МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА»
ЧОУ ВПО Южно – Уральский институт управления и экономики
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ДОМАШНЕЙ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«ФИЗИКА»
Для заочной формы обучения
По направлению:
140400.62 «Электроэнергетика и электротехника»
Челябинск
2014
Физика: Методические рекомендации по выполнению домашней контрольной работы. / О.Р. Шефер - Челябинск: ЧОУ ВПО Южно-Уральский институт управления и экономики, 2012.- 41с.
Физика: Методические рекомендации по выполнению домашней контрольной работы: 140400.62 «Электроэнергетика и электротехника»
Ó Издательство ЧОУ ВПО Южно-Уральский институт управления и экономики», 2014
СОДЕРЖАНИЕ
Методические рекомендации по выполнению контрольных заданий……. | 4 |
Задания для домашней контрольной работы……………………………….. | 18 |
Приложение 1 | 37 |
Рекомендуемый список литературы………………………………………… | 41 |
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ
Дисциплина «Физика» предназначена для реализации Федерального государственного стандарта Высшего профессионального образования по направлению 140400.62 «Электроэнергетика и электротехника» и является единой для всех форм обучения.
Дисциплина «Физика» является дисциплиной базовой части цикла математических и естественнонаучных дисциплин.
Цель и задачи дисциплины
|
|
Цель изучения дисциплины «Физика» - дать более ясное представление о самых важных, наиболее принципиальных положениях учения о физических явлениях, их роли в науке, технике и жизни человека.
Лекционный курс сопровождается для более наглядного изложения материала демонстрационным и компьютерным экспериментом, а также используются цифровые образовательные ресурсы в объеме 18 часов.
Основными формами проведения занятий являются лекции, семинарские и лабораторно-практические занятия. Соотношение аудиторной и самостоятельной работы – 1:1. В рамках аудиторной работы студенты осваивают наиболее сложный теоретический материал и закрепляют его на практике.
Большое внимание в изучении дисциплины «Физика» уделяется организации самостоятельной работы студентов, в рамках которой они изучают некоторые вопросы теоретического курса, готовятся к семинарским занятиям, а также выполняют индивидуальные внеаудиторные задания.
Введение рейтинговой системы позволяет контролировать самостоятельную работу каждого студента, соответствующим образом оценить ее и активизировать во всех возможных видах деятельности, а именно:
1) при подготовке к семинарским занятиям (изучение теории и решение домашних заданий);
|
|
2) при выполнении индивидуальных внеаудиторных заданий.
Студенты могут самостоятельно освоить материал раздела по индивидуальной траектории, выполнив все контрольные мероприятия и индивидуальные домашние задания. Тексты заданий они могут взять из учебно-методического комплекса.
Контроль за самостоятельной работой студентов включает проверку:
1) выполнения индивидуальных заданий,
2) подготовки теоретических вопросов, вынесенных на самостоятельное изучение,
3) правильности выполнения всех контрольных мероприятий по основным темам (модулям) раздела.
2 Входные требования и место дисциплины в структуре ООП бакалавриата:
Дисциплина «Физика» относится к базовой части математического и естественнонаучного цикла.
1. Студенты обладают навыками обучения, необходимыми для получения дальнейшего образования.
2. Знания, умения и навыки, сформированные в школьном курсе физики.
3. Студенты владеют лексическим минимумом общего и терминологического характера по дисциплине «Физика» (раздел производная, интеграл, теория вероятности).
Освоение дисциплины должно осуществляться после освоения дисциплин «Высшая математика», «Информатика», «Концепция современного естествознания», «Инженерная графика».
|
|
Изучение дисциплины необходимо для дальнейшего изучения таких дисциплин, как: «Теоретическая механика», «Прикладная механика», «Теоретические основы электротехники».
Требования к результатам освоения дисциплины «Физика»
В соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта в результате изучения физики студентдолжны овладеть профессиональными компетенциями (ПК), представленными в таблице.
