Физические основы механики

Министерство образования и науки Украины

Национальная металлургическая академия украины

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Для ликвидации академической разницы

По дисциплине «Физика»

 

 

Днепропетровск НМетАУ 2015

Министерство образования и науки Украины

Национальная металлургическая академия Украины

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Для ликвидации академической разницы

По дисциплине «Физика»

 

Утверждено

На заседании кафедры физики

Протокол № от 15.09.14

 

Днепропетровск НМетАУ 2015

УДК 539.19(07)

 

Методические указания для ликвидации академической разницы по дисциплине «Физика» / Сост.: В.М. Козлов, В.В. Калениченко, В.Н. Тимошенко. – Днепропетровск: НМетАУ, 2015. – 34 с.

 

 

Методическом пособие содержит основные законы и формулы, а также тестовые вопросы по курсу общей физики. Пособие рекомендовано для самоподготовки студентов 3-го курса дневной формы обучения для ликвидации академразницы.

 

Составители: В.М. Козлов, д-р.хим.наук, проф.

В.В. Калениченко, ст. преподаватель

В.Н. Тимошенко, ст. преподаватель

 

Ответственный за выпуск С.Л. Кордюк, к.ф.-м.н., доц.

 

Рецензент В.Е. Хрычиков, д-р техн. наук, проф. (НМетАУ)

 

Подписано к печати Формат 60x84 1/16. Бумага типогр.

Уч.-изд. л. 2,00. Усл. печ. л. 1,97. Тираж 300 экз.

 

 

Национальная металлургическая академия Украины,

49600, Днепропетровск-5, пр. Гагарина, 4

ФИЗИЧЕСКИЕ КОНСТАНТЫ

 

Название константы	Обозначение	Численное значение
Гравитационная постоянная	G	6,67×10-11 м3/(кг×с2)
Число Авогадро	NА	6×1023 1/моль
Универсальная газовая постоянная	R	8,3 Дж/(К×моль)
Постоянная Больцмана	k	1,38×10-23 Дж/К
Электрическая постоянная	eо	0,885×10-11 Ф/м
Магнитная постоянная	mо	4p×10-7 Н/А2
Скорость света в вакууме	c	3×108 м/с
Заряд электрона	e	1,6×10-19 Кл
Масса электрона	mе	9,11×10-31 кг
Масса протона	mр	1,67×10-27 кг
Постоянная Планка	h	6,62×10-34 Дж×с
Постоянная Вина	b	2,9×10-3 м×К
Постоянная Стефана-Больцмана	s	5,67×10-8 Вт/(м2×К4)

 

Рабочая программа по дисциплине «Физика»

 

1. Физические основы механики

Кинематическое описание движения. Скорость, как первая производная радиуса-вектора по времени. Ускорение и его составляющие. Угловая скорость и угловое ускорение. Сила, импульс тела, законы Ньютона. Работа переменной силы. Мощность. Консервативные и неконсервативные силы. Кинетическая и потенциальная энергии. Закон сохранеия механической энергии. Закон сохранения импульса. Упругий и неупругий удары. Момент силы, момент инерции, момент импульса. Уравнение динамики вращательного движения.

2. Молекулярная физика и термодинамика

Идеальный газ. Равновесное и неравновесное состояния. Параметры состояния. Уравнение состояния идеального газа. Изопроцессы. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории для давления. Распределение молекул газа по скоростям. Барометрическая формула. Среднее число столкновений и средняя длина свободного пробега молекулы. Средняя кинетическая энергия молекулы. Внутренняя энергия идеального газа. Первое начало термодинамики и его применение к изопроцессам. Молярная теплоемкость. Адиабатный процесс. Уравнение адиабаты. Круговой процесс. КПД теплового двигателя. КПД для цикла Карно.

3. Электростатика

Закон Кулона. Диэлектртческая проницаемость. Напряженность поля. Принцип суперпозиции полей. Поток вектора напряженности. Теорема Гаусса. Потенциальный характер электростатического поля. Потенциал. Поляризация диэлектриков.Проводники в электростатическом поле. Электроемкость проводника. Конденсаторы.Электроемкость конденсатора. Соединения конденсаторов. Энергия заряженного конденсатора.

4. Постоянный электрический ток

Постоянный электрический ток, условия его существования. Носители тока в металлах и полупроводниках. Сила тока, напряжение, электродвижущая сила. Закон Ома для участка цепи. Закон Ома для полной цепи. Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца. Электрический ток в газах. Плазма.

5. Электромагнетизм

Магнитное поле. Магнитная индукция и напряженность. Магнитная проницаемость. Магнитный поток. Теорема Гаусса. Магнитные силовые линии. Вихревой характер магнитного поля. Магнитное поле прямо-линейного проводника и соленоида. Силы Ампера и Лоренца. Движение заряженной частицы в однородном магнитном поле. Электромагнитная индукция. Закон Фарадея. Самоиндукция. Индуктивность.Формула ЭДС самоиндукции. Типы магнетиков. Ферромагнетики.

Колебания и волны

Гармонические механические колебания. Амплитуда, частота, период. Энергия колебаний. Сложение колебаний одинакового направления и одинаковой частоты. Биения. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний. Затухающие колебания. Выужденные колебания. Резонанс. Колебательный контур. Электрические колебания. Упругие волны. Стоячие волны. Электромагнитные волны. Энергия электромагнитных волн. Вектор Умова-Пойнтинга.

Квантовая оптика

Корпускулярно-волновая природа света. Тепловое излучение и его характеристики. Законы теплового излучения. Квантовая гипотеза и формула Планка. Фотоэффект. Законы внешнего фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

 

 

Физические основы механики

Мгновенная скорость – величина, характеризующая быстроту

изменения радиуса-вектора движущейся материальной точки.

