра инерции.

7. Понятие абсолютно твердого тела. Момент инерции тела.

8. Теорема Штейнера.

9. Момент силы. Момент импульса. Уравнение моментов. Уравнение вращательного движения твердого тела относительно неподвижной оси.

10. Гироскопический эффект. Свободные оси.

11. Закон сохранения импульса и третий закон Ньютона.

12. Закон сохранения момента импульса.

13. Работа и энергия в механике. Энергия кинетическая и потенциальная.

14. Понятие силового поля. Связь между потенциальной энергией и силой.

15. Закон сохранения механической энергии.

16. Консервативные и неконсервативные силы. Консервативная и диссипативная системы.

17. Задачи механики жидкостей и газов.

18. Уравнение Эйлера.

19. Уравнение неразрывности. Уравнение Бернулли.

20. Система уравнений газодинамики.

21. Циркуляция скорости. Потенциальное и вихревое движения. Теорема Жуковского.

22. Ламинарный и турбулентный режимы течения.

23.Течение вязкой жидкости. Формула Пуазейля.

24. Принцип относительности Эйнштейна. Роль скорости света. Постулат постоянства скорости света. Преобразования Лоренца.

25. Лоренцево сокращение длины и замедление времени.

26. Релятивистский импульс. Взаимосвязь массы и энергии.

27. Столкновение и распад частиц. Дефект масс. Энергия связи.

28. Соотношение между полной энергией и импульсом частицы.

IV. Колебания и волны

1. Свободные и вынужденные колебания. Гармонические механические колебания и их характеристики.

2. Энергия гармонических механических колебаний. Понятие о гармоническом и ангармоническом осцилляторе.

3. Сложение одинаково направленных гармонических колебаний. Биения.

4. Сложение взаимно перпендикулярных гармонических колебаний. Фигуры Лиссажу.

5. Затухающие механические колебания. Частота, коэффициент затухания, логарифмический декремент затухания механических колебаний.

6. Вынужденные механические колебания. Амплитуда и фаза при вынужденных механических колебаниях.

7. Механический резонанс. Резонансные кривые. Соотношения между фазами вынуждающей силы и скорости при механическом резонансе.

8. Механизм образования механических волн в упругой среде. Продольные и поперечные волны. Волновое уравнение и его решение. Гармонические волны и их характеристики.

9. Фазовая скорость и дисперсия волн. Волновой пакет и групповая скорость.

10. Понятие о когерентности. Интерференция волн. Стоячие волны.

11. Колебательный контур. Гармонические электромагнитные колебания и их характеристики.

12. Затухающие электромагнитные колебания. Частота, коэффициент затухания, логарифмический декремент затухания электромагнитных колебаний. Добротность колебательного контура.

13. Вынужденные электромагнитные колебания. Амплитуда и фаза вынужденных электромагнитных колебаний.

14. Фарадеевская и максвелловская трактовки явления электромагнитной индукции. Ток смещения.

15. Система уравнений Максвелла. Электромагнитное поле.

16. Волновое уравнение для электромагнитного поля и его решение. Скорость распространения электромагнитных волн в средах.

17. Основные свойства электромагнитных волн. Энергия и поток энергии электромагнитных волн. Вектор Пойнтинга. Импульс электромагнитного поля.

V. Оптика

1. Электромагнитная природа света. Принцип Гюйгенса. Закон отражения и преломления. Абсолютный и относительный показатели преломления. Полное внутреннее отражение. Световоды.

2. Когерентность и монохроматичность световых волн. Временная когерентность. Время и длина когерентности.

3. Оптическая длина пути. Оптическая разность хода. Расчет интерференционной картины от двух когерентных источников.

4. Полосы равной толщины и равного наклона.

5. Пространственная когерентность. Радиус когерентности.

6. Принцип Гюйгенса – Френеля. Метод зон Френеля. Прямолинейное распространение света. Дифракция Френеля на круглом отверстии и диске.

7. Дифракция Фраунгофера от бесконечно длинной прямой щели.

8. Понятие о голографии.

9. Дифракция Фраунгофера на одномерной дифракционной решетке.

10. Естественный и поляризованный свет. Поляризация при отражении и преломлении. Закон Брюстера.

