Самостоятельная работа и контроль знаний

Уральский государственный экономический университет

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ.

СТАТИСТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА

Пособие для самостоятельной работы по физике

УТВЕРЖДАЮ

Первый проректор университета

_____________ М.С. Марамыгин

Екатеринбург

2011 г.

Рекомендовано к изданию научно-методическим советом

Уральского государственного экономического университета

Составители: Б.И. Бортник, Л.М. Веретенников, А.В. Кожин,

Н.П. Судакова

ВВЕДЕНИЕ

Данное методическое пособие предназначено для организации самостоятельной работы студентов очной формы обучения специальностей «Машины и аппараты пищевых производств», «Технология продуктов общественного питания» и «Технология хлеба, кондитерских и макаронных изделий» по изучению разделов курса общей физики (физические основы механики, статистическая физика и термодинамика) и контроля этой работы.

Для самостоятельной работы по изучению данных разделов в пособии приведена соответствующая часть программы и перечень литературы. Студентам рекомендуется придерживаться одного основного пособия, а по отдельным вопросам, недостаточно раскрытым в основном пособии, другими учебниками.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

Требования к уровню освоения содержания разделов

Согласно Государственному образовательному стандарту высшего профессионального образования государственные требования к уровню подготовки студента предполагают, что в результате изучения разделов дисциплины «Физика» (физические основы механики, статистическая физика и термодинамика) приобретаются знания:

об опытных обоснованиях и основных законах классической механики;

о свойствах пространства и времени и фундаментальных законах сохранения, связанных с этими свойствами

об ограниченности классической механики и релятивистской механике как ее обобщении;

о статистических и динамических законах;

об опытных обоснованиях и основных положениях молекулярно-кинетической теории;

об основных законах равновесной и неравновесной термодинамики;

об использовании физических явлений, рассматриваемых в данных разделах, в современной технике и технологии.

В ходе изучения разделов должны быть сформированы умения использовать:

фундаментальные понятия, законы и модели классической и релятивистской механики, статистической физики и термодинамики для решения различных задач, в том числе прикладных;

методы теоретического и экспериментального исследования механических и термодинамических явлений;

методы оценки достоверности результатов и точности измерений

приемы оценки численных порядков величин, характерных для данных разделов физики.

2.2 . Объем разделов и виды учебной работы

2.2.1. Дляспециальности 260601 «Машины и аппараты пищевых производств»

Вид работы	Всего часов	Сем.
Общая трудоемкость Аудиторные занятия Лекции Лабораторные работы Самостоятельная работа Домашняя контрольная работа Другие виды самостоятельной работы Итоговый контроль (зачет (З), экзамен (Э))		З,Э

2.2.2 Дляспециальности 260501 «Технология продуктов общественного питания»

Вид работы	Всего часов	Сем.
Общая трудоемкость Аудиторные занятия Лекции Лабораторные работы Самостоятельная работа Домашняя контрольная работа Другие виды самостоятельной работы Итоговый контроль (зачет (З), экзамен (Э))		З,Э

2.2.3. Дляспециальности 260202 «Технология хлеба, кондитерских и макаронных изделий»

Вид работы	Всего часов	Сем.
Общая трудоемкость Аудиторные занятия Лекции Лабораторные работы Самостоятельная работа Домашняя контрольная работа Другие виды самостоятельной работы Итоговый контроль (зачет (З), экзамен (Э))		З,Э

Содержание разделов программы

1.Введение

Предмет физики. Методы физического исследования. Роль физики в развитии современных технологий

2. Физические основы механики

2.1. Кинематика поступательного и вращательного движения.

Задачи механики. Механическое движение. Пространственно-временные системы отсчета. Понятие о материальной точке. Перемещение точки. Скорость. Ускорение. Ускорение нормальное и тангенциальное. Ускорение при равномерном движении точки по окружности. Абсолютно твердое тело. Угловые скорость и ускорение. Кинематика вращательного движения. Связь между линейными и угловыми характеристиками.

2.2. Динамика поступательного движения

Классическая механика. Системы отсчета. Понятие состояния в классической механике. Параметры состояния. Сила. Уравнение движения. Принцип инерции, или первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Масса. Второй и третий законы Ньютона. Принцип относительности Галилея. Преобразования координат Галилея. Классический закон сложения скоростей. Абсолютность времени в классической физике. Импульс. Понятие изолированной системы. Закон сохранения импульса и его связь с однородностью пространства. Упругое и неупругое соударения шаров. Принцип реактивного движения.

2.3. Динамика вращательного движения твердого тела

Момент силы. Момент инерции. Теорема Штейнера. Основной закон динамики вращательного движения. Момент импульса. Закон сохранения момента импульса. Гироскопический эффект и его применение.

