МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ

Стр 1 из 3Следующая ⇒

Пермский государственный технический университет

Кафедра общей физики

Физика

Методические указания и контрольные задания

для студентов заочного отделения.

Ч а с т ь I

МЕХАНИКА

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА

Пермь 2002

УДК 53(07):378

Б 24

План УМД 2001/2002 уч./г.

Физика: Методические указания и контрольные задания для студентов заочного отделения. Часть I. Механика. Молекулярная физика и термодинамика / Перм.гос.техн.ун-т, Пермь, 2002. - 71 с.

Составители: Зверев О.М., к.т.н., Лощилова В.А., Черноиванова Т.М., Щицина Ю.К. Под общей редакцией Цаплина А.И., д.т.н., профессора.

Приведены общие рекомендации по применению физических законов и формулы к решению задач, правила округления, рабочая программа, список литературы, примеры решения задач по темам "Механика. Молекулярная физика. Термодинамика", тренировочные задачи с ответами, проверочный тест и задачи для выполнения двух контрольных работ. Даны таблицы с номерами вариантов и номерами задач для каждого варианта, а также справочные таблицы.

Рецензент: Баяндин Д.В., к.ф.-м.н., доцент.

Издание стереотипное. Утверждено на заседании кафедры.

ã Пермский государственный

технический университет, 2002

СОДЕРЖАНИЕ

Введение............................................................................................. 4

Список литературы............................................................................ 4

1. Краткие методические указания по самостоятельному

изучению курса.................................................................................. 5

2. Методические указания к решению задач........................................ 5

3. О приближенных вычислениях......................................................... 7

4. Основные формулы. Кинематика. Колебания и волны. Динамика. 9

4.1. Примеры решения задач............................................................ 15

4.2. Тренировочные задачи............................................................... 30

4.3. Проверочный тест....................................................................... 33

4.4. Контрольная работа № 1............................................................ 36

5. Основные формулы. Молекулярная физика. Термодинамика........ 45

5.1. Примеры решения задач................................................................ 49

5.2. Тренировочные задачи................................................................... 57

5.3. Контрольная работа № 2................................................................ 59

6. Вопросы для подготовки к экзамену................................................ 67

7. Справочные таблицы......................................................................... 69

ВВЕДЕНИЕ

Цель настоящего издания - снабдить студентов-заочников рабочей программой и контрольными заданиями по курсу общей физики.

Весь учебный материал программы курса разделен на три части:

1. "Механика, молекулярная физика и термодинамика".

2. "Электростатика. Постоянный ток. Электромагнетизм".

3. "Оптика. Физика атома и атомного ядра".

Каждая из частей содержит: рабочую программу, список учебной литературы, примеры решения задач, тренировочные задачи, контрольные задания, справочные таблицы.

Распределение объемов занятий и видов учебной работы при изучении физики для студентов-заочников всех специальностей дано в табл. 1.

Таблица 1

	Занятия, часы
Семестр	Лекции	Лабора-торные работы	Практи-ческие	Самосто ятельная работа	Выпол-нение контро-льных работ	Конт-роль
1-4	8-32	8-12	–	185-456	2-6	Экзамен и/или зачет

Основной формой изучения дисциплины является самостоятельная работа студента над рекомендованной литературой. Целесообразно проработать материал, пользуясь примерами решения задач, тренировочными задачами, контрольными заданиями, справочными таблицами.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная

1. Трофимова Т.И. Курс физики: Учебное пособие.-7 изд., испр.-М.: Высш. шк, 2001.-542 с.

Дополнительная

2. Савельев И.В. Курс общей физики. М.: Наука,1988. Т.1-3.

3. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. М.: Высш. шк., 1989.

4. Лабораторный практикум по физике. Под ред. К.А. Барсукова и Ю.И. Уханова. М.: Высш шк., 1988.

КРАТКИЕ МЕТОДИЧЕСКИ УКАЗАНИЯ ПО

САМОСТОЯТЕЛЬНОМУ ИЗУЧЕНИЮ КУРСА

Методика изучения физики на заочном отделении в корне отличается от методик для дневной формы обучения. Так, если на дневном отделении основной формой обучения являются лекции, практические и лабораторные занятия, где преподаватель излагает программный материал, решает со студентами задачи, проводит лабораторные занятия, проверяет знания студентов, то учебный процесс на заочном отделении связан с углубленной самостоятельной работой и предусматривает:

1) изучение материала программы по учебникам или учебным пособиям;

2) решение задач;

3) выполнение контрольных работ;

4) выполнение лабораторных работ;

5) сдачу зачетов и экзаменов.

