Сколько тел и полей действует на данное тело, столько и сил (плюс силы трения и сопротивления, если они есть по условию задачи).

Алгоритм решения задач по физике

В виду того, что универсальной методики решения задач не существует, ниже приводится примерный алгоритм, который облегчит Вам решение задач по физике.

Внимательно прочитать задачу. Установить в общих чертах условия задачи и каким физическим законам они отвечают.
Сделать краткую запись условия задачи. Все данные задачи выразить в единицах системы СИ.
Сделать чертеж, схему или рисунок, поясняющие условие задачи. Указать на чертеже все данные и искомые величины задачи.
Написать уравнение или систему уравнений, отображающих происходящий в условии задачи физический процесс. При необходимости векторные уравнения записать в проекциях на оси координат
Используя условия задачи и чертеж, преобразовать исходные равенства так, чтобы в конечном виде в них входили лишь упомянутые в условиях задачи величины и табличные данные.
Решить задачу, получив окончательную формулу в буквенном виде. Проверить единицы полученного равенства и если они совпадает, подставить в неё исходные данные и произвести вычисления. Проанализировать полученный результат и записать окончательный ответ.

Для успешного решения задач по физике необходимо:

1 Хорошо знать формулы и законы физики и уметь правильно их применять.

2 Знать размерность всех величин и уметь правильно переводить размерность величин из одной системы в

другую.

3 Уметь определять тип задачи (т.е. к какому разделу физики она относится, и какой алгоритм решения можно

применить к данной задаче.)

4 Иметь навык анализа полученной формулы и окончательного числового ответа.

К И Н Е М А Т И К А

По кинематике материальной точки чаще всего встречаются задачи на следующие темы:

1 на составление уравнений поступательного движения,

2 на составление уравнений вращательного движения,

3 на определение средней скорости,

4 по кинематике сложного движения,

5 по кинематике относительного движения.

СХЕМА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПО КИНЕМАТИКЕ МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКЕ

1 Сделать чертёж к задаче, на котором отметить начальные координаты тел и направления векторов их начальных скоростей и ускорений (начало координат обычно помещают в начальной точке движения тела или одного из тел. При выборе направлений координатных осей следует учитывать направление векторов перемещений, скоростей и ускорений тел).

2 Затем делают аналогичные чертежи для характерных моментов времени, о которых есть информация в условии задачи.

3 Записать уравнения движения для каждого тела в проекциях на оси координат сначала в общем виде для начального момента времени, а затем для характерных моментов времени, о которых есть информация в условии задачи.

, ,

При необходимости дополнить систему следующими уравнениями связи:

- если движение равноускоренное,

- если движение равнозамедленное.

Следует помнить, что проекция вектора считается положительной, если вектор сонаправлен с положительным направлением оси координат, в противном случае проекция вектора считается отрицательной.

Если вектор перпендикулярен оси координат, то его проекция на эту ось равна нулю

4 Решить полученную систему уравнений и найти решение задачи в общем (т.е. буквенном виде). Проанализировать полученное равенство.

5 Проверить размерность этого равенства и если она совпадает, подставить в окончательное уравнение числовые значения данных в условии задачи величин, предварительно переведя их в одну и ту же систему единиц.

6 Проанализировать полученный числовой ответ на физическую достоверность (то есть, скорость тела не может быть больше скорости света в вакууме, КПД двигателя не может быть больше 1 и т. д.)

СХЕМА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПО КИНЕМАТИКЕ РАВНОМЕРНОГО ДВИЖЕНИЯ МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ ПО ОКРУЖНОСТИ

1 Сделать чертёж к задаче, на котором отметить начальное положение материальной точки и направление её векторов скорости и центростремительного ускорения.

3 Записать уравнение вращательного движения сначала в общем виде для начального момента времени, а затем для характерных моментов времени, о которых есть информация в условии задачи:

φ = ± φ₀± ω t ,

где: φ₀и φ – угол поворота радиус – вектора в начальный момент времени t = 0 c и в произвольный момент

времени t.