11. Поляризация при двойном лучепреломлении. Обыкновенный и необыкновенный лучи. Оптическая ось кристалла. Поляризационные призмы. Закон Малюса.

12. Затруднения в электромагнитной теории Максвелла. Нормальная и аномальная дисперсии. Методы наблюдения дисперсии.

13. Электронная теория дисперсии света.

14. Поглощение света. Цвета тел и спектр поглощения.

ТЕМЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

Волновая оптика

10. Электростатическое поле в вакууме.

11. Электрическое поле в диэлектриках.

12. Электрическое поле проводников.

13. Энергия электрического поля.

14. Электрический ток.

15. Магнитное поле в вакууме.

16. Магнитное поле в веществе.

17. Электромагнитная индукция.

18. Движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях.

19. Механические колебания.

20. Механические волны.

21. Электромагнитные колебания.

22. Электромагнитные волны.

23. Интерференция света.

24. Дифракция света.

25. Поляризация света.

26. Дисперсия света.

СПИСОК ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

ПРИМЕРНЫЕ ТЕМЫ КУРСОВЫХ РАБОТ

1. Физика – наука познания мира.

2. Пространство и время в физике.

3. Черные дыры во Вселенной.

4. Учение К.Э. Циолковского.

5. Моделирование процесса распространения ударной волны при взрывах в различных средах.

6. Кинетика и термодинамика биологических процессов.

7. Порядок и беспорядок в мире больших молекул.

8. Экспериментальные исследования электромагнитного поля Земли в области свернизких частот.

9. Шаровая молния и её природа.

10. Магнитное поле Земли.

11. Молния и её природа.

12. Электричество в живых организмах.

13. Электричество в атмосфере.

14. Лазерно-индуцированные гидродинамические волны.

15. Физические методы регистрации землятресений.

16. Применение ультразвука в интроскопии.

17. Биография А.С. Попова.

18. Волоконно-оптические гироскопы.

19. Солнце.

20. Космологическое красное смещение.

Список может быть значительно расширен. Тему согласуют с преподователем.

ПРОГРАММА КОЛЛОКВИУМОВ

Номер колло-квиума	Количество часов	Тема	Вопросы, входящие в экзаменационные билеты
		Основы классической механики	I, 1–16
		Молекулярно-кинетическая теория идеального газа и элементы классической статистики	II, 1–9
		Электростатика и постоянный ток	III, 1–15
		Магнитное поле и электромагнитная индукция	III, 1­–35
		Механические колебания и волны	IV, 1–10

ЗАЧЕТНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

Лабораторные занятия

1. Выполнить обязательное число лабораторных работ в соответствия с графиком.

2. Оформить отчеты по всем выполненным лабораторным работам. Защититьлабораторные работы..

3. При защите каждой выполненной работы студент должен:

- знать сущность физического явления, наблюдаемого в эксперименте, и теорию, на которой базируется работа;

- иметь четкое представление об экспериментальной установке и аппаратуре, методике выполнения работы;

- уметь оценить погрешности измерений.

Отчет по лабораторной работе должен быть таким, чтобы каждый студент, взяв его, мог разобраться в сути работы и воспроизвести полученный результат. Для лабораторных работ кафедра общей и прикладной физики (ОиПФ) выпускает методические пособия, которые регулярно обновляются.

Оформление отчета

Отчет по лабораторной работе студент составляет по следующей схеме:

1. Титульный лист.

2. Цель работы.

3. Оборудование.

4. Теоретическое введение.

5. Методика проведения эксперимента.

6. Результаты измерений.

7. Обработка результатов измерений.

8. Выводы.

Титульный лист оформляют на первой странице отчета. В центральной части этой страницы указывают номер лабораторной работы и ее название, ниже (справа) – фамилию исполнителя, номер группы и дату проведения измерений. В правом нижнем углу помещают три короткие строчки для подписи преподавателя: «к работе допущен», «работа выполнена», «работа зачтена». Со второй страницы следует описание остальных разделов отчета. Пункты 1 – 5 выполняются до начала лабораторной работы, пункт 6 – в лаборатории, пункты 7 – 8 после получения экспериментальных данных.