Для успешного овладения материалом и сдачи экзаменов по физике необходимо руководствоваться несколькими правилами.

1. Следует изучать курс систематически в течение всего учебного года. Попытка изучить физику в сжатые сроки перед экзаменом не даст глубоких, прочных знаний и приведет к неудаче.

2. Выбрав какое-либо учебное пособие в качестве основного для определенной части курса, придерживайтесь данного пособия при изучении всей части или, по крайней мере, ее целого раздела. Замена одного пособия другим в процессе изучения может привести к утрате логической связи между отдельными вопросами. Но если выбранное пособие не дает полного или ясного ответа на некоторые вопросы программы, необходимо обращаться к другим учебным пособиям.

3. При чтении учебного пособия составляйте конспект, в котором записывайте законы и формулы, выражающие эти законы, определения физических величин и их единиц, делайте чертежи и решайте типовые задачи. При решении задач следует пользоваться Международной системой единиц (СИ).

4. Самостоятельную работу над курсом необходимо подвергать систематическому контролю. Для этого после изучения очередного раздела следует ставить вопросы и отвечать на них. При этом надо использовать рабочую программу курса.

5. Очень полезно прослушать установочный курс лекций, организуемых для студентов-заочников, а также пользоваться очными консультациями преподавателей.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ

Решение задач по физике способствует более глубокому пониманию изучаемого материала и помогает закреплению в памяти понятий, формулировок, определений, формул и физических законов, развивает у студентов логическое мышление, навык в применении полученных знаний для решения конкретных вопросов, имеющих практическое и познавательное значение. Поэтому приводится список тренировочных задач, работа над которыми закрепит знания и навыки студентов.

Задачи по физике разнообразны, и дать единый рецепт для их решения невозможно. Умение решать задачи приобретается в процессе систематических упражнений. Можно лишь указать условия, соблюдение которых необходимо для успешного решения задач.

В основу каждой физической задачи положен тот или иной частный случай проявления общих законов физики. Поэтому, без твердого знания теории нельзя рассчитывать на успешное решение и анализ даже самых простых задач.

При решениизадач необходимо:

1) хорошо вникнуть в условие задачи и установить, какие физические закономерности лежат в ее основе;

2) записать все данные в задаче физические величины в одной системе единиц;

3) если позволяет характер задачи, обязательно сделать чертеж, поясняющий ее сущность;

4) записать законы и формулы, на которых базируется решение, и дать словесную формулировку этих законов, разъяснить буквенные обозначения;

5) если при решении задачи применяется формула, полученная для частного случая, не выражающая какой-нибудь физический закон, или не являющаяся определением какой-нибудь физической величины, то ее следует вывести;

6) особое внимание следует обращать на векторный характер многих физических величин. Для полного определения таких величин необходимо учитывать не только их числовое значение, но и направление;

7) получить решение задачи в общем виде, то есть выразить искомую величину в буквенных обозначениях величин, заданных в условии задачи. Правильность решения задачи в общем виде можно проверить, используя правило размерностей (наименований). При правильном решении размерность правой части формулы совпадает с размерностью искомой величины. Несоблюдение этого условия (оно необходимо, но недостаточно) свидетельствует об ошибке, допущенной в ходе решения;

8) решение задачи следует сопровождать краткими, но исчерпывающими пояснениями;

9) подставить числовые данные в полученные для искомых величин формулы, произвести с ними необходимые действия. Проанализировать результат (оценить его правдоподобность);

10) проводя арифметические расчеты, нужно использовать правила приближенных вычислений, позволяющие экономить время без ущерба для точности. Точность ответа не должна превышать точности, с которой даны исходные величины. В тех задачах, где требуется начертить график, следует рационально выбрать масштаб и начало координат.

Умение решать задачи приобретается длительными и систематическими упражнениями. При подготовке к выполнению контрольной работы следует после изучения каждой темы решить задачи из раздела "Тренировочные задачи". Они содержат элементы задач, предлагаемых для контрольных работ.

Задачи для тренировки несколько проще тех, которые входят в контрольные задания, и призваны подготовить студента к выполнению контрольной работы. Решение этих задач крайне полезно и необходимо.

При оформлении контрольных работ нужно помнить следующее.

1. Контрольная работа выполняется чернилами в обычной ученической тетради.

2. Текст задачи из контрольного задания должен быть переписан полностью и выписаны столбиком значения величин с их стандартными обозначениями.

3. При решении задач необходимо придерживаться правил, приведенных выше.

4. Качественные задачи объяснять не односложно, а давать исчерпывающий ответ.

О ПРИБЛИЖЕННЫХ ВЫЧИСЛЕНИЯХ

Числовые значения величин, с которыми приходится иметь дело при решении задач, являются большей частью приближенными.