Она равна первой производной от радиуса-вектора по времени.

Вектор скорости направлен по касательной к траектории

в сторону движения материальной точки.

 

Модуль мгновенной скорости (численное значение вектора

скорости) равен первой производной от пути по времени.

При равномерном движении:

Ускорение – величина, характеризующая быстроту изменения

скорости по величине и направлению. Оно равно первой

производной от вектора скорости по времени.

Вектор полного ускорения равен сумме нормального

(центростремительного) и тангенциального ускорений.

Модули нормального и тангенциального

ускорений (R – радиус окружности)

Модуль полного ускорения

При прямолинейном равнопеременном движении:

 

Угловая скорость – величина, равная первой производной

от угла поворота по времени.

Угловое ускорение – величина, равная первой производной

от угловой скорости по времени.

Период равномерного вращения точки – это время, за которое

точка совершает один полный оборот.

 

Частота вращения – это число полных оборотов

в единицу времени.

 

Связь между линейной и угловой скоростью

Связь между тангенциальным и угловым ускорением

Связь между нормальным ускорением и угловой скоростью

Равнодействующая сила

Импульс тела

2-й закон Ньютона: ускорение тела прямо пропорционально

равнодействующей силе и обратно

пропорционально массе тела.

или

равнодействующая сила равна первой

производной от импульса тела по времени.

 

3-й закон Ньютона: силы взаимодействия двух тел равны

по модулю и противоположны по направлению.

Закон всемирного тяготения:

(G – гравитационная постоянная)

Сила тяжести Сила трения скольжения

(g – ускорение свободного падения, равное 9,8 м/с²)

 

Сила упругости (k – коэффициент упругости,

DL – абсолютная деформация)

Работа силы при бесконечно малом

перемещении

Работа переменной силы на

пути S

 

Работа постоянной силы на пути S

при прямолинейном движении

 

Сила называется консервативной, если работа этой силы не зависит от того, по какой траектории перемещается тело, а зависит только от начального и конечного положений тела. В противном случае сила называется неконсервативной.

Силы тяготения и упругости являются консервативными.

Силы трения и сопротивления, направленные против

вектора скорости, являются неконсервативными.

Мощность – величина, характеризующая

быстроту совершения работы.

Мощность при равномерном совершении

работы

Кинетическая энергия тела

 

Потенциальная энергия тела, обусловленная

действием силы тяжести

 

Потенциальная энергия

упруго деформированного тела

 

Работа равнодействующей сил,

приложенных к телу

Работа силы тяжести

Работа силы упругости

 

Закон сохранения импульса: Импульс замкнутой (изолированной)

системы тел остается постоянным.

Закон сохранения механической энергии: Полная механическая энергия

замкнутой системы тел, между которыми действуют только

консервативные силы, остается постоянной.

Момент силы относительно оси равен произведению модуля

силы на плечо этой силы (кратчайшее расстояние от оси

до линии действия силы).

Момент инерции точки относительно оси равен произведению

массы точки на квадрат расстояния от этой точки до оси.

Момент инерции тела относительно оси равен

сумме моментов инерций всех точек этого тела.

Момент импульса точкиотносительно оси

Момент импульса тела относительно оси

 

Кинетическая энергия вращающегося тела

 

Уравнение динамики вращательного движения твердго тела:

угловое ускорение вращающегося тела прямо пропорционально

результирующему моменту сил и обратно пропорционально

моменту инерции тела относительно оси вращения.

ТЕСТОВЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какое выражение определяет тангенциальное ускорение ?

а) б) в) г)

 

2. Какому выражению (согласно 2-му закону Ньютона) следует приравнять равнодействующую силу ?

 

а) б) в) г)

 

3. Согласно основному уравнению динамики вращательного движения тела угловое ускорение равно

а)Произведению силы на плечо

б)Произведению момента инерции тела на угловую скорость

в)Произведению массы тела на квадрат расстояния до оси вращения

г)Моменту сил, деленному на момент инерции тела

 

4.Какое выражение определяет момент инерции маленького шарика массой m, равномерно вращающегося в вертикальной плоскости со скоростью v на нити длиной R ?

а) б) в) г)

 

5. Чему равна мощность ?

а)Работе, совершенной за единицу времени

б)Работе, совершенной при перемещении тела на 1 метр

в)Произведению силы на путь

г)Произведению массы тела на ускорение

 

6. Укажите выражение, определяющее кинетическую энергию тела.

а) б) в) г)

 

7. Какое выражение определяет нормальное (центростремительное) ускорение ?

а) б) в) г)

 

8. Укажите размерность момента инерции тела.

а) Дж/с б) кг×м/с в) кг×м² г) кг×м/с²

 

9. В каком из указанных случаев сила совершает отрицательную работу ?

а)Когда направление силы совпадает с направлением перемещения тела

б)Когда направление силы противоположно направлению перемещения тела

в)Когда направление силы перпендикулярно направлению перемещения тела

г)Когда угол между направлением силы и направлением перемещения тела меньше 90^о

 

10. Укажите формулу центростремительной силы, действующей на материальную точку массой m, которая равномерно вращается по окружности радиусом R.

а) б) в) г)

 

11. Почему работа силы трения всегда отрицательная ?

а)Потому что сила трения меньше силы тяжести тела

б)Потому сила трения зависит от коэффициента трения

в)Потому что сила трения направлена против направления перемещения тела

г)Потому что коэффициент трения меньше единицы

 

12. Укажите выражение, определяющее потенциальную энергию тела.

а) б) в) г)

 

13. Укажите выражение для кинетической энергии вращающегося тела.

а) б) в) г)

 

14. Укажите размерность ватта (единицы измерения мощности).

а) м/с б) Н/с в) рад/с г) Дж/с