4 При необходимости записать уравнения связи между угловыми и линейными величинами,

характеризующими кинематику материальной точки:

ω =

5 Решить полученную систему уравнений и найти решение задачи в общем (т.е. буквенном виде).

Проанализировать полученное равенство.

6 Проверить размерность этого равенства и если она совпадает, подставить в окончательное уравнение

числовые значения данных в условии задачи величин, предварительно переведя их в одну и ту же систему единиц.

7. Проанализировать полученный числовой ответ на физическую достоверность.

СХЕМА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПО КИНЕМАТИКЕ СЛОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ

Если в задаче рассматривается движение тела одновременно относительно двух систем отсчёта, одна из которых условно принимается за «подвижную», а другая за «неподвижную» (например, человек идёт по движущемуся вагону или переплывает реку), то скорость или перемещение тела определяются по следующему правилу:

Вектор скорости тела относительно неподвижной системы координат равен векторной сумме скорости подвижной системы координат относительно неподвижной плюс скорость тела относительно подвижной системы координат.

(аналогичное правило для перемещений).

где:

скорость тела относительно неподвижной системы координат называется абсолютной скоростью

скорость подвижной системы координат относительно неподвижной называется переносной скоростью

скорость тела относительно подвижной системы координат называется относительной скоростью

СХЕМА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПО КИНЕМАТИКЕ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

Если в задаче рассматривается движение двух независимых друг от друга тел, движущихся в одной и той же системе координат (например, движение встречных поездов и т.д.), то скорость или перемещение одного тела относительно другого определяются по следующему правилу:

Вектор относительной скорости двух тел равен векторной разности их абсолютных скоростей.

(аналогичное правило для перемещений)

- скорость второго тела относительно первого

- перемещение второго тела относительно первого

СХЕМА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ НА ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕЙ СКОРОСТИ

Следует различать: - среднюю скорость по перемещению (величина векторная)

- среднюю путевую скорость (величина скалярная)

Средней скоростью по перемещению называется векторная величина, равная отношению перемещения тела

за какой-либо промежуток времени к величине этого промежутка

Средней путевой скоростью называется скалярная величина, равная отношению пути пройденного телом за

какой- либо промежуток времени к величине этого промежутка

особый случай: если тело на каком-либо участке пути движется всё время в одну сторону с одним и тем же по величине и направлению ускорением, то его среднюю путевую скорость можно найти по формуле:

СХЕМА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ НА ДИНАМИКУ ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

1 Сделать чертеж к задаче, на котором:

- нарисовать все тела, рассматриваемые в задаче,

- нарисовать все силы, действующие на каждое тело, и, если возможно, указать направления ускорений каждого тела.

2. Для каждого тела записать второй закон Ньютона сначала в векторном виде , а затем в проекциях на оси координат, для чего сначала:

- для каждого тела выбрать удобную систему координат (начало координат обычно помещают в центре тяжести тела, а одну из координатных осей направляют по вектору ускорения этого тела),

- для каждого тела расписывают своё векторное уравнение в проекциях на каждую ось с учётом знаков проекций сил.

3. Решают полученную систему уравнений.

(необходимо помнить, что число уравнений должно быть равно числу неизвестных. Если уравнений динамики окажется не достаточно, то полученную систему дополняют уравнениями кинематики или законами изменения и сохранения).

Если в задаче требуется найти вес тела или его силу нормального давления, то следует помнить, что по третьему закону Ньютона они равны по величине, но противоположны по направлению силе реакции опоры.

СХЕМА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ НА ДИНАМИКУ РАВНОМЕРНОГО ДВИЖЕНИЯ МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ

ПО ОКРУЖНОСТИ

1 Сделать чертёж к задаче, на котором нарисовать тело, движущееся по окружности, и все силы, действующие на него.