Такими величинами являются, в частности, многие константы, приводимые в справочнике. Например: нормальное ускорение свободного падения g = 9,81 м/с² , отношение длины окружности к диаметру p = 3,14, масса электрона m = 9,1×10^-31 кг и т.п. При более точном вычислении или измерении числовые значения этих величин будут содержать большее число значащих цифр g = 9,80655 м/с², p = 3,1416, т = 9,106×10^-31 кг. Однако и эти значения, в свою очередь, являются приближенными или в силу недостаточной точности измерения или в силу того, что получены путем округления еще более точных значений.

Часто неопытные лица добиваются при вычислениях получения такой точности результатов, которая совершенно не оправдывается точностью использованных данных. Это приводит к бесполезной затрате труда и времени.

Рассмотрим следующий пример. Пусть требуется определить плотность r вещества некоторого тела. При взвешивании тела на весах с точностью до 0,01 г определили массу тела:

т = (9,38 ± 0,010) г.

Затем с точностью до 0,01 см³ был измерен объем тела:

V = (3,46 ± 0,01) см³.

Без критического подхода к вычислениям можно получить такой результат:

r = m/V = 9,38/3,46 г/см³ = 2,71098 г/см³.

Но числа 9,38 и 3,46 - приближенные. Последние цифры в этих числах сомнительные. Эти числа при измерении могли быть получены такими: первое - 9,39 или 9,37, второе - 3,45 или 3,47. В самом деле, при взвешивании с указанной выше точностью могла быть допущена ошибка на 0,01 как в сторону увеличения массы, так и в сторону ее уменьшения. То же самое и в отношении объема. Таким образом, плотность тела, если ее вычислять с точностью до пятого десятичного знака, как это сделано выше, могла оказаться:

r = 9,39/3,45 = 2,7214 г/см³ или r = 9,37/3,47 = 2,70029 г/см³.

Сравнение всех трех результатов показывает, что они отличаются уже вторыми десятичными знаками и что достоверным является лишь первый десятичный знак, а второй - сомнительным. Цифры, выражающие остальные десятичные знаки, совершенно случайны и способны лишь ввести в заблуждение пользователя вычисленными результатами. Следовательно, работа по вычислению большинства знаков затрачена впустую. Во избежание бесполезных затрат труда и времени принято вычислять кроме достоверных знаков еще только один сомнительный.

В рассмотренном примере надо было вести вычисление до второго десятичного знака:

r = m/V = 9,38/3,46 г/см³ = 2,71 г/см³.

Приближенные вычисления следует вести с соблюдением следующихправил.

1. При сложении и вычитании приближенных чисел окончательный результат округляют так, чтобы он не имел значащих цифр в тех разрядах, которые отсутствуют хотя бы в одном из слагаемых.

Например, при сложении чисел 4,462 + 2,38 + 1,17273 + 1,0262 = 9,04093 следует сумму округлить до сотых долей, т.е. принять ее равной 9,04, так как слагаемое 2,38 задано с точностью до сотых долей.

2. При умножении следует округлить сомножители так, чтобы каждый из них содержал столько значащих цифр, сколько их имеет сомножитель с наименьшим числом таких цифр. Например, вместо вычисления выражения 3,723 × 2,4 × 5,1846, следует вычислять выражение 3,7 × 2,4 × 5,2.

В окончательном результате следует оставлять такое же количество значащих цифр, какое имеется в сомножителях после их округления. В промежуточных результатах следует сохранять на одну значащую цифру больше. Такое же правило следует соблюдать и при делении приближенных чисел.

3. При возведении в квадрат или куб следует в степени брать столько значащих цифр, сколько их имеется в основании степени. Например,I,32² » 1,74.

4. При извлечении квадратного или кубического корня в результате следует брать столько значащих цифр, сколько их в подкоренном выражении. Например, 1,17^1/2 » 1,08.

При вычислении сложных выражений следует применять указанные правила в соответствии с видом производимых действий. Например,

(3,2 + I7,062) × 3,7^1/2/ (5,1 × 2,007 × 10³).

Сомножитель 5,1 имеет наименьшее число значащих цифр - два. Поэтому результаты всех промежуточных вычислений должны округляться до трех значащих цифр:

(3,2 + I7,062) × 3,7^1/2/(5,1 × 2,007 × 10³) » 20,3 × 1,92/( 10,3 × 10³) »

»39,0/( 10,3 × 10³) » 3,79 × 10³.

После округления до двух значащих цифр получаем результат 3,8 × 10^-3.

4. ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ

Кинематика

1. Кинематическое уравнение движения материальной точки в векторной форме