2.4. Работа и энергия

Работа силы. Мощность. Энергия как универсальная мера различных форм движения и взаимодействия. Поле как форма материи. Закон сохранения энергии. Механическая энергия. Поле как форма материи, осуществляющая силовое взаимодействие между частицами вещества. Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальная энергия. Связь между потенциальной энергией и силой. Кинетическая энергия. Закон сохранения энергии в механике. Условия равновесия механической системы.

2.5. Основы релятивистской механики

Экспериментальные основы возникновения релятивистской механики. Постулаты специальной теории относительности. Предельный характер скорости света в вакууме. Понятие одновременности. Относительность длин и промежутков времени. Релятивистский закон сложения скоростей.

2.6. Элементы релятивистской динамики

Основной закон релятивистской динамики. Релятивистская масса. Релятивистское выражение для кинетической энергии. Закон взаимосвязи массы и энергии. Энергия покоя. Элементы теории тяготения Эйнштейна. Принцип эквивалентности. Границы применимости классической механики.

3. Статистическая физика и термодинамика

Статистический и термодинамический методы исследования

3.1. Кинетическая теория газов

Атомно-молекулярная теория строения вещества. Понятие идеального газа. Основное уравнение кинетической теории газов. Постоянная Больцмана. Число степеней свободы. Абсолютная температура. Распределение энергии по степеням свободы.

3.2. Классическая статистика

Законы распределения молекул. Закон распределения молекул по скоростям (закон Максвелла) и его экспериментальная проверка. Опытное определение числа Авогадро. Барометрическая формула. Распределение Больцмана. Длина свободного пробега молекул.

3.3. Основные понятия и первое начало термодинамики

Энергетическое описание процессов. Равновесное состояние системы, термодинамический процесс. Внутренняя энергия системы как функция состояния. Теплота и работа. Первое начало термодинамики и его применение к различным изопроцессам.

3.4. Внутренняя энергия и теплоемкость идеального газа

Классическая молекулярно-кинетическая теория теплоемкости идеального газа и ее ограниченность. Понятие о квантовой теории теплоемкости. Адиабатический процесс. Уравнение Пуассона.

3.5. Круговые процессы (циклы)

Круговые процессы. Цикл Карно. Принцип действия и коэффициент полезного действия тепловой и холодильной машин. Технические циклы.

3.6. Второе начало термодинамики

Обратимые и необратимые процессы. Необратимость реальных тепловых процессов. Второе начало термодинамики. Приведенное количество тепла. Неравенство Клаузиуса. Энтропия как функция состояния системы. Энтропия и термодинамическая вероятность. Статистический смысл второго начала термодинамики. Третье начало термодинамики. Элементы неравновесной термодинамки.

3.7. Явления переноса

Явления переноса: диффузия, теплопроводность, внутреннее трение. Молекулярно-кинетическая теория этих явлений. Осмос и осмотическое давление. Практическое применение этих явлений.

3.8. Конденсированные состояния вещества. Фазовые равновесия и фазовые переходы

Отступления от законов идеальных газов. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса, его анализ. Изотермы реальных газов. Критическое состояние. Внутренняя энергия реального газа. Особенности жидкого и твердого состояния вещества. Аморфные твердые тела. Жидкие кристаллы. Строение, дефекты кристаллических тел. Фазовые переходы.

Лабораторный практикум

Целью лабораторного практикума является систематизация, расширение и закрепление теоретических основ, излагаемых в лекционном курсе, и приобретение умения самостоятельно выполнять исследования, испытания, расчеты и выводы проведенного эксперимента. Практикум проводится после того, как соответствующий раздел был рассмотрен на лекции или проработан студентами самостоятельно.

Темы лабораторных работ

№ п/п	Раздел дисциплины	Наименование лабораторной работы
		Измерение физических величин Изучение законов вращательного движения на примере маятника Максвелла Определение ускорения свободного падения с помощью математического и физического маятника Определение коэффициента вязкости жидкости по методу Стокса Определение отношения удельных теплоемкостей газов методом адиабатического расширения Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом отрыва кольца Деформация изгиба и измерение модуля Юнга

Самостоятельная работа и контроль знаний

Самостоятельная работа является неотъемлемой частью учебного процесса, и включает в себя следующие формы ее проведения:

подготовка к аудиторным контрольным работам (тестам), зачету и экзамену;

решение задач;

выполнение домашних контрольных работ

самостоятельная проработка отдельных тем дисциплины, данных для самостоятельного изучения;

индивидуальные и групповые консультации с преподавателем;

компьютерный поиск в сети INTERNET библиографических и информационных материалов;

участие в научно-исследовательской и учебно-научной работе

Промежуточный контроль знаний студентов очного обучения состоит из 2 контрольных работ в виде индивидуальных письменных тестов и 2 домашних контрольных работ.