Теоретический материал, схемы, рисунки должны быть представлены в отчете в объеме, необходимом для осмысливания выполняемой лабораторной работы. Рисунки и схемы выполняют с применением чертежных принадлежностей. Графики представляют на миллиметровой бумаге и вклеивают в отчет.

Рейтинг-контроль

Для контроля работы студентов, а также для стимулирования систематического изучения курса физики в течение семестра предусмотрены рейтинг-контроли. Они проводятся в письменной форме. Приведем пример задания.

ВлГУ

Кафедра ОиПФ

Дисциплина: физика

Задания для рейтинг-контроля по механике

Вариант № 1

1. Кинетическая энергия вращающегося твердого тела (с выводом).

2. Частица массой m двигается замедленно по окружности с центром в точке О со скоростью .

Указать на рисунке направления векторов угловой скорости , момента импульса относительно точки О, проекцию момента импульса на ось z, , нормальное , тангенциальное и полное ускорение .

3. Радиус-вектор точки, расположенной в в вертикальной плоскости XY (см. рисунок)

= (3 sin4t) + (4 cos4t) (м)

Масса точки m = 0,5 кг.

Определить кинетическую энергию точки и работу силы тяжести через π/4 секунд после начала движения.

ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ ПО ФИЗИКЕ С ПРИМЕРАМИ РЕШЕНИЯЗАДАЧ

КАЧЕСТВЕННЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОГОТОВКИ

К РЕЙТИНГ-КОНТРОЛЮ

ЗАДАЧИ

1. МЕХАНИКА

Кинематика

Примеры решения задач

1. Радиус-вектор частицы изменяется со временем по закону = t³ +3t² (м), где, орты осей x и y. Определить для момента времени t = 1 c:

а) модуль скорости;

б) модуль ускорения.

Дано: = t3 +3t2 t = 1 с.	Решение Вектор скорости определяем как первую производную радиус-вектора по времени. = = 3 + 6t .
υ = ? = ?

В то же время вектор скорости, как и любой вектор можно представить через его компоненты = υ_x + υ_y + υ_z .

Сравнивая это выражение с предыдущим, получим: υ_x = 3 ; υ_y = 6t; υ_z = 0.

Модуль скорости определяется через компоненты:

м/с.

Ускорение частицы равно производной от вектора скорости

, где компоненты W_x = 6t, W_y = 6.

Модуль ускорения

= 8,48 м/c² ≈ 8,5 м/c².

Ответ: 1) = 6,7 м/c;

2) W = 8,5 м/c².

2. Точка движется в плоскости xy из положения с координатами х₁ = у₁ = 0 со скоростью = a +bx (a; b – постоянные, ; – орты осей и х и у)

Определите: 1) уравнение траектории точки у(х); 2) форму траектории.

Дано: х1 = у1 = 0 = a x+bx y	Решение: Компоненты скорости υx = а, υу = bx . Так как υx = , a υ = (х и у – компоненты радиус-вектора) = а; = bx.
1) y(x) = ? 2) форма траектории?

Из последних выражений, исключая время, получаем или . Интегрируя, получим . Траектория является параболой.

Ответ: 1) у = ; 2) парабола.

3. Частица движется по окружности радиусом м, и путь изменяется со временем по закону , где м/с³. Найти: а) момент времени , при котором нормальное ускорение будет равно тангенциальному ; б) полное ускорение в этот момент времени.

Дано: м м/с³	Решение   а) Выражения для нормального, тангенциального и полного ускорений имеют вид: Wn = ; Wr = ; Из условия задачи получим уравнение относительно t0: или . Отсюда для t0 имеем: с;
a) б)

б) для полного ускорения из условия задачи получим

м/с² м/с².

Ответ: t₀ = 0,87 с, W = 15 м/с².

4. Тело брошено с вышки в горизонтальном направлении со скоростью = 30 м/с. Найти значения следующих величин через две секунды τ = 2,0 с: а) скорости , тангенциального ускорения W_τ, нормального ускорения W_n; б) радиуса кривизны траектории R.

Дано: = 30 м/с τ = 2,0 с	Решение Траектория движения тела показана на рисунке. Направление вектора , составляющих скорости , , а также , , через время τ также показано на рисунке.
а) , Wτ, Wn –? б) R –?