2. следует помнить, что тело движется равномерно по окружности постоянного радиуса только в том случае, если равнодействующая всех сил, действующих на тело, направлена по радиусу к центру этой окружности. Эта сила сообщает телу центростремительное ускорение, которое так же направлена к центру окружности, поэтому:

- ось ОХ направляют по направлению центростремительного ускорения, (то есть к центру окружности, по которой оно движется).

- записывают второй закон Ньютона сначала в векторном виде , а затем в проекциях на оси координат, где .

3. решают полученную систему уравнений.

(при необходимости её дополняют уравнениями движения с учётом, что , .

Чтобы правильно определить количество сил, действующих на тело, необходимо придерживаться следующего правила:

Сколько тел и полей действует на данное тело, столько и сил (плюс силы трения и сопротивления, если они есть по условию задачи).

СХЕМА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ НА ДИНАМИКУ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ АБСОЛЮТНО ТВЁРДОГО ТЕЛА ВОКРУГ НЕПОДВИЖНОЙ ОСИ

1. Сделать чертёж к задаче, на котором нарисовать тело, вращающееся вокруг неподвижной оси, и все силы, действующие на него, с учётом точек приложения сил.

2. так как тело поступательно не движется, следовательно, относительно центра масс тела выполняется условие:

3. записать основное уравнение динамики вращательного движения тела относительно оси вращения:

4. решают полученную систему уравнений.

(при необходимости её дополняют уравнениями движения.)

СХЕМА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ НА ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ РАБОТЫ

1. установить, работу какой силы необходимо определить (это может быть как отдельная сила, так и результирующая многих сил).

2. работу этой силы можно определить либо:

- по формуле работы механической силы,

- по теореме о кинетической энергии,

- по теореме о потенциальной энергии,

- по закону изменения полной механической энергии.

3. по ходу решения может понадобиться определить угол между вектором силы и перемещением. В этом случае делается рисунок, на котором указывается сила, вектор перемещения и определяется этот угол.

При необходимости определяется величина перемещения.

СХЕМА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ НА ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ

Прежде всего надо разобраться какую мощность требуется определить: среднюю или мгновенную.

Среднюю мощность можно определить по формулам:

или N = Fv ^.cosα , если тело движется равномерно.

Мгновенную мощность по формуле:

N = Fv_мгн ^. cosα , где v_мгн – это мгновенная скорость тела

СХЕМА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ НА ОПРЕДЕЛЕНИЕ КПД

При определении КПД рекомендуется начинать решение задачи с определяющей формулы, при этом следует разобраться какая работа или мощность являются полезными, а какие затраченными.

СХЕМА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ НА ЗАКОНЫ ИЗМЕНЕНИЯ И СОХРАНЕНИЯ ИМПУЛЬСА

1. сделать два рисунка, на которых изобразить ситуацию, рассматриваемую в задаче непосредственно до взаимодействия и сразу после взаимодействия. Здесь же указать направления векторов скоростей или импульсов всех тел системы.

2. Проанализировать все силы, действующие на тела системы в момент взаимодействия.

- если система замкнута или взаимодействие происходит очень кратковременно (удар, разрыв снаряда, выстрел), то записать закон сохранения импульса для рассматриваемой системы в векторном виде:

- если система не замкнута, то записать закон изменения в виде :

3. Выбрать подходящую систему координат и спроектировать векторные уравнения на оси координат.

(при этом следует помнить, что импульсы всех тел должны быть записаны относительно одной и той же системы координат (обычно относительно земли)),

4. решить полученную систему уравнений (при необходимости её дополнить уравнениями динамики или кинематики).

СХЕМА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ НА ЗАКОНЫ ИЗМЕНЕНИЯ И СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ

1. сделать рисунок, на котором указать начальное и конечное положения тела (или тел), а также его скорости в начальном и конечном положениях. Выбрать начальный уровень отсчёта потенциальной энергии (обычно он выбирается по самой нижней точке траектории тела).