Таблица – Структура компетенций, формируемых в результате изучения дисциплины
Код компетенции | Наименование компетенции | Характеристика компетенции |
ОК-12 | Способностью и готовностью к практическому анализу логики различного рода рассуждений, к публичным выступлениям, аргументации, ведению дискуссии и полемики. | В результате студент должен: знать: основные физические явления и законы механики, электротехники, теплотехники, оптики и ядерной физики и их математическио описание; уметь: выявлять физическую сущность явлений и процессов в устройствах различной физической природы и выполнять применительно к ним простые технические расчёты; владеть: методами анализа физических явлений в технических устройствах и системах. |
ПК-1 | Способностью и готовностью использовать информационные технологии, в том числе современные средства компьютерной графики в своей предметной области | В результате студент должен: знать: основные физические явления и законы механики, электротехники, теплотехники, оптики и ядерной физики и их математическио описание; уметь: выявлять физическую сущность явлений и процессов в устройствах различной физической природы и выполнять применительно к ним простые технические расчёты; владеть: методами анализа физических явлений в технических устройствах и системах. |
ПК-2 | способностью демонстрировать базовые знания в области естественнонаучных дисциплин и готовностью использовать основные законы в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования | В результате студент должен: знать: концептуальные и теоретические основы физики, ее место в общей системе наук и ценностей; историю развития и становления физики, ее современное состояние; основные научные факты, термины и понятия, законы, теории и концепции естественнонаучного знания; уметь: анализировать информацию по изиике из различных источников с разных точек зрения, структурировать, оценивать и представлять ее в доступном для других виде; приобретать новые знания, используя современные информационные и коммуникационные технологии; владеть: методологией исследования в области физики; навыками грамотного использования физического научного языка; навыками представления физической информации с использованием компьютеров. |
ПК-3 | Готовностью выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, и способностью привлечь для их решения соответствующий физико-математический аппарат | В результате студент должен: знать: основные физические явления и законы механики, электротехники, теплотехники, оптики и ядерной физики и их математическио описание; уметь: выявлять физическую сущность явлений и процессов в устройствах различной физической природы и выполнять применительно к ним простые технические расчёты; владеть: методами анализа физических явлений в технических устройствах и системах. |
ПК-4 | Способностью и готовностью использовать нормативные правовые документы в своей профессиональной деятельности | В результате студент должен: знать: основные физические явления и законы механики, электротехники, теплотехники, оптики и ядерной физики и их математическио описание; уметь: выявлять физическую сущность явлений и процессов в устройствах различной физической природы и выполнять применительно к ним простые технические расчёты; владеть: методами анализа физических явлений в технических устройствах и системах. |
ПК-6 | Способностью и готовностью анализировать научно-техническую информацию, изучать отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования | В результате студент должен: знать: основные физические явления и законы механики, электротехники, теплотехники, оптики и ядерной физики и их математическио описание; уметь: выявлять физическую сущность явлений и процессов в устройствах различной физической природы и выполнять применительно к ним простые технические расчёты; владеть: методами анализа физических явлений в технических устройствах и системах. |
ПК-7 | Способностью формировать законченное представление и принятых решениях и полученных результатах в виде отчёта с его публикацией (публичной защитой) | В результате студент должен: знать: основные физические явления и законы механики, электротехники, теплотехники, оптики и ядерной физики и их математическио описание; уметь: выявлять физическую сущность явлений и процессов в устройствах различной физической природы и выполнять применительно к ним простые технические расчёты; владеть: методами анализа физических явлений в технических устройствах и системах. |
Контрольная выполняется на листах формата А4, на обложки которой указывается фамилия, имя, отчество, курс, номер группы. Последняя цифра в зачетной книжке определяет номер варианта контрольной работы.
|
|
последняя цифра в Вашей зачетной книжке | номер варианта контрольной работы |
1 | 1 |
2 | 2 |
3 | 3 |
4 | 4 |
5 | 5 |
6 | 6 |
7 | 7 |
8 | 8 |
9 | 9 |
0 | 10 |
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ»
Основные формулы
1.1. Кинематическое уравнение движения материальной точки (центра масс твердого тела) вдоль оси X:
где - некоторая функция времени.
1.2 Средняя путевая скорость
где - путь, пройденный точкой за интервал времени . Путь, в отличие от разности координат , не может убывать и принимать отрицательные значения, т.е. .
1.3 Мгновенная скорость
.
1.4 Тангенциальное aτ, нормальное an и полное a ускорения.
где r - радиус кривизны траектории (в частности, радиус окружности на которой проходит движение).
1.5 Для равноускоренного прямолинейного движения (например, вдоль координат оси X).
где - проекции на ось X векторов скорости, начальной скорости, ускорения и перемещения.
1.6 Кинетическое уравнение движения материальной точки по окружности
где - угол поворота радиус-вектора движущейся точки.
1.7 Угловая скорость и угловое ускорение
1.8 Для равноускоренного движения по окружности
где - начальная угловая скорость.
1.9 Взаимосвязь между линейными и угловыми характеристиками движения точки по окружности
1.10 Частота вращения n и число сделанных оборотов N твердого тела
где - угол поворота.
1.11 Импульс материальной точки, а также тела, движущегося поступательно
где m- масса тела.
1.12 Второй закон Ньютона (основной закон динамики поступательного движения)
.
1.13 Силы, рассматриваемые в механике:
а) сила упругости
,
где k - жесткость пружины, x - удлинение (укорочение) пружины;
б) сила тяжести
,
где g - ускорение свободного падения;
в) сила гравитационного взаимодействия
,
где G - гравитационная постоянная; m1 и m2 - массы взаимодействующих тел, r - расстояние между телами (тела рассматриваются как материальные точки).
г) сила трения (скольжения)
,
где - коэффициент трения; N - сила нормального давления.
1.14 Закон сохранения импульса
или для двух тел ( )
где и - скорости тел в момент времени, принятый за начальный; и - скорости тех же тел в момент времени, принятый за конечный.
1.15 Кинетическая энергия тела, движущегося поступательно
1.16 Потенциальная энергия:
а) упруго деформированной пружины
где k - жесткость пружины; x - абсолютная деформация;
б) гравитационных взаимодействий
где G - гравитационная постоянная; m1 и m2 - масса взаимодействующих тел; r - расстояние между ними (тела рассматриваются как материальные точки);
в) тела, находящегося в поле силы тяжести,
,
где g - ускорение свободного падения; h - высота тела над уровнем принятым за нулевой (формула справедлива при условии A<<R, где R - радиус Земли).
1.17 Закон сохранения механической энергии
.
1.18 Работа, совершаемая внешними силами, определяется как мера изменения энергии системы
.
1.19 Работа, совершаемая силой F на пути от точки 1 до точки 2,
,
где - элементарный вектор перемещения; - модуль перемещения; α - угол между силой F и перемещением ; - проекция силы на направление перемещения. При .
1.20 Мощность
где F - сила; V - скорость; φ - угол между векторами силы и скорости.
1.21 Момент инерции некоторых тел массой m относительно оси z проходящих через центр масс:
а) стержня длинной l относительно оси, перпендикулярной стержню
;
б) обруча (тонкостенного цилиндра) радиусом R относительно оси, перпендикулярной плоскости обруча (совпадающей с осью цилиндра)
;
в) диска радиуса R относительно оси, перпендикулярной плоскости диска .
1.22 Момент инерции относительно произвольной оси I равен (теорема Штейнера)
,
где - момент инерции относительно оси, параллельной данной и проходящей через центр масс тела; a - расстояние между осями; m -масса тела.
1.23 Момент импульса тела, вращающегося относительной неподвижной оси z
.
1.24 Закон сохранения момента импульса системы тел, вращающихся вокруг неподвижной оси:
,
где и - моменты инерции системы тел и угловые скорости вращения в моменты времени, принятые за начальный и конечный.