2. Проанализировать все силы, действующие на тела системы за рассматриваемый промежуток времени.

- если на тела системы действуют только консервативные силы ( , , , , ) или все действующие на систему неконсервативные силы работы не совершают за рассматриваемый промежуток времени, то записать закон сохранения полной механической энергии для рассматриваемой системы в виде: ,

- если на тела системы действуют неконсервативные силы, которые совершают работу над телами системы, то записать закон изменения полной механической энергии в виде :

(при этом следует помнить, что скорости всех тел и работы всех сил должны быть записаны относительно одной и той же системы координат (обычно относительно земли)).

3. расписать работы всех сил и полную механическую энергию в начальном и конечном положениях. Решить полученную систему уравнений (при необходимости её дополнить уравнениями динамики или кинематики).

СХЕМА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ НА ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРЕМЫ О КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

1. сделать рисунок, на котором указать начальное и конечное положения тела (или тел), а также его скорости в начальном и конечном положениях.

2. Проанализировать все силы, действующие на тела системы за рассматриваемый промежуток времени.

3. записать теорему о кинетической энергии в виде .

(при этом следует помнить, что скорости всех тел должны быть записаны относительно одной и той же системы координат (обычно относительно земли)).

4. расписать работы всех сил и кинетическую энергию в начальном и конечном положениях. Решить полученную систему уравнений (при необходимости её дополнить уравнениями динамики или кинематики).

СХЕМА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ НА ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРЕМЫ О ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ

Если в задаче требуется найти работу консервативной силы (особенно , , ), то удобно применить теорему о потенциальной энергии. Для этого необходимо:

1. сделать рисунок, на котором указать начальное и конечное положения тела (или тел), а также выбрать начальный уровень отсчёта потенциальной энергии.

2. записать теорему о потенциальной энергии: .

3. решить данное уравнение.

СХЕМА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ НА ПРИМЕНЕНИЕ ЗАКОНОВ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА

Если состояние газа не изменяется, то обычно используют уравнение Менделеева – Клапейрона.

- Если состояние газа меняется, то либо для каждого состояния записывают уравнение Менделеева – Клапейрона, либо уравнения для каких – либо изопроцессов (если масса газа не изменяется).

Вследствие испарения с открытой поверхности жидкости над ней всегда находится её пар. Если между паром и жидкостью установится динамическое равновесие, то плотность пара над жидкостью и его давление (упругость) на меняются и для данной жидкости при данной температуре имеют максимальные значения. Такой пар называется насыщенным. Пар, давление и плотность которого меньше давления и плотности насыщенного пара, называется ненасыщенным.

С достаточной точностью насыщенный и ненасыщенный пар подчиняются уравнению Менделеева-Клапейрона.

Ненасыщенный пар можно перевести в насыщенный при изохорическом охлаждении или изотермическом сжатии.

Температура при которой пар становится насыщенным в случае изохорического охлаждения, называется точкой росы.

Задачи, в которых используется понятие влажности, принципиально почти не отличаются от задач об идеальном газе. К ним предлагается широкое использование таблиц упругости и плотности водяных паров, из которых находят дополнительные данные к тем, что заданы в условии задачи. Например, при заданной температуре ненасыщенного пара и его точке росы можно с помощью таблиц определить абсолютную и относительную влажности воздуха; при заданной температуре насыщающего пара таблица поможет найти его давление (упругость) и плотность при этой температуре. Если требуется найти массу сконденсировавшегося пара, то следует определить массу этого пара как разность масс до и после его частичной конденсации.

СХЕМА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ НА ПРИМЕНЕНИЕ ЗАКОНОВ ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМА

Здесь можно выделить задачи о взаимодействии однородного магнитного поля с проводником или контуром с током и движущимися заряженными частицами, а также задачи о явлении электромагнитной индукции и самоиндукции.

Дата добавления: 2019-09-08; просмотров: 142; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!