1.25 Момент силе F относительно точки O (вращающий момент)
,
где r - радиус-вектор точки приложения силы.
Модуль вращающего момента
где F - модуль силы; l -плечо силы (длина перпендикуляра, опущенного из точки O на прямую, вдоль которой действует сила).
Момент силы относительно произвольной оси z, проходящей через точку O, является проекцией вращающего момента (т.е. момента силы относительно точки) на эту ось z:
.
.
При Iz=const, Mz=Ize.
1.26 Основной закон динамики вращательного движения относительно неподвижной оси z:
, при Iz=const, Mz=Ize.
1.27 Кинетическая энергия тела, вращающегося вокруг неподвижной оси:
.
1.28 Кинетическая энергия тела при плоско-параллельном движении (состоящем из поступательного и вращательного движения)
.
1.29 Работа, совершаемая внешней силой при вращении твердого тела:
,
где Mz - момент силы относительно оси вращения z; -элементарный угол поворота.
1.30 Мощность при вращении
,
где - проекция вектора на направление вектора угловой скорости.
1.31 Кинематическое уравнение гармонических колебаний материальной точки:
где x -смешение; A - амплитуда колебаний; - круговая или циклическая частота; - начальная фаза.
1.32 Скорость и ускорение материальной точки совершающей гармонические колебания:
;
.
1.33 Частота ν , период Т и циклическая частота ω связаны между собой формулами
.
1.34 Квазиупругая сила, действующая при гармонических колебаниях F и коэффициент квазиупругой силы k:
,
где x - смешение колеблющейся точки; m - её масса; - циклическая частота.
1.35 Потенциальная П, полная E и кинетическая энергия колеблющейся материальной точки:
где А - амплитуда колебаний.
1.36 Период колебаний математического маятника
,
где l - длина маятника; g-ускорение свободного падения.
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА»
2.1. Концентрация молекул газа (число молекул в единице объема)
,
где N - число молекул; V – объем; m – масса; М- масса моля; NA - постоянная Авогадро; ρ - плотность газа.
2.2. Количество вещества однородного газа
,
где m - масса газа; М – молярная масса газа; N - число молекул газа; NA - постоянная Авогадро; NA = 6,023·1023 моль-1.
2.3. Уравнение Менделеева-Клапейрона (уравнение состояния идеального газа)
,
где Р – давление; V – объем; R - молярная газовая постоянная, численно равная 8,31 Дж/моль·К; Т- абсолютная температура в кельвинах (Т = t + 273, где t - температура в градусах Цельсия).
2.4. Плотность идеального газа
.
2.5. Объединенный газовый закон (m = const)
или ,
где Р1, V1, T1 - давление, объем, температура газа в начальном состоянии; Р2, V2, T2 - те же величины в конечном состоянии.
2.6. Основное уравнение кинетической теории газов
,
где <εп>- средняя кинетическая энергия поступательного движения молекулы; n - концентрация молекул (число молекул в единице объёма).
2.7. Средняя полная кинетическая энергия молекулы:
,
где i - число степеней свободы; k - постоянная Больцмана (k =R/NA).
2.8. Молярные теплоемкости газа при постоянном объёме (CV) и при постоянном давлении (СP)
; .
2.9. Внутренняя энергия идеального газа
.
2.10. Первое начало термодинамики
,
где ∆Q - теплота, сообщенная газу; ∆U - изменение внутренней энергии газа; ∆А - работа, совершенная газом против внешних сил.
2.10. Работа расширения газа:
- при изобарном процессе;
- при изотермическом процессе;
при адиабатном процессе.
2.11. Уравнение Пуассона (уравнение адиабаты)
,
где .
2.12. Термический коэффициент полезного действия цикла Карно
,
где Q1 - теплота, полученная рабочим телом от теплоотдатчика; Q2 – теплота, переданная рабочим телом теплоприемнику; T1 и T2 -термодинамические температуры теплоотдатчика и теплоприемника соответственно.
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 304; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!